第四章地下水賦存

是一個(gè)系統(tǒng)，不要孤立研究某一水層(巖組)

第四章根據(jù)地下水的埋藏/賦存條件對(duì)地下水展開研究，分為包氣帶水(上層滯水)、潛水、承壓水。賦存條件劃分研究是水文地質(zhì)學(xué)研究的根本、基礎(chǔ)。包氣帶水：指地下水面以上的水，是自然界水循環(huán)的重要部分。潛水是上部沒有隔水層(巖組)的地下水，表面為自由水面。承壓水是充滿于兩個(gè)隔水層(弱透水層)之間的含水層的水。地下水面以上稱為––––包氣帶，或非飽和帶（unsaturatedzone)。

地下水面以下稱為––––飽水帶，或飽和帶（saturatedzone）。包氣帶的空隙中包含空氣氣態(tài)水結(jié)合水毛細(xì)水包氣帶水飽水帶巖石空隙全為液態(tài)水所充滿4.1含水層、隔水層與弱透水層4.2含水系統(tǒng)

4.3潛水

4.4承壓水

4.5潛水與承壓水的相互轉(zhuǎn)換

4.6上層滯水

4.1含水層、隔水層與弱透水層巖層按滲透性分為：透水層––––含水層；不透水層––––隔水層。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；aquiclude含水不透水）––––不透水層。含水層飽含水；能夠透過水；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；或者透過與給出的水量微不足道。粘土，泥巖、頁巖，巖漿巖、變質(zhì)巖等隔水層不能透水；也不能給出水；或者透過與給出的水量微不足道。粘土，泥巖、頁巖，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)涉及某一問題時(shí)作為含水層，而涉及另外一些問題時(shí)作為隔水層（涉及問題不同）。如：大型供水與小型供水：亞砂土；礦山排水與小型供水：相對(duì)于O巖溶水，C－P砂頁巖作為隔水層；在缺水地區(qū)，C－P中的砂巖可作為含水層。3．弱透水層(aquitard)––––滲透性較差的巖層，相鄰含水層通過其發(fā)生越流時(shí)，進(jìn)行水量交換。

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。如頁巖與薄層石灰?guī)r互層時(shí)，往往順層透水，而垂直層面隔水。

a．山前洪積平原含水系統(tǒng)【4】b．基巖構(gòu)成的獨(dú)立的含水系統(tǒng)c．巖相變化導(dǎo)致隔水層尖滅d．多個(gè)含水層的水力聯(lián)系b、c．多個(gè)含水層構(gòu)成的含水系統(tǒng)e.構(gòu)造封閉的含水系統(tǒng)只有通過各種途徑查明含水層之間的水力聯(lián)系狀況后，才可能正確地圈劃含水系統(tǒng)。4.1含水層、隔水層與弱透水層

4.2含水系統(tǒng)4.3潛水

4.4承壓水

4.5潛水與承壓水的相互轉(zhuǎn)換

4.6上層滯水

4.2含水系統(tǒng)1．地下水系統(tǒng)概念的產(chǎn)生系統(tǒng)的思想與方法→滲入到水文地質(zhì)領(lǐng)域→地下水系統(tǒng)。水文地質(zhì)的發(fā)展：水量（穩(wěn)定流→非穩(wěn)定流→越流）→水質(zhì)→生態(tài)環(huán)境問題。研究范圍：一口井附近→整個(gè)含水層→相鄰的含水層和弱透水層→地下水系統(tǒng)→生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。將若干個(gè)含水層連同期間的弱透水層（相對(duì)隔水層）合在一起看作一個(gè)完整的單元→系統(tǒng)→含水層系統(tǒng)（含水系統(tǒng)）。近年來，隨著地下水的污染、水環(huán)境的惡化，人們愈來愈重視地下水中溶質(zhì)運(yùn)移的研究，與此相關(guān)，提出了→地下水流動(dòng)系統(tǒng)。

