3章2节降雨入渗补给48页解析.pptx

1/51第三章第三章 地下水文要素和地下水资源评价地下水文要素和地下水资源评价第一节第一节 地下水径流地下水径流第二节第二节 降雨（或灌水）入渗降雨（或灌水）入渗第三节第三节 潜水蒸发潜水蒸发第四节第四节 地下水资源评价地下水资源评价2/51第二节第二节 降雨（或灌水）入渗补给降雨（或灌水）入渗补给土壤水土壤水地下水地下水地下水面以上顶托地下水面以上顶托毛管水的上升高度毛管水的上升高度径流径流降雨或灌溉降雨或灌溉 研究入渗问题的现实意义：研究入渗问题的现实意义：水水 文文 学学：地表产流农农 田田 水水 利利：灌溉和降雨入渗后 土壤水分的分布水资源评价水资源评价：降雨后对浅层地下 水的补给环环 境境 学学：污染物随水分迁移 的问题3/51土壤水土壤水地下水地下水地下水面以上顶托地下水面以上顶托毛管水的上升高度毛管水的上升高度第二节第二节 降雨（或灌水）入渗补给降雨（或灌水）入渗补给降雨入渗现象降雨入渗现象 入渗是指水分进入土壤的过程，是入渗是指水分进入土壤的过程，是自然界水循环的一个重要环节自然界水循环的一个重要环节径流径流第三章第三章 第二节第二节 降雨入渗补给降雨入渗补给 降雨或灌溉降雨或灌溉入渗过程入渗过程补给土壤水补给土壤水补给地下水补给地下水产生径流产生径流作物利用作物利用或表土蒸发或表土蒸发 潜水潜水形成地表水形成地表水入渗规律入渗规律Z(，t)i（t）I(t)PrPRP研究方法研究方法试验法试验法解析法解析法数值法数值法试验法试验法数值法数值法4/51第二节第二节 降雨（或灌水）入渗补给降雨（或灌水）入渗补给2.1 降雨入渗补给规律降雨入渗补给规律 (对土壤水的补给对土壤水的补给）2.2 入渗补给的数值模拟分析入渗补给的数值模拟分析 (对地下水的补给）对地下水的补给）2.3 降雨入渗补给的试验研究降雨入渗补给的试验研究 (对地下水的补给对地下水的补给)2.4 降雨入渗对地下水补给量的确定方法降雨入渗对地下水补给量的确定方法 (对地下水的补给）对地下水的补给）第三章第三章 第二节第二节 降雨入渗降雨入渗 5/512.1.1 降雨入渗的降雨入渗的补给过程补给过程2.1.2 求解入渗问题的求解入渗问题的数学模型数学模型及其解析解及其解析解 2.1.3 计算入渗问题的计算入渗问题的经验公式经验公式 2.1 降雨入渗补给规律降雨入渗补给规律第三章第三章 第二节第二节 降雨入渗降雨入渗 2.1 降雨入渗补给规律降雨入渗补给规律6/512.1.1 降雨入渗补给过程降雨入渗补给过程第三章第三章 第二节第二节 降雨入渗降雨入渗 n充分供水充分供水情况下，土壤的渗透性能；情况下，土壤的渗透性能；土壤的入渗能力仅取决于土壤本身的渗吸强度土壤的入渗能力仅取决于土壤本身的渗吸强度i土土n供水强度一定供水强度一定的情况下，土壤的渗透性能；的情况下，土壤的渗透性能；土壤的入渗能力取决于土壤本身的渗吸强度土壤的入渗能力取决于土壤本身的渗吸强度i土土和和 外界的降雨强度外界的降雨强度R0地下水埋深无限远地下水埋深无限远 对入渗没有顶托影响对入渗没有顶托影响7/51充分供水充分供水情况下情况下:干土在薄层积水条件下的入渗过程干土在薄层积水条件下的入渗过程 利用达西定律，对入渗过程定性分析：利用达西定律，对入渗过程定性分析：lA A点点和和B B点点见见图图，取取地地面面线线为为基基准准面面，积积水水深深度度为为a a，B B为接近地表处的点，为接近地表处的点，l因此因此i iABAB(AB(AB段的平均入渗强度段的平均入渗强度)可近似代替可近似代替i