地下水的补给与排泄地下水的补给含水层或含水系统从

第七章地下水的补给与排泄

第一节地下水的补给

含水层或含水系统从外界获得水量的过程称作补给。

补给研究包括补给来源、补给条件与补给量。

地下水补给来源有天然与人工补给。天然补给包括大气降水、地表水、凝结水和来自其他含水层或含水系统的水；与人类活动有关的地下水补给有灌溉回归水、水库渗漏水，以及专门性的人工补给（利用钻孔）。

一、大气降水对地下水的补给

（1）大气降水入渗机制

松散沉积物中的降水入渗存在活塞式与捷径式两种（见图7－1）：

活塞式下渗是入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移如图7－1（a）。

图7—1活塞式与捷径式下

渗（a）活塞式下渗；（b）捷径式与活塞式下渗的结合

图7—2 降水入渗过程中包气带水分分布曲线

—残留含水量；—饱和含水量

活塞式下渗过程：

a）雨季之前（）时，包气带水分分布曲线如图7—2（a）所示，近地表面水分出现亏缺。

b）雨季初期~时，入渗的降水首先补充包气带水分分布曲线的亏缺部分，如图7—2（a）和所示。

c）随着降雨的继续，多余的入渗水分开始下渗，近地表面出现高含水量带，水分分布特征如图7—2（b）时的状况；如果连续降雨高含水量带将向下推进，如果此时停止降雨，高含水量带的水分向下缓慢消散（如图7—2（b）所示）。

d）停止降雨后，理想情况下，包气带水分向下运移最终趋于稳定，不下渗也无蒸发、蒸腾时，含水层获得补给，地下水水位抬升，此时均质土包气带水分分布如图7－2（c）所示。

活塞式下渗是在理想的均质土中室内试验得出的。实际上，从微观的角度看，并不存在均质土。尤其是粘性土，捷径式入渗往往十分普遍。

捷径式入渗：当降雨强度较大，细小孔隙来不及吸收全部水量时，一部分雨水将沿着渗透性良好的大孔隙通道优先快速下渗，并沿下渗通道水分向细小孔隙扩散。存在比较连续的较强降雨时，下渗水通过大孔道的捷径优先到达地下水面。如图7－1（b）所示。

捷径式下渗与活塞式下渗比较，主要有两点不同：

（a）活塞式下渗是年龄较新的水推动其下的年龄较老的水，始终是老水先到达含水层；捷径式下渗时新水可以超前于老水先到达含水层；

（b）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。

通常情况下，砂砾质土中主要为活塞式下渗，而在粘性土中则活塞式与捷径式下渗同时发生。

（2）影响大气降水补给地下水的因素

落到地面的降水，归根结底有三个去向：转化为地表径流，蒸发返回大气圈，下渗补给含水层，如图（7－4）。

由下渗过程可知，渗入到地面以下的水不等于全部补给含水层的水。其中，相当一部分水滞留在包气带中构成土壤水，通过土面蒸发与叶面蒸腾的方式从包气带水直接转化为大气水。

以平原地区降水入渗补给地下水水量表达式：

式中：——降雨入渗补给含水层的量，mm；

X——年总降水量，mm；

D——地表径流量，mm；

——包气带水分滞留量，mm；

令

则，α称为降雨入渗系数，即每年总降雨量补给地下水的份额，常以小数表示。

图7—4 降水入渗补给含水层框图

由降雨入渗表达式，我们可以分析出大气降水补给地下水的影响因素：气候（气象）、包气带的岩性和厚度、地形与植被覆盖等。

气候（气象）包括：年降水总量、降水强度与历时、降水频率，以及温度和蒸发强度。

包气带特征包括：包气带岩性的渗透性和厚度

其他因素主要有：地形坡度、地表覆盖程度以及覆盖物的储水-透水特征等。

影响降水入渗补给地下水的因素是相互制约、互为条件的整体，不能孤立的割裂开来加以分析。

二、地表水对地下水的补给

（1）河流与地下水的补给关系

沿着河流纵断面河流与地下水的补给关系具有分段性的特点（图7－5）。

山区河谷深切，河水位常低于地下水位，其排泄地下水的作用（图7－5a）。

山前由于河流的堆积作用，河床处于高位，河水常年补给地下水（图7－5b）。

冲积平原与盆地的某些部位，河水位与地下水位的关系，随季节而变（图7－5c）；在某些特殊的冲积平原中，河床因强烈的堆积作用而形成所谓的“地上河”，河水经常补给地下水（图7－5d）。

（2）河水补给地下水的影响因素

河流与河床：透水河床的长度与侵水湿周的乘积（相当于过水断面），河床透水性（渗透系数）

河流与地下水：河水位与地下水位的高差（影响水力梯度），河床至地下水位间的岩性的透水性。

河床过水时间：根据河床的过水时间，河流分为常年性和间歇性。

图7—5 地表水与地下水的补给关系

1—基岩；2—松散沉积物；3—地表水位（纵剖面）；4—地下水位；5—地表水位（横剖面）

间歇性河流对地下水的补给过程：

汛期开始，河水浸湿包气带并发生垂直下渗，使河下潜水面形成水丘（图7—6a）。

汛期河水不断下渗，水丘逐渐抬高与扩大，与河水联成一体（图7—6b）。

汛期结束，河水撤走，水丘逐渐趋平，使一定范围内潜水位普遍抬高（图7—6c）。

图7—6 河水补给地下水

1—原地下水位；2—抬高后地下水位；3—地下水位抬高部分；4—河水位；5—补给方向

（3）河流渗漏补给地下水的水量的确定

简单的确定方法，可以在有渗漏的河段上下游，分别测定断面流量Q1及Q2，则河流渗漏量等于，其中t为河床过水时间。

三、大气降水及河水补给地下水水量的确定

（1）平原区大气降水入渗补给量

在平原区，大气降水入渗补给地下水的量通常可用下式确定：

（7—2）

式中：——降水入渗补给地下水量（m3/a）；

——年降水量；

——入渗系数；

——补给区面积（）。

确定入渗系数常用的方法有以下两种：

利用地中渗透仪测定

地中渗透仪的基本结构如图7—8所示。

在若干个入渗皿中放入本区代表性原状土柱，以水位调节管控制不同的地下水位埋深，经过若干年观测，可以得到不同包气带岩性、地下水位埋深及不同年降水量条件下降水入渗系数。

利用天然潜水位变幅确定

在研究区地下水水平径流及垂向越流与蒸发都很微弱、不受开采影响的地段里，观测不同包气带岩性、地下水位埋深，由降水入渗引起的地下水抬升值，同时观测降水量，结合测定地下水位变动带的给水度则：

（7—3）

注意：一个地区的植被不同，蒸腾量很不相同，值就不相同。因此，应当选用植被情况不同的地段求取值。

（2）山区降水与河水入渗量

山区的大气降水入渗补给地下水量：

由于山区地形切割，地下水位埋藏深度大，地下水的蒸发排泄量可以忽略，大体上可认为山区地下水的补给量等于其排泄量，故可通过测定地下水排泄量反求其补给量。

山区地下水全部以大泉形式集中排泄时，可通过定期测定泉流量求得全年排泄量。

图7—8 地中渗透仪结构图

〔据河北省地质局水文地质观测总站〕

1—入渗（蒸发）皿；2—导水管；3—地下观测室；4—室边排水沟；5—原状土样；6—皿内水位；7—过滤层；8—过滤管；9—检查管；10—防沉底座；11—支架；12—测压管；13—马里奥特瓶；14—水位调整管；15—接渗瓶；16—加水管；17—出水管；18—通气管；19—接渗管；20—截门；21—防水墙如果地下水为分散泄流排泄，可通过分割河水流量过程线求年排泄量。

如果山区地下水有一部分以地下径流形式排入相邻的平原或盆地，则必须另行计算这一部分水量加入排泄量中。

山区的入渗系数是全年降水与河水补给地下水的量与年降水量的比值：

（7—4）

式中：——年地下水排泄量，以前述方式求得；——汇水区面积（km2）；

——年降水量（mm）。

四、凝结水的补给

在某些地方，水汽的凝结对地下水的补给有一定意义。

凝结作用：饱和湿度随温度降低，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，便凝结成水。这种由气态水转化为液态水的过程称作凝结作用。

