地下水的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)

地下水的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)第1頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§5.1地下水系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)地下水的貯存空間地下水流系統(tǒng)地下水系統(tǒng)垂向結(jié)構(gòu)第2頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

地下水是存在于地表以下巖(土)層空隙中的各種不同形式水的統(tǒng)稱(chēng)。

一、地下水的貯存空間

1.含水介質(zhì)、含水層和隔水層

通常把既能透水，又飽含水的多孔介質(zhì)稱(chēng)為含水介質(zhì),這是地下水存在的首要條件。所謂含水層是指貯存有地下水，并在自然狀態(tài)或人為條件下，能夠流出地下水來(lái)的巖體。對(duì)于那些雖然含水，但幾乎不透水或透水能力很弱的巖體，稱(chēng)為隔水層。

2.含水介質(zhì)的空隙性與水理性

含水介質(zhì)的空隙性:裂隙率(KT)、巖溶率(Kk)與孔隙率(n)

。含水介質(zhì)的水理性質(zhì):與水分的貯容、運(yùn)移有關(guān)的巖石性質(zhì)稱(chēng)為含水介質(zhì)的水理性質(zhì)，包括巖土的容水性、持水性、給水性、貯水性、透水性及毛細(xì)性等。第3頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

3.蓄水構(gòu)造指由透水巖層與隔水層相互結(jié)合而構(gòu)成的能夠富集和貯存地下水的地質(zhì)構(gòu)造體。主要有：?jiǎn)涡毙钏Y(jié)構(gòu)、背斜蓄水結(jié)構(gòu)、向斜蓄水結(jié)構(gòu)、斷裂型蓄水結(jié)構(gòu)、巖溶型蓄水結(jié)構(gòu)等。

二、地下水流系統(tǒng)

地下水雖然埋藏于地下，難以用肉眼觀(guān)察，但它象地表上河流湖泊一樣，存在集水區(qū)域，在同一集水區(qū)域內(nèi)的地下水流，構(gòu)成相對(duì)獨(dú)立的地下水流系統(tǒng)。

1.地下水流系統(tǒng)的基本特征

在一定的水文地質(zhì)條件下，匯集于某一排泄區(qū)的全部水流，自成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的地下水流系統(tǒng)，又稱(chēng)地下水流動(dòng)系。與地表水系相比較具有如下的特征:空間上的立體性;流線(xiàn)組合的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性;流動(dòng)方向上的下降與上升的并存性;區(qū)域范圍一般比較小。第4頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.地下水域地下水流系統(tǒng)的集水區(qū)域,為立體的集水空間。地下水域范圍變化快,在地表上均存在相應(yīng)的補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū).

三、地下水系統(tǒng)垂向結(jié)構(gòu)

1.地下水垂向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的基本模式

包氣帶:土壤水帶、中間過(guò)渡帶及毛細(xì)水帶等3個(gè)亞帶;存在結(jié)合水(包括吸濕水和薄膜水)和毛管水；

飽和水帶:潛水帶和承壓水帶兩個(gè)亞帶,存在重力水(包括潛水和承壓水)。

2.地下水不同層次的力學(xué)結(jié)構(gòu)分子力、毛細(xì)力和重力。

3.地下水體系作用勢(shì)重力勢(shì)、靜水壓勢(shì)、滲透壓勢(shì)、吸附勢(shì)等分勢(shì)組合為總水勢(shì)。第5頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第6頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§5.2地下水類(lèi)型地下水基本類(lèi)型的劃分包氣帶水飽水帶水(潛水和承壓水)空隙水(孔隙水、裂隙水和巖溶水)第7頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

一、地下水基本類(lèi)型的劃分從地理水文學(xué)角度來(lái)說(shuō)，特別重視如下的分類(lèi)：

1.按地下水的貯存埋藏條件分類(lèi)

(1)包氣帶水

結(jié)合水（分吸濕水、薄膜水）毛管水（分毛管懸著水與毛管上升水）重力水（分上層滯水與滲透重力水）

(2)飽水帶水

潛水承壓水（分自流溢水與非自流溢水）

2.按巖土的貯水空隙的差異分類(lèi)

(1)孔隙水

(2)裂隙水

(3)巖溶水第8頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第9頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

二包氣帶水

1.包氣帶水的特征與包氣帶的類(lèi)型

(1)包氣帶水的主要特征

包氣帶含水率和剖面分布最容易受外界條件的影響；包氣帶在空間上的變化主要體現(xiàn)在垂直剖面上的差異;

包氣帶含水率變化與巖土層本身、巖土顆粒的機(jī)械組成有關(guān);(2)包氣帶的類(lèi)型

厚型:土壤、中間和毛管帶.