i地表地表tazAB基准面土壤的入渗曲线土壤的入渗曲线i(t)，反映了土壤的入渗性能，反映了土壤的入渗性能，其受土壤质地的影响其受土壤质地的影响tKsi(t)8/51供水强度一定供水强度一定的情况下：的情况下：降雨或灌水（如喷灌）条件下降雨或灌水（如喷灌）条件下土壤的实际入渗能力土壤的实际入渗能力i取决于两个条件：取决于两个条件：i土土和降雨强度和降雨强度R0入渗初期入渗初期（自由入渗自由入渗）i土土 R0，i=R0入渗后期入渗后期（有压入渗阶段）（有压入渗阶段）i土土 i土土，实际，实际i的过程形成了图中的的过程形成了图中的abc（蓝线）（蓝线）9/51降雨对地下降雨对地下水的补给水的补给降雨降雨地面径流量地面径流量土壤的蓄水能力土壤的蓄水能力降雨对土壤水和地下水的补给量关系降雨对土壤水和地下水的补给量关系dhn10/51降雨对土壤水和地下水的补给量关系降雨对土壤水和地下水的补给量关系影响降雨对地下水补给的因素（定性分析）：影响降雨对地下水补给的因素（定性分析）：n降雨特性：降雨特性：降雨强度、降雨量、降雨延续时间降雨强度、降雨量、降雨延续时间n土壤的蓄水能力土壤的蓄水能力V：地下水埋深、雨前土壤含水率状况、地下水埋深、雨前土壤含水率状况、土壤的蓄水性能（土壤质地沙粘）土壤的蓄水性能（土壤质地沙粘）n径流，地形条件径流，地形条件，土地平整情况、，土地平整情况、作物覆盖状况及田间工程（排水）作物覆盖状况及田间工程（排水）各因素如何影响，后面讲降雨对地下水补给时会具体展开各因素如何影响，后面讲降雨对地下水补给时会具体展开11/512.1.2 求解入渗问题的数学模型及其解析解求解入渗问题的数学模型及其解析解n1.Green-Ampt模型的入渗解模型的入渗解（基于毛管理论的简化入渗模型，经验解；（基于毛管理论的简化入渗模型，经验解；建立在形态学基础上）建立在形态学基础上）n2.垂直入渗条件下的垂直入渗条件下的Philip解解（基于土壤水分运动基本方程的入渗模型，（基于土壤水分运动基本方程的入渗模型，精确解）精确解）第三章第三章 第二节第二节 降雨入渗降雨入渗 2.1 降雨入渗补给规律降雨入渗补给规律 12/51研究的问题：研究的问题：初始干燥的土壤在薄层积水时的入渗问题初始干燥的土壤在薄层积水时的入渗问题,1911年年 提出的一个基于毛管理论的简化入渗模型；提出的一个基于毛管理论的简化入渗模型；又称活塞模型又称活塞模型 含水率含水率z1.Green-Ampt模型的入渗解模型的入渗解模型的模型的适用范围适用范围：降雨前土壤干燥降雨前土壤干燥,质地较粗质地较粗,入渗过程有较明显的湿润峰面入渗过程有较明显的湿润峰面该模型的该模型的基本假定基本假定为：为：假定土壤是由一束直径不同的毛管组成，入假定土壤是由一束直径不同的毛管组成，入渗过程中，存在明显的水平湿润锋渗过程中，存在明显的水平湿润锋湿润峰面处不论所处时间与位置，湿润峰面处不论所处时间与位置，锋面上各点都保持一个稳定的基质势锋面上各点都保持一个稳定的基质势 h=-hf；湿润区湿润区(锋面后锋面后)均达到饱和含水率，均达到饱和含水率，未湿润区未湿润区(锋面前锋面前)保持原有含水率（保持原有含水率（i），），锋面上的含水率介于饱和和初始含水率之间，锋面上的含水率介于饱和和初始含水率之间，锋面本身很薄锋面本身很薄13/511.Green-Ampt模型的入渗解模型的入渗解 BB=-zf-hfA=HH第三章第三章 第二节第二节 降雨入渗降雨入渗 2.1 降雨入渗补给规律降雨入渗补给规律 2.1.2求解入渗问题的数学模型及其解析解求解入渗问题的数学模型及其解析解G-A模型的任务：模型的任务：分布已知求分布已知求I(t)入渗总量入渗总量i(t)入渗速度入渗速度Zf(t)锋面位置锋面位置A参照面参照面14/51以上三式构成了以上三式构成了Green-Ampt模型模型1.Green-Ampt模型的入渗解模型的入渗解第三章第三章 