地下水基本知識PPT課件

1、第11章 地下水的基本知識,1 地下水的概念 2 地下水的賦存狀態(tài) 3 含水層和隔水層 4 地下水分類及各類地下水的特征 5 地下水的循環(huán) 6 地下水運(yùn)動的基本規(guī)律,重點(diǎn)：巖土的水理性質(zhì)、含水層與隔水層、降落漏斗、影響半徑、地下水的分類及各類地下水的特征，等水位線圖和等水壓線圖及其作用。,1 地下水的概念,一、自然界中水的分布,二、地下水的概念 埋藏在地表以下巖土空隙中的水。主要是由滲透作用和凝結(jié)作用形成的，此外還有極少量的原生水。,2 地下水的賦存狀態(tài),一、巖土的空隙性 二、水在巖土中存在的形式 三、巖土的水理性質(zhì),一、巖土的空隙性,巖土中的空隙是地下水的儲存空間，巖土空隙按其成因可分為孔隙

2、、裂隙和溶隙（巖溶溶洞）。,可溶性巖石，如灰?guī)r,堅硬巖石，如花崗巖,松散巖土,溶洞,裂隙,孔隙,1、孔隙：指松散巖土顆粒與顆粒集合體之間小孔狀或細(xì)管狀的空隙。,孔隙體積多少用孔隙度（n）來量度。,n=（Vn/V ）100%,孔隙的體積,V巖石總體積,影響孔隙度的因素：,巖石的密實(shí)程度、顆粒的均勻性、顆粒形狀和顆粒間的膠結(jié)程度等。,孔隙度測定方法,水,n=V水/V砂,2、準(zhǔn)確測定方法：,n=（1-/)100% 松散巖石的干重力密度 松散巖石的密度,1、概略測定方法：,2、裂隙：指固結(jié)的堅硬巖石在構(gòu)造運(yùn)動以及其他各種內(nèi)、外地質(zhì)營力作用下，產(chǎn)生于巖體中的各種扁平狀空隙。,用裂隙度（Kt）來衡量。,K

3、t=（Vt /V ）100%,=（Lb）/F 100%,裂隙的體積,V巖石總體積,露頭中裂隙的長度,巖層露頭面積,裂隙的平均寬度,3、溶隙：可溶性巖體中的裂隙再經(jīng)過地下水流的長期溶蝕、沖刷而形成的空隙或空洞稱為溶隙或溶洞。,用溶洞（巖溶）率（Kk）來衡量。,Kk =（Vk/V ）100%,溶隙的體積，通常由鉆孔中所取得的巖心測量而得,V巖石總體積,二、水在巖土中的存在形式,地殼巖石中的水,礦物結(jié)合水,空隙中的水,沸石水、結(jié)晶水,結(jié)構(gòu)水,結(jié)合水,強(qiáng)結(jié)合水（吸著水）,弱結(jié)合水（薄膜水）,液態(tài)水,重力水,毛細(xì)水,固態(tài)水,氣態(tài)水,薄膜水又叫弱結(jié)合水，是指在吸著水層以外的液態(tài)水膜。這層水不受重力影響，但

4、由于引力不等薄膜水質(zhì)點(diǎn)可由厚的地方向薄處轉(zhuǎn)移。,土粒,吸著水又叫強(qiáng)結(jié)合水，指由分子引力和靜電引力牢固地吸附在土壤顆粒表面的薄層（通常只有幾個水分子厚）水膜。是一層近于固態(tài)的水。,吸著水,薄膜水,重力水指在重力作用下，貯存在巖石和土壤的非毛管孔隙中自由運(yùn)動的水。,重力水,毛細(xì)管水受毛管力作用而保持在土壤毛細(xì)管孔隙（直徑0.001-0.1毫米）中的水。,地表,地下水面,毛細(xì)水,氣態(tài)水 吸著水 薄膜水,重力水,各種形式的水在地殼中的分布,水井,結(jié)合水,包氣帶,飽水帶,三、巖土的水理性質(zhì),巖石的空隙雖然為地下水提供了儲存的空間，但是水能否自由進(jìn)出這些空間卻與巖石表面控制水分活動的條件、性質(zhì)有很大關(guān)系。