2．地下水系統(tǒng)的概念地下水含水系統(tǒng)––––是指由隔水或相對(duì)隔水巖層圈閉的，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水巖系。（含水層組）含水系統(tǒng)是包容的容器。賦存于含水系統(tǒng)中的地下水是一個(gè)整體，含水系統(tǒng)任一部分加入水量(接受補(bǔ)給)或減少(天然排泄和人為開采)水量，影響將波及此整體的各個(gè)部分。由此可見，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，是下水資源評(píng)價(jià)、開發(fā)和管理的功能單元。a．山前洪積平原含水系統(tǒng)b．基巖構(gòu)成的獨(dú)立的含水系統(tǒng)c．巖相變化導(dǎo)致隔水層尖滅d．多個(gè)含水層的水力聯(lián)系b、c．多個(gè)含水層構(gòu)成的含水系統(tǒng)e.構(gòu)造封閉的含水系統(tǒng)只有通過各種途徑查明含水層之間的水力聯(lián)系狀況后，才可能正確地圈劃含水系統(tǒng)。此外，含水系統(tǒng)存在級(jí)次性。地下水這一名詞有廣義與狹義之分：a.廣義地下水––––指賦存于地面以下巖土空隙中的水，包括包氣帶及飽水帶巖石空隙中的水（subsurfacewater––––包括soilwater和groundwater）。b.狹義地下水––––指賦存于飽水帶巖土空隙中的水（groundwater）。長(zhǎng)期以來水文地質(zhì)學(xué)著重研究飽水帶中的重力水?，F(xiàn)在開始重視包氣帶水的研究。因?yàn)槿藗冋J(rèn)識(shí)到在“三水”（大氣水、地表水、地下水）轉(zhuǎn)化過程中包氣帶是必經(jīng)之路。補(bǔ)充內(nèi)容地下水分類由于埋藏條件，含水介質(zhì)類型對(duì)地下水水量、水質(zhì)的時(shí)空分布有決定意義，所以按埋藏條件和含水介質(zhì)（空隙）類型對(duì)地下水進(jìn)行劃分：1．按埋藏條件：包氣帶水、潛水、承壓水；2．按含水介質(zhì)（空隙類型）：孔隙水、裂隙水、巖溶水；3．綜合分類如：孔隙潛水，孔隙承壓水。

地下水分類地下水分類表含水介質(zhì)類型埋藏條件孔隙水裂隙水巖溶水包氣帶水土壤水局部粘性土隔水層上季節(jié)性存在的重力水（上層滯水）過路及懸留毛細(xì)水及重力水裂隙巖層淺部季節(jié)性存在的重力水及毛細(xì)水裸露巖溶化巖層上部巖溶通道中季節(jié)性存在的重力水潛水各類松散沉積物淺部的水裸露于地表的各類裂隙巖層中的水裸露于地表的巖溶化巖層中的水承壓水山間盆地及平原松散沉積物深部的水組成構(gòu)造盆地、向斜構(gòu)造或單斜斷塊的被掩覆的各類裂隙巖層中的水組成構(gòu)造盆地、向斜構(gòu)造或單斜斷塊的被掩覆的巖溶化巖層中的水地下水分類4.根據(jù)地下水的理化性質(zhì)進(jìn)行分類，如：根據(jù)溫度來劃分；根據(jù)水中礦化度來劃分；還有綜合劃分方法等；上述幾個(gè)分類方法最重要的是那一種？根據(jù)埋藏條件劃分的方法，也即包氣帶水、潛水、承壓水。4.1含水層、隔水層與弱透水層