第二节第二节 降雨入渗降雨入渗 2.1 降雨入渗补给规律降雨入渗补给规律 2.1.2求解入渗问题的数学模型及其解析解求解入渗问题的数学模型及其解析解15/512、垂直入渗条件下的、垂直入渗条件下的 Philip解解l以上解由以上解由Philip（1957）通过精确的数学推导得到的通过精确的数学推导得到的;l该解是一个关于该解是一个关于t的级数的级数;l级数中各项的系数为级数中各项的系数为i()也可以精确得到也可以精确得到;l该级数的系数是逐级减小的，且相邻两级数相差该级数的系数是逐级减小的，且相邻两级数相差12个数量级个数量级;l因此，一般情况下级数取前因此，一般情况下级数取前24项已满足精度要求项已满足精度要求解的形式解的形式数学模型数学模型研究问题及适用条件：研究问题及适用条件：无限深均质土壤，土壤初始含水率均匀分布，地表有薄层积水无限深均质土壤，土壤初始含水率均匀分布，地表有薄层积水以地表为基准面，以地表为基准面，Z轴向下轴向下16/512、垂直入渗条件下的、垂直入渗条件下的 Philip解解根据根据z(,t)函数函数,可得累积入渗量可得累积入渗量I(t)和入渗率和入渗率i（t）第三章第三章 第二节第二节 降雨入渗降雨入渗 2.1 降雨入渗补给规律降雨入渗补给规律 2.1.2求解入渗问题的数学模型及其解析解求解入渗问题的数学模型及其解析解土壤剖面中土壤剖面中土壤水的增土壤水的增加量加量下边界的重下边界的重力下渗量力下渗量(3-22)(3-23)17/512、垂直入渗条件下的、垂直入渗条件下的 Philip解解入渗初期：入渗率和入渗量取决于入渗初期：入渗率和入渗量取决于土壤渗吸率土壤渗吸率S；入渗后期：趋于入渗后期：趋于稳定入渗率稳定入渗率A可通过田间实验求得参数可通过田间实验求得参数S和和A注意：该公式只能在其求解条件下应用注意：该公式只能在其求解条件下应用（地下埋深无限深，均质一维垂直入渗）（地下埋深无限深，均质一维垂直入渗）第三章第三章 第二节第二节 降雨入渗降雨入渗 2.1 降雨入渗补给规律降雨入渗补给规律 2.1.2求解入渗问题的数学模型及其解析解求解入渗问题的数学模型及其解析解(3-24)(3-25)(3-26)(3-27)18/512.1.3 计算入渗问题的经验公式计算入渗问题的经验公式适用条件：适用条件：入渗时间较久时，由该公式得到的入渗强度趋于，入渗时间较久时，由该公式得到的入渗强度趋于，不符合地下水埋深较大时的入渗情况不符合地下水埋深较大时的入渗情况 因此该公式适应于因此该公式适应于入渗初期或入渗时间较短入渗初期或入渗时间较短的农田灌水计的农田灌水计算，或地下水埋较浅时的入渗算，或地下水埋较浅时的入渗第三章第三章 第二节第二节 降雨入渗降雨入渗 2.1 降雨入渗补给规律降雨入渗补给规律 1.考斯加可夫经验公式：考斯加可夫经验公式：i i 1 1 土壤的初始入渗率（土壤的初始入渗率（t=0t=0时）时）经验指数，与土壤性质和初始含水率有关，变化于经验指数，与土壤性质和初始含水率有关，变化于0.30.80.30.8之间；之间；轻质土的轻质土的值较小，重质土的值较小，重质土的较大；初始含水率越高，较大；初始含水率越高，越小越小(3-28)(3-29)19/51张蔚榛院士在苏联留学期张蔚榛院士在苏联留学期间与指导教师考斯加克夫间与指导教师考斯加克夫院士夫妇合影院士夫妇合影张蔚榛院士张蔚榛院士20/512.1.3 计算入渗问题的经验公式计算入渗问题的经验公式2、Horton入渗公式入渗公式优点：与实际的入渗过程比较符合：初始时为一个有限的入渗优点：与实际的入渗过程比较符合：初始时为一个有限的入渗率，入渗时间久后趋于一个稳定的入渗强度率，入渗时间久后趋于一个稳定的入渗强度缺点：有三个经验系数确定需要确定缺点：有三个经验系数确定需要确定第三章第三章 