工程地質地下水概論

工程地質地下水概論第一頁，共四十頁，2022年，8月28日第一節(jié)地球上的水和水循環(huán)水圈中的水

大氣、地表及地下巖石圈中。地表海洋，湖泊、河流、沼澤，極地和高山地下巖石圈巖土空隙中大氣大氣圈中的水蒸氣地表水地下水大氣水第二頁，共四十頁，2022年，8月28日全球總水量約為14億km3，其中的97%以上分布于海洋。可能為人類利用的淡水不足3%。類型占總量(％)占淡水總量(％)大氣水0.0010.04海洋水97.2內陸咸水0.008冰川2.1577.20地下水0.6222.26淡水湖0.0090.32土壤水0.0050.18河流0.0001<0.01第三頁，共四十頁，2022年，8月28日淡水中：極地和高山之冰,77.20%,(難于獲取)；江河湖水，0.32%,且分布不均(易開發(fā)利用)；地下水,22.26%,為地表淡水的70倍。地下水不僅量多，且分布較普遍。因此，當有限的地表水資源已不能滿足人類迅速增長的需要時，地下水變得越來越重要了。第四頁，共四十頁，2022年，8月28日全球水循環(huán)通過大氣圈的水循環(huán)(蒸發(fā)和降水)，每年約47,000km3

的水（相當于全球蒸發(fā)總量的8%）從海洋搬運到陸地。第五頁，共四十頁，2022年，8月28日在水從海洋→陸地→返回海洋的循環(huán)過程中，對地表巖石土壤進行風化、剝蝕、搬運和沉積，改造著地表形態(tài)。水是外動力地質作用的最重要營力,地下水和地表水在的各種外動力地質作用中起著十分重要的作用。為陸地提供生命及人類必需的水水，還是不可替代的資源第六頁，共四十頁，2022年，8月28日第二節(jié)巖土中的空隙和水無論是松散的沉積物，還是堅硬的巖石，都具有大小不一、多少不等、形狀各異的空隙?？障兜拇笮?、多少、形狀、聯(lián)通程度及分布狀況等性質統(tǒng)稱為巖土的空隙性。不同的成因的空隙，水在其中的賦存和運動性質不同。有3種成因的空隙：松散沉積物中的孔隙、堅硬巖石中的裂隙、和可溶性巖石中的溶隙（和溶洞）。第七頁，共四十頁，2022年，8月28日松散沉積物中的孔隙堅硬巖石中的裂隙堅硬巖石中的裂隙可溶性巖石中的溶隙（溶洞）第八頁，共四十頁，2022年，8月28日1)

孔隙：松散沉積物是由大小不等的顆粒組成的，顆粒之間普遍存在著孔隙。第九頁，共四十頁，2022年，8月28日表達巖土中孔隙空間相對多少的定量指標稱孔隙率，其含義如下式：

n

=

Vn/V×100%土孔隙率的大小，主要與顆粒的形狀、排列情況及顆粒的分選性和壓密、膠結情況有關。松散沉積物的孔隙率一般很大，可達20

%～60

%。第十頁，共四十頁，2022年，8月28日沉積物孔隙率（％）分選好的砂或礫25～50砂礫混合物20～35粉砂35～50粘土35～60沉積物的孔隙率范圍礫>2mm,砂2-0.05mm,粉砂0.05-0.005mm,粘土<0.005mm第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日2)裂隙存在于堅硬巖石中的裂縫狀空隙稱裂隙第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日裂隙主要是地殼運動對巖石造成破壞而形成的，巖石成巖時及在地表遭受風化也會形成裂隙。裂隙率表示巖石中裂隙空間的多少。nf

=

Vf/V×100%巖石的裂隙率一般比松散泥積物的孔隙率小得多。裂隙率常小于3

%。第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日3)

