水文地质学基础(PPT文档).ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2025/5/20 周二,水文地质学基础,Fundamentals of Hydrogeology,2025/5/20 周二,参考教材,教 材：,水文地质学基础,-,王大纯等编著，地质出版社，,95,版,/2010,版,2025/5/20 周二,提纲,第一章 绪论,第二章 岩土中的空隙和水,第三章 地下水的赋存,第四章 地下水运动的基本规律,第五章 地下水的补给与排泄,2025/5/20 周二,Company Logo,1.1,地球上的水与水资源：,地球上的水及所占比例,水体种类,亿,km,3,%,淡水亿,km,3,%,海洋水,13.38,96.54,0,0,地表水,0.2425,1.75,0.2417,69.0,地下水,0.2370,1.71,0.1083,30.92,土壤水,0.00016,0.001,0.000165,0.05,大气水,0.000129,0.0009,0.000129,0.04,生物水,0.000011,0.00001,0.000011,0.003,总储量,13.8598,100,0.3503,100,淡水占全球水量的,2.528%,第一章绪论,2025/5/20 周二,地球上的水与水资源：,淡水,冰冻,积雪,地下水,河湖水,淡水,2.5%,咸水,2025/5/20 周二,1.2,地下水的功能（作用）,概念：水文地质学简言之,研究地下水的科学,。它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水,水量,和,水质,的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务。,地下水,赋存于地面以下岩石空隙中的水,。,地下水是水资源组成部分,其主要功能为：,1,、地下水是一种宝贵的资源,2,、地下水是极其重要的生态环境因子,3,、地下水是一种很活跃的地质营力,4,、地下水是地球内部地质演变的信息载体,2025/5/20 周二,我国西北缺水剪影,2025/5/20 周二,我国耕地与农村用水,Company Logo,60%,全国,60%,的耕地,全部或部分使用地下水灌溉,95%,全国,95,以上的农村饮用地下水,2025/5/20 周二,Company Logo,地下水开采利用产生的环境问题：,沙化荒漠化加重,2025/5/20 周二,Company Logo,地下水开采利用产生的环境问题：,上海地面沉降,城市防洪设施标准降低，外滩防洪挡水墙越筑越高,2025/5/20 周二,苏锡常,40,水位埋深等值线和,200mm,地面沉降等值线,地下水位下降与地面沉降的相关性明显,2025/5/20 周二,Company Logo,地下水开采利用产生的环境问题：,地下水污染,地下水污染主要分布在城区附近和地表水污染严重的地区,2025/5/20 周二,自然界的水循环,2025/5/20 周二,自然界的水循环,2025/5/20 周二,第二章 岩土中的空隙和水,（,a,）分选好的高孔隙度沉积 （,b,）分选差的低孔隙度沉积,（,c,）分选好的高孔隙度卵石沉积 （,d,）分选好的矿物充填沉积,（,e,）岩体溶解空隙 （,f,）岩体裂隙,2.1,岩土中的空隙,孔隙度,是指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例,2025/5/20 周二,2025/5/20 周二,裂隙,:,坚硬岩石中的空隙，岩石中的空隙主要由各种成因的裂隙,成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙所构成。,体积裂隙率（,K,r,）,裂隙体积（,V,n,）与包括裂隙在内的岩石体积（,V,）,的比值,面积裂隙率（,K,a,）,单位面积岩石上裂隙面积的大小,线裂隙率（,K,l,）,垂直裂隙走向方向上单位长度上裂隙的条数,2025/5/20 周二,溶穴,:,可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩,等，在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为,溶穴（隙）。,岩溶率（,K,k,）：,岩石中水的存在形式,2025/5/20 周二,2.2,岩土中的水,2025/5/20 周二,（,1,）强结合水的特点,密度大于,1,，平均,2g/cm,3,左右；,不受重力影响；,不能流动。