第三章 地下水的類型及特征.ppt

1、第三章 地下水的類型及特征,第一節(jié) 不同埋藏條件下的地下水,第二節(jié) 不同介質(zhì)中的地下水,作業(yè)思考題,地 下 水 的 類型,第一節(jié) 不同埋藏條件下的地下水,一、上層滯水及其特征,二、潛水,三、承壓水,一、上層滯水及其特征,位于地下水面以上的地帶稱為包氣帶， 包氣帶中的水主要有,(1)土壤水是指位于地表以下土 壤中的水，主要以結(jié)合水和毛 細水的形式存在，它主要靠大 氣降水的滲入、水汽的凝結(jié)及 潛水補給,(2)上層滯水是存在于包氣帶中局部隔水層之上的重力水， 一般分布不廣(圖3-1)。,圖3-1 上層滯水埋藏圖 1-透水層;2-隔水層;3-含水層（B-上層滯水;r-潛水）,上 層 滯 水 特 征：,

2、(1）最接近于地表，和氣候、水文條件的變化密切。接受大氣降水與地表水的補給，補給區(qū)與分布區(qū)一致（范圍很?。?排泄體現(xiàn)蒸發(fā)和向下滲透補給潛水。水量隨季節(jié)變化，在補給量較多的季節(jié)水量多，在干旱季節(jié)枯竭。 （2）與土壤水區(qū)別，底部有隔水層，作村民供水水源；土壤水多以懸掛毛細水的狀態(tài)存在于土壤中，一般僅能作垂直方向運動(滲入和蒸發(fā))，不能保持重力水，無供水意義，僅對植物生長有作用。 （3）上層滯水形成：在某些風化裂隙及構(gòu)造裂隙中，局部巖性變化；在可溶巖中夾有非可溶性透鏡體(或透鏡層)時；在松散沉積物（沖積、洪積）中，夾有粘土層或亞粘土層透鏡體；一般地形坡度較小的地區(qū)，地表徑流較弱，大氣降水較少隨地表水

3、排走，易形成；在坡度較陡峻的山區(qū)，由于巖性的突變及人為因素的影響，如滑坡、坡積物及廢石堆下部 （4）動態(tài)變化極不定，動態(tài)決定于氣候和隔水層的位置、分布范圍、厚度及透水性等。當隔水層的分布范圍小，厚度不大，隔水性不強及離地表較近時，變化大 （5）礦化度較低，易受到污染，對工程建筑有妨害，其上直接與地表相通,二、潛水,（一）潛水的概念及其特征,圖3-2潛水埋藏圖,潛水是埋藏在地表以下第一個穩(wěn)定的隔水層以上，具有自由水面的重力水（如圖）。一般多埋藏在地表的第四紀松散沉積物中，也可以形成于基巖中。,圖3-2潛水埋藏圖,潛水的自由水面稱為潛水面，潛水面至地表的距離稱為潛水埋藏深度，潛水面上任一點的標高稱

4、為該點的潛水位，潛 水面至隔水底板的距離稱為含水層厚度。,潛水特 征 ：,具有自由水面的潛水流。當用鉆孔揭露潛水時，初見水位與穩(wěn)定水位一致，潛水可能有局部承壓現(xiàn)象。靠重力流動，一般潛水流的水力坡度都很小，常為千分之幾至百分之幾,分布區(qū)與補給區(qū)一致：潛水通過包氣帶與地表相聯(lián)通。大氣降水、凝結(jié)水、地表水通過包氣帶滲入，直接補給潛水。,有季節(jié)性變化的特點：潛水易受各種氣象因素的影響，即潛水的水位、流量、化學成分等。水質(zhì)易受人為因素或其它因素的影響。,潛水常為民用水源及工農(nóng)業(yè)供水水源。,（二）潛水面的形狀及其表示方法,形狀反映各種外界因素的影響；也反映潛水流的特點(如流向、水力坡度、流速及潛水埋藏深度