一般情况下，凝结形成的水相当有限。

五、含水层之间的补给

（1）两个含水层相邻：两个含水层之间存在水头差且有联系的通路，则水头较高的含水层便补给水头较低者（图7—10、7—11）。

图7—10 承压水补给潜水

1—含水层；2—隔水层；3—潜水位；4—承压水测压水位；5—下降泉；6—地下水流向

图7—11 潜水补给承压水

1—含水层；2—隔水层；3—潜水位；4—承压水测压水位；5—上升泉；6—地下水流向

图7—12 松散沉积物中含水层通过“天窗”及越流发生水力联系1—基岩；2—含水层；3—弱透水层；4—降水补给；5—地下水流向

（2）两个含水层间隔水层分布不稳定：在其缺失部位的相邻的含水层便通过“天窗”发生水力联系（图7—12）。

（3）两个含水层间为弱透水层——越流：相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换。

越流经常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层。

越流补给量的大小，也可用达西定律进行分析。

根据，在一维流动条件下，单位水平面积弱透水层的越流量为：

（7—6）

式中：——弱透水层垂向渗透系数；

——驱动越流的水力梯度；

——含水层A的水头；

——含水层B的水头；

——弱透水层厚度（等于渗透途径）。

尽管弱透水层的垂向渗透系数相当小，但是，由于驱动越流的水力梯度往往比水平流动的大上2—3个数量级，产生越流的面积（全部弱透水层分布范围）更比含水层的过水断面大得多，对于松散沉积物构成的含水系统，越流补给量往往会大于含水层侧向流入量。

（4）两个含水层间有导水断层：切穿隔水层的导水断层往往成为基岩含水层之间的联系通路（图7—13）。同理，穿越数个含水层的钻孔或止水不良的分层钻孔，都将人为地构成水由高水头含水层流入低水头含水层的通道。

图7—13 含水层通过导水断层发生水力联系

1—隔水层；2—含水层；3—导水断层；4—地下水流向；5—泉

六、地下水的其它补给来源

建造水库、进行灌溉以及工业与生活废水的排放都使地下水获得新的补给。灌溉渠道的渗漏以及田面灌水入渗常使浅层地下水获得额外的补给。

采用有计划的人为措施补充含水层的水量称之为人工补给地下水。

第二节地下水的排泄

排泄定义：含水层或含水系统失去水量的过程。

排泄方式：天然排泄有泉、向河流泄流、蒸发和蒸腾等，以及一个含水层（含水系统）向另一个含水层（含水系统）的排泄。人工排泄有用井孔抽汲地下水，或用渠道、坑道等排除地下水等。

一、泉

泉是地下水的天然露头，在地形面与含水层或含水通道相交点地下水出露成泉。

根据补给泉的含水层性质分类：上升泉和下降泉两大类。

上升泉由承压含水层补给，下降泉由潜水或上层滞水补给。

根据出露原因下降泉可分为：侵蚀泉、接触泉与溢流泉。

沟谷切割潜水含水层时，形成侵蚀（下降）泉（图7－17a、b）。

地形切割达到含水层隔水底板时，地下水被迫从两层接触处出露成泉，这便是接触泉（图7－17c）。

图7—17 泉的类型

1—透水层；2—隔水层；3—坚硬基岩；4—岩脉；5—风化裂隙；6—断层；7—潜水位；8—测压水位；9—地下水流向；10—下降泉；11—上升泉按出露原因上升泉可分为：侵蚀（上升）泉、断层泉及接触带泉。

当河流、冲沟等切穿承压含水层的隔水顶板时，形成侵蚀（上升）泉（图7－17h）。地下水沿导水断层上升，在地面高程低于测压水头处涌溢地表，便形成断层泉（图7－17i）。

岩脉或侵入体与围岩的接触带，常因冷凝收缩而产生隙缝，地下水沿此类接触带上升成泉，就叫做接触带泉（图7－17j）。

研究泉的意义：岩层含水性，通过研究泉在地层中的出露情况及其涌水量，可以很好地说明。——以举世闻名的泉城——济南为例，济南在范围内出露106个泉。

济南市泉水的成因：济南市以南为寒武奥陶系构成的单斜山区，地形与岩层均向济南市区倾落、市区北侧为闪长岩及辉长岩侵入体。透水性良好的灰岩接受大范围降水的补给，丰富的地下水汇流于济南市的东南，受到岩浆岩组成的口袋状“地下堤坝”的阻挡，被迫出露，造成“家家泉水”的奇观。

通过研究泉在地层中的出露情况及其涌水量，可以很好地说明岩层含水性。

古老片麻岩及燕山期花岗岩：发育构造裂隙与风化裂隙，泉的数量多，而涌水量均小于1L/s，说明这两者都是弱含水层（体）。

下寒武统为厚层页岩夹薄层砂岩：只在断层带有个别小泉，结合岩性可判断本层为隔水层。中寒武统为鲕状灰岩：出露泉虽不多，但泉涌水量可达1—10L/s，说明是较好的含水层。

上寒武统：仅出现个别小泉，结合其岩性分析，基本上可看作隔水层。

奥陶纪质纯厚层灰岩：地表水系不发育、泉的数量不多而涌水量大、三是泉水多出露

于本层与其它地层接触带。这说明奥陶纪灰岩是本区最好的含水层。

图7—18 济南泉水成因地质示意图

〔据山东省水文地质队〕

1—下奥陶纪白云质灰岩；2—中奥陶纪灰岩；3—闪长岩及灰岩；4—基岩地层界线；5—断层；6—泉群

图7—19 济南泉水成因地质剖面图

〔据山东省水文地质队〕

1—第四系；2—中奥陶纪灰岩；3—下奥陶纪白云岩；4—上寒武纪灰岩页岩；5—中寒武纪鲕状灰岩；6—下寒武纪灰岩、页岩；7—前震旦纪变质岩；8—闪长岩及辉长石；9—断层；10—泉群

图7—20 地质图（附泉）

1—前震旦纪片麻岩、片岩；2—下寒武纪鲕状灰岩；4—上寒武纪薄层灰岩及页岩；5—奥陶纪厚层灰岩；6—燕山期花岗岩；7—第四纪松散沉积；8—断裂；9—涌水量<1L/s；10—涌水量>10L/s的泉；12—温泉；13—下降泉；14—上升泉

二、泄流

泄流：当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄，称作地下水的泄流。

在河流上选定断面，定期测定河水流量，可得出河流流线过程线，并分割得出地下水泄流量（图7－21）。

图7-21 玛纳斯河1955年日平均流量过程线补给类型分割图

1—深层地下水补给；2—融雪水补给；3—浅层地下水补给；4—降雨补给；5—高山冰雪融水补给

三、蒸发

蒸发排泄是低平地区，尤其干旱气候下松散沉积物构成的平原与盆地中地下水主要的排泄方式。

地下水的蒸发排泄的两种形式：一种是与饱水带无直接联系的土壤水蒸发，另一种是饱水带－潜水的蒸发。

与潜水面不发生直接联系的包气带水：包括孔角毛细水、悬挂毛细水乃至过路毛细水（自然还包括结合水），这部分水由液态转为气态而蒸发排泄，造成包气带水分亏缺，间接影响饱水带接受降水补给的份额，但不会直接消耗饱水带的水量。

与潜水面有联系的包气带水：紧接潜水面的支持毛细水是潜水沿着毛细孔隙上升而形成的，与潜水密不可分。当潜水面埋藏不深，支持毛细水带离地表较近，大气相对湿度小于饱和湿度，毛细弯液面上的水不断由液态转为气态，逸入大气；潜水则源源不断通过毛细作用上升补充支持毛细水（支持毛细水上升运动可以参见第五章），使蒸发持续进行。

潜水持续蒸发的结果：蒸发使水分不断消耗，水中盐分保留下来。因此，强烈的潜水蒸发将使土壤集盐（造成土壤盐渍化）与地下水不断浓缩盐化。

影响潜水蒸发的因素：

a）气候：气候愈干燥，相对湿度越小，潜水蒸发便愈强烈。相对湿度经常小于50％的西北，有的地方潜水矿化度可达100—300g/L；相对湿度经常保持80％以上的川西平原，尽管潜水位埋藏很浅，但其矿化度不到0.5g/L。

b）潜水埋藏深度：潜水面埋藏愈浅，蒸发愈强烈。

如：半干旱地区的河北石家庄市，地中渗透仪（参见图7—8）测得潜水蒸发与其水位埋藏深度的关系（图7—23）：水位埋藏深度小于2m时，随着潜水埋深变浅，蒸发量显著增大，深度大于2m，潜水蒸发明显减弱。

c）包气带岩性：包气带岩性决定了毛细上升高度与速度，从而控制和影响潜水蒸发。砂最大毛细上升高度太小，而亚粘土与粘土的毛细上升速度又太低，均不利于潜水蒸发。粉质亚砂土、粉砂等组成的包气带，毛细上升高度大，而毛细上升速度又较快，故潜水蒸发最为强烈。

