降水入渗补给地下水滞后时间分析探讨
浅谈大气降水对地下水的补给
的雨 量 、 率 皆不 大 ， 被 蒸 发 所 消耗 ， 雨 的雨 率 大 ， 雨 雨 易 暴 但 时短 ， 水 大部 分来 不及 渗入 地下 水 ， 呈地 表径 流流 失 。 雨 多
２ ６ 雨 强 的 影 响 ．
降水 强度 小 于入 渗 速 度 时 ， 强 增 大 ， 渗 量 增 加 ； 雨 人 反 之 ， 渗 量 减 小 。 当 雨 强 与入 渗 速 度 相 近 时 ， 给 地 下 水 为 入 补
要 用 以下方法 求取 ：
３ ２ １ 相 关 图解 法 ． ．
选取 地下水 水平 径 流微 弱 的地 下 水井 孔 资料 ， 地下 水 在 动态 过程线 （ 或动态 资 料 ） 上摘 取 次 降 水 量 引起 的地 下水 升
式中： Ｂ为待 定系数 ； 为待定指 数 。 ｔ ｔ 通 过对 亚砂 土观测 资料 回归 计算 ， 第一 种 形式 相 关程 度
到 一定 限度 时 ， 雨水 沿孔 隙 、 隙 向深 部下 渗 。 裂
（ 产 流 阶段 ， 降雨 强 度超 过下 渗 速 度 时 ， 表 开始 积 ３） 当 地 水 ， 沿 坡 ｉ 动 ， 填 坑 洼 ， 入 沟 河 ， 成 地 面 径 流 。 三 并 可流 充 汇 形 个 阶段既 是相 互联 系 的 ， 时 ， 是 交 叉进 行 的。 同 又
地 下 水 的 补 给 差 异 及 变 化 规 律 ， 时 也 表 明 不 同 地 层 条 件 及 同
式 中 ： Ｐ＋Ｐ ） 有 效 雨 量 ； 。为 临 界 雨 量 ； （ 为 Ｐ Ａ为 定 待
系数 ；
临界 雨量 Ｐ 即 为次 降雨 对地 下 水 将要 产 生 补 给 时的 有 效雨 量值 。通过分 析 ， 与地下 水埋 深及前 期 土壤 含水 量 有 Ｐ 关 。经 点绘 亚砂 土 Ｐ 一△关 系 曲线 ， 。 △呈 曲线 关 系 ， ｎ Ｐ 与 可
确定次降雨入渗补给时段和补给量的研究
关键词
次降雨
入渗
补给量
研究 降 雨 后 ． 表 至 湿 润 锋 面 的 土 层 含 水 量 增 大 ， 水 势 随 之 地 土
目前 ， 产 实 践 中 ． 用 的 次 降 雨 入 渗 补 给 量 计 算 ， 般 生 常 一 通 过 三 种 途 径 ：、 观 井 动 态 资 料 分 析 ； 、 均 衡 法 ； 、 渗 ｌ长 ２水 ３蒸
如 长 观 井 动 态 资 料 分 析 ， 开 采 区 地 下 水 升 幅 中还 包 括 了 因 在
停 采 引起 的 水 位 抬 升 ； 均 衡 法很 难 寻 找 同 为 某 一 单 次 降雨 水 引 起 的 地 下 水 完 全 升 值 ， 一 方 法 其 入 渗 补 给 量 观 测 值 也 难 后 以 判 断 与 次 降 雨 的 对 应 关 系 。 者 依 据 实 验 观 测 资 料 ， 过 土 笔 通 壤水势分 布状态及变化 剖析次降雨入渗 补给过程 。
１ ２ 不充分 供水情况 ．
降 雨 后 水 分 下 渗 即 形 成 如 图 ２中 土 水 势 分 布 形 式 。 随 下
水分 呈 层状 的压在 先前入 渗的水 流上面 ， 原有 的土 壤水分 把
向 下 挤 压 ， 没 有 超 越 现 象 的 称 之 为 活 塞 流 的 模 式 。 上 述 二 而 即 个 阶 段 初 始 时 刻 ， 次 降 雨 渗 入 水 流 可 能 不 会 立 即 产 生 入 渗 本 补 给 量 ， 笔 者 认 为 ， 是 由 于本 次 降 雨 导 致 潜 水 面 以上 入 渗 但 正 补 给 土 层 土 水 势 梯 度 增 大 ， 而 增 加 了入 渗 补 给 量 ， 以视 为 从 可 本 次 降 雨 入 渗 补 给 的 起 始 时刻 。 且 ． 土 水 势 特 征 分 布 确 定 而 以
