4地下水的賦存

1、第四章 地下水的賦存地表到地下水面稱(chēng)為包氣帶，或非飽和帶（unsaturated zone)。研究水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土壤水動(dòng)力學(xué)研究水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律地下水動(dòng)力學(xué)地下水面以下稱(chēng)為飽水帶，或飽和帶（saturated zone）。包氣帶水將在第6章討論，本章討論飽水帶地下水的賦存。41 含水層、隔水層與弱透水層巖層按其傳輸及給出水的性質(zhì)分為：含水層飽水并能傳輸與給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層；隔水層不能傳輸與給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層。弱透水層本身不能給出水量但垂直層面方向能夠傳輸水量的巖層，粘土、重亞粘土等。1含水層（aquifer）飽含水的透水層。既含水又透水。2隔水層（aquifuge 既不含水也不透水；aquicl

2、ude 含水不透水）不透水層。含水層飽含水；能夠透過(guò)水；并能給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層。砂、砂礫石層，石灰?guī)r、白云巖等。構(gòu)成含水層的條件：a. 巖層發(fā)育有儲(chǔ)水空隙；b. 有隔水層阻擋；c. 有水的補(bǔ)給來(lái)源；d. 適當(dāng)?shù)牡匦蔚孛矖l件。隔水層不能透水；也不能給出水；或者透過(guò)與給出的水量微不足道。粘土，泥巖、頁(yè)巖，巖漿巖、變質(zhì)巖等含水層與隔水層是相對(duì)的。含水層與隔水層的定義取決于運(yùn)用它們的具體條件：1）同一巖層，在有些地方作為含水層，而在另外一些地方作為隔水層（用水量不同）；2）同一巖層，當(dāng)涉及某一問(wèn)題時(shí)作為含水層，而涉及另外一些問(wèn)題時(shí)作為隔水層（涉及問(wèn)題不同）。如：大型供水與小型供水：亞砂土；礦山排水與

3、小型供水：相對(duì)于O巖溶水，CP砂頁(yè)巖作為隔水層；在缺水地區(qū)，CP中的砂巖可作為含水層。3弱透水層(aquitard)在相當(dāng)長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期內(nèi)，人們把隔水層看作是絕對(duì)不透水的，20世紀(jì)40年代雅可布（C. E. Jacob）提出越流概念后，人們才逐漸認(rèn)識(shí)到性質(zhì)上介于隔水層與透水層之間的弱透水層。弱透水層往往過(guò)水?dāng)嗝孑^大交換水量也較大。自然界中不存在絕對(duì)不發(fā)生滲透的巖層。同時(shí)還要考慮時(shí)間尺度，如在含水層中抽水時(shí)，有的巖層短期內(nèi)透水性不明顯，但長(zhǎng)時(shí)間抽水時(shí)，水位下降，透水明顯。含水層與整個(gè)弱透水層一起構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的含水系統(tǒng)。有的巖石順層透水，垂直層面隔水。如頁(yè)巖與薄層石灰?guī)r互層時(shí)，往往順層透水，而垂直層面

4、隔水。42 含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)(aquifer system) 由隔水或相對(duì)隔水邊界圈圍的，內(nèi)部具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的賦存地下水的巖系。由含水層和相對(duì)隔水層組合而成的含水系統(tǒng)，才是地下水的基本功能單元。賦存于含水系統(tǒng)中的地下水是一個(gè)整體，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水系統(tǒng)，是一個(gè)對(duì)外界激勵(lì)作出整體響應(yīng)的系統(tǒng)，是相對(duì)獨(dú)立而又統(tǒng)一的水量、鹽量和熱量均衡單元，是地下水資源評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)和管理的功能單元。不僅松散沉積物可以形成含水系統(tǒng)，基巖中同樣可形成含水系統(tǒng)。含水系統(tǒng)通常仍然存在開(kāi)放邊界，接受補(bǔ)給和進(jìn)行排泄。含水系統(tǒng)存在級(jí)次性。43 潛水、承壓水和上層滯水潛水phreatic water 、underground w

