第三章 地下水的补给径流排泄.ppt
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1、LOGO第三章第三章 地下水的补给径流排泄地下水的补给径流排泄地下水的补给1地下水的排泄2地下水的径流3第三章 地下水的补给径流排泄径流径流补给与补给与排泄排泄含水层或含水系统与外界进行水量、能量和盐量交换的环节。含水层或含水系统内部进行水量和盐量积累和运输的过程。这三个环节决定地下水水量、水质和水温在时间和空间上的变化第三章 地下水的补给径流排泄第三章 地下水的补给径流排泄 水文地质条件 hydrogeological condition 地下水埋藏、分布,补给、径流和排泄条件,水质和水量及其形成的地质条件等的总称。补给的研究包括第三章 地下水的补给径流排泄含水层或含水系统从外界获得水量的作
2、用过程称作补给。第三章 地下水的补给径流排泄地下水补给地下水补给 来 源大气降水人工补给地表水其它含水层或含水系统的水 其他还有:凝结水、侧向补给、融雪(冻)水其他还有:凝结水、侧向补给、融雪(冻)水第三章 地下水的补给径流排泄降水去向:地表径流、蒸发返回、土壤水和地下径流降水去向:地表径流、蒸发返回、土壤水和地下径流大气圈地面包气带含水层蒸发降水入渗下渗地表径流土壤水地下径流第三章 地下水的补给径流排泄 一般情况下,入渗补给含水层的水量仅占降水量的2050%,其余的水量通过各种途径耗失了。第三章 地下水的补给径流排泄下渗水分在分子力作用下,被土壤颗粒吸收吸附形成薄膜水渗润阶段渗漏阶段渗透阶段
3、入渗过程下渗水分在毛管力、重力作用下做非稳定流动,逐步充满土壤空隙水分在重力作用下呈稳定流动,到达地下水面,补给地下水。一、大气降水对地下水的补给第三章 地下水的补给径流排泄过渡带连接饱和带和传递带,含水率明显降低。饱和带饱和带土壤含水量接近饱和含水量,厚度不超过1.5cm表面保持一定水深,均质土壤第三章 地下水的补给径流排泄湿润带含水量迅速降低至初始含水量,前缘为湿润锋。传递带传递带含水量基本保持在饱和含水量和田间持水量之间,沿垂线均匀分布。表面保持一定水深,均质土壤第三章 地下水的补给径流排泄活塞式 (piston type)是指上部新的入渗水推动下部较老的水作面状下移。此类下渗主要发生于
4、比较均质的、孔隙大小差别不大的砂层中。两种方式两种方式捷径式(short-circuit type)水流不作面状推进,而沿着某些通路优先下渗。例如在粘性土中下渗水往往沿着某些大孔道根孔、虫孔及裂隙移动。第三章 地下水的补给径流排泄 活塞式下渗是年龄较“新”的水推动其下的年龄较“老”的水,始终是“老”水比“新”水先到达含水层;捷径式下渗时“新”水可以超前于“老”水到达含水层。对于捷径式下渗,入渗水不必全部补充包气带水分亏缺,即可下渗补给含水层。而活塞式下渗,入渗水则需全部补足上层包气带水分亏缺,才会继续下渗。捷径式下渗与活塞式下渗比较活塞式捷径式第三章 地下水的补给径流排泄潜水的分布区与补给区往
5、往是一致的T/F植 被降水强度和持续时间降水量地下水埋深包气带岩性地 形雨前土壤含水量第三章 地下水的补给径流排泄 雨前土壤含水量较小,干燥土将吸收大量渗入地表的降水,少量降水只能形成薄膜水而不能形成重力水,因而无法补给地下水;若雨前土壤含水量较大,并接近田间持水量,则渗入的降水几乎不再被土壤吸收而直接形成重力水,因而即便只有少量降水也会对地下水产生补给。在次降水量相等的情况下,同一地区雨前土壤含水量较大时所引起的潜水位升幅明显大于雨前土壤含水量较小所引起的潜水位升幅,且次降水量愈大,这种差别越显著。包气带岩性、地下水埋深 岩性:透水性越好,入渗速率越大,降水转化为地下水的量也越大;反之则小。
6、地下水埋深:通过实验研究,降水入渗补给量随地下水埋深的不同而不同。包气带岩性降水量直接决定其上的包气带蓄水能力。包气带越厚,其所消耗的水量越多,补给给地下水的有效雨量将随地下水埋深的增大而减少。地下水埋深:一 般:地下水埋深 注意:这并不意味着地下水埋藏越浅时,地下水得注意:这并不意味着地下水埋藏越浅时,地下水得 到的降水补给量就越多到的降水补给量就越多降水量对地下水的补给起重要作用。在一定的地下水埋深条件下,降水量 越大,补给量也越大。降水量:一 般:降水量第三章 地下水的补给径流排泄降水强度降水历时单位时间内的降水量。降水强度超过包气带的入渗率时,部分降水形成地面径流,补给地下水的部分相应
