地下水的類型及基本特征

1、第二節(jié) 地下水的類型及其特征一、 地下水及其分類埋藏在地表以下巖石（包括土層）的空隙（包括空隙、裂隙和空洞等）中的各種狀態(tài)的水稱為地下水。地下水的分布極其廣泛，它和人類的生產生活密切相關。例如，地下水常為農業(yè)灌溉，城鄉(xiāng)人民生活及工礦企業(yè)用水提供良好的水源。因此，地下水是一種寶貴的地下資源。地下水的運動和聚集，必須具有一定的巖性和構造條件?？障抖喽蟮膸r層能使水流通過（滲透系數大于0.001m/d），稱為透水層。貯存有地下水的透水巖層，稱為含水層?？障渡俣〉闹旅軒r層是相對的不透水巖層（滲透系數小于0.001m/d），稱為隔水層。地下水受諸多因素的影響，各種因素的組合更是錯綜復雜，因此，出于不同

2、的目的或角度，人們提出了各種各樣的分類。但概括起來主要有兩種：一種是根據地下水的某種單一的因素或某種特征進行分類，如按硬度分類、按地下水起源分類等；另一種是根據地下水的若干特征綜合考慮進行分類。根據地下水的埋藏條件可分為包氣帶水、潛水和承壓水。不論哪種類型的地下水，均可按其含水層的空隙性質分為空隙水、裂隙水和巖溶水。地下水的類型和若干特征見表4-5。表4-5地下水的類型及特征類型分布水力特征補給區(qū)與分布區(qū)的關系動態(tài)特征含水層狀態(tài)水量污染情況成因包氣帶水孔隙水松散層無壓一致隨季節(jié)變化，一般為暫時性水層狀水量不大，且隨季節(jié)性變化很大易受污染基本上為滲入形成裂隙水裂隙粘土、基巖裂隙風化區(qū)脈狀或帶狀巖

3、溶水可溶巖垂直滲入區(qū)脈狀或局部含水潛水孔隙水松散層無壓或局部低壓一致因素影響變化明顯層狀受顆粒級配影響較易受污染滲入形成裂隙水基巖裂隙破碎帶帶狀層狀一般水量較小巖溶水碳酸巖溶蝕區(qū)層狀脈狀一般水量較大承壓水孔隙水松散層承壓不一致受當地氣象影響不明顯，穩(wěn)定層狀受顆粒級配影響不易受污染滲入和構造形成裂隙水基巖構造盆地、向斜、單斜、斷裂脈狀、帶狀一般水量不大巖溶水向斜、單斜、巖溶層或構造盆地巖溶層狀、脈狀一般水量較大二、 包氣帶水位于潛水面以上未被水飽和的巖土中的水，稱為包氣帶水。包氣帶水主要是土壤水和上層滯水。 如圖4-2所示。（一）土壤水埋藏于包氣帶土壤層中的水，稱土壤水。主要包括氣態(tài)水、吸著水、

4、薄膜水和毛管水?？看髿饨邓臐B入、水汽的凝結及潛水由下而上的毛細作用補給。大氣降水向下滲入，必需通過土壤層，這時滲入的水一部分保持在土壤層中，成為所謂的田間持水量（既土壤層中最大懸著毛管水含水量），多余的部分呈重力水下滲補給潛水。土壤水主要消耗于蒸發(fā)和蒸騰，水分的變化相當劇烈，主要受大氣條件的控制。當土壤層透水性不好，氣候又潮濕多雨或地下水位接近地表時，易形成沼澤，稱沼澤水。當地下水面埋藏不深，毛細管可達到地表時，由于地表水分強烈蒸發(fā)，鹽分不斷積累于土壤表層，則形成土壤鹽漬化，從而危害農作物生長。所以，研究控制土壤層中的水分的變化，對農業(yè)生產和建筑物基礎埋置具有重要意義。（二）上層滯水上層滯水

