水文地质学基础中国地质大学武汉地下水补给学习教案.pptx
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1、会计学1水文地质学基础水文地质学基础(jch)中国地质大学武中国地质大学武汉地下水补给汉地下水补给第一页,共56页。地下水的补给地下水的补给地下水的补给地下水的补给(b j)Recharge of G.W.(b j)Recharge of G.W.(b j)Recharge of G.W.(b j)Recharge of G.W.补给的研究包括:补给来源、影响补给的研究包括:补给来源、影响(y(y ngxingxi ng)ng)因素与补因素与补给量给量补给补给(b j)来源来源人工补给人工补给天然补给天然补给大气降水入渗补给大气降水入渗补给凝结水补给凝结水补给相邻含水层的补给相邻含水层的补给地
2、表水补给地表水补给灌溉水入渗补给灌溉水入渗补给生产生活废水补给生产生活废水补给水库渠道渗漏补给水库渠道渗漏补给人工回灌补给人工回灌补给第2页/共56页第二页,共56页。大气降水入渗机制大气降水入渗机制包包气气带带是是降降水水对对地地下下水水补补给给的的枢枢纽纽,包包气气带带的的岩岩性性结结构构和含水量状况对降水人渗补给起着决定性作用。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:目前认为,松散沉积物的降水入渗有两种方式:活活塞塞(husi)(husi)式式 (piston/diffuse):(piston/diffuse):是是指指入入渗渗水水的的湿湿锋锋
3、面整体向下推进,就象活塞面整体向下推进,就象活塞(husi)(husi)的运移一样;的运移一样;捷捷径径式式 (bypass/preferential):(bypass/preferential):是是指指入入渗渗水水由由于于存存在在水水分分运运移移的的大大空空隙隙通通道道(根根孔孔、虫虫孔孔、裂裂缝缝等等),入入渗渗水流沿着该通道下渗,优先达到地下水面的过程。水流沿着该通道下渗,优先达到地下水面的过程。7.1.1 7.1.1 7.1.1 7.1.1 大气大气大气大气(dq)(dq)(dq)(dq)降水对地下水的补给降水对地下水的补给降水对地下水的补给降水对地下水的补给第3页/共56页第三页,
4、共56页。t1t2湿湿锋锋面面(fngmin)活塞式入渗活塞式入渗(均质砂土均质砂土(sh t)(sh t)地面地面(dmin)地下水位地下水位年龄新的水推年龄新的水推动年龄老的水动年龄老的水下移,下移,“老老”水在前,水在前,“新新”水在后。水在后。第4页/共56页第四页,共56页。捷径捷径捷径捷径(jijng)(jijng)(jijng)(jijng)式入渗式入渗式入渗式入渗(粘性土介质粘性土介质粘性土介质粘性土介质)优势优势优势优势流流流流特点:新水可以超过老水,优先达到含水层;入渗水不必全部补充(bchng)包气带水分亏缺即可补给下方含水层。t t1 1t t2 2水水第5页/共56页
5、第五页,共56页。第6页/共56页第六页,共56页。降雨之前,包气带上部水分亏缺,水量小于残留含水量降雨之前,包气带上部水分亏缺,水量小于残留含水量降雨后,首先补足水分亏缺,多余的水分才能下渗降雨后,首先补足水分亏缺,多余的水分才能下渗下渗水下渗水(shn shu)达到到达支持毛细带时,地下水位抬升达到到达支持毛细带时,地下水位抬升第7页/共56页第七页,共56页。降水初期降水初期 t1:土土层层干干燥燥,毛毛细细负负压压(f y)大大,吸吸水水能能力力很很强强,雨雨水下渗快水下渗快 降水延续降水延续 t2 :含含水水量量增增加加,毛毛细细力力减减小小,入入渗渗速速率率下下降降,直直至至下下渗
6、趋于稳定渗趋于稳定 降水再继续:降水再继续:当当土土层层湿湿锋锋面面推推进进到到支支持持毛毛细细水水带带时时,含含水水量量获获得得补给,潜水位上升补给,潜水位上升降水降水(jingshu)入渗过程入渗过程第8页/共56页第八页,共56页。第9页/共56页第九页,共56页。2.2.降水降水(jingshu)(jingshu)补补给的影响因素给的影响因素nqG=P-Rs-E-Sn影响降水入渗补给的因素?n气候因素(P,E);降水总量;降水强度;降水频率;降水延续(ynx)时间n地形:高或低,陡或缓n地质:包气带岩性n地下水位埋深;n其他:植被、城市化RsEPSqG第10页/共56页第十页,共56页
