第三章地下水的賦存.doc

第三章地下水的賦存 第一節(jié)包氣帶與飽水帶 一、包氣帶與飽水帶的劃分 地下水面：巖石中的空隙被重力水所充滿，形成一個(gè)自由水面，稱為地下水面。 地下水位：地下水面至基準(zhǔn)面的高度，一般用海拔高程來表示。 地下水面通過打井或地下開挖來確定（圖3-1）。 包氣帶：地表以下到地下水面之上，巖石中的空隙未被重力水所充滿。 飽水帶：地下水面以下，巖石中的空隙被重力水所充滿的帶。 二、包氣帶 特點(diǎn)：巖石空隙未被水充滿，是固、液、氣三相介質(zhì)并存 水的存在形式多樣：結(jié)合水、毛細(xì)水（各種）、重力水、氣態(tài)水 土層含水量垂直分帶： 圖31 包氣帶與飽水帶 作用：包氣帶是飽水帶中地下水參與水文循環(huán)的一個(gè)重要通道；“重力水”通過包氣帶獲得降水，地表水的入滲補(bǔ)給（補(bǔ)充），部分水又通過包氣帶將水分傳輸，蒸發(fā)，消耗出去。 三、飽水帶 特點(diǎn)：巖石空隙被水完全充滿是二相介質(zhì)（固相+液相水） 空隙中水的存在形式：重力水，結(jié)合水 重力水：連續(xù)分布（孔隙是連續(xù)的） 傳遞壓力 在水頭差作用下，地下水（空隙中的水）可以連續(xù)運(yùn)動(dòng)。 意義：地下開挖，坑道，巷道，基坑，打井在此帶均有重力水涌出來！ 第二節(jié)含水層，隔水層與弱透水層 一、基本概念 劃分原則：在地下水位以下，飽水巖層中，根據(jù)巖層給水與透水能力而進(jìn)行劃分 含水層：是能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層，如各類砂土、砂巖等。 隔水層：不能透過與給出水或透過與給出的水量微不足道的巖層，如裂隙不發(fā)育的基巖、頁巖、板巖、粘土（致密） 弱透水層：滲透性很差，給出的水量微不足道，但在較大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的巖層（驅(qū)動(dòng)），如各種粘土，泥質(zhì)粉砂巖。 二、概念的相對(duì)性 上述的含水層、隔水層與弱透水層的劃分，有幾個(gè)模糊概念“相當(dāng)水量，微不足道，較大水力梯度”等。 在“地質(zhì)學(xué)”思考問題中，通常很難用嚴(yán)格的“是與非”的邏輯思維很多情況下是相對(duì)的和模糊的概念，這樣更切合實(shí)際。 （1）從理論意義來看 微不足道，有時(shí)空尺度的制約。如華北平原早期地下水開采就是典型的例子，深層水與淺層水的開采與評(píng)價(jià)，以中間的粘性土層視為“隔水層”，分別使用與開采深層水與淺層水；在最先開采深層水時(shí)發(fā)現(xiàn)，深層水水量大、水位高（部分自流），開采一段時(shí)間后，深層水位下降很快，淺層水開始向深層水“越流”。顯然，在時(shí)間空間足夠長和大時(shí)，被視為隔水的粘土層變?yōu)榱恕巴杆畬印薄?（2）從概念應(yīng)用來看，相對(duì)性的意義在于 從實(shí)際應(yīng)用角度來看劃分是相對(duì)的，滿足需要就可以了，在某處打一口井，出水量80，作為小規(guī)模的供水，不能滿足需要，地層定為隔水層；但作為飲料廠的裝瓶生產(chǎn)，水量又能夠滿足需要，該地層就會(huì)定為含水層。再如，某種巖層的滲透性比較低，從供水的角度，它可能被看作隔水層，而從水庫滲漏的角度，由于水庫的周界長，滲漏時(shí)間長，此類巖層的滲漏水量不能忽視，這時(shí)又必須將它看作含水層。 嚴(yán)格地說，自然界中并不存在絕對(duì)不發(fā)生滲透的巖層，只不過某些巖層(如缺少裂隙的致密結(jié)晶巖)的滲透性特別低罷了。