薄型:厚度不到1米

過(guò)渡型:

2.包氣帶的水分交換與動(dòng)態(tài)

外界水分交換和內(nèi)部水分的再分配及內(nèi)排水過(guò)程,發(fā)生在上、下界面上.第10頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

三、潛水

1.潛水的概念和主要特征飽水帶中自地表向下第一個(gè)具有自由水面的含水層中的重力水，稱(chēng)為潛水.

潛水位(h)是指潛水面上任一點(diǎn)的海拔高程(m)；潛水埋深(T)是指潛水面距地表的鉛直距離(m)；含水層厚度(H)指潛水面至隔水底板的距離(m)；潛水流水力坡度:是指潛水面上任意兩點(diǎn)的水位差與該兩點(diǎn)的滲透距離之比。

潛水面上無(wú)隔水層,與大氣相通,壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng),不承受靜水壓力,潛水分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)基本一致。潛水含水層通過(guò)包氣帶與地表水及大氣圈之間存在密切聯(lián)系,因此深受外界氣象、水文因素的影響,動(dòng)態(tài)變化比較大,呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化。第11頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.潛水面形狀及其表示方法

(1)潛水面的形狀:傾斜、拋物線(xiàn)形和水平等多種形狀;(2)潛水面表示方法:水文地質(zhì)剖面圖和平面圖。

3.潛水與地表水之間的互補(bǔ)關(guān)系

潛水與地表水之間的這種相互補(bǔ)給和排泄關(guān)系，稱(chēng)為水力聯(lián)系。

(1)具有周期性水力聯(lián)系;(2)具有單向的水力聯(lián)系;

(3)具有間歇性水力聯(lián)系.

四、承壓水

承壓水是指充滿(mǎn)于兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的含水層中的地下水。

1.承壓水的主要特征

承壓性、分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)不同、動(dòng)態(tài)變化相對(duì)穩(wěn)定、水質(zhì)類(lèi)型多樣。

第12頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.承壓水的形成

主要取決于地質(zhì)構(gòu)造條件,最適宜的是向斜構(gòu)造和單斜構(gòu)造.

3.承壓水等水壓線(xiàn)

某一含水層中承壓水位相等的各點(diǎn)的連線(xiàn)。

五、空隙水

1.孔隙水

埋藏于松散巖土孔隙中的重力水。透水性、給水性的變化小，運(yùn)動(dòng)呈層流狀態(tài)。

2.裂隙水

存在于巖石裂隙中的地下水。埋藏與分布極不均勻，動(dòng)力性質(zhì)比較復(fù)雜，基巖裂隙的發(fā)育具有明顯的分帶性。

3.巖溶水

在溶隙中貯存、運(yùn)動(dòng)的地下水稱(chēng).分布不均勻,徑流動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定.地表與地下徑流及無(wú)壓流與有壓流相互轉(zhuǎn)化。第13頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§5.3地下水的補(bǔ)給與排泄地下水的補(bǔ)給來(lái)源地下水徑流地下水排泄第14頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

一地下水的補(bǔ)給來(lái)源

1.降水入滲補(bǔ)給

2.地表水入滲補(bǔ)給

3.地下水的人工補(bǔ)給

二地下水徑流

1.地下水徑流方向與徑流強(qiáng)度

方向呈平面式、放射式、縱向或橫向運(yùn)動(dòng);強(qiáng)度即地下水的流動(dòng)速度,與透水性、水力坡度成正比,承壓水還與蓄水構(gòu)造的開(kāi)啟與封閉程度有關(guān)。

2.地下水徑流類(lèi)型

(1)暢流型;(2)匯流型;(3)散流型;(4)緩流型;(5)滯流型.

三地下水的排泄

1.泉排泄

2.蒸發(fā)排泄

3.泄流排泄第15頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§5.4地下水運(yùn)動(dòng)結(jié)合水運(yùn)動(dòng)毛管水運(yùn)動(dòng)重力水運(yùn)動(dòng)第16頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

地下水在巖土空隙中的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象統(tǒng)稱(chēng)為“滲流”.分飽和滲流和非飽和滲流.前者指飽水帶的潛水和承壓水在重力作用下運(yùn)動(dòng);后者是指包氣帶中的毛管水和結(jié)合水在毛管力和骨架吸引力的控制運(yùn)動(dòng),兩種滲流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同.

