地下水部分課件

1、術(shù)語(yǔ)和定義 術(shù)語(yǔ)和定義 地下水：廣義的地下水是指賦存于地面以 下巖土空隙中的水；包氣帶及飽水帶中所 有含于巖石空隙中的水均屬之。狹義的地 下水僅指賦存于飽水帶巖土空隙中的水。 地下水的功能主要包括：資源、生態(tài)環(huán)境 因子、災(zāi)害因子、地質(zhì)營(yíng)力與信息載體。 地殼表層十余公里范圍內(nèi)，都或多或少存 在著空隙，特別是深部一、兩公里以?xún)?nèi)， 空隙分布較為普遍。這就為地下水的賦存 提供了必要的空間條件。 術(shù)語(yǔ)和定義 術(shù)語(yǔ)和定義-孔隙和水分 巖石空隙是地下水儲(chǔ)存場(chǎng)所和運(yùn)動(dòng)通道。 空隙的多少、大小、形狀、連通情況和分 布規(guī)律，對(duì)地下水的分布和運(yùn)動(dòng)具有重要 影響?？梢苑譃槿?lèi)： 松散巖石中的孔隙； 堅(jiān)硬巖石中的裂隙；

2、 可溶巖石中的溶穴 1分選良好， 排序疏松的砂； 2分選良好， 排列緊密的砂； 3分選不良的， 含泥、砂的礫石； 4經(jīng)過(guò)部分膠 結(jié)的砂巖； 5具有結(jié)構(gòu)性 孔隙的粘土； 6經(jīng)過(guò)壓縮的 粘土；7，8具 有溶隙及溶穴的 可溶巖 術(shù)語(yǔ)和定義-孔隙 松散巖石是由大小不等的顆粒組成的。顆?；?顆粒集合體之間的空隙，稱(chēng)為孔隙。 孔隙率的概念 術(shù)語(yǔ)和定義-裂隙 固結(jié)的堅(jiān)硬巖石，包括沉積巖、巖漿巖和 變質(zhì)巖，一般不存在或只保留一部分顆粒 之間的孔隙，而主要發(fā)育各種應(yīng)力作用下 巖石破裂變形產(chǎn)生的裂隙。 裂隙的多少以裂隙率表示。裂隙率（Kr）是 裂隙體積（Vr）與包括裂隙在內(nèi)的巖石體積 （V）的比值，即Kr=Vr/

3、V。 術(shù)語(yǔ)和定義-溶穴 可溶的沉積巖，如巖鹽、石膏、石灰?guī)r和 白云巖等，在地下水溶蝕下會(huì)產(chǎn)生空洞， 這種空隙稱(chēng)為溶穴（隙）。 溶穴的體積（ Vk ）與包括溶穴在內(nèi)的巖石 體積（V）的比值即為巖溶率Kk= Vk /V。 賦存于不同巖層中的地下水，由于其含水 介質(zhì)特征不同，具有不同的分布與運(yùn)動(dòng)特 點(diǎn)。 按巖層的空隙類(lèi)型區(qū)分為三種類(lèi)型地下水 孔隙水、裂隙水和巖溶水。 術(shù)語(yǔ)和定義-巖石中水存在形式 術(shù)語(yǔ)和定義-容水度 容水度是指巖石完全飽水時(shí)所能容納的最 大的水體積與巖石總體積的比值?？捎眯?數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示。一般說(shuō)來(lái)容水度在數(shù)值 上與孔隙度（裂隙率、巖溶率）相當(dāng)。但 是對(duì)于具有膨脹性的粘土，充水后體積

4、擴(kuò) 大，容水度可大于孔隙度。 術(shù)語(yǔ)和定義-含水量 含水量說(shuō)明松散巖石實(shí)際保留水分的狀況。 術(shù)語(yǔ)和定義-給水度 地下水位下降一個(gè)單位深度，從地下水位延伸 到地表面的單位水平面積巖石柱體，在重力作 用下釋出的水的體積，稱(chēng)為給水度（ ）。 術(shù)語(yǔ)和定義-持水度 地下水位下降時(shí)，一部分水由于毛細(xì)力 （以及分子力）的作用而仍舊反抗重力保 持于空隙中。地下水位下降一個(gè)單位深度， 單位水平面積巖石柱體中反抗重力而保持 于巖石空隙中的水量，稱(chēng)作持水度（Sr）。 給水度、持水度與孔隙度的關(guān)系是： +Sr =n 所有影響給水度的因素也就是影響持水度 的因素。 術(shù)語(yǔ)和定義 巖石的透水性是指巖石允許水透過(guò)的能力。 表征