地下水动力学实验
（3）待两侧河流水位上升到预设高度，渗流槽
两侧溢流口有水排出且两水箱水位保持稳定不再 上升时，维持约20～40分钟，使渗流槽砂层内水 位亦上升到此预设高度，再关闭F2阀门停止向渗 流槽供水。
（4）仔细观察渗流槽背面水位观测管中的水头，
凡在左侧河流水位以下同一断面出水口的水位观 测管中水位，原则上应一致或相差不大（个别管 出水口滤网水头损失大点）。若差别太大说明连 接胶管内或连接渗流槽出水口内有空气泡存在， 应分别打开排气塞子进行排气，一定要将管内空 气排净，否则影响实验数据准确性。
右排泄口高差（左、右河水位）时，认真观察渗 流槽背面各测压管水位变化所反映的渗流槽砂层 中潜水分水岭的迁移方式，进一步了解河间地块 中地下潜水分水岭的分布规律。
位置的张力计上水银柱读数变化，了解包气带和 饱水带毛细管负压分布特征
4、实验时，要求学生认真观察渗流槽背面不同
实验模型确定
假定有一河间地块, 地块内地下水仅有大气降水入渗补给
（6）再次打开F4阀门进行人工降水，同时观察
渗流槽背面各观测管中的水头和两侧排泄口水流 量，并记入实验报告中相应表格，以备将其标在 方格纸上，按适当比例绘制河间地块地下潜水渗 流场潜水水位线（浸润曲线）和研究其初始时刻 地下水分水岭用。
（7）可相隔约20～30分钟时间，分别将右侧排
泄口降低15～20cm两次，连续观测两侧排泄口 水流量和渗流槽背面测压管水位，并填入实验报 告书中的相应表格内，以备在同一张方格纸上按 适当比例绘出所有地下潜水水位曲线，观察几条 曲线的分水岭变化和两侧水箱溢流口排泄流量关 系，分析其地下水运动特征。
⑤ 河间地块地下水向河流排泄，利用调整渗流
实验操作步骤及方法
（1）首先关闭所有阀门（见附图3），将
水文地质学 大气降水对地下水的补给
*一般采用下式确定全年降水入渗补给量 Q=X·α·f·1000
*地中渗透仪测定入渗系数(α)： 地中渗透仪的基本结构见图7-8所示。经过若干年的观测，可
以得到不同包气带岩性、不同地下水位埋深以及不同年降雨量条件 下降水入渗系数a。
*利用天然潜水位变幅测定入渗系数(α)： 在研究地下水水平径流及垂向越流与蒸发都很微弱、不受开采
大气降水对地下水的补给
1 大气降水入渗机制 >>松散沉积物组成的包气带是大气降水对地下水补给
的枢纽，包气带的岩性结构和含水量状况对降水入渗沉积物的降水入渗有两种方式： 活塞式(piston/diffuse)、捷径式(bypass)。
2 影响大气降水补给地下水的因素
>>降落到地面的雨水的去向(图7-4)： *转化为地表径流； *腾发返回大气圈； *补充包气带亏缺； *入渗补给含水层。
>>那么，平原地区降水入渗补给地下 水的量为：
qG=X-Rs-E-ΔS
E
X
Rs
S qG
>>那么影响降水入渗补给的因素主要有：
*气候气象因素 ——总量大，强度适中，间隔短，适中时间长的
绵绵细雨最有利；温度适中，温差较小，相对湿度大 ，蒸发强度小；
*地形 ——地形平缓和局部低洼的地势有利入渗；
*岩性 ——渗透性愈大则愈有利于入渗；
*地下水位埋深 ——过大过浅都不利于入渗；
*植被。
>>我们应当注意，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，不能孤立地割裂开来加以 分析：