第二节第二节 降雨入渗降雨入渗 2.1 降雨入渗补给规律降雨入渗补给规律 21/512.1 降雨入渗补给规律降雨入渗补给规律小结小结Green-Ampt模型模型Philip的一维垂直入渗解的一维垂直入渗解考斯加可夫考斯加可夫Horton入渗公式入渗公式半理论半经验公式半理论半经验公式理论公式理论公式经验公式经验公式经验公式经验公式l以上公式均反映了一定条件下土壤的入渗规律，因而都有实用价值；以上公式均反映了一定条件下土壤的入渗规律，因而都有实用价值；根据实际问题的需要可选择其中的一种或选用几种公式；根据实际问题的需要可选择其中的一种或选用几种公式；l本部分介绍的是确定降雨入渗量的方法（以地表处为研究对象），且本部分介绍的是确定降雨入渗量的方法（以地表处为研究对象），且均为地下水埋深较大情况；地下水埋深较小均为地下水埋深较大情况；地下水埋深较小(下边界为动边界下边界为动边界)时，究竟时，究竟有多少补给了地下水，一般需要通过试验和数值计算的方法确定有多少补给了地下水，一般需要通过试验和数值计算的方法确定2.1.1 降雨入渗的降雨入渗的补给过程补给过程2.1.2 求解入渗问题的求解入渗问题的数学模型数学模型及其解析解及其解析解 2.1.3 计算入渗问题的计算入渗问题的经验公式经验公式 22/512.2 入渗补给的数值模拟及数值模拟结果分析入渗补给的数值模拟及数值模拟结果分析数学模型：数学模型：地下水（土壤水）运动的基本方程，定解条件（初边界条件）地下水（土壤水）运动的基本方程，定解条件（初边界条件）解析解解析解 运用解析（数学变换）的方法求得在一定定解运用解析（数学变换）的方法求得在一定定解 条件下的解条件下的解研究对象：整个研究区域研究对象：整个研究区域(连续的连续的)结结 果果:关于时间和地点的函数表达式关于时间和地点的函数表达式(连续的连续的)优优 点：计算步骤简便快捷，精度高，揭示基本规律一目了然点：计算步骤简便快捷，精度高，揭示基本规律一目了然局局 限：由于受现有数学手段的限制，只能对简单的水文地质条件限：由于受现有数学手段的限制，只能对简单的水文地质条件 和简单的初始和边界条件求得解析解和简单的初始和边界条件求得解析解数值解数值解：将计算区域和时间经过离散（或剖分）后，对每一个单元体将计算区域和时间经过离散（或剖分）后，对每一个单元体 建立一建立一 个线性方程；个线性方程；n个单元体组成一个代数个单元体组成一个代数 方程组，求解方程组，求解 该该 方程，方程，得到每一时段单元体的未知量的近似解得到每一时段单元体的未知量的近似解研究对象：研究对象：离散后的单元体（不连续的）；离散后的单元体（不连续的）；各离散点代表该点附近的均衡区的平均情况各离散点代表该点附近的均衡区的平均情况结结 果：果：线性代数方程组的解，无表达式线性代数方程组的解，无表达式（不连续点的值）（不连续点的值）优优 点：点：随着计算机的发展，可以研究越来越复杂区域边界和水文地随着计算机的发展，可以研究越来越复杂区域边界和水文地 质条件下的质条件下的 土壤水和地下水的运动土壤水和地下水的运动23/512.2 入渗补给的数值模拟分析入渗补给的数值模拟分析1、数值计算方法简介数值计算方法简介2、数值模拟应用的实例数值模拟应用的实例3、用数值模拟结果分析降雨入渗用数值模拟结果分析降雨入渗24/512.2 