只有在温度,105110,时才以气态的形,式脱离颗粒表面而移动；,溶解盐类能力弱；,-80,时仍不结冰；,有较大的粘滞性、弹性和抗剪强度；,不能传递静水压力；,无导电性。,2025/5/20 周二,（,2,）,弱结合水的特点,密度大于,1,，为,1.31.774g/cm,3,；,不受重力影响；,可以从簿膜厚的颗粒向簿膜小的颗粒方向移动，但,速度十分缓慢；,溶解盐类能力较弱,冰点为,-15,有一定的粘滞性和抗剪强度,在一定条件下（饱水带）可传递静水压力,弱结合水的外层能被植物吸收利用,2025/5/20 周二,（,3,）毛细水,依靠毛细力而保持在毛细空隙中的水，称为,毛细水,。,毛细空隙是岩土中的细小空隙，一般指直径小于,1mm,的,孔隙或宽度小于,0.25mm,的裂隙。,2025/5/20 周二,毛细水类型,支持毛细水：存在于,饱水带,以上并与地下水面相连,的毛细空隙中的水。,能传递静水压力，当温度低于,0,时结冰。,悬挂毛细水：存在于包气带并与地下水面不相连的,毛细空隙中的水。呈,“,悬挂,”,状态，经蒸发后消失。,成因：入渗重力水；由支持毛细水转化而成。,2025/5/20 周二,（,4,）矿物水,存在于矿物结晶内部及其间的水。,结构水：,以,H,+,和,OH,-,离子形式存在于矿物结晶格架中，,与矿物结合紧密。,结晶水：,以,H,2,O,分子形式存在于矿物结晶格架中，与矿,物结合紧密。,沸石水：,以,H,2,O,分子形式存在于矿物晶格的空隙中，与,矿物结合不紧密。,2025/5/20 周二,2.3,与水有关的岩土性质,容水性,岩石能容纳一定数量水的性质。用容水度,表示。,持水性,岩石在重力释水后能在空隙中保持一定数量,水的性质。用持水度表示。,给水性,饱水岩石在重力作用下能自由排出一定数量水,的性质。用给水度表示。,透水性,岩石允许让水通过的性质。用渗透系数或单位,吸水量表示。,2025/5/20 周二,2025/5/20 周二,第三章 地下水的赋存,3.1,包气带与饱水带,3.2,含水层、隔水层与弱透水层,3.3,地下水分类,3.4,潜水,3.5,承压水,3.6,潜水与承压水的相互转化,3.7,上层滞水,2025/5/20 周二,3.1,包气带与饱水带,包气带与饱水带的划分,地下水面（水位）,：,地下一定深度岩石中的空隙被重力水所充满,，,形成一个自由水面，,称为,地下水面,，,以海拔高度表示称之,地下水位,。,（一般通过打井，地下开挖来确定）,地下水面以上部分，包括毛细水带、中间带和土壤水带，岩石中的空隙未被水充满，称为,包气带,。,地下水面以下部分，岩石中的空隙被水充满，称为,饱水带,。,包气带与饱水带,2025/5/20 周二,Company Logo,包气带与饱水带,地下水位,2025/5/20 周二,Company Logo,3.1,包气带与饱水带,包气带,（,zone of aeration or zone of unsaturation,）,特点,：,岩石空隙未被水充满,是固、液、气三相介质并存介质,水的存在形式（多样）,结合水、毛细水（各种）、气态水、,（过路）,重力水,包气带的垂直分带,土壤水带,毛细水带（支持毛细水带,、,毛细饱和水带,）,中间带（过渡带）,包气带水的,来源,大气降水的入渗、地表水体的渗漏、饱水带水分上移（毛细水进入包气带、地下水蒸发进入包气带）,2025/5/20 周二,Company Logo,饱水带,（,saturation zone,）,岩石空隙被水完全充满,是二相介质（固相,+,液相水）,空隙中水的存在形式：,重力水 结合水,重力水：连续分布（孔隙是连通）,传递静水压力,在水头差作用下，地下水（空隙中的水）可以连续运动。,饱水带中的重力水是开发利用或者排除的主要对象，是水文地质学研究的重点。,地下开挖，坑道，巷道，基坑，打井在此带均有重力水涌出来,3.1,包气带与饱水带,2025/5/20 周二,Company Logo,3.2,含水层 隔水层 弱透水层,一、,基本概念,饱水岩层中，根据岩层,给水,与,透水能力,而进行的划分：,含水层,（,Aquifer,）：,是能够,透过,并,给出,相当数量水的岩层,各类砂土，砂岩等,隔水层,（,Aquifuge),：,不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层,裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密）,弱透水层,（,Aquitard,）：,渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层,各种粘土，泥质粉砂岩、砂质页岩,2025/5/20 周二,Company Logo,定义中的模糊概念,“,相当水量，微不足道，较大水力梯度,”,等,严格的,“,是与非,”,的逻辑思维，在很多情况下是,相对的和模糊,的概念,相对性的意义：,从实际应用角度来看划分的相对性,相当水量,满足需要就可以了。