>>例如，强烈岩溶化地区，即使地形陡峻，地下水位 埋深达数百米，由于包气带渗透性极强，连续集中的暴 雨也可以全部吸收，有时α值可达70-90%。
郑州市地下水资源动态分析及管理建议
18EXPERIENCE 区域治理郑州市地下水资源动态分析及管理建议*郑州大学水利科学与工程学院，水利与环境国家级实验教学示范中心 汪月月，盛春美，孙梦雲，魏世辰摘要：水是生命之源，而地下水是水资源很重要的一部分，其密切关系到人类生活和经济建设。
地下水是郑州市主要的供水来源，文章通过分析郑州市近些年来地下水的水位、水质等变化情况，对其造成的环境地质问题和污染问题给出相应的保护建议，以实现地下水资源可持续利用。
关键词：地下水；动态变化；问题；建议中图分类号：TV211.1+2文献标识码：A文章编号：2096-4595（2020）37-0018-0002一、郑州市气候及水资源情况郑州市总面积约为7446.2平方公里，全市水面面积约为11.4平方公里。
但随着南水北调中线工程的实施以及郑州市生态水系工程的开展，郑州市的水域面积将会不断增加。
郑州境内流域面积较大的河流有29条，分属于黄河和淮河两大水系，其中黄河流域6条，淮河流域23条。
流经郑州段的黄河长约150.4公里，黄河是郑州市主要的生活用水水源地。
郑州市属暖温带-北亚热带过渡型大陆型季风气候，冷暖适中、四季分明、雨热同期、干冷同季。
春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季晴朗日照长，冬季寒冷少雨。
根据2019年《郑州市水资源公报》，郑州市地下水资源量为5.2876亿m³，其中山丘区地下水资源量3.6427亿m³，平原区地下水资源量2.0988亿m³，平原区与山丘区地下水重复计算量0.4539亿m³。
平原区地下水资源量中，降水入渗补给量1.1605亿m³，地表水体入渗补给量0.8073亿m³，山前侧渗量0.1310亿m³，井灌回归量0.1163亿m³，总补给量为2.2151亿m³；扣除井灌回归量后，平原区地下水资源量为2.0988亿m³。
[1]二、地下水水位变化规律从近十几年的地下水实测资料分析看，地下水的水位变化与开采量的变化趋势基本一致，即开采量少，地下水位埋深下降、开采量增加，则地下水位埋深上升、水位下降。
降雨条件下露天矿井坡面径流入渗综合系数探讨
降雨条件下露天矿井坡面径流入渗综合系数探讨陈金刚;张;宾朝晖【摘要】弄清降雨条件下地下工程的坡面径流入渗综合系数,对于有针对性制定地下工程防洪排水对策具有重要意义.利用某矿井长期大量地下水实测数据,采用流量过程线法,探讨了降雨条件下该露天矿井坡面径流入渗综合系数变化规律,分析了其动态变化机制.研究表明,一次降雨过程径流入渗综合系数变化于0.65～0.96之间,平均值为0.81,最大降雨径流入渗综合系数基本上出现在降雨期的前2 d内.多峰雨型或连续雨型条件下,径流入渗综合系数(0.84)比单峰雨型条件下(0.76)大.应用流量过程线分割法测定矿井坡面径流入渗综合系数,理论严谨、方法可行、结果可靠,可为类似地下工程排水设计提供理论依据.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2011(042)011【总页数】4页(P99-102)【关键词】降雨条件;径流入渗;综合系数;基流分割;地下工程;防排水设计【作者】陈金刚;张;宾朝晖【作者单位】郑州大学工程力学系,河南郑州450001;郑州大学土木工程学院,河南郑州450001;河南省地质矿产勘查开发局区域地质调查队,河南郑州450007【正文语种】中文【中图分类】TV121.2降雨是引起滑坡、水土流失、山洪等灾害的重要诱发因素。