入渗补给的数值模拟分析入渗补给的数值模拟分析1、数值计算方法数值计算方法概念：概念：将计算区域和时间经过离散（或剖分）后，对每一个单元体建将计算区域和时间经过离散（或剖分）后，对每一个单元体建立一个线性方程；立一个线性方程；n个单元体对应一个代数方程组，求解该方程组得个单元体对应一个代数方程组，求解该方程组得到每一时段单元体的未知量的近似解到每一时段单元体的未知量的近似解分类：分类：根据对离散的方式不同可以分为根据对离散的方式不同可以分为有限差分法：一般将区域剖分成规则的矩形或不规则的三角形单元；有限差分法：一般将区域剖分成规则的矩形或不规则的三角形单元；有限单元法：一般将区域剖分成三角形单元有限单元法：一般将区域剖分成三角形单元 有限差分法的特点：有限差分法的特点：以差分代替数学模型中的一阶、二阶导数，将以差分代替数学模型中的一阶、二阶导数，将求导的计算变成有限值的比率，替代的结果是偏微分方程变成了可求导的计算变成有限值的比率，替代的结果是偏微分方程变成了可以求解的代数方程组以求解的代数方程组25/511、数值计算方法简介数值计算方法简介一元函数一元函数一元函数导数的有限差分近似：一元函数导数的有限差分近似：一阶导数的差分近似：一阶导数的差分近似：一个连续的单值函数一个连续的单值函数f(x)可以展可以展开为泰勒级数（有前向、后向、中心三种展开方式），通开为泰勒级数（有前向、后向、中心三种展开方式），通过舍去级数中的剩余项，过舍去级数中的剩余项，二阶导数差分近似：二阶导数差分近似：f(x)的泰勒级数的前向展开式的泰勒级数的前向展开式与后向展开式相减，移项并舍去剩余项与后向展开式相减，移项并舍去剩余项26/511、数值计算方法简介数值计算方法简介n二元函数导数的有限差分近似：二元函数导数的有限差分近似：二元函数二元函数 i,i+127/512、数值模拟应用的实例数值模拟应用的实例i+1i-1时间时间t深深度度Z01ij+1j 以一维问题为例以一维问题为例将时间将时间t和深和深z度分成度分成n个段个段将基本方程中的导数应用差分法表示，不将基本方程中的导数应用差分法表示，不同的差分法（向前，向后，中心）得到的线同的差分法（向前，向后，中心）得到的线性代数的方程不同，但都可以求解性代数的方程不同，但都可以求解在时间点在时间点jj+1组成的时段内，对剖面深组成的时段内，对剖面深度第度第i个节点，应用基本方程，可以得到一个节点，应用基本方程，可以得到一个代数方程个代数方程在时间点在时间点jj+1组成的时段内，对组成的时段内，对0n共共n+1个结点个结点应用，得到应用，得到n+1个方程个方程求解的步骤是已知求解的步骤是已知t=0时刻剖面各点的时刻剖面各点的h，求解，求解t=1时刻剖面各点的时刻剖面各点的h(共共n+1个未知量个未知量)，依次，依次类推，求得所有时刻剖面各点的类推，求得所有时刻剖面各点的h以一维问题为例以一维问题为例n28/512、数学模型实例-入渗蒸发问题n n模型建立的条件模型建立的条件：忽略侧向径流，近似为垂直一维土壤水运动；地表入渗率为ir(t)（或蒸发强度为），底部为不透水边界（或已知水头边界，如地下水面 h=0）n n定解问题定解问题 第三章第三章 地下水文要素地下水文要素和地下水资源评价和地下水资源评价2 2 降雨入渗补给降雨入渗补给（坐标轴（坐标轴Z轴向下为正轴向下为正）29/512、数值模型（内结点离散方程）n对研究区域剖分（垂直剖分 n 个单元）；在结点i，坐标zi，均衡域为（zi-1/2,zi+1/2）,差分离散后，有第三章第三章 地下水文要素地下水文要素和地下水资源评价和地下水资源评价2 2 降雨入渗补给降雨入渗补给i+1i-1深深度度Z01i30/51n在时间上研究t为（j，j+1）之间的离散区间的变化，采用隐式差分（即前向差分）i+1i-1时间时间t深深度度Z01ij+1j对节点对节点i，在，在t时间区间内有：31/51v 数值模型实例（上边界结点离散方程）1 