5、與水分的貯存運(yùn)移有關(guān)的巖石性質(zhì)稱為巖石的水理性質(zhì)。包括容水性、持水性、給水性和透水性。,容水性,指巖石空隙能容納一定水量的性能。用容水度衡量，數(shù)值上等于巖土的孔隙度、裂隙度或巖溶率。,指巖土體在重力作用下釋水后仍能保持住的一定水量的性質(zhì)。用持水度衡量。松散巖土顆粒越小，其表面積越大，表面吸附的結(jié)合水越多，持水度越大；而堅硬巖石的裂隙和溶隙持水度幾乎為零。,持水性,給水性,常見松散巖土的給水度,指飽和含水的巖石在重力作用下，能自由流出（排出）若干水量的性能。以給水度（）作為衡量指標(biāo)，數(shù)值上等于容水度減去持水度。,透水性,指在一定壓力梯度下巖石允許水透過的性能。取決于空隙直徑的大小和連通程度，其次

6、是空隙的多少。,巖土根據(jù)透水性好壞可分為： 透水巖土： 半透水巖土： 不透水巖土：,表示巖土透水性能大小的指標(biāo)，稱為滲透系數(shù)，用符號K表，單位m/d（米/天）,砂,砂、,礫,礫、,粘土,粘土、,粉質(zhì)粘土,粉質(zhì)粘土、,粉土,粉土、,卵石,卵石、,黃土,黃土、,淤泥,淤泥、,泥巖,泥巖、,砂巖,砂巖、,頁巖,頁巖、,裂隙和溶隙不發(fā)育的堅硬巖石,裂隙和溶隙不發(fā)育的堅硬巖石。,裂隙與巖溶發(fā)育的堅硬巖石,裂隙與巖溶發(fā)育的堅硬巖石；,裂隙與巖溶不太發(fā)育的堅硬巖石,裂隙與巖溶不太發(fā)育的堅硬巖石；,一、概 念 二、構(gòu)成含水層的基本條件,3 含水層和隔水層,含水層：,指能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層。,不能透過

7、并給出水，或透過和給出水的數(shù)量微不足道的巖層（滲透系數(shù)0.001m/d）,隔水層：,一、 概 念,二、構(gòu)成含水層的基本條件,1、儲水空間。即應(yīng)有孔隙、裂隙和溶隙等空隙。這是儲存地下水的前提條件。 2、儲水構(gòu)造。有了儲水空間，只是有了能含水的條件，但能否儲存水，成為含水層，還必須具備保存住地下水的地質(zhì)構(gòu)造：下部要有隔水層托住重力水，并在水平方向上具有某種隔水邊界，使之不致完全流失，水能在巖層空隙中保存住，從而形成含水層。也就是說，透水巖層與隔水巖層組合起來，才能成為含水層。 3、良好的補(bǔ)給來源。 有足夠的水源，使儲水空間能不斷地獲得補(bǔ)給，方能成為含水層。,4、地下水的分類及各類地下水的特征,孔隙

8、水、裂隙水、巖溶水,上層滯水、潛水、承壓水（自流水）,孔隙（裂隙、巖溶）上層滯水，孔隙（裂隙、巖溶）潛水，孔隙（裂隙、巖溶）承壓水。,一、地下水的分類：,1、按巖石空隙性質(zhì)分類的地下水：,2、按埋藏條件分類的地下水：,3、我國地下水分類：,二、按埋藏條件分類的各類地下水特征 1、上層滯水；2、潛水；3、承壓水,三、按空隙性質(zhì)分類的各類地下水特征 1、孔隙水；2、裂隙水；3、巖溶水,孔隙水主要存在和運(yùn)動于松散巖石（即未完全膠結(jié)和未膠結(jié)的砂、礫石和粘性土等）孔隙中。,可溶性巖石，如灰?guī)r,堅硬巖石，如花崗巖,松散巖土,溶洞水,裂隙水,孔隙水,裂隙水存在和運(yùn)動于堅硬巖石的裂隙中,巖溶水存在和運(yùn)動于可溶