從這個(gè)角度說，巖層之是否透水（即地下水在其中是否發(fā)生具有實(shí)際意義的運(yùn)移）還取決于時(shí)間尺度。當(dāng)我們所研究的某些水文地質(zhì)過程涉及的時(shí)間尺度相當(dāng)長時(shí)，任何巖層都可視為可滲透的。 隨著模擬技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)在分析與模擬時(shí)，不再將地層簡(jiǎn)單的劃分為“含水或隔水層”的了，采用模糊數(shù)學(xué)的研究方法，給個(gè)相當(dāng)于隸屬度的1和0之間的任一個(gè)數(shù)，如0.8，0.75，0.7，0.3等等；引用地層的“透水性”描述地層，具有重要的理論意義。 第三節(jié)地下水分類廣義地下水：地表以下巖石空隙中的水稱之，包括包氣帶中和飽水帶中的所有水。 狹義地下水：地表以下飽水巖層空隙中的水（飽水帶中重力水）。 地下水分類依據(jù) 含水介質(zhì)的類型（賦存空間）：孔隙水、裂隙水和巖溶水 埋藏條件（賦存部位）：包氣帶（上層滯水）、飽水帶（潛水和承壓水） 表3-1是根據(jù)含水介質(zhì)三類與埋藏條件（三類）劃分的9類地下水。 表31 地下水分類表 圖33是按含水介質(zhì)（空隙）類型與埋藏條件劃分地下水的圖示。 圖33潛水、承壓水及上層滯水 1隔水層；2透水層；3飽水部分；4潛水位；5承壓水測(cè)壓水位；6泉（上升泉）；7水井，實(shí)線表示井壁不進(jìn)水；a上層滯水；b承壓水 第四節(jié)潛水與潛水含水層 一、潛水與潛水含水層概念 潛水：地表以下，第一個(gè)具有自由表面的穩(wěn)定含水層中的水 自由表面即沒有隔水層限制，與大氣直接相通，水面不承受大氣壓強(qiáng)以外的任何附加壓強(qiáng)。 穩(wěn)定具有一定的空間連續(xù)性（范圍），以區(qū)分上層滯水。 潛水含水層：賦存潛水的巖層。一般地，房屋建筑時(shí)的基坑排水，大堤堤角處的散浸滲漏多為潛水。 二、基本要素（專業(yè)術(shù)語） 潛水含水層的基本構(gòu)成：（參見圖3-4）（以下要素結(jié)合圖制作動(dòng)畫） 圖34 潛水1含水層；2隔水層；3高水位期潛水面；4低水位期潛水面；5大氣降水入滲；6蒸發(fā)；7潛水流向；8泉 三、主要特征 潛水的基本特征： 1）補(bǔ)給：降水入滲，河湖入滲 2）排泄：泉，河，蒸發(fā) 3）動(dòng)態(tài)：補(bǔ)給或排泄通過含水層厚度變化而儲(chǔ)水與釋水！ 4）水循環(huán)交替迅速：水循環(huán)周期短，更新恢復(fù)快 5）影響因素： 受氣象，水文因素影響明顯，變化快（水量、水位季節(jié)性變化） 受人為因素影響也顯著，易污染 潛水的基本特點(diǎn)是與大氣圈、地表水圈聯(lián)系密切，積極參與水循環(huán)；決定這一特點(diǎn)的根本原因是其埋藏特征位置淺且上面沒有連續(xù)的隔水層。 第五節(jié)承壓水與承壓含水層一、定義 承壓水：充滿于兩個(gè)隔水層（弱透水層）之間的含水層中的水。 承壓含水層：賦存承壓水的巖層。圖3-6 圖36 基巖自流盆地中的承壓水1隔水層；2含水層；3潛水位及承壓水測(cè)壓水位；4地下水流向；5泉；6鉆孔，虛線為進(jìn)水部分；7自噴井；8大氣降水補(bǔ)給；H承壓高度；M含水層厚度 二、基本要素與特征 結(jié)合圖3-6，認(rèn)真理解承壓水和承壓含水層的組成要素：承壓含水層：賦存承壓水的巖層 隔水頂板 隔水底板 承壓含水層厚度（H） 埋深（D） 測(cè)壓水位線（面）：測(cè)壓水位線的連線（面），此線是虛擬的（如圖有壓管） 承壓高度：含水層某點(diǎn)的承壓高度數(shù)值上等于該點(diǎn)的測(cè)壓高度 補(bǔ)給區(qū)：僅分布于出露區(qū) 承壓區(qū)：含水層中具有承壓高度的分布區(qū) 排泄區(qū)： 自溢區(qū)測(cè)壓水位線與地形等高線的交點(diǎn)連接區(qū) 主要特征（與潛水相比）： 補(bǔ)給與排泄：有限區(qū)域與外界聯(lián)系，水循環(huán)遲緩，水交替慢，平均滯留時(shí)間長（年齡老或長）恢復(fù)性差。 