降雨尤其是暴雨，由于其所具有的历时短、强度大、速度快的典型特征，常常成为工程事故发生的主要外在控制因素，如何有效解决或治理暴雨期的防洪排水问题，对工程界人员提出了极大挑战。
因此，有关降雨条件下坡面水的运动规律研究越来越受到国内外学者的重视［1］。
文献［1］考虑了降雨条件下坡面入渗问题，将降雨强度进行折减作为入渗率，但没有考虑坡面径流。
文献［2］采用特征线法对坡面径流进行了数值模拟。
降雨入渗过程是动态的，随时间和空间变化较为强烈，付丛生等根据实测径流试验，编制了计算一维非饱和土壤水运动的计算机程序［3］。
肖培青等研究表明:不同草被覆盖条件下，草地累积径流量和累积产沙量与降雨时间呈显著的幂函数关系［4］。
章节降雨入渗补给解析
降雨或灌溉
径流
土壤水
地下水面以上顶托 毛管水的上升高度
地下水
第二节 降雨（或灌水）入渗补给
• 降雨入渗现象
入渗是指水分进入土壤的过程，是 自然界水循环的一个重要环节
•入渗过程
补给土壤水 补给地下水 产生径流
作物利用 或表土蒸发
•入渗规律
Z(θ，t) i（t） I(t) •研究方法
试验法 解析法 数值法
2.4 降雨入渗对地下水补给量的确定方法
(对地下水的补给）
第三章 第二节 降雨入渗
2.1 降雨入渗补给规律
2.1.1 降雨入渗的补给过程 2.1.2 求解入渗问题的数学模型及其解析解 2.1.3 计算入渗问题的经验公式
第三章 第二节 降雨入渗 2.1 降雨入渗补给规律
2.1.1 降雨入渗补给过程
0可
以
得
到
Z
（
f
t）:
t
s i ks
Z f
hf H
ln
Zf
hf
H
.........(3 14)
h f H
第三章 第二节 降雨入渗 2.1 降雨入渗补给规律 2.1.2求解入渗问题的数学模型及其解析解
•湿润峰面处不论所处时间与位置， 锋面上各点都保持一个稳定的基质势 h=-hf ； •湿润区(锋面后)均达到饱和含水率， 未湿润区(锋面前)保持原有含水率（θi）， 锋面上的含水率介于饱和和初始含水率之间， 锋面本身很薄
1.Green-Ampt模型的入渗解
H A ФA=H
参照面 对A，B点应用达西定i(Z律 f ) 可得到
0 顶托毛管水上升高度以上土层降雨
前的平均含水率
降雨对土壤水和地下水的补给量关系
地下水资源补给机制研究与利用规划
地下水资源补给机制研究与利用规划地下水是地壳中重要的淡水资源之一，其补给机制研究与利用规划对于保障水资源的可持续利用具有重要意义。
本文将从地下水补给机制的研究和利用规划两个方面进行探讨。
一、地下水补给机制的研究地下水补给机制是指地下水如何得到补给的过程。
地下水主要是通过降水补给的，包括降雨、降雪以及降水进入地表后的径流。
而降水经过多个环节后才能补给到地下水中，包括蒸发、蒸腾、地表径流和入渗等过程。
研究地下水补给机制有助于了解地下水资源的形成和分布规律，为地下水利用和保护提供科学依据。
首先，了解降水补给的时空分布特征。
地下水补给受到降水时空分布的影响，不同地区降水量和分布格局存在差异。
通过对降水数据的分析和模拟，可以获得地下水补给的时空变化规律，为地下水资源的合理开发和利用提供依据。
其次，研究降水的径流补给和入渗补给过程。
降雨过程中，一部分水会形成地表径流进入河流、湖泊等地表水体，一部分水会通过入渗进入地下水层。
研究降水的径流补给和入渗补给过程，可以揭示地下水的补给路径和入渗机制，进而优化地下水资源的利用和保护。
最后，关注地下水补给的多源性。
