降雨初期的地下水入渗方式主要是（）。

降雨初期的地下水入渗方式主要是（）。

A 、水动力弥散

B 、淋溶

C 、稳定渗流

D 、非饱和渗流

参考答案:

【正确答案：D】

地表与潜水面之间的地带称为包气带。在包气带中空隙壁面吸附有结合水，细小空隙中含有毛细水，未被液态水占据的空隙包含空气及气态水，空隙中的水超过吸附力和毛细力所能支持的量时，空隙中的水便以过重力水的形式向下运动。上述以各种形式存在于包气带中的水统称为包气带水。包气带水来源于大气降水的入渗，地表水体的渗漏，由地下水面通过毛细上升输送的水，以及地下水蒸发形成的气态水。降雨初期地下水的入渗方式主要是通过包气带入渗，包气带又称非饱和带，故通过包气带入渗又称非饱和气流。

大气降水的入渗补给

大气降水落到地面之后，一部分水分通过蒸发蒸腾返回大气中，一部分转化为地表径流，还有一部分渗入地下，成为地下水特别是浅层地下水的主要补给来源。

降水自地面入渗直至到达地下水面之前，经由非饱和带，因此降水入渗过程中水的运动极为复杂。对于由松散沉积物组成的非饱和带，如果降水前介质的含水量很低，则降水初期入渗的水首先被固体颗粒表面吸附形成结合水，结合水层厚度达到最大后，剩余的水继续下渗，只有当非饱和带中的毛细孔隙全部被水充满时，才能形成重力水连续下渗，直至到达地下水面。可见在降水初期入渗的降水，首先要湿润非饱和带，持续的降水才可能造成对地下水的补给。当降水停止以后，非饱和带中的水分还持续下渗直到重力不起作用为止。

在降水入渗通过非饱和带的过程中，湿润前锋在较为均质的介质中是呈面状向下逐渐移动的，由新入渗的水推动下部较“老”的水向下移动，“老”的水总是先到达地下水面。这种方式又称为“活塞式”下渗(图3.3a)。在非均质的非饱和带中，降水主要通过较大的孔隙通道优先快速下渗，水分沿下渗通道向周围细小孔隙扩散，连续降水形成的下渗水通过较大孔隙通道的“捷径”优先到达地下水面，这种方式又称“捷径式”下渗或者“优势路径”下渗(图3.3b)。降水入渗补给的结果，致使非饱和带含水量增加，地下水位升高并加速地下水向排泄区径流。降水入渗补给地下水还存在减量效应和滞后效应，即通过地面入渗的降水并不是全部到达地下水面，而只是部分到达地下水面水分到达地下水面的时间滞后于降水到达地面的时间。

图3.3 降水入渗方式(据王大纯等，1995)

影响降水入渗补给地下水的因素比较复杂。就降水本身的特点来说一场降水的降水强度、年降水总量和降水类型，都会对降水入渗产生影响。一场降水的降水强度很小，下渗的水分不多，仅湿润非饱和带，不能到达地下水面。降水强度较大，持续时间长，有利于入渗补给。降水强度过大，除了部分入渗以外，多余的部分转化为地表径流。在其他条件相同的情况下，年降水量越大，入渗补给地下水越多。对于年降水量小于50mm的干旱地区，几乎不存在降水入渗补给。就降水入渗补给的时间长短来说存在短暂补给和季节性补给。短暂补给发生在一场较大的降水引起对地下水的显著补给。季节性补给发生在雨季，雨季降水频繁，前一次降水入渗到非饱和带中的水分还没有全部到达地下水面，后一次降水又入渗到非饱和带中，引起连续补给。

非饱和带介质的透水性和厚度对降水入渗补给地下水有着重要的影响。非饱和带透水性差，不利于降水入渗补给。地表为砂砾石时降水的入渗量比亚砂土和亚粘土大一倍多，非饱和带厚度大(地下水位埋深大)，滞留于非饱和带的水分也多，实际到达地下水面的水分就减少。在我国南方某些岩溶山区的岩溶洼地内分布有粗大的溶隙和与地下水面连通的岩溶漏斗或落水洞，降水几乎全部入渗地下，大部分补给地下水。