,如在某处一口井出水量,80m,3,/d,，作为,1,万人的供水，非含水层；作为饮料厂、装瓶生产则为含水层。又如一个小泉水流量,0.11/s8.6m,3,/d,，大厂,非，村用,是。,从理论意义来看,微不足道,微不足道，有时空尺度的制约,。,如华北平原早期地下水开采就是典型的例子，深层水与浅层水的开采有一粘土隔水层；开采深层，水量大，水位降低快，浅层水向深层,“,越流,”,-,粘土层成为,“,透水层,”,。,现在进行水文地质计算、模拟时，不再简单二分了，而是用模糊学的研究方法，给个隶属度,1,，,0,之间，可以为,0.8,0.7,0.3,表示,“,透水性,”,？,3.2.2,概念的相对性,2025/5/20 周二,岩层渗透性与时间尺度的关系,5,4,3,2,1,2025/5/20 周二,3.2.3,含水系统,含水系统,Groundwater aquifer system,地下水含水系统：,是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系,含水系统：包含多个含水层和弱透水层，或局部隔水层,含水系统：可以进行子系统划分,含水系统的定义是从大的空间尺度研究含水层、隔水层、与弱透水层的组合关系，是从地质成因角度对岩层的水文地质特征进行划分的分析方法,(,或给出的概念,),含水系统的划分,2025/5/20 周二,Company Logo,含水系统层次划分,系统与子系统,A,B,2025/5/20 周二,Company Logo,冲洪积平原地下水含水系统,丘陵,倾斜平原区,低平原,2025/5/20 周二,广义地下水,：,赋存于地面以下岩石空隙中的水,(,包气带、饱水带中的水,),狭义地下水：,地表以下饱水带岩层空隙中的水,重力水,地下水分类,：,主要依据,含水介质的类型（赋存空间）,埋藏条件（赋存部位）,地下水的埋藏条件：指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔水层（弱透水层）限制的情况。,表,3-1,含水介质三类，埋藏三分，组合共分为,9,类,3.3,地下水分类,孔隙水,裂隙水,岩溶水,包气带,上层滞水,上层滞水,上层滞水,潜水,孔隙潜水,裂隙潜水,岩溶潜水,承压水,孔隙承压水,裂隙承压水,岩溶承压水,2025/5/20 周二,上层滞水,(a),、潜水,(b),、承压水,(c),a,b,c,2025/5/20 周二,Company Logo,一、潜水与潜水含水层概念,潜水,：,饱水带中第一个具有,自由表面,的,稳定,含水层中的水。,自由表面,没有隔水顶板,或,只有局部隔水顶板,，与大气直接相通，除大气压强外不受其它任何附加压强。,稳定,具有一定的,空间连续性,（范围），以与,上层滞水,区分。,潜水含水层：,赋存潜水的岩层。,建筑,房,屋时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水）,3.4,潜水与潜水含水层,2025/5/20 周二,Company Logo,二、基本要素（专业术语）,潜水面,(water table),：潜水表面是一个自由的水面。,潜水位,(water level),：潜水面上任一点的海拔高程。,潜水含水层厚度,：从潜水面到隔水底板的垂直距离。,潜水埋藏深度,：潜水面到地面的垂直距离。,潜水含水层厚度与潜水埋藏深度随潜水面的升降而发生相应的变化。,3.4,潜水与潜水含水层,潜水要素图,2025/5/20 周二,Company Logo,2,3,4,5,6,7,8,D,1,M,潜水与潜水含水层图,1-,潜水含水层,2-,隔水层,3,、,4,潜水面 潜水面,M-,含水层厚度,D-,潜水埋深,5-,大气降水入渗,6-,蒸发,7-,流向,8-,泉,2025/5/20 周二,四、,潜水研究基本方法,潜水等水位线图,潜水等水位线图：,由某时刻潜水位相等的各点连线组成的图件,。,（某时刻潜水面的等高线图）,潜水流向：,垂直等水位线由高到低为潜水的流向。