9、性巖石的溶洞中,1、按巖石空隙性質(zhì)分類的地下水,（潛水面）,2、潛水,3、承壓水,包氣帶,2、按埋藏條件分類的地下水,飽水帶,1、包氣帶水和上層滯水 存在于包氣帶中的水叫做包氣帶水，以氣態(tài)水、吸著水、薄膜水和毛細(xì)管水的形式存在，農(nóng)業(yè)上稱為土壤水。其中局部隔水層上的重力水稱為上層滯水。,飽水帶,包氣帶,潛水面,局部隔水層,上層滯水,地表,（1）有關(guān)潛水埋藏的術(shù)語：,2、潛水,潛水含水層厚度：潛水面至隔水層頂面的距離,潛水位：潛水面上任一點(diǎn)的標(biāo)高,潛水埋藏深度：潛水至地表的距離,潛水面：潛水的自由表面,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。,承壓水盆地剖面示意圖 1隔水層；

10、2含水層；3地下水位；4地下水流向；5上升泉；6鉆孔，虛線為進(jìn)水部分；7自流鉆孔；8大氣降水補(bǔ)給；H承壓水頭高度；M含水層厚度,3、承壓水（自流水） 初見水位=含水層頂板標(biāo)高； 承壓水位=穩(wěn)定后的水位標(biāo)高 水頭高度H=承壓水位-初見水位,H,1、上層滯水的一般特征,（1）一般分布不廣； （2）季節(jié)性存在，存在時間的長短受其下部隔水層分布范圍及包氣帶厚度控制，其動態(tài)變化與氣候及水文因素的變化關(guān)系密切； （3）補(bǔ)給區(qū)和分布區(qū)一致； （4）一般只能作小型或暫時性供水水源，對采礦幾乎沒有影響。,2、潛水的特征,潛水具有自由水面，為無壓水； 潛水的分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)基本上是一致的； 在重力作用下，潛水可以由

11、水位高處向水位低處運(yùn)動，形成潛水徑流。 平原區(qū)主要以蒸發(fā)形式排泄，易形成鹽堿地；高山丘陵區(qū)則以泉、地下滲流形式排泄于地表溝谷或地表水體。 潛水的動態(tài)如水位、水溫、水質(zhì)、水量等要素隨季節(jié)不同有明顯變化。,1）潛水的一般特征：,2）潛水面形狀及其表示方法（水文地質(zhì)剖面圖和潛水等水位線圖）,一般情況下，潛水面是呈向排泄區(qū)（如相鄰溝谷、河流、湖泊等）傾斜的曲面。 潛水面的形狀與地形、含水層的透水性及厚度、氣象水文條件、人工抽水和排水等因素有關(guān)。,1、含水砂；2、含水礫石；3、隔水底板；4、流向,潛水面的形狀,1砂土；2粘性土；3潛水面；4鉆孔；5鉆孔編號,水文地質(zhì)剖面圖,潛水等水位線圖,等水位線圖的用

12、途 確定潛水的流向及水力坡度 確定潛水的埋藏深度、泉水出露點(diǎn)和沼澤化范圍 提供合理的取水位置 確定潛水與地表水的相互補(bǔ)給關(guān)系 確定含水層厚度 分析推斷含水層透水性及厚度變化,潛水的流向：垂直等水位線從高水位指向低水位的方向，常用箭頭表示； 兩點(diǎn)間的平均水力坡度：在流動方向上，任意兩點(diǎn)的水位差除以該兩點(diǎn)間的實(shí)際水平距離,（a）潛水補(bǔ)給河水；（b）河水補(bǔ)給潛水 ；（c）河水一岸得到潛水補(bǔ)給，另一岸則河水補(bǔ)給潛水。,埋藏深度：某點(diǎn)地面標(biāo)高減去該點(diǎn)潛水位。如A點(diǎn)埋藏深度=135-115=20米,115,135,A,1、地形等高線；2、等水位線；3、等埋深線；4、潛水流向；5、潛水埋藏深度為零區(qū)（沼澤區(qū)