地形起伏和地表植被也影响降水入渗。一般来说地形起伏大，容易形成地表径流，不利于降水入渗，只有在岩溶山区例外。地表植被发育，森林、草地可以涵养水分，减缓地表径流，有利于降水入渗补给地下水。城镇中的建筑物、街道、停车场的建设，不利于降水入渗，因而城镇化可以在一定程度上改变当地局部地表的降水入渗条件。

降水入渗对地下水的补给量对于研究地下水资源及其开发利用具有重要的意义。由于降水在时间上分配的不均匀性和具有季节性变化的特点，以及降水对地下水入渗补给机制的复杂性，在确定降水入渗补给量时，一般不必计算某一次降水对地下水的补给量，而是估算一年之内降水对地下水的总补给量，即

地下水科学概论

式中:Q补为大气降水入渗对地下水的补给量，m3/aα为降水入渗系数X为年降水量，mmA为补给区面积，km2。

式(3.6)中的降水入渗系数(α)是指每年降水入渗对地下水的补给量(以mm表示)与年总降水量(以mm表示)的比值，综合体现了一个地区上述诸多因素对降水入渗补给地下水的影响。

可以根据天然地下水位变化确定降水入渗系数。对于均质孔隙介质，选择地形平坦的地区布置一个水位观测孔，当初始地下水位接近水平且降水入渗补给引起地下水位整体抬升，不存在蒸发、其他补给和开采的影响时，则降水入渗系数(α)由下式估算:

地下水科学概论

式中:μ为介质的给水度Xi为某次降水量Δhi为该次降水入渗补给引起的地下水位抬升值。如果存在地下水流动，可沿地下水流向布置3个观测孔(图3.4)，通过观测降水入渗补给过程(假定为均匀入渗)中任意两个时段(t1，t2)观测孔的水位来确定降水入渗补给量:

地下水科学概论

式中:q渗为以孔2为中心、长度为(L1+L2)/2、宽度为1个单位的区域在Δt=t2－t1时间内的降水入渗补给量μ为含水层给水度Δh为孔2在Δt内水位升高值K为含水层渗透系数h1，h2和h3分别为孔1、孔2和孔3在t1时刻的水位L1为孔1与孔2之间的距离L2为孔2和孔3之间的距离。

图3.4 一线三孔水位观测确定降水入渗补给量示意图(据《供水水文地质手册》编写组，1983)

求得入渗补给量之后，再根据同时期的降水量，求得降水入渗系数

地下水科学概论

式中:Xt为在Δt内的降水量。

同一地区内的降水入渗系数值的大小与非饱和带介质透水性、地下水位埋深以及降水量的大小等因素有关，应根据多次试验结果来确定。表3.2列出了部分介质降水入渗系数的经验值。

表3.2 部分多孔介质降水入渗系数经验数值

在一些基岩山区分布有独立的泉域，在泉域范围内，由于蒸发极微弱，降水入渗对地下水的补给量全部通过泉排泄，可以认为泉流量与降水入渗补给量相当，这时可以通过测定泉流量反推泉域平均降水入渗系数

地下水科学概论

式中:Q泉为泉的年总流量，m3X为年总降水量，mmA为泉域面积，km2。某些基岩介质的降水入渗系数经验值也列于表3.2。

大气降水补给

图6－1 降水入渗补给含水层框图据王大纯等，1986)

大气降水是水循环中最活跃的因素之一，也是浅层地下水的主要补给水源。降水以入渗方式，就地补给潜水，在潜水含水层分布面积上，几乎均能获得大气降水的入渗补给，因此潜水的补给是面上补给。