5、ater承壓水confined water上層滯水perched water飽水帶的地下水，按其埋藏條件，可以劃分為潛水(unconfined groundwater)、承壓水(confined groundwater)和上層滯水(perched groundwater)。按其含水介質(zhì)，可以劃分為孔隙水(pore water)、裂隙水和巖溶水(喀斯特水，karst water)（一）潛水1潛水概念潛水飽水帶中第一個(gè)具有自由表面且有一定規(guī)模的含水層中的重力水，稱(chēng)為潛水。特征：a. 潛水沒(méi)有隔水頂板，或只有局部的隔水頂板；b. 潛水面（water table）為自由水面（不承受除大氣壓以外的附加壓

6、力）；c. 從潛水面到隔水底板的距離為潛水含水層的厚度（M）；d. 潛水面到地面的距離為潛水埋藏深度（D）；e. 潛水含水層厚度與潛水面埋藏深度隨潛水面的升降而發(fā)生相應(yīng)的變化。2補(bǔ)、徑、排特點(diǎn)1）由于潛水含水層與包氣帶直接連通，無(wú)隔水頂板，因而在其全部分布范圍內(nèi)都可通過(guò)包氣帶接受大氣水，地表水等的補(bǔ)給；2）在重力作用下由水位高的地方向水位低的地方徑流；3）排泄：a. 徑流排泄：徑流到低洼處，以泉、泄流的形式向地表或地表水體排泄；b. 蒸發(fā)排泄：土面蒸發(fā)和植物蒸騰大氣；c. 向其它含水層排泄。3動(dòng)態(tài)特點(diǎn)及其影響因素主要影響因素：是氣象、水文因素。由于潛水與大氣圈及地表水圈聯(lián)系密切，因此，動(dòng)態(tài)特點(diǎn)

7、：具有明顯的季節(jié)性。a. 豐水季節(jié)或年份：補(bǔ)給量>排泄量，水位上升，埋藏深度變??；b. 干旱季節(jié)：補(bǔ)給量<排泄量，水位下降，埋藏深度變大。4資源特點(diǎn)1）水量易于補(bǔ)充恢復(fù)，由于厚度有限，通常缺乏多年調(diào)節(jié)性；2）水質(zhì)：a. 濕潤(rùn)氣候及地形切割強(qiáng)烈地區(qū)，有利于徑流排泄，為含鹽量不高的淡水；b. 干旱氣候下的盆地、平原，以蒸發(fā)排泄為主，常形成含鹽量高的咸水；3）易受污染，對(duì)水源應(yīng)注意衛(wèi)生防護(hù)。5潛水等水位線圖潛水面特點(diǎn)：潛水面是向排泄區(qū)傾斜的曲面，起伏大體與地形一致而較緩和。潛水位潛水面上任一點(diǎn)的高程稱(chēng)為潛水位。等水位線圖潛水位相等的各點(diǎn)的連線。作圖：a. 內(nèi)插法：線性插值公式（數(shù)值分析）

8、，或平面幾何的直線方程，由已知兩點(diǎn)坐標(biāo)求第三點(diǎn)坐標(biāo)的方法來(lái)作圖；b. 修正：根據(jù)水文地質(zhì)條件和原理對(duì)不符合實(shí)際的點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的修正。式中： 兩孔間的水平距離； 插值點(diǎn)與k1孔（低水位孔）間的水平距離； 兩孔間的水位差；插值點(diǎn)與k1孔（低水位孔）間的水位差。從等水位線圖可得：1）潛水流向垂直等水位線，由高到低為潛水流向；2）潛水面坡度相鄰兩等水位線的水位差y除以其水平距離x（用比例尺換算），當(dāng)坡度不大時(shí)，水力梯度I：3）潛水埋藏深度，根據(jù)等水位線圖和地形圖；4）潛水與地表水體的補(bǔ)給關(guān)系：a. 地下水補(bǔ)給地表水流向箭頭指向地表水；b. 地下水排泄地表水流向箭頭離開(kāi)地表水。5）滲透性：a. 等水位線密