四、蒸腾

蒸腾是指植物生长过程中，经由根系吸收水分，在叶面转化成其气态水而蒸发，也称叶面蒸发。

蒸腾的深度受植物根系分布深度的控制。在潜水位深埋的干旱、半干旱地区，某些灌木的根系深达地下数十米，蒸腾作用的影响深度相对较很大。

如：成年树木的耗水能力相当大，一棵15年的柳树每年可消耗以上的水。前苏联饥饿草原上的灌渠林带，排水影响范围可达200m，潜水位下降最多达1．6m（图7—24）。因此，可在渠边植树代替截渗沟，以消除由于地下水位上升而引起的土壤次生盐渍化。

蒸腾的结果：只消耗水分而不带走盐类。植物根系吸收水分时，也吸收一部分溶解盐类，但是，只有喜盐植物才吸收较多盐分。

在实际工作，求算总腾发量很不容易，而要区分土壤水蒸发、潜水蒸发与蒸腾是相当困难的。

第三节地下水补给与排泄对地下水水质的影响

地下水获得矿化度与化学类型不同的补给水，水质也因而发生变化。

地下水的排泄，根据其对水质影响可分为两大类：一类是径流排泄，包括以泉、泄流等方式的排泄在内，其特点是盐随水走，水量排走的同时也排走盐分。另一类是蒸发排泄，其特点是水走盐留。

将含水系统的补给与排泄方式相结合起，地下水循环可以分为两大类：渗入－径流型和渗入－蒸发型。

渗入－径流型：长期循环的结果，使岩土与其中赋存的地下水向溶滤淡化方向发展（图7—25）。

渗入－蒸发型：长期循环，使补给区的岩土与地下水淡化脱盐，排泄区的地下水盐化，土壤盐渍化（图7—26）。

图7—25 渗入－径流型的山区潜水

图7—26 渗入－蒸发型的干旱、半干旱平原潜水

7第七章 地下水的补给与排泄

第七章地下水的补给与排泄 补给：recharge 径流：runoff 排泄：discharge 补给、径流、排泄是地下水参与自然界水循环的重要环节。 7．1 地下水的补给 补给––––含水层或含水系统从外界获得水量的过程。 1．大气降水（precipitation） 入渗机理： 1）活塞式下渗（piston type infiltration）→Green–Ampt模型：求地表处的入渗率（稳定时v→K）（P49,公式5–14；P65，图7–3），累积入渗量。 2）捷径式下渗（short-circuit type infiltration），或优势流（preferential flow）。 降水→地下水储量增加→地下水位抬高→势能增加。 降水转化为3种类型的水： ①地表水，地表径流（一般降水的10 ~ 20%产生为地表径流）； ②土壤水，腾发返回大气圈（一般大于50%的降水转为土壤水，华北平原有70%的降 水转化为土壤水）； ③地下水，下渗补给含水层（一般20 ~ 30%降水渗入地下进入含水层）。 渗入地面以下的水： ①滞留于包气带→土壤水，通过腾发ET（evapotranspiration）→返回大气圈； ②其余下渗补给含水层→地下水。 因此，落到地面的降水归结为三个去向：（1）地表径流；（2）土壤水（腾发返回大气圈）；（3）下渗补给含水层。 入渗补给地下水的水量： q x=X-D-?S

式中：q x ––––降水入渗补给含水层的量； X ––––年降水总量； D ––––地表径流量； ?S ––––包气带水分滞留量。 单位：mm 水柱。 降水入渗系数（α）––––补给地下水的量与降水总量之比。 X q x =α （小数或%表示） 一般α =0.2 ~ 0.5。 定量计算（入渗系数法）：Q=α·X ·F （注意单位统一，X ：mm/a ，F ：km 2，Q ：m 3/a ） 影响降水入渗补给的因素： ① 降水量大小：雨量大，α大；雨量小，α小； ② 降水强度：间歇性的小雨，构不成对地下水的有效补给（如华北平原，一次降水 <10mm 的为无效降雨）；连绵小雨有利于补给；集中暴雨→一部分转化为地表径流→不利于补给； ③ 包气带岩性：K 大，有利于入渗；K 小，不利于入渗； ④ 包气带厚度：厚，入渗量小，河北平原存在“最佳埋深”，一般4 ~ 6m ，地下水位 在“最佳埋深”时，入渗补给量最大，入渗系数α也最大； ⑤ 降雨前期土壤含水量：含水量高，有利于补给；含水量低，不利于补给； ⑥ 地形地貌：坡度大→地表径流量大→不利于补给；地势平缓，有利于补给； ⑦ 植被覆盖情况：植被发育，有利于拦蓄雨水和入渗；但浓密的植被，尤其是农作物，蒸腾量大，消耗的土壤水分多，不利于补给。 2．地表水 地表水对地下水的补给： 1）山区：一般排泄地下水（河水位低于地下水位，地下水补给河水），洪水期：补给地下 水； 2）山前：常年补给地下水（河水位高于地下水位）； 3）平原：河水补给地下水（“地上河”）。 影响因素：① 河床的透水性；② 水位差（河水与地下水）。 定量计算： ① 达西定律：q x =K ωI ； ② 测定上、下游河流断面的流量（断面测流）：q x =Q 上-Q 下。 大气降水、地表水是地下水的两种主要补给来源。其特点： 1）从空间分布上看：大气水属于面状补给，范围大且均匀； 地表水（河流）为线状补给，局限于地表水体周边。 2）从时间分布上看：大气降水持续时间较短； 地表水（河流）持续时间较长，是经常性的； 简而言之：大气降水：面状补给，持续时间短； 地表水：线状补给，经常性的，持续时间较长。 条件变化的影响： 地下水开采以后，由于水位的下降，水文地质条件的变化，大气降水、地表水的补给强度也要发生变化。地下水位下降后，由于包气带的加厚，降水补给量有可能减少；地表水与地下水水头差的加大，地表水的补给量有可能增大。

河流水的主要补给类型

注意：①一条河流，往往有多种补给方式，但其径流的变化特点取决于主要补给方式的变化特点。例如，济南附近的小清河，尽管上游靠地下水补给，但其最重要的补给水源是大气降水，因此，其径流变化主要取决于降水的变化。 ②东北地区的河流，具有春汛和夏汛两个汛期，但其最主要的补给方式是雨水补给，所以其洪峰期出现在降水最多的夏季。 ③地中海气候区靠雨水补给的河流，汛期在冬季。 ④黄河下游由于泥沙淤积形成“地上河”，河流水位高于两岸的潜水位，因此，只能是河水补给两岸的潜水。 学法指导 （1）人类活动对河流水文特征的影响

(2）以河流的径流量过程线判断河流所在地区、天气、气候等问题 河流的补给形式主要有大气降水和冰川融水等，以大气降水为主要补给形式的河流，径流量随降水量变化，而降水量与所在地区及其气候密切相关。因此，我们可以依据河流流量的变化情况判断相关的问题。举例如下： ①判断地区 如果下图是“我国某条河流流量变化图”，则由图可知该河流有两个汛期，第一个汛期出现在春季，应为积雪融水造成；第二个汛期出现在7、8月份，应是雨带推移到此地降水较多造成，因该河流无断流且最大流量出现在7、8月份，因此该河流位于东北地区。 ②判断天气 如果下图是“我国某条河流流量变化图”，则由图可知该河流以大气降水为主要补给形式（未出现断流，且有明显的汛期），汛期出现在b月，应位于江淮地区，此时受准静止锋控制，为梅雨天气，7,8月份流量小，是因受副高控制，出现伏旱天气。 ③判断气候 如果下图是“北半球某条河流流量变化图”，则由图可知该河流以大气降水为主要补给形式（未出现断流，且有明显的汛期），该河在北半球夏季时处于枯水期，因此该河所在地区的气候类型为地中海气候。

