地下水補註

含水層中的地下水從外界獲得水量補充的作用。地下水主要補給來源有降水入滲、灌溉水入滲、地表水入滲、側向補給、越流和人工補給等。

基本介紹

• 中文名：地下水補給，地下水補註
• 外文名：recharge of ground water

定義

含水層從外界獲得水量補給地下水的作用過程。補給的來源主要有：(1)大氣降水。是地下水最普遍的補給源。降水量的大小和含水層上覆地層的透水性對補給量起著重要作用。降水量大，降水過程長，包氣帶地層透水性好，則降水補給地下水的量也大。(2)地表水。泛指河流、湖泊和水庫等，在特定條件下補給地下水。如河水補給地下水，河道寬、河床和岸邊岩石(土)透水性好，當河水位高於岸邊地下水位時，便會補給地下水。(3)凝結水。在晝夜溫差大的乾旱區，高山區，當包氣帶孔隙中的水氣超過飽和濕度時，凝結成液滴狀重力水下滲補給地下水。(4)其它含水層越流補給。在天然狀態和開採狀態下，兩層或多層含水層間，當存在水頭差時，水頭高的地下水垂直或側向越流補給水頭低的含水層。(5)灌溉回歸水。農田水利設施區，灌溉水有相當數量滲漏補給地下水。田間灌溉滲漏補給量取決於每畝每次的灌水量。畝次灌水量大，補給也多。(6)地下水人工補給。通過工程設施，用地表水補充地下水，以達到增加地下水資源的目的。

大氣降水的補給

大氣降水是指從大氣中呈液態或固態降落的水，主要為降雨和降雪，還有露、霜、雹等其他形式。落到地面的大氣降水，歸結起來有四個去向：轉化為地表徑流，蒸散發返回大氣圈，入滲補足包氣帶水分虧缺形成土壤水，繼續下滲形成地下徑流。

大氣降水入滲過程

大氣降水到達地表，如果降水強度小於土壤下滲能力，初始時段降水將全部滲入地下，不會產生地面徑流；如果降水強度大於土壤下滲能力，則一部分降水形成地面徑流，其餘部分滲入地下。滲入地下的降水，先經過滲潤階段，即下滲水分主要在分子力的作用下，被土壤顆粒吸附形成薄膜水。當土壤初始含水量很小時，這一階段非常明顯；當土壤初始含水量大于田間持水量時，這一階段不明顯。此後水分繼續向下入滲，經歷滲漏階段，即下滲水分主要受毛管力、重力作用，在土壤孔隙中向下作非穩定流動，並逐步充填土壤孔隙，直到全部孔隙為水充滿而飽和。通常也把以上兩個階段統稱為滲漏階段。最後進入滲透階段，即土壤孔隙被水分充滿而飽和時，水分在重力作用下呈穩定流動，到達地下水面，補給地下水。總之，在此種下滲模式下，大氣降水一般應首先補足包氣帶水分虧缺（捷徑式下滲並非如此），多餘的水分才能繼續下滲補給地下水。

影響大氣降水補給地下水的因素

影響大氣降水補給地下水的因素較為複雜，主要有：雨前土壤含水量、包氣帶岩性、地下水埋深、降水量、降水強度和持續時間、植被以及地形等。

雨前土壤含水量較小，乾燥土將吸收大量滲入地表的降水，少量降水只能形成薄膜水而不能形成重力水，因而無法補給地下水；若雨前土壤含水量較大，並接近田問持水量，則滲入的降水幾乎不再被土壤吸收而直接形成重力水，因而即便只有少量降水也會對地下水產生補給。此外，在次降水量相等的情況下，同一地區雨前土壤含水量較大時所引起的潛水位升幅明顯大於雨前土壤含水量較小時所引起的潛水位升幅，且次降水量愈大，這種差別愈顯著。

包氣帶岩性對降水入滲補給的影響主要反映在土壤的顆粒組成上。一般情況下，土壤粒徑愈粗，其持水性愈小，透水性愈強，對入滲愈有利。砂性土透水性強，入滲速度大，田間持水能力低，蓄水能力小，包氣帶水分虧缺量小，在其他條件相同時，砂性土地區比黏性土地區降水入滲補給量要大。