9、，滲透性弱，K??；b. 等水位線稀，滲透性強(qiáng)，K大。6潛水的基本特點(diǎn)上面沒(méi)有連續(xù)的隔水層，與大氣圈、地表水圈聯(lián)系密切，埋藏淺，積極參與水循環(huán)。（二）承壓水confined water1概念承壓水充滿于兩個(gè)隔水層（或弱透水層）之間的含水層中的水叫做承壓水。貯水系數(shù)指測(cè)壓水位下降（或上升）一個(gè)單位深度，單位水平面積、高度等于含水層厚度的含水層柱體中釋出（或儲(chǔ)存）的水的體積。隔水頂板：承壓含水層上部的隔水層；隔水底板：下部的隔水層。承壓含水層厚度（M）：隔水頂、底板之間的距離為承壓含水層的厚度（不變）。2基本特點(diǎn)1）承壓性，P31圖36為一個(gè)基巖向斜盆地，中部埋沒(méi)于隔水層之下的是承壓區(qū)，兩端出露于地

10、表為非承壓區(qū)；2）含水層從出露位置較高的補(bǔ)給區(qū)獲得補(bǔ)給，向另一側(cè)出露位置較低的排泄區(qū)排泄；3）鉆孔揭穿隔水頂板時(shí)，鉆孔中的水位上升；4）承受大氣壓強(qiáng)以外的附加壓強(qiáng)；附加壓強(qiáng)鉆孔中靜止水位到含水層頂面之間的距離（或叫承壓高度H）。測(cè)壓水位（水位）井中靜止水位的高程稱(chēng)為測(cè)壓水位。測(cè)壓水位高于地表的范圍是承壓水的自溢（流）區(qū)（自噴出水）。3補(bǔ)、徑、排特點(diǎn)1）頂、底板隔水，通過(guò)含水層出露于地表的補(bǔ)給區(qū)獲得補(bǔ)給；通過(guò)范圍有限的排泄區(qū)排泄以泉、徑流等方式向地表或地表水體排泄；2）頂、底板為弱透水層時(shí)：a. 除含水層出露的補(bǔ)給區(qū)補(bǔ)給外；b. 還可從上下含水層獲得越流補(bǔ)給，也可向上下含水層越流排泄；3）參與水

11、循環(huán)不如潛水積極。4動(dòng)態(tài)特點(diǎn)1）氣象、水文因素對(duì)其影響較??；2）動(dòng)態(tài)比較穩(wěn)定。5資源特點(diǎn)1）資源不易補(bǔ)充、恢復(fù)；2）含水層厚度較大，資源具有多年調(diào)節(jié)性；3）水質(zhì)：a. 若與外界聯(lián)系密切參與水循環(huán)積極：含鹽量較低的淡水；b. 若與外界聯(lián)系差水循環(huán)緩慢：水的含鹽量高。6等水壓線圖將承壓水含水層測(cè)壓水位相等的各點(diǎn)連線等水壓線圖。從圖：a. 確定流向；b. 水力梯度；c. 測(cè)壓水面是一個(gè)虛構(gòu)的面，通常要附加含水層頂板等高線。由弱透水層和含水層組成的承壓含水系統(tǒng)，含水層之間可通過(guò)越流發(fā)生聯(lián)系，“半承壓這一術(shù)語(yǔ)很合適：一方面，此類(lèi)含水層具有承壓性；另一方面，此類(lèi)含水層通過(guò)弱透水層能夠與相鄰含水層以及外界(

12、大氣、地表水)發(fā)生聯(lián)系。開(kāi)采半承壓含水層時(shí)，釋出的水量來(lái)自幾個(gè)方面：水體積彈性膨脹；含水層壓密；相鄰弱透水層(粘性土層)壓密釋水；相鄰含水層通過(guò)弱透水層越流補(bǔ)給；含水層接受側(cè)向補(bǔ)給。其中，、兩項(xiàng)占有主要份額。7潛水與承壓水的不同1）接受補(bǔ)給時(shí)：a. 潛水：水位升高，厚度加大；b. 承壓水：測(cè)壓水位上升，孔隙水壓力增加，受隔水頂板的限制，厚度增加不明顯，水的密度加大，有效應(yīng)力降低，空隙度增大。增加的水量通過(guò)水的密度加大及含水層空隙的增加而容納。2）排泄時(shí)：a. 潛水：水位降低，厚度變小；b. 承壓水：測(cè)壓水位降低，水的密度變小，含水介質(zhì)空隙減小。3）參數(shù)a. 潛水給水度（µ）；b. 承