7、。年降雨量与入渗补给量年降雨量与入渗补给量问题问题(wnt):年降雨量越大,年降雨量越大,入渗补给量就一入渗补给量就一定越大吗?定越大吗?亚砂土亚砂土(sh t)第11页/共56页第十一页,共56页。次降雨量与入渗补给量次降雨量与入渗补给量亚砂土亚砂土(sh t)第12页/共56页第十二页,共56页。间歇性的小雨只湿润土壤表层而经由蒸发及蒸腾返回大气,不构成地下水的有效补给。集中式暴雨降水强度超过地面入渗能力而部分转化间歇性的小雨只湿润土壤表层而经由蒸发及蒸腾返回大气,不构成地下水的有效补给。集中式暴雨降水强度超过地面入渗能力而部分转化间歇性的小雨只湿润土壤表层而经由蒸发及蒸腾返回大气,不构成
8、地下水的有效补给。集中式暴雨降水强度超过地面入渗能力而部分转化间歇性的小雨只湿润土壤表层而经由蒸发及蒸腾返回大气,不构成地下水的有效补给。集中式暴雨降水强度超过地面入渗能力而部分转化(zhunhu)(zhunhu)为地表径流,入渗系数偏低。连绵细雨不超过地面入渗速率的最有利于地下水的补给。为地表径流,入渗系数偏低。连绵细雨不超过地面入渗速率的最有利于地下水的补给。为地表径流,入渗系数偏低。连绵细雨不超过地面入渗速率的最有利于地下水的补给。为地表径流,入渗系数偏低。连绵细雨不超过地面入渗速率的最有利于地下水的补给。第13页/共56页第十三页,共56页。岩性与降雨岩性与降雨(jin y)入渗补入渗
9、补给量给量第14页/共56页第十四页,共56页。水位水位(shuwi)(shuwi)埋深与入渗补给量埋深与入渗补给量问题:水位问题:水位(shuwi)埋深埋深越浅,入渗补给越浅,入渗补给量就一定越大吗量就一定越大吗?亚砂土亚砂土(sh t)第15页/共56页第十五页,共56页。n n植被(zhbi)覆盖率影响古老古老(glo)牧场牧场48年牧场(mchng)草地草地裸地裸地累累积积入入渗渗量量mm603060 min时间时间0植被对入渗量的影响植被对入渗量的影响植被对入渗量的影响植被对入渗量的影响第16页/共56页第十六页,共56页。3 3 3 3、大气、大气、大气、大气(dq)(dq)(dq
10、)(dq)降水入渗补给量的确定降水入渗补给量的确定降水入渗补给量的确定降水入渗补给量的确定经验(jngyn)公式法水均衡法示踪法零通量面法数值模拟法第17页/共56页第十七页,共56页。平原区:Q =P F 1000 m3/a mm 无量纲,km2入渗系数法()确定方法:地中渗透(shntu)仪测定天然潜水位变幅经验经验经验经验(jngyn)(jngyn)(jngyn)(jngyn)公式法公式法公式法公式法Experiential Formula MethodExperiential Formula MethodExperiential Formula MethodExperiential F
11、ormula Method)第18页/共56页第十八页,共56页。地中渗透地中渗透(shntu)仪结构图仪结构图实验场实验场观测室观测室接渗瓶测水分(shufn)损失量第19页/共56页第十九页,共56页。降水入渗系数降水入渗系数(xsh)年降水量年降水量潜水的埋深潜水的埋深关系图关系图(河北)(河北)第20页/共56页第二十页,共56页。潜水潜水(qinshu)位动态位动态法法第21页/共56页第二十一页,共56页。大气圈大气圈地表地表(dbio)径流径流地面地面(dmin)包气带包气带含水层含水层降雨降雨(jin y)入渗入渗补给补给腾发腾发PETSR水均衡法水均衡法水均衡法水均衡法(Wa