水化學(xué)：變化較大，一般礦化度較高，可以保存很“古老”的水。 動(dòng)態(tài)：要穩(wěn)定些，如果分布面積大，厚度穩(wěn)定，則調(diào)節(jié)能力很強(qiáng)。承壓含水層的厚度不變，儲(chǔ)水與釋水時(shí)，厚度是如何進(jìn)行的？！ 研究方法之一：繪制承壓含水層的等測(cè)壓水位線圖（加地形等高線） 承壓水的基本特征是由于上部受到隔水層或弱透水層的隔離，承壓水與大氣圈、地表水圈的聯(lián)系較差，水循環(huán)也緩慢得多。承壓水不像潛水那樣容易污染，但是一旦污染后則很難使其凈化。 三、承壓含水層的貯水與釋水 與潛水不同，承壓含水層接受補(bǔ)給與排泄時(shí)，由于隔水頂板的限制，不通過增加或減少含水層厚度而容納或排除增減的水量。 補(bǔ)給增加水量：通過水的密度加大及含水介質(zhì)空隙的增加而容納。 排泄減少水量：表現(xiàn)為含水層中水的密度變小及含水介質(zhì)空隙縮減。 比照潛水含水層的給水度定義，承壓含水層定義為貯水系數(shù)。 貯水系數(shù)：是指其測(cè)壓水位下降（或上升）一個(gè)單位深度，單位水平面積含水層釋出（或儲(chǔ)存）的水的體積（圖38）。 圖38 承壓含水層的貯水系數(shù)與潛水含水層給水度的比較Ferris， 1962 （a）承壓水含水層； （b）潛水含水層 承壓含水層的貯水系數(shù)，在形式上，潛水含水層的給水度（也有人稱之為潛水含水層的貯水系數(shù)）與承壓含水層的貯水系數(shù)（也有人稱之為彈性給水度）非常相似，但是在釋出（或儲(chǔ)存）水的機(jī)理方面是很不相同的。 水位下降時(shí)，潛水含水層所釋出的水來自部分空隙的排水。 測(cè)壓水位下降時(shí)，承壓含水層所釋出的水來自含水層體積的膨脹及含水介質(zhì)的壓密（從而與承壓含水層厚度有關(guān)）。 測(cè)壓水位下降時(shí)承壓含水層釋出的水，遠(yuǎn)較潛水含水層水位下降時(shí)釋出的小。 一般，承壓含水層的貯水系數(shù)為0.0050.00005，常較潛水含水層小l3個(gè)數(shù)量級(jí)。由此不難理解，開采承壓含水層往往會(huì)形成大面積測(cè)壓水位大幅度下降。 第六節(jié)潛水與承壓水的相互轉(zhuǎn)化在自然或?qū)嶋H條件下，潛水與承壓水的劃分也是相對(duì)的。有時(shí)在復(fù)雜條件下很難將某些含水層中的水劃定為潛水或承壓水。 如在山區(qū)多層地層結(jié)構(gòu)時(shí)，強(qiáng)烈的切割作用，往往會(huì)形成多個(gè)地下水面 在厚度很大的含水層中，部分地段可能為承壓水，部分段就會(huì)出現(xiàn)無壓水（也有稱層間水） 一個(gè)封閉的含水層有時(shí)也很難給出是潛水？還是承壓水？的劃分，如圖3-9。開采前為潛水含水層；開采后轉(zhuǎn)變?yōu)槌袎汉畬印?圖39 潛水與承壓水的轉(zhuǎn)化 1含水層；2隔水層；3阻水?dāng)鄬樱?天然地下水位；5開采后的地下水位；6潛水流線； 7承壓水流線；8泉；9開采鉆孔 第七節(jié)上層滯水上層滯水：分布在