13、）；6、埋深02m 區(qū)；7、埋深24m；8、埋深大于4m 區(qū),115,95,135,隔水層,A,含水層厚度= 該點(diǎn)潛水位與隔水頂板標(biāo)高之差。如A點(diǎn)含水層厚度=115-95=20米,利用等水位線圖分析推斷含水層透水性及厚度變化 若等水位線由密變疏，說明潛水面坡度由陡變緩，可以推斷含水層透水性由弱變強(qiáng)或含水層厚度由薄變厚。反之，則可能是含水層透水性變?nèi)趸蚝穸茸儽?1、含水砂；2、含水礫石；3、隔水底板；4、流向,3、承壓水的特征,(1)承壓性，為有壓水，其頂面為非自由水面； (2)承壓水的分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)不一致； (3)承壓水在靜水壓力作用下，可以由高水位向低水位運(yùn)動，形成承壓水的徑流； (4) 承

14、壓水的水位、溫度和礦化度等受氣候、水文因素等的影響較?。?(5)承壓水的水質(zhì)變化大，從淡水直到礦化度很高的鹵水都有。,1、形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造：自流盆地和承壓斜地 2、承壓水的一般特征：,3、等水壓線圖及其作用,（1）自流盆地：形成承壓水的向斜或盆地構(gòu)造,（2）承壓斜地：單斜儲水構(gòu)造,承壓斜地剖面示意圖 （a）含水層尖滅形成的承壓斜地；（b）單斜構(gòu)造形成的承壓斜地；（c）阻水?dāng)鄬有纬傻某袎盒钡兀唬╠）導(dǎo)水?dāng)鄬有纬傻某袎盒钡?3）等水壓線圖及其應(yīng)用 （1）確定水流方向及水力坡度 （2）確定承壓含水層的埋藏深度 （3）確定承壓水位的埋藏深度 （4）確定水頭高度,1、孔隙水,含水層松散未經(jīng)膠結(jié)，這些

15、松散層包括第四系及部分第三系沉積巖和堅硬基巖的風(fēng)化殼。可為潛水或承壓水。水量的大小取決于含水層的成因類型、巖性結(jié)構(gòu)、顆粒成分、厚度和分布面積，當(dāng)井筒施工通過第四系松散含水層或開采接近含水層底板，出現(xiàn)涌水、涌砂、片幫：當(dāng)?shù)谒南岛畬优c礦體上覆基巖含水層有水力聯(lián)系時，成為礦坑充水的主要水源。,2、裂隙水,（1）風(fēng)化裂隙水 （2）成巖裂隙水 （3）構(gòu)造裂隙水,是賦存在風(fēng)化裂隙中的地下水，受風(fēng)化裂隙的分布和發(fā)育程度控制，多分布于出露基巖的表層，新鮮的基巖為含水層的下限，絕大多數(shù)為潛水，受大氣降水補(bǔ)給。,是指巖石形成過程中產(chǎn)生的裂隙中的地下水，主要的成巖裂隙水包括玄武巖中的地下水和接觸帶地下水。,是指賦

16、存于地殼運(yùn)動產(chǎn)生的裂隙中的地下水，主要的埋藏于沉積巖、變質(zhì)巖的節(jié)理及片理等裂隙中的層狀地下水和埋藏于構(gòu)造破碎帶中的脈狀地下水。,3、 巖 溶 水,巖溶的發(fā)育規(guī)律 巖溶發(fā)育的基本條件 地質(zhì)構(gòu)造對巖溶發(fā)育的控制作用 巖溶水的儲存形式 地下河 巖溶地下水脈 巖溶水的基本特征,返回,巖溶發(fā)育的基本條件,1、巖石的可溶性 可溶巖的巖性愈純，含易溶組分就愈多，巖溶也愈發(fā)育。 2、巖石的透水性 巖石的透水性愈好，水就愈容易進(jìn)入巖石內(nèi)部進(jìn)行溶蝕。 3、水的流動條件 地下水徑流愈強(qiáng)烈，侵蝕性CO2含量愈多，巖溶也愈發(fā)育。,返回,地質(zhì)構(gòu)造對巖溶發(fā)育的控制作用,1、控制機(jī)理 （1）地質(zhì)構(gòu)造破壞了巖石的完整性，使巖石