5、巖石透水性的定量指標(biāo)是滲透系數(shù)K。 地下水位變動(dòng)引起的巖土壓密-抽水引起 地下水位下降，松散巖石將被壓密，從而 其孔隙度、給水度、滲透系數(shù)等參數(shù)均將 變小。對(duì)于粘性土來(lái)說(shuō)，這種參數(shù)值的降 低是不可逆的。 術(shù)語(yǔ)和定義包氣帶與飽水帶 地表以下一定深度，巖石中的空隙被重力水所充滿(mǎn)，形成地下水 面。地下水面以上稱(chēng)為包氣帶；地下水面以下稱(chēng)為飽水帶 包氣帶水來(lái)源于大氣降水的入滲，地表水 體的滲漏，由地下水面通過(guò)毛細(xì)上升輸送的 水，以及地下水蒸發(fā)形成的氣態(tài)水。包氣帶 的賦存與運(yùn)移受毛細(xì)力與重力的共同影響。 包氣帶又是飽水帶與大氣圈、地表水圈聯(lián)系 必經(jīng)的通道。飽水帶通過(guò)包氣帶獲得大氣降 水和地表水的補(bǔ)給，又通

6、過(guò)包氣帶蒸發(fā)與蒸 騰排泄到大氣圈。 飽水帶巖石空隙全部為液態(tài)水所充滿(mǎn)。飽 水帶中的水體是連續(xù)分布的，能夠傳遞靜水 壓力，在水頭差的作用下，可以發(fā)生連續(xù)運(yùn) 動(dòng)。飽水帶中的重力水是開(kāi)發(fā)利用或排除的 主要對(duì)象。 術(shù)語(yǔ)和定義 巖層按其滲透性可分為透水層與不透水層。飽含水 的透水層便是含水層。不透水層通常稱(chēng)為隔水層。 含水層是指能夠透過(guò)并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層。隔 水層則是不能透過(guò)與給出水，或者透過(guò)與給出的水量微 不足道的巖層。 所謂弱透水層是指那些滲透性相當(dāng)差的巖層，在一 般的供排水中它們所能提供的水量微不足道，似乎可以 看作隔水層；但是，在發(fā)生越流時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)水流的水 力梯度大且發(fā)生滲透的過(guò)水?dāng)嗝婧艽?/p>

7、，因此，相鄰含水 層通過(guò)弱透水層交換的水量相當(dāng)大，這時(shí)把它稱(chēng)作弱透 水層。松散沉積物中的粘性土，堅(jiān)硬基巖中裂隙稀少而 狹小的巖層（如砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖等）都可以歸入 弱透水層之列。 術(shù)語(yǔ)和定義-地下水分類(lèi) 地下水的賦存特征對(duì)其水量、水質(zhì)時(shí)空分 布有決定意義，其中最重要的是埋藏條件 與含水介質(zhì)類(lèi)型。 所謂地下水的埋藏條件，是指含水巖層在 地質(zhì)剖面中所處的部位及受隔水層（弱透 水層）限制的情況。據(jù)此可將地下水分為 包氣帶水、潛水及承壓水。按含水介質(zhì) （空隙）類(lèi)型，可將地下水區(qū)分為孔隙水、 裂隙水及巖溶水。 術(shù)語(yǔ)和定義 術(shù)語(yǔ)和定義 術(shù)語(yǔ)和定義-潛水 飽水帶中第一個(gè)具有自由表面的含水層中的水 稱(chēng)作潛

8、水。 潛水的全部分布范圍都可以通過(guò)包氣帶接受大 氣降水、地表水的補(bǔ)給。潛水在重力作用下由 水位高的地方向水位低的地方徑流。潛水的排 泄，除了流入其它含水層以外，泄入大氣圈與 地表水圈的方式有兩類(lèi)：一類(lèi)是徑流到地形低 洼處，以泉、泄流等形式向地表或地表水體排 泄，這便是徑流排泄。另一類(lèi)是通過(guò)土面蒸發(fā) 或植物蒸騰的形式進(jìn)入大氣，這便是蒸發(fā)排泄。 術(shù)語(yǔ)和定義 潛水與大氣圈及 地表水圈聯(lián)系密切， 氣象、水文因素的 變動(dòng)，對(duì)它影響顯 著。潛水積極參與 水循環(huán)，資源易于 補(bǔ)充恢復(fù)，但受氣 候影響，且含水層 厚度一般比較有限， 其資源通常缺乏多 年調(diào)節(jié)性。 潛水的水質(zhì)主 要取決于氣候、地 形及巖性條件。 術(shù)