4.2含水系統(tǒng)4.3潛水

4.4承壓水

4.5潛水與承壓水的相互轉(zhuǎn)換

4.6上層滯水

1．概念潛水––––飽水帶中第一個(gè)具有自由表面的含水層中的水稱作潛水。因此，潛水積極參加水循環(huán)，與大氣緊密聯(lián)系。1.必須有飽水帶；2.第一個(gè)具有自由水面的含水層。賦存潛水的含水層稱為潛水含水層。(承壓水形成漏斗后便轉(zhuǎn)換成潛水)4.3潛水【1】特征：a.潛水沒有隔水頂板，或只有局部的隔水頂板；b.潛水面（watertable）為自由水面（不承受除大氣壓以外的附加壓力）；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。f.潛水只承受大氣壓、重力的作用，因此，地下水從高處向低處流動(dòng)。4.3潛水潛水面是一個(gè)客觀實(shí)體，形態(tài)變化大。潛水面跟地形坡度相似，但要緩，并向外傾斜(與坡面同方向傾斜)潛水面可以是平面，也可以是曲面，跟巖土體性質(zhì)有關(guān)，也是地下水能量的一種反應(yīng)。4.3潛水潛水位(h)：相對(duì)于某一基準(zhǔn)面的距離，是一個(gè)標(biāo)量(無方向的)h=z+h’z:底板到基準(zhǔn)面的距離；h’:底板到水位頂點(diǎn)(水面)的距離說明：更多的時(shí)候直接把底板作為一個(gè)基準(zhǔn)面，但實(shí)際中h=h(x,y)，也即潛水位隨空間會(huì)發(fā)生變化，即一個(gè)曲面。同時(shí)潛水位還會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化。因此，h=h(x,y,t)來表示。也即等水位線圖要明確時(shí)間概念。4.3潛水潛水含水層的厚度(M)M=h=z飽水空間內(nèi)，最高水位點(diǎn)與底板的距離。這樣潛水含水層厚度與水位便統(tǒng)一起來，地下水動(dòng)力學(xué)中會(huì)涉及到該點(diǎn)。即M=M(x,y,t)，也與空間，時(shí)間有關(guān)。潛水位埋藏深度/埋深(D)某一點(diǎn)的水位與地表的距離。D>0水位在地下；D=0水位與地表一致，易形成沼澤；D<0水位高于地表，形成沼澤，積水。4.3潛水水力坡度(梯度)(I)沿地下水運(yùn)動(dòng)方向，一個(gè)距離內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)水位降，與沿地下水運(yùn)動(dòng)途徑水平向的距離的比值?！?】水力坡度是一個(gè)矢量，水流動(dòng)是具有方向的。真實(shí)使用過程中取了一個(gè)近似值。潛水流向地下水主流動(dòng)方向是可以實(shí)測(cè)(示蹤劑)，再者可以用潛水等水位線圖進(jìn)行分析。地下水總是沿著水力坡度最大的方向發(fā)生流動(dòng)。上述概念是基本概念，是水文地質(zhì)學(xué)中的基本約定。4.3潛水2．補(bǔ)、徑、排特點(diǎn)1）由于潛水含水層與包氣帶直接連通，無隔水頂板，因而在其全部分布范圍內(nèi)都可通過包氣帶接受大氣水，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。

4.3潛水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)：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)。4.3潛水5．潛水的基本特點(diǎn)上面沒有連續(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)。

潛水位等水位線圖：以基準(zhǔn)線為基礎(chǔ)。(與地表水體垂直)潛水位等埋深圖：以地表為基準(zhǔn)。

4.3潛水6.潛水面影響因素潛水面是向排泄區(qū)傾斜的曲面，但比地形坡度要緩，特殊情形可成水平面。(大江、大河的下游沖洪積平原區(qū)的地下水位即可形成水平面，地下水平穩(wěn))【3】1)水文網(wǎng)(地表水系)河流對(duì)地下水的補(bǔ)給與接收，在平原，山區(qū)的不同，及補(bǔ)、排的轉(zhuǎn)換。2)地形3)含水層的過水?dāng)嗝婕巴杆赃^水?dāng)嗝娲?，透水性大的地區(qū)，地下水位平緩，水力梯度小。反之則較陡。【4】4)氣候氣象因素的影響5)人為的取、排、灌、攔的影響7．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），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。