,潜水面坡度：,相邻两条等水位线的水位差除以其水平距离。,当潜水面坡度不大时，即可视为潜水水力梯度。,3.4,潜水与潜水含水层,2025/5/20 周二,Company Logo,某地潜水等水位线图（平面）,河,河,流,流,2025/5/20 周二,Company Logo,一、,承压水定义,充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水，称之为,承压水,。,二、,基本要素,承压含水层；,隔水顶板；,隔水底板；,承压含水层厚度（,M,）；,承压高度（,H,）：钻孔中静止水位到含水层顶面的距离；,测压水位：钻孔中静止水位的高程即为承压水在该点的测压水位；,测压水位线（面）：测压水位的连线（面）,此线是虚拟的；,补给区；,承压区；,排泄区,自溢区,测压水位线与地形等高线的交点连接区,3.5,承压水与承压含水层,承压水要素,2025/5/20 周二,Company Logo,基岩自流盆地中的承压水,承压含水层,隔水顶板,隔水底板,承压含水层厚度（,M,）,承压高度（,H,）,测压水位线（面）：,补给区,承压区,排泄区,自溢区,2025/5/20 周二,三、,特征,承压性,承压性是受到了大气压以外的压力。,承压区含水层的水受到了来自出露区地下水的静水压力作用，不但充满含水层，而且承受了附加压强。,概念：,承压高度；测压水位。,补给与排泄,主要补给来源：大气降水入渗与地表水入渗,有限区域与外界联系，水循环迟缓些，水交替慢，平均滞留时间长（年龄老或长）,恢复性差；,高补低排（从高处获得补给，在低处排泄）；,隔水顶底板对承压区补水的影响。,3.5,承压水与承压含水层,2025/5/20 周二,Company Logo,承压含水层的储水与释水机理,贮水系数,S,(,弹,性给水度,e,),承压含水层中当测压水位下降,(,或上升,)1,个单位深度，单位水平面积含水层所释出,(,或储存,),的水的体积。,测压水位降低导致,含水层孔隙中水的压力降低,水体积膨胀释水,，水的膨胀系数约为,1/20000,孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加,骨架被压缩,颗粒不变,骨架压缩,=,空隙体积减小（排列改变）,发生释水（挤出来）水,这两部水很有限，所以,S,很小；,一般，贮水系数,S,为,0.005,0.00005,，与重力给水度,相比要 小,10,-1,10,-3,3.5,承压水与承压含水层,2025/5/20 周二,Company Logo,承压含水层的贮水系数与潜水含水层给水度的比较,2025/5/20 周二,Company Logo,等水压线图,等水压线,承压含水层测压水位相等的各点连线。,等水压线图,根据承压水测压水位，按一定高差间距绘制的各条等水位线所构成的图。,等水压线图反映的水文地质信息,承压水的流向、水力梯度。（方法同潜水流向、水力梯度）,测压水位,静止水位的海拔。,测压水位的埋深,地表高程与测压水位之差。,承压高度,静止水位（测压水位）高出含水层顶板的距离。,含水层埋深,地表高程与隔水顶板高程之差。,承压水自溢区,地形等高线与同高的测压水位线各个交点连线所圈围的范围。,确定与其它含水层或地表水体的相互补给关系。（需有等水位线图或地表水体水位）,3.5,承压水与承压含水层,2025/5/20 周二,Company Logo,等水压线图,2025/5/20 周二,3.6,潜水与承压水的相互转化,正仪,-,化肥厂含水层剖面示意图,2025/5/20 周二,Company Logo,3.7,上层滞水,上层滞水：,当包气带存在局部隔水层（弱透水层）时，局部隔水层（弱透水层）上会积聚具有自由水面的重力水，这便是上层滞水。,分布最接近地表，接受大气降水的补给，通过蒸发或向隔水底板（弱透水层底板）的边缘下渗排泄；,水量小，动态变化显著，只有在缺水地区才能成为小型供水水源或暂时性供水水源；,包气带中的上层滞水，对其下部的潜水的补给与蒸发排泄，起到一定的滞后调节作用；,极易受污染，利用其作为饮用水源时要格外注意卫生防护。,上层滞水,2025/5/20 周二,上层滞水,a,b,c,2025/5/20 周二,第四章 地下水运动的基本规律,4.1,渗流基本概念及地下水的运动形态,4.2,重力水运动的基本规律,4.3,流网,4.4,饱水粘性土中水的运动规律,2025/5/20 周二,4.1,渗流基本概念及地下水的运动形态,渗流（,seepage flow,）：,地下水在岩石空隙中的运动称为,渗流或渗透,。