9、語(yǔ)和定義-承壓水 充滿(mǎn)于兩個(gè)隔水層（弱透水層）之間的含水層中的水，叫作承壓水。承 壓含水層上部的隔水層（弱透水層）稱(chēng)作隔水頂板，下部的隔水層（弱 透水層）稱(chēng)作隔水底板。隔水頂?shù)装逯g的距離為承壓含水層厚度 氣象、水文因素的變化 對(duì)承壓水的影響較小，承 壓水動(dòng)態(tài)比較穩(wěn)定。承壓 水的資源不容易補(bǔ)充、恢 復(fù)，但由于其含水層厚度 通常較大，故其資源往往 具有多年調(diào)節(jié)性能。 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。 術(shù)語(yǔ)和定義-相互轉(zhuǎn)化 自然與人為條件下，潛水與承壓水經(jīng)常處于相互轉(zhuǎn)化之

10、中。除了 構(gòu)造封閉條件下與外界沒(méi)有聯(lián)系的承壓含水層外，所有承壓水最 終都是由潛水轉(zhuǎn)化而來(lái)；或由補(bǔ)給區(qū)的潛水測(cè)向流入，或通過(guò)弱 透水層接受潛水的補(bǔ)給。 術(shù)語(yǔ)和定義-運(yùn)動(dòng)規(guī)律 地下水在巖石空隙中的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為滲流（滲透）。發(fā)生滲 流的區(qū)域稱(chēng)為滲流場(chǎng)。由于受到介質(zhì)的阻滯，地下水的 流動(dòng)遠(yuǎn)較地表水為緩慢。 在巖層空隙中滲流時(shí)，水的質(zhì)點(diǎn)作有秩序的、互不混雜 的流動(dòng)，稱(chēng)作層流運(yùn)動(dòng)。在具狹小空隙的巖石（如砂、 裂隙不很寬大的基巖）中流動(dòng)時(shí)，重力水受介質(zhì)的吸引 力較大，水的質(zhì)點(diǎn)排列較有秩序，故均作層流運(yùn)動(dòng)。 水的質(zhì)點(diǎn)無(wú)秩序地、互相混雜的流動(dòng)，稱(chēng)為紊流運(yùn)動(dòng)。 作紊流動(dòng)時(shí)，水流所受阻力比層流狀態(tài)大，消耗的能量 較多。

11、在寬大的空隙中（大的溶穴、寬大裂隙)，水的流 速較大時(shí)，容易呈紊流運(yùn)動(dòng)。 水只在滲流場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，各個(gè)運(yùn)動(dòng)要素（水位、流速、流 向等）不隨時(shí)間改變時(shí)，稱(chēng)作穩(wěn)定流。運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間 變化的水流運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)作非穩(wěn)定流。 術(shù)語(yǔ)和定義-達(dá)西定律 通過(guò)某一斷面的流量Q等于流速V 與過(guò)水?dāng)嗝?的乘積，則 V=Q/V，所以達(dá)西定律也可以寫(xiě)成：V=KI，V為滲透流速。 Darcys Law 術(shù)語(yǔ)和定義-滲透系數(shù) 滲透系數(shù)可定量說(shuō)明巖石的滲透性能。滲透系 數(shù)愈大，巖石的透水能力愈強(qiáng)。滲透系數(shù)為水 力梯度等于1 時(shí)的滲透流速。水力梯度為定值 時(shí)，滲透系數(shù)愈大。滲透流速就愈大；滲透流 速為一定值時(shí)，滲透系數(shù)愈大，水力梯度愈小