5、等)。,影響潛水面形狀的因素,（1）地形地貌的影響,（2）大氣降水的滲入及水文網(wǎng)特征的影響,（3）含水層的巖性及其厚度的影響,（4）隔水底板的形狀對潛水面的影響,1潛水面的形狀及影響潛水面形狀的因素,2潛水面的表示方法及潛水等水位線圖的意義,潛水面在圖上的表示：剖面圖，等水位線圖,（1）水文地質(zhì)剖面圖 剖面線方向，包含水位，含水層巖性、厚度、隔水層位置，以及它們的變化等。如圖39。潛水面可以是傾斜曲線、水平線或上拱半橢圓曲線。,（2）潛水等水位線圖（等高線圖），圖3-10,（3）潛水等水位線圖的用途（1、2、3、4、5、6、7）,圖3-9 甘肅古浪保和附近水文地質(zhì)剖面示意圖 1-亞砂土; 2-

6、砂礫卵石層; 3-礫巖; 4-泥巖; -淺變質(zhì)的礫巖及砂巖; 6-逆斷層; 7-地下水水位,圖 3-10某壩址左岸枯水期等水位線圖 1-地形等高線; 2-潛水等水位線; 3-潛水埋藏深度等值線; 4-小溪溝; 5-潛水流向,確定地下水的流向(即地下水面坡度最大的方向)。,確定潛水面的坡度(水力坡度)。,確定地下水的埋藏深度。,確定潛水與地表水的補給關系,確定含水層厚度及其變化情況。,可以用等水位線圖分析推斷含水層透水性、厚度的變化及地下隱狀構(gòu)造。,確定地下水給水工程位置，及其它工程施工是否需要采取排水措施,圖3-11從潛水等水位線圖上判讀潛水與地表水補給關系 (a)潛水補給河水，(b)河水補給

7、潛水，(c)河水一側(cè)補給，一側(cè)排泄?jié)撍?（三）潛水的補給和排泄,潛水含水層自外界獲得水量的過程稱為補給。水質(zhì)隨之變化，補給包括補給來源、補給量、影響補給的因素等內(nèi)容。,1潛水的補給條件,潛水含水層失去水量的過程稱為潛水排泄。在排泄過程中，潛水的水量，水質(zhì)、水位都隨之發(fā)生變化。,2潛水的排泄條件,自然界地下水從補給到排泄是通過徑流來完成的，因此，地下水的補給、徑流、排泄組成了地下水循環(huán)。,3潛水的徑流,（三）潛水的補給和排泄,圖3-12地表水與潛水在各種不同情況下之關系 (a)枯水季節(jié)潛水面傾向河流,洪水季節(jié)潛水面背向河流; (b)潛水面背向河流,潛水由河水補給; (c)潛水和地表水沒有水力聯(lián)系

8、; (d)在高水位時,潛水和地表水有水力聯(lián)系; (e)僅在狹窄的沿岸地帶河流對潛水位有影響. 1-透水層; 2-隔水層; 3-潛水位,圖313 承壓水埋藏分布圖,三、承壓水,承壓水是充滿在兩隔水層或弱透水層之間含水層中的地下水。 當這種含水層中未被水充滿時，其性質(zhì)與潛水相似，稱為無壓層間水。,（一）承壓水的概念和特征,承壓水特征,承壓水具有承壓性能。當鉆孔揭露承壓含水層時，在靜水壓力的作用下，穩(wěn)定水位高于初見水位,承壓水的補給區(qū)常小于分布區(qū)。因具有隔水頂板，大氣降水、地表水不能直接補給，補給區(qū)處于地形較高的含水層出露位置，排泄區(qū)位于地形較低的位置,承壓水的水量、水質(zhì)、水溫等穩(wěn)定，受氣候的影響較

9、小，僅補給區(qū)有點影響。,受地表污染少,(二)承壓水的補給、徑流、排泄,一般在承壓含水層出露地表，且在地形上和構(gòu)造上較高的部位，有大氣降水補給，或地表水補給,1承壓水的補給條件,2承壓水的排泄條件,形式：當承壓水排泄區(qū)有潛水時，直接排入潛水；當水文網(wǎng)下切時，承壓水可排泄于河流或泉；還可通過導水斷層排泄。,3承壓水的循環(huán)條件,承壓水的循環(huán)條件受地質(zhì)構(gòu)造的控制。 地下水循環(huán)的快慢可用水交替系數(shù)描述。 是指含水層全年的排泄量與其貯水量之比。潛水，氣候潮濕、水文網(wǎng)發(fā)育，此系數(shù)為0.11.0。承壓水小于0.00001，對大型的承壓盆地(或斜地)，水的全面交替需要很長時間。,(三)承壓水等水壓線圖,承壓水的