,地下水渗流,遵循水力学基本原理；水力学的许多概念、定律、方法都可用来研究渗流；,两者差异,：,水力学研究水在,管道,、,渠道,中的流动，水流速度较快,明流,；,流体（水）在,岩石空隙,中的流动，因空隙细小，水流很缓慢,地下水渗流,。,2025/5/20 周二,4.1,渗流基本概念及地下水的运动形态,渗流场（,flow field,）：,发生渗流的区域称为,渗流场,。,渗流场是,地下水运动,的空间；,渗流场由,固体颗粒骨架,和,岩石空隙,两部分组成，渗流只发生在,岩石空隙,中；,无论是固体颗粒骨架，还是岩石空隙空间，在,微观上讲都不是连续的,。,2025/5/20 周二,4.1,渗流基本概念及地下水的运动形态,地下水的运动形态,按水流流态分为：,层流：,在岩层空隙中渗流时，水质点作有秩序的、互不混杂的流动，称为,层流运动,。如砂、裂隙不很宽大的基岩中水的流动。,紊流,：在岩层空隙中渗流时，水质点作无秩序的、互相混杂的流动，称为,紊流运动,。如大的溶穴、宽大裂隙中水的流动。,作紊流运动时，水流所受阻力比层流状态大，消耗的能量较多。,按地下水运动要素随时间的变化情况分为：,稳定流,：水在渗流场内运动时，各个运动要素（水位、流速、流向等）不随时间改变，称为稳定流。,非稳定流,：水质点的各个运动要素随时间改变的水流运动。,2025/5/20 周二,4.1,渗流基本概念及地下水的运动形态,水头,：水流中空间上某点所具有的总势能。根据,水力学原理,，水流运动中任意点总水头可表示为：,在渗流场中：,2025/5/20 周二,（一）达西定律,达西,(,1856,年,):,法国水力学家，通过大量实验得到线性渗透定律。,实验,：,装有砂的圆筒（图,),。,水由筒的上端加入,流经砂柱,由下端流出。上游用溢水设备控制水位,使实验过程中水头始终保持不变。在圆筒的上下端各设一根测压管，分别测定上下两个过水断面的水头。下端出口处设管嘴以测定流量。,4.2,重力水运动的基本规律,2025/5/20 周二,根据实验结果，得到下列关系式,：,Q=Kh/L=KI,（,达西公式）,式中,:Q,渗透流量,(,出口处流量，通过砂柱各断面的流量；,过水断面,(,在实验中相当于砂柱横断面积,),；,h,水头损失,(h=H,1,-H,2,即上下游过水断面的水头差,),；,L,渗透途径（上下游过水断面的距离,),；,I,水力梯度,(,相当于,h/L,，即水头差除以渗透途径）；,k,渗透系数。,2025/5/20 周二,由水力学可知,通过某一断面的流量,Q,等于流速,V,与过水断面,的乘积,即,：,Q=V,即,V=Q/,据此达西定律可以写为另一种形式，即：,V=KI,水在多孔介质中的渗透流速与水力梯度的一次方成正比,达西定律（线性渗透定律）,。,2025/5/20 周二,（二）渗透流速（,V,）,过水断面,：,指砂柱的横断面积,在该面积中,包括,砂颗粒所占据的面积,及,空隙所占据的面积,，而水流实际流过的面积是,扣除结合水所占据的范围以外的空隙面积,即,:,式中,:,有效空隙度,。,2025/5/20 周二,有效空隙度,：,指重力,水流动的空隙体积,(,不包括结合水占据的空间）与,岩石体积,之比。,2025/5/20 周二,讨论可知,：,不是实际的过水断面,故,V,也并非真实的流速,而是假设水流通过包括骨架与空隙,在内的断面（,）时所具有的一种,虚拟流速,。,令通过实际过水断面 时的,实际流速,为,u,即,:,因为,Q=V,，比较上两式,可写为以下等式：,又因为 ，所以可得 即：,渗透流速等于实际流速与有效空隙度的乘积。,2025/5/20 周二,水力梯度的概念：,水力梯度,I,的定义：,沿,渗透途径水头损失,与,相应渗透途径长度,的比值。,水力梯度,I,的讨论：,水在空隙中运动时,必须克服,水与隙壁,以及,流动快慢不同的水质点之间的摩擦阻力,(,摩擦阻力随水流速增加而增大,),而消耗机械能,造成水头损失。,（三）水力梯度（,I,）,2025/5/20 周二,水力梯度的理解：,水流通过单位长度渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能。,驱动力,即克服摩擦阻力使水以一定速度流动的力量。,从这个角度来说，达西定律的实质是,能量守恒与转化定律,在地下水流运动中的具体体现。,注意,：,既然机械能消耗于渗透途径上，因此，,求算水力梯度,I,时,水头差必须与相应的渗透途径相对应,。,2025/5/20 周二,渗透系数的概念：,渗透系数,表征岩石渗透性能的定量指标。