地下水埋深的大小，直接決定地下水位以上包氣帶的蓄水能力，一般說來，包氣帶愈厚，意味著消耗於包氣帶的水量愈多。在降水相同時，入滲補給地下水的有效雨量將隨地下水埋深的增大而減少，但這並不意味著地下水埋藏很淺時，地下水得到的降水補給量就多，事實上，此種情況得到的補給反而很少。因為這時土壤表層已處於毛細水飽和帶範圍內，降水無法或很少下滲，它的全部或大部分將成為地表徑流流走。當地下水埋深增大後，包氣帶的蓄水能力才有所增大。因此，在地表以下一定深度範圍內，降水入滲補給量隨地下水埋深的增大而增加，超過一定深度，則隨地下水埋深的增大而減小。

降水量的大小對地下水補給量大小起控制作用，一般隨降水量增加，地下水得到的補給量將增加。短期的小雨小雪在入滲過程中主要潤濕淺部的包氣帶，雨停後又很快耗失於蒸發，對地下水的補給作用很小。急驟的暴雨水量過於集中，使得包氣帶來不及吸收，尤其是在地形坡度大的地方，大部分降水以地表徑流的方式流走，最終補給地下水的水量甚小。只有長時間連續的綿綿細雨最有利於地下水的補給。

森林、草地可阻滯降水轉化為地表徑流，防止水土流失；植物形成的有機質，有利於保護土層結構免受降水淋蝕。植物的根系還可增加表土的透水性，這些均有利於降水補給。但是濃密的植被，尤其是農作物，以蒸騰方式強烈消耗包氣帶水，造成大量水分虧缺。尤其在氣候乾旱的地區，農作物複種指數的提高，會使降水補給地下水的份額明顯降低。

地形的陡緩明顯影響著降水對地下水的補給：地形陡峻的山區，降水到達地表後不易蓄積而很快地沿地表流走，因而不利於對地下水的補給；平坦尤其是地形低洼處，有利於地下水接受補給。我國西北的黃土高原，由於地形陡，且缺乏植被覆蓋，常常容易造成水土流失，不利於降水對地下水的補給。

應當注意，影響降水入滲補給地下水的因素是相互制約、互為條件的整體，不能孤立地割裂開來加以分析。例如，強烈岩溶化地區，即使地形陡峻，地下水位埋深達數百米，由於包氣帶滲透性極強，連續集中的暴雨也可以全部吸收，有時吸收量可達降水量的70%～90%。又如，地下水位埋深較大的平原、盆地，經過長期乾旱後，一般強度的降水不足以補償其包氣帶的水分虧缺，這時，集中的暴雨反而可成為地下水的有效補給來源。

地表水對地下水的補給

地表水是地球表面的各種形式天然水的總稱。地表水補給是指地表水（水庫、河流、湖泊、坑塘等）與地下水之間存在水頭差，且地表水位高於沿岸地下水位時，地表水入滲補給地下水的過程。

河流是地表水體中最主要和最具代表性的水體，河流與地下水之間的補排關係，取決於河水位與地下水位（潛水位）之間的關係，這種關係一般是沿著河流縱斷面變化的。山區河流深切，河水位常低於地下水位，起排泄地下水的作用，洪水期則河水補給地下水；山前由於河流堆積作用加強，河床抬高，地下水埋藏深度大，則河水常年補給地下水；沖積平原上游地區，河水位與地下水位接近，汛期河水補給地下水，非汛期河水排泄地下水，季節性變化較大；而在沖積平原的中下游部分，由於堆積作用強烈，形成所謂“地上河”，如黃河下游，此時河水常年補給地下水。

影響地表水補給地下水的因素

河流補給地下水時，補給量的大小取決於下列因素：

1. 透水河床長度與浸水周界（相當於過水斷面）；
2. 河床透水性；
3. 河水位與地下水位的水頭差（影響水力梯度）；
4. 河床過水時間。

同時，河流對地下水的補給量可因人為因素的影響而發生變化。如傍河取水，人為地增大了河水位與地下水位的差值，從而增加了河水對地下水的補給。事實上人為因素的影響無非也是上述四個影響因素變化的反應。

河道愈寬廣，河水位愈高，河床濕周愈長，河床過水時間愈長，越有利乾補給地下水。

河床透水性對補給地下水影響很大。喀斯特發育地區往往整條河流轉入地下。由卵礫石組成的山前洪積扇上緣，地表水呈輻射狀散流，滲漏量相當大。當河床與下伏含水層之間存在隔水層時，河水對地下水的補給卻很少。當地下水的側向徑流強烈，而河床透水性相對較差時，即使是常年有水的河流，也可以發生非飽和滲漏補給，水丘始終處於河床下一定深度，潛水位與河水位並不相連。