17、的滲透性能增強(qiáng)，提高巖石與含侵蝕性CO2水接觸的機(jī)會，因而提高了巖溶發(fā)育程度；（2）地質(zhì)構(gòu)造控制了地下水流動的方向，從而控制了巖溶發(fā)育的范圍和延伸方向。 2、控制形式 （1）巖溶主要沿斷裂帶發(fā)育 （2）巖溶常在褶曲軸部或平行于褶曲軸成帶狀發(fā)育 （3)構(gòu)造體系控制巖溶的空間分布規(guī)律；構(gòu)造復(fù)合關(guān)系對巖溶發(fā)育的尤其有利。,返回,巖溶水的基本特征,（一）巖溶水的分布特征 1、總的來說富水性較強(qiáng)，但含水極不均勻； 2、巖溶有向深部減弱的規(guī)律，使含水層的富水性也呈現(xiàn)垂向上的強(qiáng)弱分帶性； 3、巖溶水在水力聯(lián)系上有明顯的各向異性。 （二）巖溶水的埋藏特性 巖溶水可以是潛水，也可以是承壓水。 （三）巖溶水的循環(huán)

18、特征 巖溶水主要由大氣降水和地表水補(bǔ)給，并以集中徑流和集中排泄為特點(diǎn)。因此，在石灰?guī)r裸露區(qū)不僅缺乏地表水，而且地下水露頭也很少，常表現(xiàn)出嚴(yán)重缺水現(xiàn)象。,返回,4 地下水的循環(huán),一、地下水的補(bǔ)給 二、地下水的排泄 三、地下水的徑流 四、地下水補(bǔ)、徑、排條件的改變,（一）地下水的補(bǔ)給,1、概念：含水層從外界獲得水量的作用。 2、補(bǔ)給來源： （1） 大氣降水的補(bǔ)給 （2） 地表水的補(bǔ)給 （3） 凝結(jié)水的補(bǔ)給 （4） 含水層之間的補(bǔ)給 （5） 人工補(bǔ)給。,大氣降水補(bǔ)給,地表水補(bǔ)給,含水層之間的補(bǔ)給,越流：當(dāng)抽水含水層的頂、底板為弱透水層時，在抽水含水層抽水的條件下，由于水頭降低，和相鄰含水層之間產(chǎn)生水

19、頭差，相鄰含水層通過弱透水層與抽水含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系，這種水力聯(lián)系稱為“越流”,人工補(bǔ)給,（二）地下水的排泄,1、概念：含水層失去水量的過程 2、排泄方式： （1）泉水排泄 （2）向地表水排泄（泄流） （3）蒸發(fā)排泄（土面蒸發(fā)和葉面蒸發(fā)） （4）不同含水層之間的排泄,（1）泉水排泄,1）泉的形成與分類： 按補(bǔ)給來源分：上層滯水泉、潛水泉(下降泉）、承壓水泉（上升泉） 按成因分類：侵蝕泉；接觸泉；溢出泉；斷層泉 2）研究泉水的意義 確定巖石的含水性和含水層的富水程度 了解含水層或含水通道的分布，以及補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)的位置 判斷地下水的類型 確定地下水位的標(biāo)高 了解地下水的水質(zhì)特點(diǎn)和儲水構(gòu)造特點(diǎn)

20、 地下水的埋藏深度 判斷地質(zhì)構(gòu)造,泉城濟(jì)南的下降泉,1-下奧內(nèi)統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r；2-中奧陶統(tǒng)灰?guī)r；3-閃長巖及輝長巖；4-基巖地層界線；5-斷層；6-泉群,廣東羅定尖崗頂斷裂帶上升泉分布圖,上升泉,侵蝕泉：地形受到侵蝕，使含水層暴露于地表,侵 蝕 泉,接觸泉,接觸泉：地形被切割到含水層下面的隔水層，地下水被迫從兩者的接觸處流出；或地下水沿侵入體接觸帶裂隙涌出地表。,溢出泉,地下水在運(yùn)動過程中巖石透水性變?nèi)趸蚴艿骄植扛羲畬幼钃酰沟叵滤惶Ц咭绯龅乇怼?斷層泉,斷層泉：承壓含水層被導(dǎo)水?dāng)鄬忧懈?（2）向地表水排泄,當(dāng)河流、湖泊、海洋等侵蝕到含水層時，地下水分散地沿地表水體周界排泄稱為泄流。,（4）不