一、結(jié)合水運(yùn)動(dòng)

1.結(jié)合水運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律

結(jié)合水又分為強(qiáng)結(jié)合水(吸濕水)和薄膜水(弱結(jié)合水)兩種.其中強(qiáng)結(jié)合水不能流動(dòng),所以結(jié)合水運(yùn)動(dòng)指的是屬于弱結(jié)合水的薄膜水運(yùn)動(dòng)。

2.結(jié)合水運(yùn)動(dòng)與越流滲透(5-14式)

二、毛管水運(yùn)動(dòng)

1.毛管力及毛管上升高度(5-17式)

使液體在管內(nèi)上升的濕潤(rùn)力就是毛管力。

2.包氣帶中毛管水的運(yùn)動(dòng)第17頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

三、重力水運(yùn)動(dòng)

1.重力水運(yùn)動(dòng)的基本形式

線(xiàn)狀流(一維流):又稱(chēng)，地下水在滲流場(chǎng)中任意點(diǎn)的速度變化只與空間坐標(biāo)的一個(gè)方向有關(guān)。

平面流(二維流):其特點(diǎn)是地下水在滲流場(chǎng)中任意點(diǎn)的速度變化與空間坐標(biāo)上的兩個(gè)方向有關(guān)。

立體流(三維流):流動(dòng)在空間3個(gè)方向上都發(fā)生變化。

2.線(xiàn)性滲透定律

線(xiàn)性滲透定律是描述重力水滲流現(xiàn)象的基本方程。最早是由法國(guó)水力學(xué)家達(dá)西通過(guò)均質(zhì)砂粒的滲流實(shí)驗(yàn)得出的。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)滲透流量Q與水位差(h1-h2)成正比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

3.滲透系數(shù)（k）

當(dāng)水力坡度I=1時(shí)，則V=k，即滲透系數(shù)在數(shù)值上等于滲流速度,表征含水介質(zhì)透水性能的重要參數(shù).

第18頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

4.非線(xiàn)性滲透定律達(dá)西定律雖然重要，但適用于層流狀態(tài)的水流，而且要求流速比較小,(常用雷諾數(shù)Re＜10表示).Q=kmAI1/m，

或

V=kmI1/m

(5－35)

5.線(xiàn)性滲透定律在地下水計(jì)算中的應(yīng)用

(1)潛水完整井穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)涌水量的計(jì)算

(2)承壓水完整井穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)涌水量計(jì)算第19頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§5.5地下水動(dòng)態(tài)與平衡影響地下水動(dòng)態(tài)的因素地下水動(dòng)態(tài)地下水平衡第20頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、影響地下水動(dòng)態(tài)的因素1.自然因素

(1)氣象氣候因素

(2)水文因素

(3)地質(zhì)地貌因素

(4)生物與土壤因素2.人為因素二、地下水動(dòng)態(tài)1.地下水動(dòng)態(tài)的地區(qū)特征

(1)地下水動(dòng)態(tài)的地區(qū)特征

(2)地下水動(dòng)態(tài)的垂直分異第21頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.地下水動(dòng)態(tài)的多年特征P260圖5-383.地下水動(dòng)態(tài)類(lèi)型

(1)滲入——蒸發(fā)型

(2)滲入——徑流型

(3)過(guò)渡型第22頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、地下水平衡(Pg+R1+E1+Q1)-(R2+E2+Q2)=ΔW

(5-47)1.潛水水量平衡方程(Pg+R1+E1+Q1+Qn)-(R2+E2+Q2)=μΔH

(5－49)