1.大气降水的入渗机制

大气降水的一部分转为地表径流，一部分被蒸发，仅有部分渗入地下(图6－1)，渗入地下的部分在到达潜水面以前，必须经过由土颗粒、空气和水三相组成的包气带，故入渗过程中水的运动极其复杂。

降水初期当包气带含水量较小或干燥时，吸收降水的能力就相当强，重力、颗粒表面吸引力以及细小孔隙中的毛细力，都促使水分入渗，形成结合水、悬挂毛细水等。因此降水初期，或降水量很小时，入渗的水分大部分或完全被包气带所吸收，很少或不可能补给潜水。

当结合水、悬挂毛细水等达到极限(包气带中的毛细孔隙全部被水充满)时，包气带的吸水能力就显著降低，继续降水时，在重力和静水压力的传递作用下，连续下渗的重力水会很快达到潜水面，引起潜水位的抬升。因此一般孔隙、裂隙潜水含水层水位的回升总是滞后于降水，而岩溶含水层有时是通过岩溶通道灌入，此时降水补给就很少有滞后现象。

2.影响大气降水补给的因素

影响大气降水入渗补给的因素主要有两类:一类是降水本身的特点，即降水量的多少、降水的性质和持续时间一类是接受补给的地形、地质和植被条件，即包气带土壤的湿度、包气带的岩性和厚度、地表坡度及植被等。

降水量的大小对潜水补给量大小起控制作用，一般随降水增加，补给潜水的量也增加。但这种关系并不是线性持续增加的，当降水的强度(单位时间的降水量)超过包气带的入渗速率(单位时间内通过单位地表面积入渗的水量)时，多余的水便转为地表径流。如果降水强度小，而每次降水时间不长，入渗的水量仅能湿润包气带岩层，达不到潜水面，降水后很快就被蒸发掉，只有长时间绵绵细雨才有利于补给潜水。能够补给地下水的那部分降水量称为有效降水量。

包气带岩层透水性愈好，入渗速度愈快，愈有利于补给地下水。如黄河河漫滩的砂砾石层，年入渗量达580mm而在阶地上的粉土、粉质黏土，其年入渗量仅为260mm，相差1倍多。

包气带愈厚即潜水埋深越大，入渗路径愈长，包气带滞留量也愈大，补给滞后时间愈长，达到潜水面的补给量也相应减少。但潜水埋深太小也不利于补给。

当降水强度达到一定程度时，地形坡度愈大，降水转为地表径流而很快沿地表流走的越多，不利于入渗补给。而在那些地势低洼地区，汇水面积大，水流下渗时间长，有利于降水补给。

植被有利于降水补给。植被可阻滞地表径流，防止水土流失。植物形成的有机质，有利于保护土层结构免受降水淋蚀。植物的根系还可增加表土的透水性。我国西北的黄土高原，由于地形陡，且缺乏植被覆盖，常常容易造成水土流失，不利于降水补给。

上述各种影响因素是相互制约、互为条件的，不能孤立地分析问题。例如强烈岩溶化岩层分布的山区，虽然地形陡峻，地下水位埋深达数百米，但由于岩层渗透性很好，即使是连续暴雨也能大量吸收补给的水量，降水补给地下水的水量可达70%～90%，这说明大部分降水补给了地下水。

降水入渗系数是上述多种因素的综合体现，其定义为

普通水文地质学

式中:α为降水入渗系数，常以小数表示qX为年降水入渗补给含水层的量，mmX为年总降水量，mm。

在入渗量计算中，降水入渗系数是重要的参数。α通常在0.2～0.5之间，我国南方岩溶地区α可高达0.8以上，而西北极端干旱地区的山间盆地则趋于零。

在平原区确定降水入渗系数常用的方法有两种:一是利用地中渗透仪测定二是利用天然潜水位变幅确定。在山区由于地形切割强烈，地下水位埋藏深度较大，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，所以可通过测定地下水的排泄量反求其补给量的方法求得入渗系数。