21、同含水層之間的排泄,（三）地下水徑流,1、概念：地下水在巖石空隙中的流動過程 2、地下徑流產(chǎn)生原因：根本原因是地下水循環(huán)。大氣降水或地表水通過包氣帶向下滲漏，補(bǔ)給含水層成為地下水，地下水又在重力作用下由水位高處向水位低處流動，最后在地形低洼處以泉的形式排出地表或直接排入地表水體，如此反復(fù)地循環(huán)是地下水徑流產(chǎn)生的原因。 3、影響因素：地下徑流的方向、速度、類型、徑流量主要受含水層的空隙性、地下水的埋藏條件、補(bǔ)給量、地形、地下水的化學(xué)成分以及人為因素的影響。 4、地下徑流量的表示方法：地下徑流量常用地下徑流率或地下徑流模數(shù)（M）來表示，其意義為1km2含水面積上的地下水流量（m3/skm2） M=

22、Q/（36586400F） F地下徑流面積（km2）； Q一年內(nèi)在F面積上的地下水徑流量（m3）,（四）地下水補(bǔ)、徑、排條件的轉(zhuǎn)化,1、自然條件改變引起的轉(zhuǎn)化 （1) 河流水位變化 (2) 地下分水嶺的改變 2、人類活動引起的變化 (1)修建水庫 (2)人工開采和礦區(qū)排水 (3)農(nóng)田灌溉和人工回灌,（1) 河流水位變化,(2)地下分水嶺的改變,改變原因：地殼升降運(yùn)動、自然條件的變化以及巖溶地區(qū)地下水的襲奪等。,6 地下水運(yùn)動的基本規(guī)律,返回,一、地下水運(yùn)動的特點(diǎn) 二、地下水運(yùn)動的基本規(guī)律 三、地下水向井的運(yùn)動的基本規(guī)律 四、水文地質(zhì)參數(shù)的確定,一、 地下水運(yùn)動的特點(diǎn),1、水流通道曲折復(fù)雜； 2

23、、流速遲緩； 3、一般呈層流運(yùn)動，個別條件下呈紊流運(yùn)動； 4、絕大多數(shù)情況下為非穩(wěn)定流運(yùn)動。,返回,1、 地下水運(yùn)動的流動通道,平均直線水流,通過研究通道內(nèi)平均直線水流（假想水流）的運(yùn)動特征，掌握直真正水流的運(yùn)動規(guī)律。,水量，水頭、阻力相等,假想水流代替真正水流的條件：,返回,2、地下水的流速,地下水在曲折的通道中緩慢地流動稱為滲透，或稱滲透水流。,：一般幾m/d，甚至 1m/d,返回,（1）層流運(yùn)動：在巖石空隙中滲透時，水質(zhì)點(diǎn)有秩序的、互不混雜的流動稱作層流運(yùn)動(a) （2）紊流運(yùn)動：水流質(zhì)點(diǎn)無秩序地、互相混雜的流動，稱為紊流運(yùn)動(b)。,3、地下水運(yùn)動的基本狀態(tài),大孔隙，大裂隙，大溶洞，取

24、水構(gòu)筑物附近,返回,4、地下水運(yùn)動隨時間的變化規(guī)律,穩(wěn)定流：流量(Q)、流速（V）和水位（S）不隨時間變化 非穩(wěn)定流：流量(Q)、流速（V）和水位（S）不隨時間變化,返回,二、 地下水運(yùn)動基本規(guī)律,1、線性滲透定律（達(dá)西定律） Q=K = K I = （層流運(yùn)動） 2、非線性滲透定律 （1）哲才公式： 或 （紊流運(yùn)動） （2）斯姆萊公式： （1m2） （混合運(yùn)動）,返回,1、線性滲透定律,達(dá)西定律 地下水作雷諾數(shù)很?。≧e110）的層流運(yùn)動時滿足達(dá)西定律，即： Q=K =KI=,Re= 其中u為地下水實(shí)際流速，d為孔隙的直徑，為地下水地運(yùn)動粘滯系數(shù)m2/d）,Q滲流量（m3/d）；L滲流途徑長度（m）；h在滲流途徑L長度上的水頭損失（m）；滲流的過水?dāng)嗝婷娣e（m2）；K滲透系數(shù)（m/d）；I水力坡度，單位滲流途徑上的水頭損失（無量