10、等水壓線圖：分析承壓水的形成條件，掌握承壓水的補給、徑流、排泄的情況，如確定地下水流向、水力坡度、各含水層及地表水之間的水力聯(lián)系、含水層厚度及透水性的變化等，同時對于工程建筑及供水都有很大的實際意義,。,圖315等水壓線圖 1-地形等高線；2-等水壓線；含水層頂板等高線,繪制方法： 等水壓線圖繪制的方法與潛水等水位線圖相同。制作時，將各鉆孔及地下水的天然露頭(泉)的承壓水標高，標于一定比例尺的地形圖上，然后以內(nèi)插法求出各等間距的等水壓線，即得等水壓線圖(圖3-15)。,第二節(jié) 不同介質(zhì)中的地下水,一、孔隙水 是埋藏在第四紀松散沉積物孔隙中的地下水。 由于孔隙具有分布密集，均勻且連通性好的特點，

11、故孔隙水的基本特征:呈層狀分布，均勻連續(xù)、有統(tǒng)一的地下水面，透水性和給水性受巖性的控制。 松散沉積物具有多種成因類型(洪積、沖積、湖積、風積、冰積、海相沉積等)，其巖性和分布不同，導致孔隙水的埋藏、分布、水化學特征及富水程度不同,二、裂隙水,三、巖溶水,一、孔隙水,空隙分?,（一）洪積層中地下水,1洪流堆積和洪積扇的特征：山區(qū)流域匯集地表徑流大量水體，形成洪流，他侵蝕并攜帶大量碎屑物，一出山口，地貌著變（地形開闊，坡度變緩，水流脫離山溝束縛 ），水流分散，流速驟減，加之部分水體消耗于滲入和蒸發(fā)。能量驟減，大塊碎屑物積于山前，形成軸厚邊薄的扁平、上凸的錐狀扇形體，稱為洪積扇。 洪積扇的扇頂在山口

12、，扇緣向平原散開，面積大小不一，由數(shù)十至數(shù)千km2。如果有經(jīng)常性的河流參與，就稱為沖洪積扇。在山前地帶，若干洪積扇互相疊連，形成山前傾斜平原。分布規(guī)律：,（2）在鉛直方向上的規(guī)律,（1）縱向上(即沿扇形軸的方向上)的規(guī)律,（3）在成分上的規(guī)律,1縱向上(即沿扇形軸的方向上)的規(guī)律,洪積扇在從山口到平原的流向上，一般表現(xiàn)為由粗碎屑沉積漸變?yōu)榧毜乃樾汲练e的水平分布規(guī)律。 在山口，先堆積粗大磨圓度差的礫、卵石，夾少量的砂和粘土成分；隨著水流向外擴展、漫流、分叉，堆積物逐漸變細，形成砂土成分為主的沉積，其中夾有從扇頂伸延的舌狀分布的、磨圓度較好的礫石層，再往外，到洪積扇的邊緣，堆積物則是更細的粉砂、輕

13、亞粘土、亞粘土和粘土物質(zhì)組成，其中也夾有砂的夾層，在洪積扇的外緣，便形成淤泥質(zhì)的沼澤沉積，它是洪積扇邊緣的標志。根據(jù)上述沉積規(guī)律，可把洪積扇從山口到平原的巖性特點劃分為三個帶： 即山口砂礫帶，中間砂礫粘土交替帶，邊緣粘性土帶.,（2）在鉛直方向上的規(guī)律,由于洪流的季節(jié)反復性堆積，使洪積扇在縱向剖面上呈相互疊置的傾斜沉積層。洪積扇的上游鉛直剖面上是以粗碎屑為主的厚層組合；下游鉛直剖面上是粗粒與細粒的互層，其中粗粒物質(zhì)往往愈來愈細而尖滅。,（3）在成分上的規(guī)律,洪流碎屑物質(zhì)，一般搬運距離較近，所以常常是磨圓度和分選性都較差，在縱向上隨著物質(zhì)搬運距離愈來愈遠，其磨圓度和分選性就愈來愈好。當為沖積扇時