溶隙：溶隙是可溶巖（如石灰?guī)r）在地下水流長期溶蝕下形成的空隙?？扇軒r中溶隙的多少用巖溶率表達nk=Vk/V×100%第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日第三節(jié)巖土的水理性質在地下水的埋藏和運動中，巖土體對水的容納和約束性質是最為重要的：巖土容納水的能力；給出水的能力；水在其中運動的能力。容水度給水度滲透系數第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日巖土的容水度、持水度、給水度及滲透系數容水度：反映巖土空隙完全被充滿（飽和）時的含水量，用容積比率表示。容水度相當于空隙率（孔隙率、裂隙率和溶隙率）。持水度：巖土中的水，可以因重力自由流出的情況下，仍能保持的含水量。持水度說明巖土中結合水含量。給水度：飽和巖土在重力作用下，可自由排出的水量。3者之間關系：容水度＝持水度＋給水度第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日土的種類給水度土的種類給水度礫石0.30～0.35細砂0.15～0.20粗砂0.25～0.30粉砂0.05～0.15中砂0.20～0.25粘性土0～0.05松散沉積物的給水度礫>

2mm砂2-0.05mm粉砂0.05-0.005mm粘土<

0.005mm砂礫石粘土第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日巖土的透水性：1852-1855年，法國科學家H.Darcy發(fā)現(xiàn)水在某中介質中的滲流速度(v)和水力坡降(I)成線性關系：v

=

k×I其中k是個與介質本身性質有關的系數，稱為滲透系數。第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日砂礫石間，孔隙空間大，水在其中流動通暢，滲透系數大；粘性土顆粒間空間小，水在其中流動緩慢，滲透系數小。<10－6粘土10－3細砂粉砂10－5粉質粘土10－2粗砂中砂10－4粘質粉土10－1砂礫滲透系數k(cm/sec)土性滲透系數k(cm/sec)土性砂礫石粘性土第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日含水層、隔水層和透水層根據地層的水理性質（地下水的賦存和運移性質），可將其定性地劃分為：含水層、隔水層和透水層。含水層指飽含重力水而又能給出(透水)的巖層。透水層可以透水，滲透系數較大的地層。隔水層是指相對不透水的巖層。第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日含水層，通常是空隙率及空隙空間較大、連通性較好的巖土。如砂礫石、基巖裂隙密集帶、斷層破碎帶和巖溶發(fā)育的巖層。若有豐富的補給來源，可形成穩(wěn)定良好的含水層。砂礫石層（北京西山）發(fā)育溶隙的石灰?guī)r發(fā)育柱狀裂隙的玄武巖發(fā)育裂隙的巖體第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日透水層含水層都是透水層。但有的透水層儲水空間可能不大，或目前不一定含水。如斷層面、層面、古風化殼等。隔水層可以是飽水的粘土層，也可以是致密完整的基巖。透水層（古風化殼）隔水層（粘土層）透水層（斷層面）第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日第四節(jié)地下水的物理、化學性質

1.物理性質地下水的物理性質包括：溫度、顏色、透明度、嗅、味、比重、導電性及放射性等。

溫度

埋藏深度不同的地下水，具有不同的溫度變化規(guī)律。埋深3～5m，具晝夜變化特征；埋深為5～50m，地下水溫度隨季節(jié)變化。深層地下水的溫度變化很小。年常溫帶以下，地下水溫度隨深度增高，其變化規(guī)律決定于地熱增溫級。平均地熱增溫級為33米。第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日顏色水一般是無色的，但有時由于某種離子含量較多，或者富集懸浮物和膠體物質，則可顯示出各種各樣的顏色水中含物質顏色硫化鐵翠綠色低價鐵淺綠灰色高價鐵黃褐色或鐵銹色硫細菌紅色錳的化合物暗紅色粘土無熒光的淡黃色腐植酸暗黃灰色(帶熒光)第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日福州流花溪施工排出的富含F(xiàn)e3+離子的地下水（2009年3月）湘潭錳礦地區(qū)被錳污染的地表水第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日黃色的洮河（富含粘土）在甘肅匯入劉家峽水庫第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日透明度水的透明度主要取決于其中固態(tài)物質與膠體懸浮物質的含量。含量多時，則透明度差。常見的地表水和地下水一般是透明的。嗅水通常是無氣味的。但當其中含有某些離子或某種氣體時，則出現(xiàn)特殊的氣味。如含亞鐵鹽很多時有鐵腥氣味(墨水氣味)、含硫化氫(H2S)氣體時有臭雞蛋味，含腐植質時有腐草氣味。氣味的強弱與溫度有關，一般在低溫下不易判別，加熱到40C時氣味最顯著。第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日味水的味道，主要取決于其化學成分，如含有NaCl的(Cl-)水具咸味，含MgCl2、MgSO4的水有苦味；含Na2SO4的水量澀味；含CO2、Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2的水清涼可口；含F(xiàn)e2O3的水具有鐵銹味；含鹽量極少的水淡而無味。