5、是存在于包氣帶中，局部隔水層之上的重力水。上層滯水接近地表，補給區(qū)和分布區(qū)一致。接受當地大氣降水或地表水的補給，以蒸發(fā)的形式排泄。雨季獲得補充，積存一定水量，旱季水量逐漸消耗，甚至干涸。上層滯水一般含鹽量低，但易受污染。根據上層滯水水量不大，季節(jié)變化強烈的特點，它只能用于農村少量人口的供水及小型灌溉供水。在松散沉積層中不僅埋藏有上層滯水，裂隙巖層和可溶巖層中同樣也可以埋藏有上層滯水。三、 潛水（一）潛水及其特征潛水是埋藏于地面以下第一個穩(wěn)定隔水層之上的具有自由水面的重力水，如圖4-3所示。潛水一般多儲存在第四系松散沉積物中，也可以形成于裂隙或可溶性基巖中，形成裂隙潛水和巖溶潛水。潛水面任意一點

6、的高程，稱為該點的潛水位（H）。潛水面至地面的距離為潛水的埋藏深度（T）。自潛水面至隔水底板之間的垂直距離為含水層厚度（H0）。根據潛水的埋藏條件，潛水具有以下特征：（1）潛水具有自由水面。在重力作用下可以由水位高處向水位低處滲流，形成潛水徑流。（2）潛水的分布區(qū)和補給區(qū)基本上是一致的。在一般情況下，大氣降水、地面水都可通過包氣帶入滲直接補給潛水。（3）潛水的動態(tài)（如水位、水量、水溫、水質等隨時間的變化）隨季節(jié)不同而有明顯變化。如雨季降水多，潛水補給充沛，使?jié)撍嫔仙?，含水層厚度增大，水量增加，埋藏深度變淺；而在枯水季節(jié)則相反。（4）在潛水含水層之上因無連續(xù)隔水層覆蓋，一般埋藏較淺，因此，容易

7、受到污染。（二）潛水面的形狀及其表示方法1、潛水面的形狀在自然界中，潛水面的形狀因時因地而異，它受地形、地質、氣象、水文等各種自然因素和人為因素的影響。一般情況下，潛水面不是水平的，而是向著鄰近洼地（如沖溝、河流、湖泊等）傾斜的曲面。只有當盆地或洼地中潛水集聚而潛水面呈水平狀態(tài)時，則形成潛水湖，如圖4-4所示。潛水面的形狀與地形有一定程度的一致性，一般地面坡度越陡，潛水面坡度也越大。但潛水面坡度總是小于相應的地面坡度。其形狀比地形要平緩得多。當含水層的透水性和厚度沿滲流方向發(fā)生變化時，會引起潛水面形狀的改變。在同一含水層中，當巖層透水性隨滲流方向增強或含水層度增大時，則潛水面形狀趨于平緩，反之

8、變陡，如圖4-5所示。氣象、水文因素會直接影響潛水面的變化，如大氣降水和蒸發(fā)，可使?jié)撍嫔仙蛳陆?。在某些情況下，地面水體的變化也會引起潛水面形狀的改變。如圖4-6所示。人為修建水庫或渠道以及抽取或排除地下水，都會引起地下水位的升高或降低，改變潛水面的形狀。2、潛水面的表示方法為清晰地表示潛水面的形狀，常用兩種圖示方法，并且兩種圖常配合使用。（1）剖面圖按一定比例尺，在具有代表性的剖面方向上，先根據地形繪制地形剖面，再根據鉆孔、試坑和井、泉的地層柱狀圖資料，繪制地質剖面圖。然后畫出剖面圖上各井、孔等的潛水位、連出潛水面，即繪成潛水剖面圖（圖4-7）。它也稱為水文地質剖面圖。從這種圖上可以反映出

9、潛水面與地形、含水層巖性及厚度、隔水層底板等的變化關系。（2）等水位線圖在平面上潛水面的形狀，可以用潛水面等高線圖表示，此圖稱潛水等水位線圖。如圖4-8所示。其繪制方法與繪制地形等高線圖基本相同，即根據在大致相同的時間內測得的潛水面各點（如井、泉、鉆孔、試坑等）的水位資料，將水位標高相同的各點相連繪制而成。潛水等水位線圖一般在地形圖上繪制。因為潛水面隨季節(jié)時刻都在變化，所以等水位線圖要注明測定水位的日期。通過不同時期內等水位線圖的對比，有助于了解潛水的動態(tài)。根據潛水等水位線圖可以解決下列問題：（1）確定潛水的流向因為潛水是沿著潛水面坡度最大的方向流動，所以垂直等水位線從高水位指向低水位的方向，