n对地表结点对地表结点i=0，坐标，坐标z0=0，均衡域为（均衡域为（0,z1/2）,地表为入渗边界，地表为入渗边界，入渗速率入渗速率i ir r，差分离散后，有差分离散后，有第三章第三章 地下水文要素地下水文要素和地下水资源评价和地下水资源评价2 2 降雨入渗补给降雨入渗补给i+1i-1深深度度Z01i32/51v 数值模型实例（下边界结点离散方程）1 n对下边界结点对下边界结点i=n，坐标坐标zn，均衡域为（均衡域为（zn-1,zn）,当下边界为当下边界为隔水边界时隔水边界时，差分离差分离散后，有散后，有n当下边界为定水位边当下边界为定水位边界时界时，差分离散方程差分离散方程为：为：第三章第三章 地下水文要素地下水文要素和地下水资源评价和地下水资源评价2 2 降雨入渗补给降雨入渗补给33/51v 数值模型的求解n列出结点列出结点i=0n 所所有的隐式差分方程有的隐式差分方程，可得到以下三对角可得到以下三对角方程组方程组：n采用追赶法求解上述方程，采用追赶法求解上述方程，可得出可得出不同时段、各结点土不同时段、各结点土壤水压力的分布过程壤水压力的分布过程n当下边界为定水位地下水位当下边界为定水位地下水位边界时，可按下式求得任一边界时，可按下式求得任一时间的地下水入渗补给量：时间的地下水入渗补给量：n地下水位为动边界的情况地下水位为动边界的情况第三章第三章 地下水文要素地下水文要素和地下水资源评价和地下水资源评价2 2 降雨入渗补给降雨入渗补给j+1j达达西西定定律律34/51利用数值模拟方法，变换不同的初边值条件，对比计算结果，分利用数值模拟方法，变换不同的初边值条件，对比计算结果，分析计算结果，得出可以指导生产的结论（析计算结果，得出可以指导生产的结论（数值实验数值实验）1).降雨入渗补给条件下降雨入渗补给条件下地下水位地下水位的变化过程的变化过程2).地下水埋深地下水埋深对入渗补给地下水的影响对入渗补给地下水的影响3).土壤土壤剖面初始含水率剖面初始含水率及其分布对降雨入渗补给的影响及其分布对降雨入渗补给的影响4).土壤土壤质地质地对降雨入渗补给的影响对降雨入渗补给的影响3、利用数值模拟方法分析降雨入渗补给过程、利用数值模拟方法分析降雨入渗补给过程35/511）.降雨入渗补给条件下降雨入渗补给条件下地下水位地下水位的变化过程的变化过程右图：右图：hs为一次降雨产生的完全上升高度为一次降雨产生的完全上升高度Pr=hs(不考虑其他原因对补给的影响时）不考虑其他原因对补给的影响时）t0 初始滞后，初始滞后，tm峰点滞后，峰点滞后，te结束滞后结束滞后t（天）天）t（天）天）t（天）天）t（天）天）Pr(mm)t（天）天）ir(mm/天)P(mm)hs(mm)左图：左图：降雨强度降雨强度ir下，下，Pr有一个累积过程，累计开有一个累积过程，累计开始的时间有滞后，雨停后始的时间有滞后，雨停后一段时间停止一段时间停止36/512）.地下水埋深地下水埋深对入渗补给地下水的影响对入渗补给地下水的影响在土质和土壤初始剖面含水率相同条件下，降雨量一定时（如对于在土质和土壤初始剖面含水率相同条件下，降雨量一定时（如对于P=150mm）时，）时，hd关系如下：关系如下：地下水埋深地下水埋深d dcr后，完全上升高度随后，完全上升高度随d的增加减少；一部分补给土壤水，一部分的增加减少；一部分补给土壤水，一部分补给地下水补给地下水地下水埋深地下水埋深(m)完完全全上上升升高高度度（cm)次降雨量次降雨量P=30，100，150mm37/513）.土壤土壤剖面初始含水率剖面初始含水率及其分布对降雨入渗补给的影响及其分布对降雨入渗补给的影响初始含水率剖面总量不同初始含水率剖面总量不同时：时：如如1线：初始含水率大，滞后时间短，完全上升高度大线：初始含水率大，滞后时间短，完全上升高度大初始含水率小初始含水率小天天初始含水率大初始含水率大38/513）.