地下水排泄條件

地下水失去水量的過程,就是地下水的排泄。其排泄方式有點狀排泄(泉)、線狀排泄(向河流泄流)及面狀排泄(蒸發)3種。在排泄過程中,地下水的水量、水質及水位均相應的發生變化。其中蒸發排泄僅消耗水分,鹽分仍留在地下水中,所以蒸發排泄強烈地區的地下水,水的礦化度比較高。

類型

(一)泉排泄

泉是地下水的天然露頭,是含水層或含水通道出露地表發生地下水湧出之現象。通常山區及山前地帶泉水出露較多,這是與這些地區流水切割作用比較強烈、蓄水構造類型多樣及斷層切割比較普遍等因素的影響有關。

泉的分類方法有多種,按泉水出露時水動力學性質可將泉水分為上升泉和下降泉兩大類。上升泉一般是承壓含水層排泄承壓水的一種方式,泉水在靜水壓力的作用下,呈上升運動,相對來說這種泉水的流量比較穩定,水溫年變化較小;下降泉是無壓含水層排泄地下水的一種方式,地下水在重力作用下溢出地表,水量、水溫等往往呈現明顯的季節性變化。

泉可以單個出現,亦可在特定的地質、地貌條件下,呈泉群出現,泉水流量則相差懸殊。我國山東省濟南市是著名的泉城,在市區2.6平方公里範圍內,分布有大小106個泉,總湧水量達8,333米3/秒,成為濟南市區的供水水源之一。

(二)蒸發排泄

潛水蒸發是淺層地下水消耗的重要途徑,潛水蒸發主要是通過包氣帶岩土水分蒸發和植物的蒸騰來完成的。其蒸發的強度、蒸發量的大小與氣象條件、潛水埋藏深度及包氣帶的岩性有關。氣候愈乾燥,相對濕度愈小,岩土中水分蒸發便愈強烈,而且蒸發作用可深入岩土幾米乃至幾十米的深處。河北省石家莊的實驗觀測數據,顯示了潛水埋藏深度對蒸發量的影響。當埋深大於5米時,潛水蒸發近於零,埋深愈淺,岩土中水分蒸發愈大。因為地下水埋藏淺,包氣帶則薄,水分交換運移路程短,水分擴散迅速,所以水量損耗多。若潛水位埋深近於地表,潛水面上毛管水上升可直達地面,水汽輸送通暢,供水條件好,地下水蒸發強度可達到甚至超過水麵蒸發強度,所以可用水面蒸發量(Eo)近似代替埋深為零的潛發量,即為陸面蒸發能力的表征。當潛水埋深超出土壤毛管上升高度及植物根系吸水深度時,則潛水蒸發量趨於零。此時的潛水埋深稱為潛水蒸發的極限埋深。

關於潛水蒸發量的計算,常用的有以下幾種:

1.經驗公式法指通過大量的實際觀測資料分析,用數理統計方法模擬某些規律,而後得出的計算公式。國外原蘇聯柯夫達公式就屬於這一類。

式中,E為潛水埋深為H時的蒸發強度,米/日;Eo為近地表處潛水蒸發強度,米/日;Ho為潛水蒸發的極限深度,米;n為經驗指數,一般取1~3。

上述公式物理含義清楚,結構合理,國內外採用較普遍。關鍵問題是公式中的冪指數(n)值具有任意性,極限埋深Ho在缺資料地區確定比較困難。但根據實際經驗,當全剖面為砂或粉砂時,n取1;當有粘土蓋層或夾層(層厚大於15厘米)時n可取2。

除上述柯氏公式外,國內亦有類似的經驗公式,如:

葉水庭的指數公式

式中,a為指數,其他符號同前。

沈立昌雙曲線型經驗公式

式中,a、b為指數;k2為與岩性、植被、水文地質條件有關的綜合係數;其他符號同前。

k2,a,b3個數值均可通過實際觀測資料,採用回歸分析法求得。

2.潛水蒸發的經驗值我國北方幾個地下水開發利用比較廣泛的省市,如北京市、河北省、山東省等,根據多年實際觀測與試驗研究,得出了這方面的經驗數值,可直接供條件相類似的地區選用。

如山東省打魚張灌區試驗站資料,在輕質土(粉砂、壤土)地區,E與H及Eo之間關係如表(5-4)所示。

(三)泄流排泄

地下水通過地下途徑直接排入河道或其他地表水體,稱為泄流排泄。泄流只在地下水位高於地表水位的情況下發生,泄流量的大小,決定於含水層的透水性能、河床切穿含水層的面積,以及地下水位與地表水位之間的高差。

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