地下水补给除了来自降水，还包括来自地表水和地下水间的补给。
例如，河流渗漏、湖泊渗漏等可通过下渗进入地下水层，而地下水也会通过泉眼、孔洞等方式向地表水体补给。
研究地下水补给的多源性，可以综合考虑各种补给途径对地下水资源的影响，提高地下水利用效益。
二、地下水利用规划了解地下水补给机制后，制定合理的地下水利用规划至关重要。
地下水资源的合理开发利用有助于解决水资源供需矛盾，保障水资源的可持续利用。
首先，确定地下水开发的合理量。
根据地下水补给和补给机制的研究结果，结合地下水的可再生能力和地下水位变化情况，确定地下水开发的合理量，避免地下水过度开采导致地下水位下降和地下水质量恶化。
其次，建立科学的地下水开发利用规划体系。
根据地下水资源分布特征和利用需求，制定地下水开发的空间布局和利用方式。
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度不断加 大 ，所 以降水对 地下水 的补给滞 后时 间也 成
为地下水 管理者更 加关注 的问题 。本文利 用太谷均 衡 实 验站多 年地 中蒸 渗计资料 ，对降水 人渗补 给地下 水
滞 后 时 间 进 行 了分 析 探 讨
带 的水 分调 蓄孔 隙量 （ 蓄容 量 ） 括 土 壤水 分 亏 缺 储 包 孔 隙量 （ 图 ２ 土壤 田间持 水量 ０ 与土壤 持水 量 见 ， 。
深、 降水 特 性 、 土壤 前 期 含水 量 、 壤 岩 性 、 候条 件 土 气
和作 物类 别 因素 有密 切关 系… 。包 气带 土壤 水分 只有
收 稿 日期 ： ０ ０ ０ ～ ７ ２ １— ５ ２ 基金项目： 国家 自然科 学 基 金 支 持项 目（ １ ７ ４ ３ ３０ ０ ２ ）
渗 补 给 地 下 水 ， 影 响 因 素 十 分 复 杂 ， 要 与 潜 水 埋 其 主
图 １ 固定 地 下 水 位 自动 排 水一 补 偿 式 蒸 渗计 示 意 图
Ｆ ｇ １ Ａｕ ｏ ｔ ｒ ｉ ｉ ｅ ｗａｅ ｅ ｅ － ｏ ｐ ｎ ａ ｉｎ ｙ ｉ ｔｒ ｉ ． ｔ ｍａ ｉ ｄ ａ ｎ ｆ ｄ ｃ ｘ ｔ ｒ ｌ ｖ ｌ ｃ ｍ ｅ ｓ ｔｏ ｌ ｓｍｅ ｅ
，
直接 与大气相 通 。 当降水人渗 补给地 下水 时 ， 实验筒 内
的水位 上升 ，迫使筒 内的水分通 过连通 管从平衡 瓶 流
、． ＼
图 ２ 非 饱 和带 土 壤 水 分 亏缺 空 间和 重 力水 库 容 示 意 图
Ｆｉ． Ｕｎ ａ ｕ ａ ｅ ｚ ｎ ｓ ｉ ｗａ ｅ ｅｉ ｉ ｏ ｐ ｃ ｎ ｒ ｖｔ ｇ２ ｓｔｒｔｄ ｏ ｅ ｏｌ ｔｒ ｄ ｆ ｔ ｆ ｓ ａ ｅ ａ ｄ ｇ ａ ｉ ｃ ｙ
１ 地 中蒸 渗 计原 理
地 中蒸渗计 是研究 降水人渗 补给地下 水 的重 要工
具之 一 ， 由马利奥 特瓶 、 它 平衡 瓶 、 接渗 瓶 、 连通 管 、 过 滤器 、 验筒 等 ６部 分组成 （ 图 １Ｉ 实 见 ） 。实验简 内装 有 １ ］
不 同埋 深 、 同颗 分 的 岩 土 ， 与 大 地 无 水 力 联 系 ， 不 它 并
相 应 的 数 学 模 型
关键词 ： 中蒸 渗计 ； 地 降水 入渗 补 给 ； 下 水 ： 地 滞后 时间 中图分类 号 ：３ ５ Ｐ４ 文献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ０ ０ ５ （０ ０ — ０ ２ ０ １０ — ８ ２２ １）２ ０ ４ — ４ １ 入 接渗瓶 ， 接渗瓶 内开 始接 到补给 ， 记录补 给时问 。 并