,渗透系数的单位：,一般采用,m/d,、,cm/s,渗透系数的物理意义：,由达西公式,(,V=KI,）可知：,渗透系数为水力梯度,I=1,时的渗透流速。,（四）渗透系数,(K),2025/5/20 周二,渗透系数的影响因素：,(,V=KI,）,a.,渗透系数与,水力梯度,、,渗透流速,有关,水力梯度,=,定值时,渗透系数愈大,渗透流速就愈大；,渗透流速,=,定值时,渗透系数愈大,水力梯度愈小。,渗透系数愈大,岩石透水能力愈强。,2025/5/20 周二,b.,渗透系数与,岩石的空隙性质,有关,C.,渗透系数与,水的某些物理性质,有关,水流在岩石空隙中运动,需要克服,隙壁,与水及,水质点间,的,摩擦阻力,，例如：,粘滞性不同的两种液体在同一岩石中运动,则粘滞性大的液体渗透系数就小于粘滞性小的液体。,一般情况下当水的物理性质变化不大时,把,渗透系数看成单纯说明岩石渗透性能的参数,；但在研究,卤水,或,热水,运动时,还需要考虑其它因素。,2025/5/20 周二,表,4-1,松散岩石渗透系数参考值,2025/5/20 周二,达西定律的适用范围：,渗透流速,V,与水力梯度,I,的一次方成正比,故达西定律又称,线性渗透定律,。,但多次实验表明,只有雷诺数,（,Re,）,1-10,之间,某一数值的,层流运动,才服从达西定律，超过此范围，,V,与,I,不是线性关系。,绝大多数情况下,地下水的运动都符合线性渗透定律,因此,达西定律适用范围很广。它不仅是水文地质定量计算的基础，还是定性分析各种水文地质过程的重要依据。深入掌握达西定律的物理实质，灵活的运用它来分析问题，是水文地质工作者应当具备的基本功。,2025/5/20 周二,达西定律具体适用范围为：,存在一个,临界雷诺数,R,e,临,（,110,），,R,e,临,是达西定律成立的上限，当,Re,R,e,临,，即低雷诺数时，属低速流，这时该区域内,达西定律适用,。,当,R,e,临,Re,20,60,时，出现一个,过渡带,，从层流运动过渡到非线性层流运动。,高雷诺数时为,紊流,，,达西定律失效,。,2025/5/20 周二,第五章 地下水的补给与排泄,地下水是通过补给与排泄两个环节参与自然界的水循环,补给,：,含水层或含水系统从外界获得水量的,过程,排泄,：,含水层或含水系统向外界排出水量的,过程,5.1,地下水的补给,5.2,地下水的排泄,2025/5/20 周二,5.1,地下水的补给,补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化,思考,：补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么变化？,地下水位上升，,增加了势能,，使地下水保持不停的流动,由于构造封闭或气候干旱，得不到补给，地下水的流动将停滞,补给的研究包括：,补给来源、影响因素,与,补给量,地下水的补给来源有：,天然：,大气降水、地表水、凝结水,及,相邻含水层,的补给等,人类活动有关的：,灌溉水入渗、水库渗漏,及,人工回灌,2025/5/20 周二,5.1.1,大气降水对地下水的补给,讨论：入渗机制,？,影响因素,？,补给量的确定,？,1,、,大气降水入渗机制,包气带是降水对地下水补给的枢纽，包气带的岩性结构和含水量状况对降水人渗补给起着决定性作用,目前认为，松散沉积物的降水入渗有,两种方式,：,降水入渗的现象,两类空隙的入渗过程,总结：,均匀砂土层,活塞式,(piston/diffuse),含裂隙的土层,捷径式,(bypass),山西黄土,2025/5/20 周二,山西黄土及其入渗,2025/5/20 周二,下渗过程中水分分布带,下渗水流运移模式的条件？,饱和带,-,厚度,1.5cm,含水量接近,-,水分传输带,过渡带,含水量在,-,厚度,湿润带,含水量变化大,湿润锋（面）,含水量,%,深度,cm,风干土,田间持水量,饱和含水量,饱和带,过渡带,水分传输带,湿润带,湿润锋,2025/5/20 周二,2,、降水补给的影响因素,P=,R,s,+E+S+q,G,气候因素,（,P,，,E,）；,降水总量,降水强度,降水频率；,降水延续时间,总量大，强度适中，间隔短，时间长的绵绵细雨最有利。,温度适中，温差较小，相对湿度大，蒸发强度小。