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地下水水文学 主讲：杜发兴 教授 第8讲 第三章 地下水的补给、排泄与径流(地下水循环) 3.1 地下水的补给 地下水补给的概念 定义：含水层自外界获得水量的作用过程称作补给。 研究内容：包括补给来源、影响补给的因素和补给量。 补给来源有：大气降水、地表水、凝结水、灌溉回归水、其它含水层的水和人工补给 3.1 地下水的补给 大气降水补给 大气降水的入渗过程 降雨初期：降水 下渗土层(保存在包气带中) 继续降水：包气带上部饱和 渗入饱和层，抬升地下水位 土壤中降水的入渗速率可用下渗率（mm/h）表示。降水下渗率由大变小(图2-1). 包气带产生连续下渗水流以后，在砂性土中水流运动服从于达西定律。由于垂直渗流时，水头差与渗透长度相等，水力梯度等于1，所以下渗率等于包气带垂向渗透系数。 影响降水的因素 降水强度 定义：单位时间内的降水量，通常以每小时降水深度的毫米数表示 降水强度超出包气带的入渗速率，部分降水便形成地表径流，补给地下水的部分相应减少。降水强度小而每次持续时间不长，入渗的水仅能湿润包气带，雨后又蒸发返回大气，也不利于补给地下水。绵绵细雨对地下水的补给最为有利。 （强度适中且持续时间长有利） 影响降水的因素 包气带岩性 包气带的透水性愈好，降水转为地下水的份额便愈大。反之，包气带透水性不良，降水中的相当一部分便转为地表径流。此外，包气带土质愈是粘重，厚度愈大，滞留的入渗水便众多，对地下水补给愈不利。 （透水性强，厚度小有利） 影响降水的因素 地形坡度 降水强度超过包气带入渗速率时，地形坡度愈大，则转为地表径流的降水众多；这种情况下，地形平缓，降水形成的坡流流动缓慢，入渗时段延长，转为地下水的部分就愈多。要注意只有当降水强度超过包气带的入渗速率时，地形才能影响降水的入渗。（坡度缓有利） 植被 植被有利于降水补给地下水。其原因，一方面，植物阻滞了地表坡流；另一方面，林下土壤有机质多，结构性好，树木根系使表土透水性加强，落叶可保护士壤结构免遭雨滴的破坏。（植被覆盖度高有利） 大气降水补给量的确定 平原地区降水入渗量的确定 采用地中渗透仪(图2-2) 通过观测天然地下水位变幅求降水入渗量 在不受开采及地表水影响、地下径流微弱的地方，选择包气带岩性及地下水位埋深有代表性的地段，布置观测井，观测降水期间地下水位拾升值?h，测定水位变幅带的给水度?。则降水入渗量Q： 式中F为观测井所代表的地段的面积。 采用相关分析，建立 的关系曲线(图2-3) 山区降水入渗量的确定 一般与地表水补给量一起确定(见后续内容) 3.1 地下水的补给 地表水补给 补给源：河流、湖泊、水库、海洋 河流与地下水之间的补给，取决于河水位与地下水位之间的关系(图2-4) 山区河流：地下水?河水 山前冲(洪)积扇顶部：河水?地下水 冲(洪)积扇缘：(汛期)河水?地下水?河水(枯期) 平原：河水?地下水 地表水补给 影响因素： 河床渗透性 河水位与地下水位高差 河床湿周(河床宽度) 河床过水时间(图2-5) 地下水埋藏条件：潜水还是承压水(图2-6) 地表水补给量的确定 平原区地表水渗漏量的确定 最简单的情况下，可通过实测河流流量变化来确 定。在预计河流发生渗漏的上下游各测一断面流量，分别为Q1及Q2,则地表水渗漏量Qd=Q1一Q2，此即为地表水补给地下水量。如涉及间歇性洪水，则消耗于包气带的水量占相当比例，误差较大。 地表水补给量的确定 山区降水与地表水入渗量的确定： 当地下水以集中的泉或泉群形式排泄时，泉的总流量乘以相应时间，即代表大气降水及地表水对地下水的总补给量。 地下水排泄比较分散时，可通过分割地表径流过程线求得地下水泄流量，作为地下水补给量(后面要学习)。 山区的大气降水入渗系数是全年降水及地表水入渗总量与降水量的比值： 3.1 地下水的补给 凝结水的补给 凝结作用 温度降低时，饱和湿度随之降低，温度降到一定程度，空气中的绝对湿度与饱和湿度相等，温度继续下降，超过饱和湿度的那一部分水汽，便将凝结成水。这种由气态水转化为液态水的过程，称为凝结作用 凝结水补给 夏季的白天，大气和土壤都吸热增温，到夜晚，土壤散热快而大气散热慢。地温降到一定程度，在土壤孔隙中水汽达到饱和，凝结成水滴，绝对湿度随之降低。由于此时气温较高，地面大气的绝对湿度较土中为大，水汽由大气向土壤孔隙运动。如此不断补充，不断凝结，当形成足够的液滴状水时，便下渗补给地下水。 一般情况下，凝结形成的水相当有限。但是，高山、沙漠等昼夜温差大的地方(撒哈拉大沙漠昼夜温差大于50℃)，凝结作用对地下水补给的作用不能忽视。据报道，我国内蒙沙漠地带，在风成细沙中不