采煤工作面底板加固和含水层改造防治水方法

采煤工作面底板加固和含水层改造防治水方法 李　飞,安栓志,高　琪 (永城煤电集团公司车集煤矿,河南永城476600) 摘　要:永城煤电集团公司车集煤矿水文地质条件相对复杂,在采煤生产过程中多次发生工作面突水事故,严重影响矿井的安全生产和经济效益。该矿经过认真细致的研究,提出了采煤工作面底板加固和含水层改造的防治水方法,并取得了显著效果。 关键词:工作面防治水;底板加固;含水层改造 中图分类号:T D74 文献标识码:B 文章编号:1008-8725(2004)11-0075-02 0　前言 永城煤电集团公司车集煤矿,设计年产180万t,主采煤 层为二叠系山西组二 2 煤层,矿井水文地质条件复杂。自1999年底投产以来,连续5次发生工作面底板突水事故,先后淹掉3个综采工作面和2个炮采工作面,经济损失较大。2002年成立了专门的防治水机构,针对矿井的水文地质条件,采取了底板加固和含水层改造的防治水方法。 1　矿井水文地质条件 车集煤矿主采煤层为二叠系山西组二 2 煤层,下距石炭系上段灰岩含水层组50m左右,该含水层组有6层石灰岩组成,层间夹有泥岩及砂质泥岩,各层灰岩层位稳定,裂隙发育,富水性强,渗透系数一般为2～20m/d,水压4～6MPa,各含水层之间存在水力联系,是工作面发生突水的主要水源。煤层底板岩层是一组砂、泥岩互层的隔水层组,由于地质构造复杂,隐伏断裂发育,构成高压水的导水通道。在煤层开采过程中由于地压和水压的共同作用,地下水沿着通道进入工作面,发生突水,而且突水量大,来势凶猛,不易疏干。 2　工作面突水可能性分析 主采煤层底板隔水层厚度为50m,由砂、泥岩组成,抗压强度低(1157～5188MPa)。根据经验,回采时受采动影响底板直接破坏深度为10～17m,剩余有效隔水层厚度仅有35 m,底板承受水压值为5MPa。根据公式计算,煤层底板隔水层有效安全厚度应大于50m,而实际仅有35m,远远小于安 全厚度,可能发生底板突水;再根据底板水压应力比I p 随底板突水阻抗因子和底板导水裂隙发展因子直至突水的尖点 突变模型规律可知I p >1,同样可能发生突水;加之局部地段存在原始导高,更增加了突水的可能性。因此,工作面开采时底板岩层受矿山压力和底板承压水静水压力共同作用下必将引发突水。 3　工作面防治水方案 311　缩短工作面倾斜长度 工作面斜长对底板突水的影响比采深、煤层倾角、底板岩体力学强度等都明显,因为短壁采煤法可有效地阻止底板破坏强度,缩小破坏深度,有效地阻止底板承压水的侵入。用数理统计方法,提出了适合车集矿水文地质条件的合理工作面斜长为40m,可有效地控制工作面突水。要加大工作面斜长,必须采取底板加固和底板含水层改造,防止底板突水。312　工作面底板加固和含水层改造 工作面底板加固是对底板隔水层薄弱带进行注浆强化处理,使其有较强的抗采动能力,达到安全生产的目的,尤其对存在原始断裂构造地段进行注浆加固,具有重要意义。含水层改造是通过钻探注浆把含水层内的地下水置换到采场外,并占据贮水空间,切断工作面突水水源。底板加固和含水层改造是防止工作面发生突水的重要措施。 31211　底板加固和含水层改造的方案设计 在工作面上下巷道内每隔一定距离布置一个钻探注浆硐室,在硐室内向工作面扇形布置钻孔(如图1所示)。 根据以往钻探注浆经验,在该矿底板含水层中注浆,浆液扩散半径可达20～30m,终孔层位设计在石炭系含水层L10中下部。 31212　钻孔参数确定 由于矿井地下水压较高,一般为4～6MPa,煤层底板岩层软弱,施工钻孔时孔口管长度必须下入16～20m,注浆加固,且必须做耐水压试验,试验耐压值必须在15MPa以上,钻孔周围无底鼓和漏水现象。开孔孔经<133mm,孔口管直径<108mm,终孔直径<75mm。孔深根据钻孔具体位置而 炮地点选择等,并充分考虑冲击地压可能的影响范围。 (4)采取强制放顶措施,确保瓦斯抽放正常,且应在上隅角“T”形网管抽放浓度低于2%的情况下进行。 (5)根据现场瓦斯情况,靠上隅角10～15m范围内的地段应采取放炮以外的其它预裂顶板的措施。 (6)采取强制放顶措施前,应对综采支架进行补液及加强维护,确保其工作阻力满足要求,放炮前应采取保护支架、电缆及其它设备的措施,放炮应从下往上逐段进行。 (7)强制放顶期间,应设专人观察顶板动态情况,通风部门应分析其瓦斯涌出规律,便于出现异常情况时立即采取相应措施,强制放顶后,应进行效果确认。 4　结束语 木冲沟矿41107工作面采取强制放顶措施时,由于措施准备充分,顶板冒落状况良好,且未发生其它意外事故。但由于放顶后的大量瓦斯涌出,导致采面被迫停产,未采取瓦斯治理的补救措施,给矿井的连续生产造成了较大影响,从而导致了不必要的经济损失。因此,应切记“瓦斯治理、刻不容缓”。 收稿日期:2004-06-06;修订日期:2004-09-28 作者简介:李飞(1969-),男,河南南阳人,工程师,1993年毕业于中国矿业大学地质系,现在永城煤电集团公司从事矿井防治水工作。

8第八章 地下水的补给与排泄

第八章地下水的补给与排泄 补给：recharge 径流：runoff 排泄：discharge 8．1概述 补给、径流、排泄是地下水参与自然界水循环的重要环节。 地下水通过补给与排泄，获得与消耗并重新分布可溶气体及盐量，更新溶滤能力。 地下水通过补给和排泄，保持不断流动循环支撑有关水文系统和生态环境系统正常运行。 8．2 地下水的补给 补给––––饱水带获得水量的过程。 1．大气降水（precipitation） 以松散沉积物为例，讨论降水入渗补给地下水的过程。

包气带截留的水量，用于补足降水间歇期由于蒸散造成的水分亏缺。 一次降水过程，除去植被截留以及包气带截留外，大气降水量最终转化为3部分：地表径流量、蒸散量及地下水补给量(图8.1)。 一次降水过程中，包气带水分变化及其对地下水补给的影响(图8.2)。 入渗机理： 1）活塞式下渗（piston type infiltration）→Green–Ampt模型：求地表处的入渗率（稳定时 v→K）（P48,公式6.11；P72，图8.3），累积入渗量。

2）捷径式下渗（short-circuit type infiltration ），或优势流（preferential flow ）。 降水→地下水储量增加→地下水位抬高→势能增加。 降水转化为3种类型的水： ① 地表水，地表径流（一般降水的10 ~ 20%产生为地表径流）； ② 土壤水，腾发返回大气圈（一般大于50%的降水转为土壤水，华北平原有70%的降水转化为土壤水）； ③ 地下水，下渗补给含水层（一般20 ~ 30%降水渗入地下进入含水层）。 因此，落到地面的降水归结为三个去向：（1）地表径流；（2）土壤水（腾发返回大气圈）；（3）下渗补给含水层。 入渗补给地下水的水量： q x =p -D -?S 式中：q x ––––降水入渗补给含水层的量； p ––––年降水总量； D ––––地表径流量； ?S –––包气带水分滞留量。 单位：mm 水柱。 大气降水补给地下水的影响因素： 降水入渗系数（α）––––补给地下水的量与降水总量之比。 p q p =α （小数或%表示） 式中：α为入渗系数，无因次；q P 为年降水单位面积补给地下水量，mm ；P 为年降水量，mm 。 一般α =0.2 ~ 0.4。 定量计算（入渗系数法）：Q=α·p ·F ·1000 （注意单位统一，p ：mm/a ，F ：km 2，Q ：m 3/a ） 影响降水入渗补给的因素： ① 年降水量大小：雨量大，α大；雨量小，α小； ② 降水强度及其时间分布：间歇性的小雨，构不成对地下水的有效补给（如华北平 原，一次降水<10mm 的为无效降雨）；连绵小雨有利于补给；集中暴雨→一部分转化为地表径流→不利于补给； ③ 包气带岩性：K 大，有利于入渗；K 小，不利于入渗； ④ 包气带厚度：厚，入渗量小，河北平原存在“最佳埋深”，一般4 ~ 6m ，地下水位 在“最佳埋深”时，入渗补给量最大，入渗系数α也最大； ⑤ 降雨前期土壤含水量：含水量高，有利于补给；含水量低，不利于补给； ⑥ 地形地貌：坡度大→地表径流量大→不利于补给；地势平缓，有利于补给； ⑦ 植被覆盖情况：植被发育，有利于拦蓄雨水和入渗；但浓密的植被，尤其是农作物，蒸腾量大，消耗的土壤水分多，不利于补给。 2．大气降水、河水补给地下水水量的确定 1）平原区： ① 大气降水入渗补给量（入渗系数法）： Q=p·α· F ·1000 式中：Q ––––降水入渗补给地下水的水量（m 3/a ）；

