5.3地下水的补给与排泄

第三节 地下水的补给与排泄

　　地下水作为水圈的重要组成部分，一方面积极地参与了全球的水循环过程，同时在一定的环境条件下，一定区域范围内的地下水自身通过不断地获得补给、产生径流而后排泄等环节，发生周而复始的运动，形成相对独立的地下水循环系统。循环系统的强度规模主要决定于补给与排泄这一对矛盾。如果补给充足、排泄畅通，地下水径流过程就强烈；如果补给来源充足，但排泄不畅，必然促使地下水位抬升，甚至溢出地表，并在一定的环境条件下使地表沼泽化。反之排泄通畅，但补给水源不足，迫使含水层中的地下水逐渐减少，甚至形成枯竭，地下水循环受到抑制，以至中断。由此可见，地下水补给和排泄，是决定地下水循环的两个基本环节，是地下径流形成的基本因素，补给来源和排泄方式的不同，以及补给量和排泄量的时空变化，直接影响到地下径流过程以及水量、水质的动态变化。

　　一、地下水的补给来源

　　含水层自外界获得水量的过程称为补给，补给按来源的不同可分为：降水入渗补给、地表水补给、凝结水补给、来自其他含水层的补给以及人工补给等。

　　在以上各种补给来源中，凝结水的补给量有限，但对降水量稀少、昼夜温差大的沙漠干旱地区，凝结水的补给具有重要意义；至于来自其他含水层的补给，则是发生在地下水内部的一种水量交换过程。所以从整体上说，地下水的主要来源，还是大气降水和地表水的入渗补给，而人工补给则随着人类活动日益扩展，其重要性与日俱增。

　　（一）降水入渗补给

　　大气降水是地下水最主要的补给来源。其补给的一般过程是：如雨前土壤相当干燥，则到达地面的降水先被土壤颗粒表面吸附力所吸引，形成薄膜水，可称薄膜下渗。当土壤吸附的薄膜水达最大持水量时，继续下渗的雨水将被吸入细小的毛管孔隙，形成毛管悬着水，形成毛管下渗，当包气带土层中的结合水、毛管悬着水达到极限以后，后续的雨水将在重力作用下，通过静水压力的传递，不断而稳定地补给地下水。在地下水埋藏较深的地方，这一过程需要很长时间才能完成。由此可见，降水的入渗过程是在分子力、毛管力以及重力的综合作用下进行的。而地下水自降水获得的补给量除了与降水本身的强度、降水总量等有关外，还与土层蓄水能力有关。只有降水入渗量超过土层的蓄水能力，多余的降水才能补给潜水。如土层的蓄水能力以W。表示，则

　　Wv=(Δ-hn)(Wm　a　x-　Wo) (5-7)

　　式中，Δ为降雨前地下水埋深（米）；hn为地下水面以上毛管水上升高度（米）；Wm　a　x为田间持水率，以体积比计；Wo为土层雨前平均含水率。

　　对于一次降水，其入渗补给量Xr为：

　　Xr=P-Rr-(Δ-　hn)(Wm　a　x-　Wo) (5-8)

　　式中，P为降水量（毫米）；R　r为地表径流量（毫米）。

　　降水入渗补给量亦可根据降水入渗系数进行估算。所谓降水入渗系数，即是在同一面积上降水入渗量占降水量的百分数。即a　=　Xr/P。

　　在有比较充足的地下水动态观测资料情况下，a值可用下式计算：

　　

　　式中，H为降水前井孔中的水柱高度（米）；Hm　a　x为降水后井孔中最大水柱高度（米）；Δh为降水前地下水位天然的平均降速（米/日）；t为井孔水柱从H增高到Hm　a　x的时间（日）；μ为土层的给水度；Pi为观测期间的降水量（米）。

　　a亦可采用经验数值。如根据北京水文地质一大队在北京西郊地下水均衡试验，得出如下降水入渗系数a值。

 

　　（二）地表水入渗补给

　　地表上的江河、湖泊、水库以及海洋，皆可成为地下水的补给水源。现以河流为例，说明地表水的入渗补给的一般规律。

　　河流对于地下水的补给，主要取决于河水位与地下水位的相对关系。这种关系对于大江大河来说，在不同河段往往存在明显的差别。通常上游山区河段，河流深切，河水水位常年低于地下水位，河水无法补给地下水；进入中下游地区，堆积作用加强，河床抬高，地下水埋藏深度加大，河水位一旦高于地下水位，即可发生补给地下水的现象。补给量的大小及持续时间，除了与河床的透水性能，河床的周界有关外，主要决定于江河水位高低以及高水位持续时间的长短。

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