密度淡水的密度通常等于1。水的比重取決于其中所溶解鹽分的含量。水中溶解的鹽分越多，比重越大。高濃度咸水比重接近1.17。第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日導電性水的導電性，取決于其所含鹽類總量及鹽類性質等，一般礦化度高的水導電性強。放射性有些天然地下水，會具有微弱的放射性。水的放射性決定于形成環(huán)境。放射性礦床及酸性火成巖分布區(qū)的地下水，其放射性相應較強。第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日2.地下水的化學性質地下水的化學成份離子：天然體水中分布最廣、含量最多的離子有七種：氯(Cl-)、硫酸根(SO4=)、重碳酸根(HCO3-)、鈉(Na＋)、鉀(K＋)、鈣(Ca＋＋)、鎂(Mg＋＋)。一般情況下，隨著地下水中含鹽量的變化，其中占主要地位的離子成分也隨之發(fā)生變化。含鹽量低的水中常以HCO3-、Ca＋＋或HCO3-、Mg＋＋為主；中等含鹽量的常以SO4=、Na＋或SO4=、Ca＋＋為主；含鹽量高的水則以Cl-、Na＋為主。氣體成份：主要有H2S、CO2。第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日地下水的酸堿性：水的酸堿性主要取決于水中氫離子濃度，常用pH值表示（pH=-lg[H]）。根據水pH值的大小，將地下水分成以下幾級：強酸性(<5)、弱酸性(5～7)、中性(7)、弱堿性(7～9)、強堿性(>9)。第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日地下水的總礦化度：水中所含各種離子、分子與化合物的總量。以每升水中所含克數（g/l）表示。簡便方法：以105-110C時將水灼干所得的殘余物總量。

類別總礦化度(g/l)淡水<1微咸水(弱礦化水)1-3咸水(中等礦化水)3-10鹽水10-35鹵水>35按礦化度的分類海水第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日飲用水總礦化度要求：不應超過1.0g/l；（《生活飲用水衛(wèi)生標準》GB5749—2006）灌溉用水總礦化度要求：非鹽堿地地區(qū)1.0g/l

，鹽堿地地區(qū)

2.0g/l。(《城市污水再生利用農田灌溉用水水質》GB20922-2007;《農田灌溉水質標準》

GB5084-92）第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日硬度水的硬度，是由水中所含Ca++、Mg++所構成。水中Ca++、Mg++的總含量，稱為總硬度。水的硬度表達方法較多，我國通常采用德國度或Ca++、Mg++的毫克當量表示。1.0毫克當量硬度等于2.8德國度。1德國度相當于1升水中含有10mg的CaO，或17.9mg的CaCO3。第三十四頁，共四十頁，2022年，8月28日水的硬度分類水的類型Ca+++Mg++(毫克當量)德國度以CaCO3計（mg/l）極軟水<1.5<4.2<75軟水1.5-3.04.2-8.475微硬水3.0-6.08.4-16.8150硬水6.0-9.016.8-25.2300極硬水>9.0>25.2450注：離子的當量＝離子量/離子價；離子的毫克當量＝離子的毫克數/離子的當量第三十五頁，