14、，由于長期水流作用，故磨圓度及分選性較洪積物好。洪積扇中的水流經(jīng)常集中的某些部位，也會出現(xiàn)分選性良好的粗粒碎屑透鏡體或帶狀體。,2洪積扇水文地質(zhì)特征,洪積扇的上述地質(zhì)結(jié)構(gòu)，決定了其中地下水的埋藏、分布、水質(zhì)、水量等相應變化規(guī)律。據(jù)此，將洪積扇分成三個不同的水文地質(zhì)帶。,（1）埋藏帶(或稱補給徑流帶、溶濾帶),（2）溢出帶,（3）垂直交替帶,3-16山前傾斜平原含水層埋藏條件圖,（二）沖積層中地下水,河流是在河谷中常年流動的水流，河流作用形成的沖積層是地球上分布很廣的一種沉積物。凡是有河流的地方都有沖積物的分布。隨著河流的不同規(guī)模及地段不同，河流在沿河兩岸形成大小不等，類型不同的河谷沖積階地。沖

15、積層中地下水是重要的供水水源。,1沖積層的水文地質(zhì)特征,（1）河流上游山區(qū)河谷沖積層水文地質(zhì)特征 山區(qū)河流上游，河床縱向坡度大，水流急湍，河谷深切，河床狹窄，水流以侵蝕搬運為主，潛水主要受基巖裂隙水的補給及降水補給，且排泄于河水。含水層透水性強,水質(zhì)良好，多為 HCO3-Ca型，礦化度常小于O.5 g/L 。,圖317某河谷階地剖面圖 1-粘土；2-砂；3-亞粘土；4-砂及細礫石；5-基巖,（2）河流中游丘陵、半山區(qū)河谷沖積層水文地質(zhì)特征河 床縱向坡度變緩，河流的垂向下切與側(cè)向侵蝕同等重要 河流彎曲，河床加寬，沖積層逐漸加厚，階地發(fā)育。階 地常具有上部為細的粘性土層，下部砂礫石層這種典型 的雙

16、層構(gòu)造.下部砂礫石層中有豐富的地下水，且由于上 部粘性土的覆蓋而具有承壓水的性質(zhì)。,（3）河流下游平原沖積層水文地質(zhì)特征 地帶地下水徑流弱，以垂直交替為主，土壤鹽漬化嚴重，地下水礦化度高。而近河地帶(或古河道)由于沉積物較粗，透水性較好，接受地表水及大氣降水補給，故水量豐富，水質(zhì)良好。,318 黃河下游水文地質(zhì)剖面示意圖 1-粘土; 2-亞粘土; 3-砂; 4-地下水位線,根據(jù)裂隙水的埋藏和分布特征，分：,3脈狀或帶狀裂隙水,1. 面狀裂隙水,2層狀裂隙水,二、裂隙水,裂隙水是指儲存在堅硬基巖裂隙中的地下水。 具不均勻性:裂隙發(fā)育的地方含水可能豐富；裂隙不發(fā)育的地方含水就很少。,二、裂隙水,面

17、狀裂隙水,分布:在各種基巖表部風化裂隙中，及某些巨大的交叉裂隙帶 水質(zhì):較好，多為低礦化的重碳酸型水；水量的大小，取決于氣候條件、風化裂隙的密度、風化殼的厚度、補給面積的大小及所在地區(qū)的地貌特征；埋藏取決于風化殼的厚度(深度)及其組成，其埋藏不超過風化殼的深度。 風化帶的表層全風化帶，弱分化帶；巖層風化劇烈，呈土狀，裂隙中常為粘土充填，故含水亦不多，水量小。,層狀裂隙水,層狀裂隙水是聚集于成巖裂隙、粒間孔隙及區(qū)域構(gòu)造裂隙中的地下水，其埋藏和分布與一定的巖層分布相一致，常具有成層性。 其埋藏和分布就要受到構(gòu)造條件的控制?？尚纬纱竺娣e的裂隙潛水。層狀裂隙水的水質(zhì)，一般淺部為潛水，水交替強，多為重碳