2.承壓水水量平衡方程3.地表水與地下水的轉(zhuǎn)化與平衡ΔPg=ΔRs-ΔEg

(5－58)第23頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§6地下水的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)人類(lèi)活動(dòng)的水文效應(yīng)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水體水質(zhì)的影響第24頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§6.1人類(lèi)活動(dòng)的水文效應(yīng)水利工程、農(nóng)業(yè)措施對(duì)水文要素的影響森林水文效應(yīng)城市水文效應(yīng)人類(lèi)活動(dòng)水文效應(yīng)的研究方法第25頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、水利工程、農(nóng)業(yè)措施對(duì)水文要素的影響（一）水庫(kù)水文影響1.概念：狹義：研究水庫(kù)與水文要素及變化過(guò)程之間的相互影響。廣義：研究水庫(kù)與其周?chē)淖匀画h(huán)境的相互作用、相互影響的問(wèn)題。2.作用：（1）可改變流域原有的水循環(huán)系統(tǒng)（2）可改變局部的氣候類(lèi)型（3）水庫(kù)壩上游水位的抬高，同時(shí)也抬高了上游地區(qū)的地下水位，增加了水庫(kù)臨近地區(qū)的地下水補(bǔ)給量第26頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）跨流域調(diào)水水文效應(yīng)1、概念：為了改變水的地區(qū)分布，將濕潤(rùn)地區(qū)的部分水量調(diào)到較干旱缺水的地區(qū),以滿(mǎn)足生產(chǎn)和生活的需要。2、跨流域調(diào)水對(duì)環(huán)境影響的過(guò)程：調(diào)水改變?cè)械乃那閯?shì)自然環(huán)境的變化社會(huì)經(jīng)濟(jì)的變化（三）小型農(nóng)田水利措施水文效應(yīng)主要包括：灌溉、排水措施、山區(qū)梯田谷坊措施、平原與區(qū)的控制措施等（四）農(nóng)業(yè)措施的水文效應(yīng)第27頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、森林水文效應(yīng)概念：是指森林覆蓋對(duì)徑流、蒸發(fā)、降水等水循環(huán)要素，及河流水情、地下水、水質(zhì)泥沙等水文現(xiàn)象的影響。（一）森林的攔洪作用（二）森林對(duì)流域蒸散發(fā)的影響（三）森林對(duì)降水的影響（四）森林對(duì)地下水的影響（五）濫伐森林的后果三、城市水文效應(yīng)概念：指城市化所及地區(qū)內(nèi)，水文過(guò)程的變化及其對(duì)城市環(huán)境的影響。第28頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（一）城市化對(duì)水文過(guò)程的影響（二）城市水資源危機(jī)（三）城市化對(duì)水質(zhì)的影響四、人類(lèi)活動(dòng)水文效應(yīng)的研究方法（一）水量平衡法（二）對(duì)比分析法（三）流域水文模擬法第29頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§6.2人類(lèi)活動(dòng)的水文效應(yīng)影響水體活動(dòng)水質(zhì)的物質(zhì)的影響天然水體水質(zhì)惡化特點(diǎn)水體的自?xún)裟芰λh(huán)境容量第30頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、影響水體水質(zhì)的物質(zhì)來(lái)源1、大氣降水2、農(nóng)田排水3、城市生活污水4、工業(yè)廢水5、工業(yè)廢渣和城市垃圾淋溶水二、天然水體水質(zhì)惡化特點(diǎn)（一）海洋水體水質(zhì)惡化特點(diǎn)1、污染源多而復(fù)雜2、污染物持續(xù)性強(qiáng)，危害性大3、污染范圍大第31頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（二）河流水體水質(zhì)惡化特點(diǎn)1、河流水質(zhì)惡化程度隨流量的大小而變化河流的污徑比的大小反映河流的水質(zhì)惡化程度；

2、河流水質(zhì)惡化影響范圍廣河水不斷流動(dòng)，搬運(yùn)污染物質(zhì)的能力強(qiáng)，故上游遭受污染，很快就影響到下游；

3、河流水質(zhì)惡化影響大；

4、河流自?xún)裟芰?qiáng)，水質(zhì)惡化易于控制。（三）湖泊（水庫(kù)）水質(zhì)惡化特點(diǎn)1、湖泊、水庫(kù)污染來(lái)源廣、途徑多，種類(lèi)復(fù)雜

2、湖水稀釋和搬運(yùn)污染物質(zhì)的能力弱

3、湖泊對(duì)污染物質(zhì)的生物降解、累積和轉(zhuǎn)化能力強(qiáng)（四）地下水水質(zhì)惡化特點(diǎn)1.地下水水質(zhì)惡化過(guò)程緩慢

2.地下水的間接惡化方式

3.地下水污染物濃度高

4.地下水污染難治理第32頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、水體的自?xún)裟芰Γㄒ唬┧w惡化與自?xún)絷P(guān)系1.水質(zhì)惡化過(guò)程2.水替凈化過(guò)程P圖6—5（二）水體的自?xún)暨^(guò)程概念：廣義：指受污染的水體，經(jīng)過(guò)水中物理、化學(xué)與生物作用，使污染物濃度降低，并恢復(fù)到污染前的水平。狹義：指水體中的微生物氧化分解有機(jī)物而使得水體得以?xún)艋倪^(guò)程。

1.水體自?xún)暨^(guò)程的