10、即為潛水的流向。常用箭頭表示。如圖4-9所示。（2）確定潛水面的坡度在潛水流向上任取兩點得水位差，與水的滲流路徑之比，即為潛水的水力坡度。一般潛水的水力坡度很小，常為千分之幾至百分之幾。（3）確定潛水與河水的相互關系 在近河等水位線圖上可以看出，潛水與河水有以下三種關系：潛水補給河水，如圖4-9a所示，潛水面傾向河流，多見于河流的中上游山區(qū)；河水補給潛水，如圖4-9b所示，潛水面背向河流，多見于河流的下游（如黃河下游）；一岸河水補給潛水，另一岸為潛水補給河水，如圖4-9c所示，即潛水面一岸背向河流，另一岸傾向河流，如某些山前地區(qū)的河流可見到此種情況。（4）確定潛水的埋藏深度某一地點的地面標高減

11、去該點的水位標高，即為此點的潛水埋藏深度。根據各點的埋藏深度，可進一步做出潛水埋藏深度圖（圖4-8）。（5）確定含水層的厚度若在等水位線圖上有隔水底板等高線時，則可確定任一點的含水層厚度，其值等于潛水位標高減去隔水底板標高。（6）推斷含水層透水性及厚度的變化潛水自透水性較弱的巖層流入透水性強的巖層時，潛水面坡度由陡變緩，等水位線由密變疏；相反，潛水面坡度便由緩變陡，等水位線由疏變密（圖4-5a）。潛水含水層巖性均勻，當流量一定時，含水層薄的地方水面坡度變陡，含水層厚的地方水面坡度變緩，相應的等水位線便密集或稀疏（圖4-5b）。根據等水位線圖的資料，還可以合理布置給水或排水建筑物的位置，一般應平

12、行等水位線（垂直于流向）和地下水匯流處，開挖截水渠或打井。四、 承壓水（一）承壓水及其特征承壓水是充滿于兩個隔水層（或弱透水層）之間具有靜水壓力的重力水（圖4-10）。承壓水含水層上部的隔水層，稱為隔水頂板；下部的隔水層，稱為隔水底板；頂、底板之間的垂直距離稱為承壓含水層的厚度（M）。打井時，若未鑿穿隔水頂板則見不到承壓水，當鑿穿隔水頂板后才能見到水面，此時的水面高程為初見水位；以后水位不斷上升，達到一定高度便穩(wěn)定下來，該水面高程稱穩(wěn)定水位，即該點處承壓含水層的承壓水位（測壓水位）。承壓水位高出地面的，稱作正水頭（H1），低于地面的稱作負水頭（H2）。在適宜的地形地質條件下，水可以溢出地表甚至

13、自噴（H1）。當兩個隔水層之間的含水層未被水充滿時，則稱為層間無壓水。承壓水的埋藏條件，決定了它與潛水具有不同的特征：（1）承壓水具有承壓性能，其頂面為非自由水面；（2）承壓水分布區(qū)與補給區(qū)不一致；（3）承壓水動態(tài)受氣象、水文因素的季節(jié)性變化影響不顯著；（4）承壓水的厚度穩(wěn)定不變，不受季節(jié)變化的影響；（5）承壓水的水質不易受到污染。（二）承壓水的埋藏類型承壓水的形成主要決定于地質構造。在適宜的地質構造條件下，無論是孔隙水、裂隙水或巖溶水均能構成承壓水。適宜形成承壓水的蓄水構造（蓄水構造是指在地下水不斷交替過程中能積蓄地下水的一種構造）大體可分為兩類：一類是盆地或向斜蓄水構造，稱為承壓（或自流）