地下水的补给与排泄地下水的补给含水层或含水系统从

第七章地下水的补给与排泄 第一节地下水的补给 含水层或含水系统从外界获得水量的过程称作补给。 补给研究包括补给来源、补给条件与补给量。 地下水补给来源有天然与人工补给。天然补给包括大气降水、地表水、凝结水和来自其他含水层或含水系统的水；与人类活动有关的地下水补给有灌溉回归水、水库渗漏水，以及专门性的人工补给（利用钻孔）。 一、大气降水对地下水的补给 （1）大气降水入渗机制 松散沉积物中的降水入渗存在活塞式与捷径式两种（见图7－1）： 活塞式下渗是入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移如图7－1（a）。 图7—1活塞式与捷径式下 渗（a）活塞式下渗；（b）捷径式与活塞式下渗的结合 图7—2 降水入渗过程中包气带水分分布曲线 —残留含水量；—饱和含水量 活塞式下渗过程：

a）雨季之前（）时，包气带水分分布曲线如图7—2（a）所示，近地表面水分出现亏缺。 b）雨季初期~时，入渗的降水首先补充包气带水分分布曲线的亏缺部分，如图7—2（a）和所示。 c）随着降雨的继续，多余的入渗水分开始下渗，近地表面出现高含水量带，水分分布特征如图7—2（b）时的状况；如果连续降雨高含水量带将向下推进，如果此时停止降雨，高含水量带的水分向下缓慢消散（如图7—2（b）所示）。 d）停止降雨后，理想情况下，包气带水分向下运移最终趋于稳定，不下渗也无蒸发、蒸腾时，含水层获得补给，地下水水位抬升，此时均质土包气带水分分布如图7－2（c）所示。 活塞式下渗是在理想的均质土中室内试验得出的。实际上，从微观的角度看，并不存在均质土。尤其是粘性土，捷径式入渗往往十分普遍。 捷径式入渗：当降雨强度较大，细小孔隙来不及吸收全部水量时，一部分雨水将沿着渗透性良好的大孔隙通道优先快速下渗，并沿下渗通道水分向细小孔隙扩散。存在比较连续的较强降雨时，下渗水通过大孔道的捷径优先到达地下水面。如图7－1（b）所示。 捷径式下渗与活塞式下渗比较，主要有两点不同： （a）活塞式下渗是年龄较新的水推动其下的年龄较老的水，始终是老水先到达含水层；捷径式下渗时新水可以超前于老水先到达含水层； （b）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。 通常情况下，砂砾质土中主要为活塞式下渗，而在粘性土中则活塞式与捷径式下渗同时发生。 （2）影响大气降水补给地下水的因素 落到地面的降水，归根结底有三个去向：转化为地表径流，蒸发返回大气圈，下渗补给含水层，如图（7－4）。 由下渗过程可知，渗入到地面以下的水不等于全部补给含水层的水。其中，相当一部分水滞留在包气带中构成土壤水，通过土面蒸发与叶面蒸腾的方式从包气带水直接转化为大气水。 以平原地区降水入渗补给地下水水量表达式：

地下水的基本知识

地下水的基本知识 1. 地下水的概念 地下水是指以各种形式埋藏在地壳空隙中的水，包括包气带和饱水带中的水。地下水也是参于自然界水循环过程中处于地下隐伏径流阶段的循环水。 地下水是储存和运动于岩石和土壤空隙中的水，那么地下水必然要受到地质条件的控制。地质条件包括岩石性质、空隙类型与连通性、地质地貌特征、地质历史等。 地下水环境是地质环境的组成部分，它是指地下水的物理性质、化学成分和贮存空间及其由于自然地质作用和人类工程——经济活动作用下所形成的状态总和。 2. 地下水的埋藏条件 岩石和土体空隙既是地下水的储存场所，又是运移通道。空隙的大小、多少、连通性、充填程度及其分布规律决定着地下水埋藏条件。根据成因可把空隙区分为孔隙、裂隙与溶隙三种，并可把岩层划分为孔隙岩层(松散沉积物、砂岩等)、裂隙岩层(非可溶性的坚硬岩层)与可溶岩层(可溶性的坚硬岩石)。孔隙岩层中的空隙分布比裂隙可溶岩层均匀，溶隙一般比孔隙、裂隙岩层中的空隙规模大。这三种空隙的大小分别以孔隙度、裂隙率与岩溶率表示，即某一体积岩石中孔隙、裂隙和溶隙体积与岩石总体积之比，以百分数表示。 岩石空隙中存在着各种形式的水，按其物理性质可分为气态水、吸着水、薄膜水、毛细水、重力水和固态水。此外，还有存在于矿物晶体内部及其间的沸石水、结晶水与结构水。水文地质学所研究的主要对象是饱和带的重力水，即在重力作用支配下运动的地下水。 岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的多少、大小、形状、连通情

况和分布规律，对地下水的分布和运动具有重要影响。将岩石空隙作为地下水储存场所和运动通道研究时，可分为三类，即：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴。 (1) 孔隙。松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。岩石中孔隙体积的多少是影响其储容地下水能力大小的重要因素。孔隙体积的多少可用孔隙度表示。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。 由于多孔介质中并非所有的孔隙都是连通的，于是人们提出了有效孔隙度的概念。有效孔隙度为重力水流动的孔隙体积(不包括结合水占据的空间)与岩石体积之比。显然，有效孔隙度小于孔隙度。 松散岩石中的孔隙分布于颗粒之间，连通良好，分布均匀，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少都很接近。赋存于其中的地下水分布与流动都比较均勻。 (2) 裂隙。固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，一般不存在或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。按裂隙的成因可分成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙。 成岩裂隙是岩石在成岩过程中由于冷凝收缩(岩衆岩)或固结干缩(沉积岩) 而产生的。岩浆岩中成岩裂隙比较发育，尤以玄武岩中柱状节理最有意义。构造裂隙是岩石在构造变动中受力而产生的。这种裂隙具有方向性，大小悬殊(由隐蔽的节理到大断层)，分布不均一。风化裂隙是风化营力作用下，岩石破坏产生的裂隙，主要分布在地表附近。 裂隙的多少以裂隙率表示。裂隙率(K)是裂隙体积(R)与包括裂隙在内的岩石体积(K)的比值，即或(V/F)100%。除了这种体积裂隙率，还可用面裂隙率或线裂

底板隔水层厚度计算实例

(三)深部开采时底板安全程度分析 为评价底板安全程度，奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层及L 1－3灰岩岩溶裂隙含水 层带压开采可行性论证如下： 1、用斯列沙夫公式计算二1煤底板安全隔水层厚度： l k rl h k l r p p 48t 22-+= (1) 式中t －－安全隔水厚度(米) l －－采掘工作面底板最大宽度(米) r －－隔水层岩石容重(吨/米3) Kp －－隔水层岩石抗张强度(吨/米2) H －－隔水层底板承受的水头压力(吨/米2) 2、隔水底板临界水压值 H 安＝2Kp t ×γ22 +l t (2) 式中H 安隔水底板临界水压值（吨/米2） Kp －隔水层岩石抗张强度(吨/米2) t －安全隔水层厚度实际值（米） L －－回采工作面最大控顶距离（米） r －－底板隔水层岩石容重（吨/米3） 米村煤矿开采的二1煤层标高范围在+140m ～-190m ，目前米村井田奥陶系灰 岩岩溶裂隙含水层水位标高为+138.94m(在O 2水与L 1－3灰水联系密切的地段，可 视为同一水体），二1煤层至L 1－3灰岩顶面的平均厚度为71.18m ，最小厚度34.87m 。 采用式（1）计算工作面回采中二1煤底板安全隔水层厚度。这里L 采用最 大控顶距12.00m ；r, Kp 值均来自地质报告，分别为r=2.59（吨/米3）, Kp=273（吨/米2）；H=190+138.94+71.18=400.12m,因此，隔水层底板承受的水头压力为4001.2（吨/米2）,安全隔水厚度为: t=273 ×421×59.201.184×273×812×59.2422-+