,地形,:,高或低，陡或缓,地质,:,渗透性愈大则愈有利,地下水位埋深,：,其他,：,R,s,E,P,S,q,s,5.1.1,大气降水对地下水的补给,2025/5/20 周二,5.1.1,大气降水对地下水的补给,3,、补给量的确定方法,平原区一般采用入渗系数法（,）,降水入渗系数,多用年平均值表示,由经验与实验等方法得出,全年降水入渗补给量：,Q =P,F,1000,m,3,/a,，,mm,，无量纲，,km,2,降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定,2025/5/20 周二,5.1.2,地表水对地下水的补给,地表水对地下水的补给（要求以自学为主）,地表水体,（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源,河流补给,:,因地而异（空间上），不同部位，岩性等；,因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系,比较,长年性河流,与,季节性河流,对地下水的补给的异同点？,河流补给的主要影响因素有哪些？,如何确定河水对地下水的补给量？,地表水补给地下水的,必要条件,有哪些：,有水力联系,地表水水位高于地下水水位,季节性河流,河流不同部位,2025/5/20 周二,季节性河流补给地下水,2025/5/20 周二,河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系,2025/5/20 周二,5.1.3,含水层之间的补给,越流,地下水量的内部转化,潜水,承压水之间的补给,越流,2025/5/20 周二,越流,（,Leakage,）：具有一定水头差的相邻含水层，通过其间的弱透水岩层发生水量交换的过程,经常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层,越流量如何计算？,2025/5/20 周二,含水层通过,钻孔,发生水力联系,含水层通过,导水断层,发生水力联系,含水层之间的水力联系,2025/5/20 周二,5.2,地下水的排泄,地下水排泄的研究,包括：,排泄方式、影响因素、排泄量的确定,排泄方式,：,泉,（,点状,排泄）,向地表水体,泄流,（河流,线状,）、向,相邻含水层,的,排泄,蒸发（,面状,排泄）,前三种排泄方式称为,径流排泄,，与,蒸发排泄,的,区别,：,径流排泄,水分（盐分）呈液态排出,盐随水去,蒸发排泄,水分呈气态排出，盐分积累下来，,水去盐留,2025/5/20 周二,5.2.1,泉,spring,泉是地下水的天然露头，多为,“,点,”,状，属,径流排泄,泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果，,据补给泉的含水层类型可将泉划分为,上升泉、下降泉,。,1.,下降泉,(,出露潜水含水层中的泉）,根据出露条件又将下降泉分为：,侵蚀泉：地形切割到潜水面,接触泉：地形切割至隔水底板,溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉,下降泉,2025/5/20 周二,下降泉,侵蚀泉,：,地形切割到潜水面,接触泉,：,地形切割至隔水底板,溢流泉,：,水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉,2025/5/20 周二,5.2.1,泉,spring,3.,研究泉的意义？,直接,得到水文地质资料；,间接,分析出水文地质信息。,通过泉的出露标高、流量、动态、温度、水化学，可以综合分析与泉水成因有关地质、,水文地质条件,地下水位标高，,岩层的含水性（透水性），,含水岩层的补给，循环（交替），,地质构造、断层等，,供水水源（直接利用）。,a.,泉出露两侧岩层的含水性：含水层；隔水层,b.,泉出露处断层的导水性,c.,泉的流量大小：导水性的好坏,d.,泉的温度：地下水循环深度,e.,泉流量大小或水化学：补给与径流条件的好坏,2025/5/20 周二,河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流,地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定,5.2.2,泄流,2025/5/20 周二,5.2.3,蒸发和蒸腾,蒸发与蒸散腾,e,vaporation&evapotranspiration,土面蒸发,：,潜水通过包气带耗失水分,叶面蒸腾,：,通过植物根系吸收潜水或包气带水转化为叶面水而蒸发消耗,（一株大的植物，犹如一台生物抽水机）,2025/5/20 周二,L,有蒸发,无蒸发,土面蒸发过程,-,毛细水上升消耗过程,