14、盆地；另一類是單斜蓄水構造，稱為承壓（或自流）斜地。1、承壓盆地承壓盆地按水文地質特征由補給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)3個部分組成（圖4-10）。（1）補給區(qū)一般位于盆地邊緣地勢較高處，含水層出露地表，可直接接受大氣降水和地表水的入滲補給。（2）承壓區(qū)一般位于盆地中部，分布范圍廣，地下水承受靜水壓力。（3）排泄區(qū)一般位于盆地邊緣的低洼地區(qū)，地下水常以上升泉的形式排泄于地表。當承壓盆地內有幾層承壓含水層時，各個含水層都有不同的承壓水位（圖4-11）。若蓄水構造與地形一致時，稱為正地形，此時下層的承壓水位高于上層承壓水位；若蓄水構造與地形不一致時，稱為負地形，其下層的承壓水位低于上層的承壓水位。水位高低不

15、同，可造成含水層之間通過弱透水層或斷層發(fā)生水力聯(lián)系，形成含水層之間的補給排泄關系。承壓盆地的規(guī)模差異很大，四川盆地是典型的承壓盆地。小型的承壓盆地一般只有幾平方公里。2、承壓斜地承壓斜地的形成有3種情況：（1）含水層被斷層所截而形成的承壓斜地。單斜含水層的上部出露地表成為補給區(qū)。下部被斷層切割，若斷層不導水，則向深部循環(huán)的地下水受阻，在補給區(qū)能形成泉排泄。此時補給區(qū)與排泄區(qū)在相鄰地段。若斷層是導水的，斷層出露的位置又較低時，承壓水可通過斷層排泄于地表，此時補給區(qū)與排泄區(qū)位于承壓區(qū)的兩側與承壓盆地相似。（圖4-12）（2）含水層巖性發(fā)生相變和尖滅、裂隙隨深度增加而閉合，使其透水性在某一深度變弱（

16、成為不透水層）形成承壓斜地（圖4-13）。此種情況與阻水斷層形成的承壓斜地相似。（3）侵入巖體阻截形成的承壓斜地。各種侵入巖體（如花崗巖、閃長巖等），當它們侵入到透水性很強的巖層中并處于含水層下游時，便起到阻水作用而形成承壓斜地。如山東濟南的承壓斜地，濟南市南為寒武奧陶系構成的山區(qū)，地形與巖層產狀均向濟南方向傾伏。由于市區(qū)北側被閃長巖侵入體所阻截，來自南面千佛山一帶石灰?guī)r補給區(qū)的地下水流，便在侵入體接觸帶匯集起來，使水位抬高，形成了承壓斜地。地下水通過近20m厚的第四系覆蓋層出露地表而成為泉（圖4-14），如趵突泉、珍珠泉等泉群。在2.6km2的范圍內出露有106個泉，故濟南有“泉城”之稱。承

17、壓盆地和承壓斜地在我國分布非常廣泛。根據其地質年代和巖性的不同，可分為兩類：一類是第四系松散沉積物構成的承壓盆地和承壓斜地，廣泛地存在于山間盆地和山前平原中；另一類是第四系以前堅硬巖層構成的承壓盆地和承壓斜地。（三）承壓水等水壓線圖承壓水位標高相同點的連線，便是承壓水等水壓線。平面圖上的等水壓線圖，可以反映承壓水（位）面的起伏情況。承壓水（位）面和潛水面不同，潛水面是一個實際存在的地下水面，即含水層的頂面，而承壓水（位）面是一個勢面，這個面可以與地形極不吻合，甚至高出地面。只有當鉆孔打穿上覆隔水層至含水層頂面時才能測到。因此，承壓水等水壓線圖通常要附以含水層頂板等高線。承壓水等水壓線圖的繪制方法，與潛水等水位線圖相似。在某一承壓含水層內，將一定數量的鉆孔、井、泉（上升泉）等的初見水位（或含水層頂板的高程）和穩(wěn)定水位（即承壓水位）等資料，繪在一定比例尺的地形圖上，用內插法將承壓水位等高的點相連，即得等水壓線圖，如圖4-15所示。根據等水壓線圖，可以分析確定以下幾個問題：（1）確定承壓水的流向