壤水 分 曲线 看 ， 除雨后 短 时间外 ， 内绝 大多数 时 间土 年
壤 是 处 于 亏 缺 水 分 状 态 ：土 壤 水 分 分 布 的 总 趋 势 总 是 上 小 下 大 ，在 接 近 地 下 水 毛 管 上 升 高 度 处 达 到 田 间 持 水 量 ：土 壤 水 分 的 调 蓄 孔 隙 量 随 地 下 水 埋 深 呈 非 线 性
ｒ ｓ ｒ ｏ ｒ ｃ ｐ ｃ ｔ ｅ ｅｖ ｉ ａ ａ ｉ ｙ
马利 奥
降水入 渗补 给地 下水 要 经包气 带 过程 才 能实 现 。 包 气 带 土壤 的调 蓄孔 隙量 如 同地 表 水 库 调节 地 表径
过 滤 器
流 一样 ， 降水 入渗 补 给地 下水有 调节 作用 。降水人 对
４ ３
在 大 于 田 问 持 水 量 时 才 能 产 生 重 力 水 。从 多 年 实 测 土
Hale Waihona Puke 续 降水 ， 滞后 时 问为 ３ ６ 。 ｍ 埋深 的亚砂 土筒 ７月 的 ～ｄ ３ 降水 容 纳 于 包气 带 中 ， ８月 ２ ～ ９ 日的 降水 在 ９月 ４ ８２
日才 有 补 给 产 生 ，滞 后 时 间 ６ ７ ： ～ ｄ ９月 ２ ～ ０ 日的 降 ９３ 水 １ ０月 ３ 日有 补 给 产 生 ， 滞 后 时 间 ３ ４ ；０月 ３ 日 ～ｄ１
曲线 之 间的孔 隙量 ） 和重 力 蓄水 库容 量 （ 图 ２ 见 ， 饱 和含水 量 和土壤 田间持水 量 与土壤 持水 量 曲 线之 问 的孔隙量）它的 大小是 降水人 渗 补给地 下水 以 ，
及 作 物 蒸 发 蒸 腾 的 决 定 性 因素
岛Ｈ 持 量 ｝ 东 脚 饱霄量 相 水
行 了分析 。认 为 不 同埋 深 、 同岩性 的降 水入 渗 补 给 地 下 水滞后 时 间 随 着降 水特 性 、 期含 水量 的 不 前 不 同 ， 现 为不 同的 时 间段 ， 水入 渗 补 给 地 下 水 滞后 时 间 与 地 下 水埋 深符 合 乘 幂 关 系， 推 出 了 表 降 并
降水入 渗补给 地下水是 大气水一 土壤水～ 地下 水
“ 水 ” 化 的 重 要 途 径 ， 是 地 下 水 特 别 是 浅 层 地 下 三 转 它
水 的主要补 给来 源 。 随着水资 源问题 的 日益 突出 ， 人们 对地下水 的认识 越来越深 刻 ， 对地 下水 的保 护 、 复力 修
２ 降水 入 渗 补 给 地 下水 的基 本 机 理
第 ３ 卷 第２ １ 期
２ １年４ ０１ 月
水
文
Ｖ０ － Ｎｏ２ 】３１ ．
Ａｐｒ， ．２０１ １
Ｊ ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩ ＮＡ ＨＹＤＲＯＬＯＧＹ
降水入渗补给地 下水滞后 时间分 析探讨
王 政 友
（ 山西 省 水 文 水 资 源 勘 测 局 太 谷 均 衡 实 验 站 ， 西 太 谷 ０ ０ ０ ） 山 ３ ８ ０ 摘 要 ： 用地 中 蒸 渗 计 多 年 资 料 ， 不 同岩 性 、 同埋 深 的 蒸 渗 计 降 水 入 渗 补 给 地 下 水 滞 后 时 间 进 利 对 不
作 者 简介 ： ￣ ： Ｅｉ
（９ ２ ）男 ， １６ － ， 山西 太 谷 人 ， 高级 工 程 师 ， 长期 从 事 水 均衡 实 验 研究 工 作 。Ｅ ｍａ：ｊｇ ｚＯ ２ ＠ｓ ａ Ｏ － ｉ ｚ ｗ ｙ７ ４ ｉ ， ｒ ｌ ｔ ｎ Ｃｎ
第２ 期
王 政 友 ： 水 人 渗 补 给 地 下水 滞后 时 间分 析 探 讨 降