13、壓水貯水系數(shù)（S或µ*）（或彈性給水度）（見(jiàn)圖38，P34）。測(cè)定：野外抽水試驗(yàn)。與潛水相比，參數(shù)的定義相似，但釋水的機(jī)理不同：a. 潛水：水位下降時(shí)，釋出的水來(lái)自部分空隙的排水（水的疏干），含水層厚度變小，µ：0.02 0.35；b. 承壓水：測(cè)壓水位下降時(shí)，釋出的水來(lái)自水體積膨脹，含水介質(zhì)的壓密，參數(shù)與厚度有關(guān)，S：0.005 0.00005，較潛水小1 3個(gè)數(shù)量級(jí)。開(kāi)采承壓含水層往往會(huì)形成大面積的測(cè)壓水位的大幅度下降甚至形成大范圍的水位降落降漏斗。4）由于上部受隔水層的限制，與大氣圈、地表水圈聯(lián)系較差，水循環(huán)也緩慢得多。5）承壓水不像潛水那樣容易受污染，但，一旦污染后

14、則很難使其凈化。如山前傾斜平原分布著潛水，進(jìn)入平原后，弱透水的粘土層與砂層互層，形成承壓水。在這類(lèi)孔隙水系統(tǒng)中：從山前平原（水平方向）；潛水承壓水潛水（排泄）。平原區(qū)（垂向上）：承壓性自上而下逐漸增強(qiáng)。作為分類(lèi)，潛水與承壓水的界限是十分明確的，但自然界的情況是復(fù)雜的，具體問(wèn)題要具體分析（有過(guò)度：微承壓水）。（三）上層滯水perched water包氣帶局部隔水層(弱透水層)之上積聚的具有自由表面的重力水上層滯水。補(bǔ)給：大氣降水。排泄：蒸發(fā)，通過(guò)隔水底板的邊緣下滲排泄。只有在缺水的地區(qū)才能成為小型供水水源或暫時(shí)性供水水源。思考題1. 包氣帶？2. 飽水帶？3. 含水層？4. 隔水層？5. 弱透水

15、層？6. 潛水？7. 潛水位？8. 潛水等水位線圖？9. 承壓水？10. 承壓高度？11. 測(cè)壓水位？12. 貯水系數(shù)？13. 上層滯水？14. 巖層按其滲透性可分為 與 。15. 根據(jù)地下水的埋藏條件，可將地下水分為 、 及 。16. 按含水介質(zhì)（空隙）類(lèi)型，可將地下水分為 、 及 。17. 承壓水獲得補(bǔ)給時(shí)，測(cè)壓水位 ，一方面，由于壓強(qiáng)增大含水層中水的密度 ；另一方面，由于空隙水壓力增大，有效應(yīng)力 ，含水層骨架發(fā)生少量回彈，空隙度 。18. 承壓水含水層獲得補(bǔ)給時(shí)，增加的水量通過(guò)水的密度 及含水介質(zhì)空隙的 而容納。19. 承壓含水層排泄時(shí)，減少的水量表現(xiàn)為含水層中水的密度 及含水介質(zhì)空隙 。20. 潛水的水位動(dòng)態(tài)一般隨季節(jié)如何變化？21. 繪制簡(jiǎn)單水文地質(zhì)剖面圖，分別反映并表示地下水面、飽水帶、包氣帶（土壤水帶、中間帶、毛細(xì)水帶）。22. 繪制一水文地質(zhì)剖面圖，使之反映并表示出含水層、隔水層、潛水、承壓水、