=32.50(m) 采用公式（2）计算隔水底板的临界水压值。 这里t采用实际最小的隔水层厚度34.87m；K p 为273（吨/米2），L为12m,因此 H 安=2×273×34.8 × 59 .2 12 87 . 34 2 2 ＝4700.48（吨/米2） 采用斯列沙辽夫公式(1)计算出的安全隔水厚度为32.50m，这说明只要隔水层厚度达到32.50m以上，工作面回采就是安全的，而不会出现奥灰水突水问题，实际隔水厚度为71.18m,最小隔水厚度34.87m，厚度大于计算出的安全隔水厚度；同时，采用隔水底板临界水压值公式计算出的H安为4700.6（吨/米2）,而实际水压值为4001.2（吨/米2），小于临界水压值。上述计算未考虑采动对底板的破坏影响，按目前所掌握的底板破坏深度10～15m考虑，安全隔水层厚度应取45m为宜，一般情况下（不出现断裂构造的情况下）奥陶系灰岩含水层对二 1 煤层开采影响不大。

河流的五种补给类型

地理第二次作业 1 举例说明不同地区河流的汛期及成因 河流补给类型：大气降水补给（降水较多的地区）、冰川融水补给（干旱地区）、季节性积雪融水补给（冬季有降雪，春季融化）、湖泊水补给与地下水补给（普遍存在，对汛期来临的时间影响很小） 1、 长江（黄河、珠江）：夏汛 以大气降水与冰川融水补给为主，该河流流域主要是亚热带季风气候，夏季为雨季，降水多，并且夏季气温高，融水量大，流量大。 2、 塔里木河（干旱区）：夏汛 以冰川融水补给为主，夏季气温高，冰雪融水量大。 3、 松花江：春汛与夏汛 以季节性积雪融水和大气降水补给为主，春季，气温回升，积雪融化，形成春汛；该河流流域主要为温带季风气候，夏季降水多，形成夏汛。 4、 亚马逊河：全年为汛期 以大气降水补给为主，该河流流域主要为热带雨林气候，终年受赤道低压控制，降水多。 注意： 河流一般很少为单一补给，通常是具有某种或某几种补给类型占优势的混合补给，要综合分析当地气候特点，给出判断。例如：长江，上游地区主要是冰川融水补给为主，中下游为大气降水补给为主。另外注意地图册和练习册中河流与地下水、湖泊水的相互补给原理，等潜水位线的判读。 例．下图是我国某河流的综合补给示意图, 读后回答。 (l) 图中 A 、B 、 C 分别是这条河流水源补给形式 , 该判断： A 是__ __ _补给，根据是___ 。 B 是__ _补给，根据是___ 。 C 是__ ____补给，根据是___ 。 (2) 该判断图中①②两条曲线 , 哪一条是在修坝后测到的？为什么？ (3) 这条河流位于我国的_____地区。 (4) 从图中看出河流径流量与地下水补给关系是_____ __ ，原因是_____ _ _。 【答案】(1) 大气降水 季节性积雪融水 地下水 我国东部受夏季风的影响 , 降水量集中在夏季；在春分日以后 , 随着太阳直射点的北移 , 积雪融化出现在春季；地下水补给是一种比较稳定的补给形式,且洪水期地下水补给量小 于枯水期。所以A 为雨水、B 为冰雪融水、C 是地下水 (2) ②曲线因为全 年流量比较平稳 , 已受到水库调节 (3) 东北 (4) 径流量越大 , 地下水补给越少 因径流量大到一定程度 , 河水水位超过或接近地下水面

底板含水层注浆改造技术浆改造技术

底板含水层注浆改造技术 一、适用条件 在承压区含水层的富水区，强径流带或底板不完整的工作面，采用疏水降压和帷幕注浆难度大、经济不合理时，可通过薄层灰岩含水层注浆改造。 煤层底板注浆改造含水层，是沿工作面上下平巷大面积布置注浆钻孔，通过注浆钻孔注浆来充填底板灰层含水层的岩溶裂隙和导水裂隙，从而大大减弱含水层的富水性并切断水源补给通道，使受注含水层被改造为不含水或弱含水层，实现工作面不突水开采。山东肥城和河南焦作等矿区通过多年的实践探索，总结出在下面两个条件下采作注浆改造方法可取得较好效果： （1）煤层底板薄层灰岩含水层富水性强，单位降深疏水量大于5m3/h·m；突水系数在复杂地段超过0.06MPa/m，在正常地段超过0.1MPa/m。 （2）工作面存在构造破裂带、导水裂隙带等。 二、注浆孔的布设和施工 （一）钻孔布设的原则 有条件的先要进行物探，再根据物探资设计钻孔。一般在采煤工作面的运输巷每隔 60m~80m施工一钻机房，在钻机房内以不同的倾角、方位分别向工作面内上、中、下各部位施工2～4个钻孔。工作面初压和周压段构造发育段（尤其是断层交叉部位）、含水层富水段、隔水层变薄区，都要酌情加密，并尽量与裂隙发育方向垂直或斜交。 （二）钻孔结构 注浆孔的终孔孔径不小于73mm，钻孔要下二级套管，一级管直径146mm~159mm，二级管直径为89mm~108mm。一级套管的底口距煤层面法向深度不低于5m，二级套管距煤层面法向深度不低于15m。两级套管均需注浆、固结、耐压试验，合格的方可继续钻进。 （三）钻孔施工顺序 为使注浆钻孔能有效命中富水地段，减少钻探工程量，注浆孔要分三个序次施工，先施工第一序次钻孔，完成一个注一个，以免串浆，造成废孔。完成第一序次后，再施工第二序次孔，全部注浆结束后，视钻孔水量和进浆情况补打第三序次的检查孔。 （四）钻孔施工技术要求 （1）为确保施工人员人安全，在水压在于1.5MPa时必须使用防喷装置和孔口钻杆卡持器。 （2）孔口管下好后必须进行耐压试验，压力达到设计注浆终孔压力，持续20min以上。 （3）孔口要安设与注浆孔压力相匹配的水门。 （4）终孔位置一般要穿过含水层，由于水大（大于200m3/h）、孔深，施工因难时可以不穿透含水层或换用小径钻进，但进入含水层的垂直厚度不得小于含水层的1/2。 （5）认真做好现场不班记录，准确记录初始涌水量和最大涌水量、岩层层位、换层深度、进入含水层前有无“导高”、进入含水层后岩溶的发育程度等，便于进行资料分析。 三、注浆系统

水文地质课件习题七 地下水的补给与排泄

习题七 地下水的补给与排泄 一、名词解释 1．地下水补给：含水层或含水系统从外界获得水量的过程。 2．入渗系数：每年总降水量补给地下水的份额。 3．凝结作用：温度下降，超过饱和湿度的那一部分水汽，便凝结成水，这种由气态水转化为液态水的过程。 4．越流：相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换。 5．地下水排泄：含水层或含水系统失去水量的过程。 6．泉：地下水的天然露头。 7．上升泉：由承压含水层补给形成的泉。 8．下降泉：由潜水或上层滞水补给形成的泉。 9．侵蚀（下降）泉：当沟谷切割揭露含水层时形成的泉。 10．接触泉：地形切割达到含水层隔水底板时，地下水被迫从两层接触处形成的泉。 11．溢流泉：潜水流前方透水性急剧变弱，或隔水底板隆起，潜水流动受阻而涌溢于地表形成的泉。 12．断层泉：地下水沿导水断层上升，在地面高程低于水位处涌溢地表形成的泉。 13．接触带泉：岩浆或侵入体与围岩的接触带，常因冷凝收缩而产生隙缝，地下水沿此类接触带上升形成的泉。 14．地下水的泄流：当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄，称作地下水泄流。 15．蒸腾：植物生长过程中,经由根系吸收水分,在叶面转化成气态水而蒸发,称蒸腾。 二、填空 1．地下水补给的研究包括 补给来源、补给条件 与 补给量 。 2．地下水的天然补给来源有 大气降水、地表水、凝结水、其它