資料來源：1).已有的水位資料(泉點(diǎn)、壩塘、明井、人工勘探井，越多越好)2).時(shí)段(數(shù)據(jù)所代表的時(shí)段)4.3潛水式中：––––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。4.3潛水從等水位線圖可得：1）潛水面的形態(tài)(與等高線類似)2）潛水流向––––垂直等水位線，由高到低為潛水流向；3）潛水面坡度––––相鄰兩等水位線的水位差Δy除以其水平距離Δx（用比例尺換算），當(dāng)坡度不大時(shí)，水力梯度I：

4）潛水埋藏深度，根據(jù)等水位線圖和地形圖；5）潛水與地表水體的補(bǔ)給關(guān)系：【5】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→流向箭頭離開地表水。4.3潛水6）滲透性：等水位線密，滲透性弱，K?。籦.等水位線稀，滲透性強(qiáng)，K大。7).確定水利工程的位置8).可以反推含水層的特性(如透水性特征)9).計(jì)算水量即使用達(dá)西定律：Q=KIWK：透水系數(shù)(實(shí)驗(yàn)測(cè)得)I：水力梯度(利用圖紙讀出)W：過水?dāng)嗝?可從圖上讀出)潛水等水位線圖只是水文地質(zhì)圖中很小的一部分。圖中線條為等水位線，數(shù)字為潛水位標(biāo)高(m)，箭頭為潛水流向4.1含水層、隔水層與弱透水層

4.2含水系統(tǒng)4.3潛水

4.4承壓水

4.5潛水與承壓水的相互轉(zhuǎn)換

4.6上層滯水

1．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。除大氣壓外，還有其它的壓力，靜水壓力對(duì)其產(chǎn)生影響。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）。如果含水層沒有飽水的話還是承壓水嗎？[1]2．基本特點(diǎn)

1）承壓性，P29圖4.5為一個(gè)基巖向斜盆地，中部埋沒于隔水層之下的是承壓區(qū)，兩端出露于地表為非承壓區(qū)；

4.4承壓水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為測(cè)壓水位。4.4承壓水補(bǔ)充概念：1.初見水位(H’)：是指隔水頂板的底面高程。實(shí)際中就是鉆孔中水量突然變大的位置。2.靜止(穩(wěn)定)水位(H)承壓水的水位(是一個(gè)平面，并且是一個(gè)定值)。承壓水的H基本一致，變化較小，大范圍內(nèi)可能會(huì)有少量變化。H面是一個(gè)虛構(gòu)面。3.承壓含水層的厚度(M)M=H頂-H底(定值X在一點(diǎn)時(shí)，水位變化不影響。)4.承壓水埋深(D)：頂板底面距地表距離。(使用較多)承壓水位的埋深(D’)：靜止水位到地表距離。D和D’兩個(gè)值變化不大。

5.自溢區(qū)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）。圖3-3潛水、承壓水及上層滯水注意：在a部分因?yàn)橛懈羲敯?，也可稱局部承壓水。3．補(bǔ)、徑、排特點(diǎn)1）頂、底板隔水，通過含水層出露于地表的補(bǔ)給區(qū)獲得補(bǔ)給；通過范圍有限的排泄區(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)：除含水層出露的補(bǔ)給區(qū)補(bǔ)給外；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。4.4承壓水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。7．判斷承壓含水層和其它含水層的補(bǔ)給關(guān)系a.水位：水位高，則補(bǔ)給其它含水層；水位低則排泄其它含水層；b.通道？有沒有通道？4.4承壓水8．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。4.4承壓水3）參數(shù)a.潛水→給水度（μ）；b.承壓水→貯水系數(shù)（S或μ*）（或彈性給水度）（見圖3—8，P34）。

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。4.4承壓水4.4承壓水測(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