需要指出，河水的滲漏量中有一部分消耗於補足包氣帶的水分虧缺，若河流為過水時間很短的間歇性河流，這部分水所占的比例則不能忽略，此時不能簡單地把河水滲漏量當作河水對地下水的補給量。

凝結水的補給

當空氣中的濕度超過飽和濕度時，超過的那部分水汽將凝結成液態水，這種氣態水轉化為液態水的過程稱為凝結作用。夏、秋季，氣溫變化較大。上午和中午，大氣和土壤都吸熱增溫，下午到晚上主要為降溫過程，土壤散熱快，大氣散熱慢，地溫首先降低，當降至一定程度時，土壤孔隙中水汽達到飽和，即凝結成水滴，絕對濕度隨之降低。此時由於氣溫較高，大氣中絕對濕度也較土壤中大，空氣中水汽向土壤孔隙中運動，隨著溫度的不斷降低，不斷補充，在地下水面上也不斷凝結。

溫度越高，飽和濕度值越大。同時，溫度又隨時間而變化，當空氣和土壤中水汽遇溫度急劇降低時，空氣和土壤中的非飽和水汽就可能變為飽和，而形成凝結水。凝結水補給即指水汽凝結形成重力水下滲補給地下水的過程。

含水層之間的補給

當兩個含水層之間具有水力聯繫，且存在水頭差時，則水頭高的含水層向水頭低的含水層補給，其補給方式通常有下列幾種：

1. 兩含水層相互連通產生直接補給；
2. 通過切穿隔水層的導水斷層進行補給；
3. 隔水層分布不穩定時，在其缺失部分，相鄰的含水層便通過“天窗”發生水力聯繫；
4. 越流補給，鬆散沉積物含水層之間的黏性土層並不完全隔水，具有一定水頭差的相鄰含水層通過此類弱透水層發生的滲透，稱為越流；
5. 穿越數個含水層的鑽孔或止水不良的分層鑽孔，往往成為含水層之間人為的聯繫通道。

由此可見，相鄰含水層之間水頭差愈大，弱透水層厚度愈小，其垂向透水性愈好，則單位面積越流量便愈大。弱透水層的垂向滲透係數雖然很小，越流強度也不大，但由於越流補給是相鄰兩含水層的整個平面範圍，因此相鄰兩含水層間地下水的補給量仍是相當可觀的，往往不能忽略。

地下水的其它補給來源

側向補給

側向補給量是指計算區以外的地下水通過水平運動方式補給計算區的水量。在研究平原地區地下水資源時，應當計算來自山前的地下水補給量，即山前側向補給量。如果研究對象是一個流域，應視流域是否閉合來確定有無側向補給，閉合流域無側向補給，流域不閉合時則有側向補給。

人類活動造成的地下水補給

修建灌溉工程以及對潛水採用地面、河渠、坑塘蓄水滲補，對承壓水採用井、孔灌注等方式進行地下水人工補給等人類活動也會增加地下水的補給。利用河水灌溉農田的地區，一般灌溉水入滲在地下水總補給量中占很大比重，可分為兩部分：一是渠系滲漏補給；二是田間滲漏補給。有的地區利用當地的水源（如抽取地下水）進行灌溉，灌溉水入滲後地下水得到的補給，稱之為灌溉回滲，它是當地的水資源重複量。

凍融雪凍融水補給

我國西北、東北高寒地區每年積雪時間長，包氣帶和部分飽水帶土層溫度常處於零度以下，形成凍土，在土層凍結期幾乎無入滲補給；至夏季才開始逐漸消融，其人滲補給地下水量的大小與積雪的厚度、包氣帶凍土厚度、化凍時間長短及氣溫高低等因素有關。有些高寒地區在融凍期的入滲補給係數相對較大，有時竟高達0.8以上。但在我國大小興安嶺北部、青藏高原、阿爾泰山、天山等地的多年凍土區，由於季節解凍範圍僅限於地表以下4～5m深度內，再向下直至50～60m深度內則常年處於負溫，形成天然的隔水介質，往往得不到直接的入滲補給。