含水层或含水系统的水。 3．与人类活动有关的地下水主要补给源有 灌溉回归水、水库渗漏水、以及专门性的 人工补给 。 4．落到地面的降水，归根结底的三个去向是 转化为地表径流、腾发返回大气圈 和 下渗补给含水层 。 5．影响大气降水补给地下水的因素主要有 年降水总量、降水特征、包气带岩性和厚度、地形 和 植物 。 6．研究含水层的排泄包括 排泄去路、排泄条件 与 排泄量 等。 7．地下水的天然排泄方式有 泉、向河流泄流、蒸发、蒸腾、向另一含水层的排泄。 8．根据补给泉的含水层性质，可将泉分为 上升泉 及 下降泉 两大类。 9．根据泉的成因，下降泉可分为 侵蚀（下降）泉、接触泉 与溢流泉。 10．上升泉按其成因可分为 侵蚀（上升）泉、断层泉 与 接触带泉 。 11．影响潜水蒸发的因素是 气候、潜水埋深、包气带岩性 及 地下水流动系统的规模。 12．将补给、排泄结合起来，我们可以将地下水循环划分为 渗入-径流型 和 渗入-蒸发型 两大类。 三、判断题 1．补给、排泄与径流决定着地下水水量水质在空间与时间上的分布。（ √ ） 2．活塞式下渗始终是"老"水先到含水层。 （ √ ） 3．捷径式下渗始终是"老"水先到含水层。 （ × ） 4．降水补给地下水的量与降水强度没有关系，只与降水量的大小有关。（ × ）

水文地质学基础复习题七及答案

水文地质学基础复习题七 第七章地下水的补给与排泄 一、名词解释 1．地下水补给：含水层或含水系统从外界获得水量的过程。 2．地下水排泄：含水层或含水系统失去水量的过程。 3．泉：地下水的天然露头。 4．地下水的泄流：当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄，称作地下水泄流。二、填空 1．地下水补给的研究包括补给来源、补给条件与补给量。 2．地下水的天然补给来源有大气降水、地表水、凝结水、其它含水层或含水系统的水。3．与人类活动有关的地下水主要补给源有灌溉回归水、水库渗漏水、以及专门性的人工补给。 4．落到地面的降水，归根结底的三个去向是转化为地表径流、腾发返回大气圈和下渗补给含水层。 5．影响大气降水补给地下水的因素主要有年降水总量、降水特征、包气带岩性和厚度、地形和植物。 6．研究含水层的排泄包括排泄去路、排泄条件与排泄量等。 7．地下水的天然排泄方式有泉、向河流泄流、蒸发、蒸腾、向另一含水层的排泄。8．根据补给泉的含水层性质，可将泉分为上升泉及下降泉两大类。 9．根据泉的成因，下降泉可分为侵蚀（下降）泉、接触泉与溢流泉。 10．上升泉按其成因可分为侵蚀（上升）泉、断层泉与接触带泉。 11．影响潜水蒸发的因素是气候、潜水埋深、包气带岩性及地下水流动系统的规模。12．将补给、排泄结合起来，我们可以将地下水循环划分为渗入-径流型和渗入-蒸发型两大类。 三、判断题 1．补给、排泄与径流决定着地下水水量水质在空间与时间上的分布。（√） 2．活塞式下渗始终是"老"水先到含水层。（√） 3．捷径式下渗始终是"老"水先到含水层。（×）

4．降水补给地下水的量与降水强度没有关系，只与降水量的大小有关。（×） 5．河水补给地下水时，补给量的大小与透水河床的长度与浸水周界的乘积、河床透水性成正比。（√） 6．当河水与地下水有水力联系时，河水补给地下水的量与河水位与地下水位的高差呈反比。（×） 7．利用天然潜水位变幅确定入渗系数，一般要求研究区地下水水平径流及垂向越流与蒸发都很微弱、不受开采影响。（√） 8．相邻含水层之间水头差愈大、弱透水层厚度愈小、垂向透水性愈好，则单位面积越流量便愈大。（√） 9．昼夜温差越大，产生的凝结水量越大。（√） 10．判断泉是上升泉还是下降泉，只根据泉口的水是否冒涌来判断即可，不必考虑含水层是潜水含水层还是承压含水层。（×） 11．气候俞干燥，相对湿度越小，潜水蒸发便愈强烈。（√） 12．砂最大毛细上升高度太小，而亚粘土与粘土的毛细上升速度又太低，均不利于潜水蒸发。粉质亚砂土组成的包气带，最有利于潜水蒸发。（√） 13．地下水的泄流是地下水沿河流呈带状排泄。（√） 14．地下水以径流排泄为主时，其含盐量较低，以蒸发排泄为主时，其含盐量较高。（√）15．越流系统包括主含水层、弱透水层以及相邻含水层或水体。（√） 16．在越流系统中，当弱透水层中的水流进入抽水层时，同样符合水流折射定律。（√）四、简答题 1．地下水补给的研究内容有哪些? 地下水的补给来源有哪些？ 研究内容：补给来源、补给条件、补给量。 补给来源有：大气降水、地表水、凝结水、其它含水层或含水系统和人工补给。 2．松散沉积物中存在哪两种降水入渗形式? 二者有什么不同？ 两种形式为：捷径式和活塞式。 两者不同点： (1) 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； (2) 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。

高三地理重要知识点地下水

高三地理重要知识点：地下水 1．类型：地下水按照埋藏条件划分为潜水和承压水 2．地下水的来源： ①主要是大气降水。降雨历时长，强度不大，地形平缓，植被良好的情况，对地下水补给最有利。 ②河湖水补给。河湖水位高于潜水面时，河湖水补给两岸潜水。反之，潜水补给河湖水。黄河下游只有河水补给地下水。 ③凝结水：在干旱地区，大气降水很少，主要是大气中水汽直接凝结渗入地下。 ④原生水：主要与岩浆活动有关，数量很少。 3．地下水的问题与保护： ①不合理灌溉——土壤盐渍化——科学管理。 ②过量开采——地下漏斗区，地面下沉；沿海海水入侵，地下水水质变坏。——及时人工回灌。 ③保护自流水补给区的自然环境。 4．潜水面的形状及其表示方法 潜水面通常是一个起伏的曲面，一般倾向于邻近的低洼地区，即潜水的排泄区，如冲沟、河谷等。它的起伏与地貌大体一致，但比地貌的起伏要小些。山区潜水面的坡度较大，可达百分之几。潜水面的形状可以用潜水剖面图和潜水等水位线图来表示。前者是在地质剖面图上，将已知各点的潜水位联接起来而成，它可以反映出潜水面形状与地貌、隔水底板及含水层岩性的关系等。所谓潜水等水位线图就是潜水面的等高线图。它是根据潜水面上各点的水类型 位置 流向 补给 分布 深度和水质 潜水 （重力水） 地表以下第一个隔水层以上 从高处流向低处 雨水和地表水 分布区与补给区一致 埋藏浅，易开采，易污染 承压水 （自流水） 上下两个隔水层之间 从压力大处流向压力小处 潜水 分布区与补给区不一致 埋藏深，水质好，流量稳定

位标高绘制成的，一般绘制在地形图上。绘制的方法与绘制地形等高线的方法类似。 根据潜水等水位线图，可以解决下列问题：（1）潜水的流向：垂直于潜水等水位线从高水位向低水位的方向，就是潜水的流向。（2）潜水埋藏深度：将地形等高线和潜水等水位线绘于同一张图上时，则等高线与等水位线相交之点的潜水埋藏深度即为二者高程之差。（3）潜水于地表水的补给关系：根据潜水等水位线和地表水的水位高程便可以确定。 5．泉是地下水的天然露头，无论哪一种地下水都可以在适当的条件下涌出地表形成泉。泉的形成还与地质构造有关，分布最广泛的泉总是与石灰岩地区的单面山构造相联系；在断层发育的岩区，泉可以沿断层一带的透水层上升涌出地表。 6．澳大利亚盆地位于澳大利亚东部，又称自流盆地。该盆地的地质构造是一个巨大的向斜盆地。水层埋藏在上下两个隔水层之间，为承压水。含水层在湿润的东部山地出露，向西倾斜，一部分渗入地下的降水顺着倾斜的含水层流向盆地中部。盆地中部为承压水的承压区，地下水承受一定的压力，在盆地地势较低处打井，有的可以自然喷出，形成自流井。 澳大利亚自流盆地是世界上最大的自流盆地。自流井的盐度高，不宜用来灌溉农田，一般可作牲畜饮用水，因此对畜牧业发展非常有利。 7．深层地下水与浅层地下水、承压水与潜水不是一回事。深层地下水与浅层地下水是依据地下水的埋藏深度来区分的，而潜水与承压水是依据埋藏条件来区分的。