土壤土壤剖面初始含水率剖面初始含水率及其分布对降雨入渗补给的影响及其分布对降雨入渗补给的影响初始含水率剖面分布不同，总量相同时初始含水率剖面分布不同，总量相同时，降雨对地下水的补给，降雨对地下水的补给过程影响：过程影响：剖面分布影响水位上升的滞后时间但不影响完全上升高度剖面分布影响水位上升的滞后时间但不影响完全上升高度只考虑前期降雨对土壤剖面水量的影响，不需考虑分布只考虑前期降雨对土壤剖面水量的影响，不需考虑分布39/514).土壤土壤质地质地对降雨入渗补给的影响对降雨入渗补给的影响均质土壤：均质土壤：沙性：渗透性好，入渗速度大，田间持水率低，蓄水能力低沙性：渗透性好，入渗速度大，田间持水率低，蓄水能力低 地下水位上升快，补给快，补给量大地下水位上升快，补给快，补给量大粘性：反之粘性：反之层状土壤：层状土壤：以沙性土壤不同部位有粘土层为例以沙性土壤不同部位有粘土层为例有粘土层将延缓对地下水的补给有粘土层将延缓对地下水的补给粘土夹层粘土夹层位置位置不同，降雨对地下水的不同，降雨对地下水的补给开始补给开始时间不同，先后时间不同，先后次序为：在下部，上部，中部次序为：在下部，上部，中部降雨历时长，雨强恒定无地表径流时，地下水位的上升高度不降雨历时长，雨强恒定无地表径流时，地下水位的上升高度不同，高低次序为：在中部，在下部，均质（无夹层），在上部同，高低次序为：在中部，在下部，均质（无夹层），在上部40/512.3 降雨入渗补给地下水的试验研究降雨入渗补给地下水的试验研究n土壤土壤透水透水性性一定，降雨过程一定，一定，降雨过程一定，不同埋深下，不同埋深下，降雨降雨对地下水的补给量对地下水的补给量过程的过程的试验分析试验分析地中渗透仪地中渗透仪：降雨对地下水的补给强度和补给量，：降雨对地下水的补给强度和补给量，可以通过地中渗透仪测量；可以通过地中渗透仪测量；地中渗透仪可以通过与外界某一容器中水位连接，地中渗透仪可以通过与外界某一容器中水位连接，使地下水埋深始终保持在一个深度，降雨入渗补使地下水埋深始终保持在一个深度，降雨入渗补给的多余地下水就会进入这一容器，通过测量一给的多余地下水就会进入这一容器，通过测量一定时间容器中的水，可以得到补给强度和补给量定时间容器中的水，可以得到补给强度和补给量41/512.3 降雨入渗补给地下水的试验研究降雨入渗补给地下水的试验研究地中渗透仪地中渗透仪：降雨对地下水的补给强度和补给量，可以通过地中渗透仪：降雨对地下水的补给强度和补给量，可以通过地中渗透仪测量；测量；一般成组布置一般成组布置，并配合以地面气象要素的观察。比较深的为，并配合以地面气象要素的观察。比较深的为8 米。米。水均衡试验场：水均衡试验场：同时服务于入同时服务于入渗和蒸发，又渗和蒸发，又称蒸渗仪称蒸渗仪42/512.3 降雨入渗补给地下水的试验研究降雨入渗补给地下水的试验研究土壤透水性一定土壤透水性一定,降雨总量一定降雨总量一定,埋深越小，埋深越小，入渗补给地下水量占总入渗量入渗补给地下水量占总入渗量的比例的比例(B/A)越大越大(即消耗于即消耗于包气带的越多包气带的越多)潜水埋深潜水埋深（m）B/A%）B/A=入渗补给地下水入渗补给地下水/总入渗总入渗量量总入渗量总入渗量A=入渗补给土壤水入渗补给土壤水 +入渗补给地下水入渗补给地下水第三章第三章 第二节第二节 降雨入渗降雨入渗该图由表该图由表3-1中某实验站地中渗透仪的中某实验站地中渗透仪的数据绘制，埋深大于数据绘制，埋深大于3.5m(图中虚线图中虚线)的数据为外延的数据为外延43/512.3 