7、减少。指降水所持续的时间。降水强度小而历时长的雨型,如毛毛雨,入渗的水仅能湿润包气带,而后又蒸发返回大气,不利于补给地下水;绵绵细雨,其降水强度中等,历时长,降水面积广,对地下水补给最为有利。降水强度和降水历时第三章 地下水的补给径流排泄植被覆盖率植被覆盖率:植物越茂密,降水形成的坡面流的滞留时间越长,对地下水补给越有利。植物形成的有机物植物形成的有机物:有利于保护土层结构免受降雨淋蚀,植物根系还可以增加表土的透水性。植被第三章 地下水的补给径流排泄地地形形陡陡峻峻:降水到达地表后不宜蓄积,不利于地下水的补给;如黄土高原地形平缓地形平缓:尤其是低洼处,有利于地下水补给;地形小结 上述补给影响因
8、素是相互制约、互为上述补给影响因素是相互制约、互为条件的整体,不能孤立地割裂开来看。要条件的整体,不能孤立地割裂开来看。要结合具体情况分析,抓住其中的主要影响结合具体情况分析,抓住其中的主要影响因素。因素。*例如,强烈岩溶地区,即使地形陡峭,地下水位埋深数例如,强烈岩溶地区,即使地形陡峭,地下水位埋深数百米,由于包气带渗透性极强,连续集中的暴雨也可以全百米,由于包气带渗透性极强,连续集中的暴雨也可以全部吸收,部吸收,70%90%70%90%的降水可被吸收的降水可被吸收第三章第三章 地下水的补给径地下水的补给径流排泄流排泄实测法 地中渗透仪(地中蒸渗仪)地中渗透计 1 1装装满满砂砂的的地地中中
9、渗渗透透计计;2 2砾砾石石;3 3滤滤网网;4 4导导水水管管;5 5三三通通;6 6开开关关;7 7测测压压管;管;8 8支架;支架;9 9试坑;试坑;1010马利奥特瓶;马利奥特瓶;11 11漏斗;漏斗;1212弯头;弯头;1313水管;水管;1414量筒量筒 第三章 地下水的补给径流排泄手动调节补水,得到蒸发量自动获得补水量,得到入渗补给值第三章 地下水的补给径流排泄标准大气压下,极小单位水量从一个平衡土水系统可逆地移动到和它温度相同、处于参比状态水池时所做的功。土水势重力势;压力势;基质势-;溶质势-;温度势;第三章 地下水的补给径流排泄大气降水补给地下水水量的确定零通量面法:根据不
10、同时刻的包气带水势剖面,确定包气带水既不向上运移,又不向下运移的零通量点(面)以及不同深度处土壤水分的运动方向,结合不同时刻,不同深度包气带水分含量的变化值观测资料,最终计算出各时间段内通过包气带补给潜水的入渗补给量和通过地表的蒸发蒸腾量 第三章 地下水的补给径流排泄大气降水补给地下水水量的确定定位通量法:以靠近潜水位的位置作为计算边界,根据这一计算边界上下2只负压计观测数据算出这一位置的水势梯度,再根据达西定律及实际做出的渗透系数与含水率的曲线,算出这一边界上的水分通量,即为入渗量 式中:式中:渗透系数;渗透系数;地下水位变动带内的给水度;地下水位变动带内的给水度;第三章 地下水的补给径流排
11、泄大气降水补给地下水水量的确定侧向入流侧向出流式中:式中:泰森多边形面积;泰森多边形面积;地下水位变动带内的给水度;地下水位变动带内的给水度;为中央孔在时段内的水位变幅为中央孔在时段内的水位变幅(m)为流经泰森多变形各边的交换流量之和为流经泰森多变形各边的交换流量之和(m3/d);泰森多边形内的入渗或蒸发量(泰森多边形内的入渗或蒸发量(m3/d););第三章 地下水的补给径流排泄大气降水补给地下水水量的确定式中:式中:降水入渗补给量;降水入渗补给量;地下水位变动带内的给水度;地下水位变动带内的给水度;降水后观测孔中的最大水柱高度降水后观测孔中的最大水柱高度(m)降水前观测孔中的水柱高度降水前观
12、测孔中的水柱高度(m);临近降水前,地下水水位的天然平均降(升)速(临近降水前,地下水水位的天然平均降(升)速(m/d););观测孔水柱高度从变到的时间(观测孔水柱高度从变到的时间(d););第三章 地下水的补给径流排泄大气降水补给地下水水量的确定没考虑蒸发,不适用有承压水和有水平排泄的潜水第三章 地下水的补给径流排泄潜水均衡方程式为:大气降水补给地下水水量的确定降水入渗补给系数法大气降水补给地下水水量的确定式中:式中:Q 降雨入渗补给量,降雨入渗补给量,m m3 3;年降水量年降水量,mm;降水入渗系数;降水入渗系数;补给区面积补给区面积,kmkm2 2;第三章 地下水的补给径流排泄河流与地
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