含水层富水性的等级标准

含水层富水性的等级标准 按钻孔单位涌水量（q ），含水层富水性[注]分为以下4级： 1.弱富水性：q ≤0.1 L/(s ·m)； 2.中等富水性：0.1 L/(s ·m)＜q ≤1.0 L/(s ·m)； 3.强富水性：1.0 L/(s ·m)＜q ≤5.0 L/(s ·m)； 4.极强富水性：q ＞ 5.0 L/(s ·m)。 注：评价含水层的富水性，钻孔单位涌水量以口径91 mm 、抽水水位降深10 m 为准；若口径、降深与上述不符时，应当进行换算后再比较富水性。换算方法：先根据抽水时涌水量Q 和降深S 的数据，用最小二乘法或图解法确定)(S f Q =曲线，根据Q -S 曲线确定降深10 m 时抽水孔的涌水量，再用下面的公式计算孔径为91 mm 时的涌水量，最后除以10 m 便是单位涌水量。 ???? ? ?--=919191lg lg lg lg r R r R Q Q 孔孔孔 式中 91Q ，91R ，91r --孔径为91 mm 的钻孔的涌水量、影 响半径和钻孔半径； 孔Q ，孔R ，r 孔--孔径为r 的钻孔的涌水量、影响半径和钻孔半径。

附录三防隔水煤（岩）柱的尺寸要求 一、煤层露头防隔水煤(岩)柱的留设 煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按下列公式计算： 1.煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖时： H f=H k+H b (3-1) 2.煤层露头被松散富水性强的含水层覆盖时（图3-1）： H f=H L+H b (3-2) 式中H f--防隔水煤（岩）柱高度，m； H k--采后垮落带高度，m； H L--导水裂缝带最大高度，m； H b--保护层厚度，m； α--煤层倾角，（°）。 根据式(3-1)、式(3-2)计算的值，不得小于20 m。式中H k、H L的计算，参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的相关规定。

水文地质学基础——地下水的补给与排泄

水文地质学基础Fundamenta Is of Hydrogeo logy

本章内容 7/1地下水的补给 7.2地下水的排泄 7.3地下水径流 7.4地下水补给、径流与排泄对地下水水质的影响

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，水量增加的同时，盐量、能量等也随之增加。 排泄：含水层或含 UJ 水系统向外界排出水 量的过程，减少水量 的同时，盐量和能量 等也随之减 少。

根据地下水循环位置,可分为补给区、径流区、排泄区。 ＞径流区是含水层中的地下水从补给区至排泄区的流经范围。 ＞补给区(recharge area )是含水层出露或接近地表接受大气降水和地表水等入渗补给的地区。 ＞水文地质条件是地 下水埋藏、分布、补 给、径流和排泄条件、水质和水量及其形成地质条件等的总称。 抽水井 隔水层 补给区 IE饱和帯 非承斥含水层 承压含水层 排泄区 隔水层 世紀 承压含水层亿年

7.1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。 O补给的研究包括：补给来源、补给机制、影响因素、补给量 O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 7.1.1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: 降水入渗的现象一 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--- 径式(bypass) 7.1.1大气降水对地下水的补给

河流的补给类型复习过程

河流补给指河流的水源，一般分为5类： 1、雨水补给： 它是河流最重要的补给类型，一般多在夏季和秋季补给河流，个别地区也发生在冬季。雨水补给具有不连续性和集中性的特点，往往造成河川径流年内分配不均，年际变化大。 2、季节性积雪融水补给： 主要发生在春季，具有连续性和时间性的特点，比雨水补给河流的水量变化来得平缓。3、冰雪融水补给： 主要指在流域内的高山地区，永久积雪或冰川的融水补给。这类补给也发生在干旱、半干旱的山区和部分较温润的山区。冰雪融水补给最显著的特点是单位面积出水率高，并有明显的日变化和年变化的特点。这类补给的河流水量的年变化幅度比雨水补给的河流小。 4、湖泊沼泽补给： 山地地区的湖泊，常成为河流源头。河流中、下游地区的湖泊，能汇集湖区许多来水，增加河流流量，较大湖泊对河流水量起调节作用。沼泽水补给，对河流水量的调节作用不明显，补给的水量也较小。 5、地下水补给： 它是河流水量可靠、经常的来源。以地下水补给为主的河流，流量过程线变化更为平缓，径流的年内分配均匀，年际变化小。 河流一般很少为单一补给，通常是具有某种补给类型占优势的混合补给。

河流的补给类型的分析： 1、依河流所在的地区判断： 我国东部季风区河流以雨水补给为主；西北干旱、半干旱区以高山冰雪融水补给为主；云贵高原区地下水补给较多；东北地区的河流有季节性积雪融水和雨水补给。 2、依据径流变化过程判断： 雨水补给，径流变化较大，与降水变化一致；冰川融水补给决定于气温，径流高峰在夏季；地下水补给的河流，径流平稳而可靠；湖泊对径流具有调节作用，使径流变化较小；春季有明显春汛的则为季节性积雪融水补给。 特别提醒： 河流水、湖泊水、地下水之间有水源互补关系。 三种水体的补给状况取决于水位高低和流量大小的动态变化：当河流水位高于湖面或地下潜水面时，河流水补给湖泊水或地下水；当河流水位低于湖面或潜水面时，湖泊水或地下水补给河流水。湖泊和水库(人工湖泊)对河流径流起着调蓄作用：在洪水期蓄积部分洪水，延缓、削减洪峰；枯水期释放蓄水，补充、稳定径流。

含水层厚度的确定

布含水层厚度的确定 一、松散含水层厚度 第四系含水层的含水性比较均匀，其厚度根据地下水位、钻孔所揭露的松散岩层的颗粒组成以及岩性结构等，直接按钻孔揭露情况的编录资料来确定。 二、基岩含水层厚度 含水不均匀的基岩裂隙和岩溶含水层，其厚度的确定，一般是根据钻孔揭露的岩层裂隙、岩溶发育情况。钻孔需易水文地质观测和物探资料，以及必要时依据水文地质分层试验等资科结合成因和分布规律等，经综合分析研究确定。 （1）用简易水文地质观测、电测井及岩心水文地质编录资料，进行综合整理。按勘探剖面编制简易水文地质、电测井成果综合对比图。图中要包括以下内容： 各钻孔揭露的地层、岩性及换层深度或标高； 岩心采取率、冲洗液消耗量、岩石质量指标（即SQD指标）及电测井成果曲线； 岩心的线裂隙率、级岩溶率和较大溶洞的起止深度或标高； 钻孔水位观测成果曲线和水位发生突变、涌水、漏水段的起止深度或标高等。 综合研究分析上述成果，编制裂隙或岩溶含水层的富水性分带图，在此基础上确定裂隙或岩溶含水层的强、弱含水带的厚度。 （2）按裂隙或溶洞发育程度确定，一般采用如下指标衡量： 直线裂隙率小于3%的闭合状裂隙带，或虽然裂隙率大于3%但裂隙已被其它矿物如方解石、石英脉等所充填的裂隙带，均可视为相对隔水层。裂隙率大于3%以上的张性裂隙带，则可视为裂隙含水层。 溶洞发育程度，可采用岩溶率或岩溶能见率两个指标来衡量： 可用作图法编制矿区范围内岩溶率随深度的变化曲线或用反映溶洞发育与各种因索关系的溶洞投影图。从图上确定出岩溶率高、能见率也高的岩段为强含水带，次高岩段为弱含水带。 （3）进行过钻孔简易分段注（压）水试验的矿区，可用下列指标划分含水带： 单位吸水率q＞0.001L/s.m为含水带；q＜0.001L/s.m时可认为是相对隔水层。 （4）根据上述资料，结合研究矿区的风化裂隙、构造裂隙或破碎带、岩溶发育的基本规律，可以划分出比较可靠的含水层厚度。对于各钻孔含水带厚度变化很大，又难于形成统一含水层的情况，可很据各钻孔强弱含水带所控制的面积，取其面积加权平均值，分别定出强、弱含水层的厚度。