降雨入渗补给地下水的试验研究降雨入渗补给地下水的试验研究透水条件一定透水条件一定,降雨过程一定降雨过程一定,地下水埋深分别为地下水埋深分别为1.5、3.0、4.5、5.0m四种条件进行试验分析对比四种条件进行试验分析对比埋深埋深1.5米米qmax=50(mm/day)共共13个锋个锋降降雨雨（mm）补补给给强强度度（mm/天天）潜水埋深较浅时潜水埋深较浅时(1.5m)的的次降雨与入渗过程图；次降雨与入渗过程图；特点：特点：锋雨一一对应，锋雨一一对应，各次降雨有完整的补给各次降雨有完整的补给过程线过程线44/512.3 降雨入渗补给地下水的试验研究降雨入渗补给地下水的试验研究埋深埋深3米米qmax=20 (mm/day)7个锋个锋埋深埋深4.5米米qmax=6(mm/day)3个锋个锋埋深埋深5米米qmax=6(mm/day)2个锋个锋随埋深的加大有如下的特点：随埋深的加大有如下的特点：地下水补给过程的锋的个数减少，几次雨完成一个锋；地下水补给过程的锋的个数减少，几次雨完成一个锋；锋（补给强度）不断减小，锋（补给强度）不断减小，锋相对于雨的滞后效应越大锋相对于雨的滞后效应越大45/512.4 降雨入渗对地下水补给量的确定方法降雨入渗对地下水补给量的确定方法 降雨入渗对地下水的补给量是地下水资源评价中的重降雨入渗对地下水的补给量是地下水资源评价中的重要参数，但实际生产中，实际的土壤是不均质要参数，但实际生产中，实际的土壤是不均质，甚至也，甚至也不是层状的，在一个区域内地下水埋深条件在时间上和不是层状的，在一个区域内地下水埋深条件在时间上和空间上也是变化的，降雨的情况也是变化的，因此在宏空间上也是变化的，降雨的情况也是变化的，因此在宏观上评价降雨对地下水的补给量是复杂的观上评价降雨对地下水的补给量是复杂的实际生产中有以下方法计算降雨对地下水的补给量实际生产中有以下方法计算降雨对地下水的补给量2.4.1 降雨入渗补给系数法降雨入渗补给系数法2.4.2 利用地下水动态资料确定降雨入渗补给量利用地下水动态资料确定降雨入渗补给量2.4.3 利用数值模拟方法确定降雨入渗补给量利用数值模拟方法确定降雨入渗补给量（略）（略）46/51 Pr=p Pr.降雨对地下水的补给量，降雨对地下水的补给量，mm .降雨入渗补给系数降雨入渗补给系数 p.降雨量，降雨量，mm,一般为年降雨量。一般为年降雨量。所有影响降雨对地下水补给的因素都影响所有影响降雨对地下水补给的因素都影响，各地区应根据，各地区应根据具体情况，通过试验来确定具体情况，通过试验来确定表表3-2为华北平原及山间盆地降雨入渗补给系数的汇总为华北平原及山间盆地降雨入渗补给系数的汇总注意：不同土质，不同降雨，不同地下水埋深，有无植被注意：不同土质，不同降雨，不同地下水埋深，有无植被2.4.1 降雨入渗补给系数法降雨入渗补给系数法2.4 降雨入渗对地下水补给量的确定方法降雨入渗对地下水补给量的确定方法47/512.4.2 利用地下水动态资料确定降雨入渗补给量利用地下水动态资料确定降雨入渗补给量hsP+Pa降雨入渗降雨入渗Pr=hs（注：单纯由降雨引起地（注：单纯由降雨引起地下水位上升时）下水位上升时）本次与前期降雨本次与前期降雨P+Pa48/512.4.2 利用地下水动态资料确定降雨入渗补给量利用地下水动态资料确定降雨入渗补给量P+Pa(mm)Pr(mm)d=1.0md=1.5d=0.50m（P计+Pa）Pr d相关曲线的建立相关曲线的建立分析不同（分析不同（P+Pa）对应的对应的hs找到多年系列中雨前地下水找到多年系列中雨前地下水埋深为埋深为1.5m的点次与前期降的点次与前期降雨雨P+Pa由由Pr=hs计算计算Pr；得到得到该埋深下一系列该埋深下一系列（P+Pa）对应的）对应的PrPr(mm)绘制绘制该埋深该埋深Pr（P+Pa）图）图多年蒸渗仪观测资料多年蒸渗仪观测资料