12、ter Budget Methods)Water Budget Methods)补给补给GuR=P-RS-ET+Gu-SRs地表水地表水第22页/共56页第二十二页,共56页。示踪法示踪法示踪法示踪法(Tracer Method)Tracer Method)常用常用(chn(chn yn yn)的示踪剂:的示踪剂:tritium(3H)tritium(3H)、deuterium(2H)deuterium(2H)、carbon-carbon-13(13C)13(13C),14C14C、oxygen-18(18O)oxygen-18(18O)、chloride-36(36Cl)chloride-3
13、6(36Cl)、bromidebromide(溴化物)(溴化物)、chloridechloride(氯化物)等。(氯化物)等。氚示踪法原理氚示踪法原理:人工投放示踪剂到地下人工投放示踪剂到地下一定深度,定期取样分析剖面一定深度,定期取样分析剖面(pumin)(pumin)上示踪剂浓度变化,据此确上示踪剂浓度变化,据此确定峰值下移速率定峰值下移速率v v,从而求算地下水补,从而求算地下水补给量给量R R:第23页/共56页第二十三页,共56页。示踪法示踪法(Tracer Method)天然天然(tinrn)(tinrn)氯离氯离子示踪法子示踪法原理:以环境氯离子为示踪剂,原理:以环境氯离子为示踪
14、剂,在测得地下水、土壤水及降水的氯在测得地下水、土壤水及降水的氯离子浓度后,通过氯离子平衡和氯离子浓度后,通过氯离子平衡和氯离子累积离子累积(lij)(lij)法求地下水时段补法求地下水时段补给量和多年平均补给量。给量和多年平均补给量。该方法在大量该方法在大量(dling)施用农施用农家肥情况下精度受影响,因此,家肥情况下精度受影响,因此,取样剖面选择在淡水区、无农家取样剖面选择在淡水区、无农家肥明显影响的地下水埋深较大的肥明显影响的地下水埋深较大的地段。地段。第24页/共56页第二十四页,共56页。零通量面法零通量面法(Zero Flux Plane Method)原理:它以包气带为水量原理
15、:它以包气带为水量(shu(shu lin lin)均衡体系,以中子仪和负压计均衡体系,以中子仪和负压计观测资料为基础数据,根据土壤剖面土水势的变化确定土水势梯度观测资料为基础数据,根据土壤剖面土水势的变化确定土水势梯度为零(即水分通量为零)的面(零通量面),零通量面以下土壤含为零(即水分通量为零)的面(零通量面),零通量面以下土壤含水量水量(shu(shu lin lin)的变化为地下水补给量。的变化为地下水补给量。满足:达西定律满足:达西定律(dngl)、质量、质量守恒定律守恒定律(dngl)Z(m)Z(m)第25页/共56页第二十五页,共56页。数值数值(shz)(shz)模拟法模拟法在
16、监测降水、蒸发、土壤水和地下水动态等资料的基础上,以土壤植物大气连续体(SPAC)水分传输理论为基础,建立作物生长条件下非饱和或饱和-非饱和数值(shz)模拟模型,求算地下水补给量,探讨大气水、土壤水及地下水的转化关系。常用软件有EARTH模型、SWMS模型、HYDRUS第26页/共56页第二十六页,共56页。二、地表水对地下水的补给二、地表水对地下水的补给二、地表水对地下水的补给二、地表水对地下水的补给(b j)(b j)(b j)(b j)n n河流补给河流补给:因地而异(空间上),因时而因地而异(空间上),因时而(sh r)(sh r)异(时间)异(时间)n n比较长年性河流与季节性河流
17、对地下水的补给的异同点;比较长年性河流与季节性河流对地下水的补给的异同点;n n河流补给的主要影响因素有哪些?河流补给的主要影响因素有哪些?n n如何确定河水对地下水的补给量?如何确定河水对地下水的补给量?n n地表水补给地下水的必要条件有哪些:地表水补给地下水的必要条件有哪些:n n(1 1)有水力联系)有水力联系n n(2 2)地表水水位高于地下水水位)地表水水位高于地下水水位第27页/共56页第二十七页,共56页。第28页/共56页第二十八页,共56页。季节性河流季节性河流(hli)(hli)第29页/共56页第二十九页,共56页。三、含水层之间的补给三、含水层之间的补给三、含水层之间的
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