12、。 術(shù)語(yǔ)和定義-有效空隙度 過(guò)水?dāng)嗝嫦抵干爸臋M斷面積；在該面積中，包括砂 顆粒所占據(jù)的面積及空隙所占據(jù)的面積；而水流實(shí)際流 過(guò)的乃是扣除結(jié)合水所占據(jù)的范圍以外的空隙面積, = ne. ne為有效空隙度。有效空隙度ne為重力水流動(dòng)的 空隙體積(不包括結(jié)合水占據(jù)的空間)與巖石體積之比。 有效空隙度ne 給水度 。對(duì)于粘性土，由于空隙細(xì)小， 結(jié)合水所占比例大，所以有效孔隙度很小。對(duì)于空隙大 的巖層（例如溶穴發(fā)育的可溶巖，有寬大裂隙的裂隙巖 層), ne =n 。 V= negu. u為實(shí)際流速。V為達(dá)西速率。 術(shù)語(yǔ)和定義-水力梯度 水力梯度I 為沿滲透途徑水頭損失與相應(yīng)滲 透途徑長(zhǎng)度的比值。 水力

13、梯度可以理解為水流通過(guò)單位長(zhǎng)度滲 透途徑為克服摩擦阻力所耗失的機(jī)械能。 也可以理解為驅(qū)動(dòng)力，即克服摩擦阻力使 水以一定速度流動(dòng)的力量。 術(shù)語(yǔ)和定義-地下水的補(bǔ)給,排泄 術(shù)語(yǔ)和定義-地下水的補(bǔ)給 含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水 量的過(guò)程稱(chēng)作補(bǔ)給。地下水的補(bǔ) 給來(lái)源有大氣降水、地表水、凝 結(jié)水，來(lái)自其它含水層或含水系 統(tǒng)的水等。 如圖： 大氣降水對(duì)地下水的補(bǔ)給 術(shù)語(yǔ)和定義 地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給 術(shù)語(yǔ)和定義 含水層之間的補(bǔ)給。兩個(gè)含水層之間存在水頭 差且有聯(lián)系的通路，則水頭較高的含水層便補(bǔ) 給水頭較低者。 1含水層；2隔水層；3潛水位；4承壓水測(cè)壓水位；5上升泉；6地下水流向 術(shù)語(yǔ)和定義-斷層 1含水

14、層； 2隔水層； 3承壓水測(cè)壓水位； 4潛水位； 5濾水管； 6水流方向 1隔水層； 2含水層； 3導(dǎo)水?dāng)鄬樱?4地下水流向； 5泉 術(shù)語(yǔ)和定義-地下水的排泄 含水層或含水系統(tǒng)失去水量的過(guò)程稱(chēng)作排泄。 在排泄過(guò)程中，含水層與含水系統(tǒng)的水質(zhì)也發(fā) 生相應(yīng)變化。研究含水層（含水系統(tǒng)）的排泄 包括排泄去路、排泄條件與排泄量等。 地下水通過(guò)泉、向河流泄流及蒸發(fā)、蒸騰等方 式向外界排泄。此外，還存在一個(gè)含水層（含 水系統(tǒng)）向另一含水層（含水系統(tǒng)）的排泄。 用井孔抽汲地下水，或用渠道、坑道等排除地 下水，均屬地下水的人工排泄。 術(shù)語(yǔ)和定義 術(shù)語(yǔ)和定義 兩大類(lèi)地下水循環(huán)； 滲入徑流型和滲 入蒸發(fā)型。前者， 長(zhǎng)期循環(huán)的結(jié)果， 使巖土與其中賦存 的地下水向溶濾淡 化方向發(fā)展；后者， 長(zhǎng)期循環(huán)，使補(bǔ)給 區(qū)的巖土與地下水 淡化脫鹽，排泄區(qū) 的地下水鹽化，土 壤鹽漬化 術(shù)語(yǔ)和定義-巖溶水 賦存并運(yùn)移于巖溶化巖層中的水稱(chēng)為巖溶水（喀 斯特水）。由于介質(zhì)的可溶性以及水對(duì)介質(zhì)的差 異性溶蝕；巖溶水在流動(dòng)過(guò)程中不斷擴(kuò)展介質(zhì)的 空隙，改變其形狀，改造著自己的賦存與運(yùn)動(dòng)的 環(huán)境，從而改造著自身的補(bǔ)給、徑流、排泄與動(dòng) 態(tài)特征。巖溶水系統(tǒng)是一個(gè)能夠通過(guò)水與介質(zhì)相 互作用不斷自我演化的動(dòng)力系統(tǒng)。 處于演化后期的巖溶水系統(tǒng)，管道系統(tǒng)發(fā)育，大 范圍內(nèi)的水匯成一個(gè)完整的地下河系，某種程度 上帶有地表水的特征：空間分布極不