18、酸型淡水，裂隙承壓水的補給區(qū)也多為淡水，在承壓區(qū)及排泄區(qū)礦化度增高。,脈狀或帶狀裂隙水,它與一定的構(gòu)造部位及侵入體相一致，如沿背斜軸部的張裂帶、沿斷裂帶、沿侵入體邊緣接觸帶等：,圖3-23脈狀裂隙水蓄水構(gòu)造 （a）張裂帶；（b）斷裂帶；（3）巖脈；（d）侵入體,脈狀或帶狀裂隙水,特點：呈帶狀分布，長度、深度比寬度大，具有方向性。 切穿不同時代、不同巖性的地層，通過不同的構(gòu)造部位，使各個部位的地下水貧富不均。如斷裂帶通過脆性巖層時，巖石易碎，張裂隙發(fā)育，常形成強含水地段，當通過柔性的泥質(zhì)巖時，裂隙不發(fā)育，且大多為泥質(zhì)充填，形成微弱的含水帶，甚至起隔水作用。 裂隙含水帶在橫剖面上也表現(xiàn)出分帶性。如

19、圖3-24。 補給源遠，循環(huán)深度大，水量穩(wěn)定。 一般具有統(tǒng)一的地下水面，常具有承壓性質(zhì)，形成自流斜地。 脈狀裂隙水比較豐富，良好的供水水源。對礦床的開采及地下洞室工程，常常造成巨大的威脅，突然涌水事故。 本身含水，且是導水通道，使各含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系，如水庫水集中滲漏；向深部延伸，成地熱水涌出地表的良好通道。如廣東蓮花山斷裂帶，分布著十多處溫泉，溫泉的排列與北北東向區(qū)域斷裂一致。,脈狀或帶狀裂隙水,圖3-24逆斷層破碎帶示意圖 角礫巖帶；糜棱巖帶；裂隙密集帶；影響巖帶,如壓性斷裂帶四個帶:。角礫巖帶一般膠結(jié)緊密，透水性很低；糜棱巖帶巖石細碎，多呈粉狀，透水性也很低；裂隙密集帶和影響帶有利于

20、地下水的富集。在野外看到的斷層破碎帶，規(guī)模小的斷層，往往只具備其中一個或兩個帶。,三、巖溶水,巖溶水是貯存和運動于可溶性巖層空隙中的地下水。,（一）巖溶發(fā)育的條件,1巖性條件： （1）碳酸鹽巖類巖石成分 ； （2）碳酸巖石的結(jié)構(gòu)及原生孔隙和裂隙； （3）碳酸巖層與非碳酸巖層的組合 可溶巖的成分，結(jié)構(gòu)、原生孔隙、裂隙，以及可溶巖與非可溶巖層的組合等，對巖溶的發(fā)育具有重大影響 。 可溶礦物的成分及含量的多少；溶解度和溶解速度。自云巖巖溶不發(fā)育，白云石的溶解速度低于方解石；泥質(zhì)白云石為膠結(jié)物的碎屑碳酸巖，由于顆粒之間連結(jié)力較弱，溶解破壞作用可沿顆粒之間及裂隙面進行，常形成蜂窩狀溶孔的整層溶蝕 ；原生

21、孔隙、裂隙的溶蝕就顯得特別突出，它成了深部巖溶作用的主要通道 ；碳酸巖層與非碳酸巖層的組合狀況不同，使巖溶發(fā)育有著明顯不同的特征,（一）巖溶發(fā)育的條件,2構(gòu)造條件：巖石的透水性取決于巖石的孔隙性和裂隙性。對巖溶發(fā)育來說，裂隙是程度和方向。 水滲入地殼內(nèi)部的通道。它的密度，張開程度和方向，控制著巖溶的發(fā)育,3水動力條件：指地下水的循環(huán)運動條件，地下水交替強度的標志。 理想的溶蝕反應是： CaCO3+CO2+H2OCa2+ 2HCO3 - 水的交替作用快，所消耗的CO2可得到及時補充，溶蝕作用進行強烈。運動快的地下水流，對可溶巖也產(chǎn)生機械沖刷作用，使巖溶進一步強化。,（二）巖溶水的埋藏和分布特征,（1）裸露型巖溶水 （2）覆蓋型巖溶水 （3）埋藏型巖溶水,（1）溶管型蓄水構(gòu)造及溶管型巖溶水 （2）溶隙型蓄水構(gòu)造及溶隙型巖溶水,1.巖溶水的埋藏條件分類,圖