地下水基础知识

《地下水基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地下水基础知识（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第八章 地下水基础知识,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质 8.2 含水层、透水层与隔水层 8.3 地下水分类 8.4 地下水循环 8.5 地下水动态及影响因素 8.6 地下水均衡,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,一、岩石中的空隙 岩土：包括坚硬岩石及松散土。 空隙：岩、土中各种类型空洞的总称。 空隙是地下水的赋存场所和运移通道。 孔隙: 松散岩石颗粒间的空隙 空隙分为 裂隙: 坚硬岩石破裂产生的空隙 溶穴: 可溶性岩石被溶蚀后产生的空隙,岩石的各种空隙,孔 隙,裂 隙,溶 隙,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,一、岩石中的空隙 1.孔隙 松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗粒集合

2、体之间的空隙，称为孔隙。 孔隙多少是用孔隙度描述。 孔隙度：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占的比例。通常用 n 表示。,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,影响孔隙度的主要因素 排列方式：排列愈紧密，孔隙度愈小。 理想最疏松排列（立方体）：孔隙度为47.64%； 理想最紧密排列（四面体）：孔隙度为25.95%。 在实际中，天然砂砾石孔隙度一般介于两者之间。 自然界中松散岩石的孔隙度（P198表8-1）。 岩石名称 砾石 砂 粉砂 粘土 空隙度(%) 2540 2550 3550 4070,颗粒的排列形式,a立方体排列,b四面体排列,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,影响孔

3、隙度的主要因素 分选程度：分选愈差，孔隙度愈小。 颗粒形状：越不规则，孔隙度愈大。 胶结程度：胶结程度高，孔隙度愈小。,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,影响孔隙度的主要因素 为何粘性土的孔隙度超过最疏松排列的47.64%，可达70%？ 粘土孔隙： 粒间孔隙粘粒之间的空隙； 结构孔隙集合体与集合体之间的空隙； 次生孔隙虫孔、根系孔、干裂缝等。,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,一、岩石中的空隙 2.裂隙 固结坚硬岩石一般仅残存很小部分的颗粒间的孔隙，主要发育因各种内外力作用产生的裂隙：风化(卸荷)裂隙、成岩裂隙、构造裂隙。 裂隙率：裂隙体积与包括裂隙在内的岩石体积的比值。,8.1 岩石的空

4、隙与岩石的水理性质,一、岩石中的空隙 3.溶隙(穴) 溶穴：可溶岩在地下水溶蚀作用下产生的空隙。包括溶孔、溶隙、溶穴、溶洞等。 岩溶率： 溶隙（穴）体积与包括溶隙（穴）在内的岩石体积的比值。,空隙特征的比较,由空隙所构成的岩石称为含水介质。含水介质有三种：孔隙介质、裂隙介质、溶穴介质。 连通性孔隙介质最好，其它较差 空间分布孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不均匀；孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊 空隙率孔隙介质最大，裂隙最小 渗透性孔隙介质属各向同性，裂隙与溶穴为各向异性 造成空隙介质差异的主要原因：沉积物形成和空隙形成的地质环境差异。,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,二、岩石

5、中水的存在形式,岩土空隙中 水的存在形式,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,二、岩石中水的存在形式 1.结合水 定义：附着于固体表面，在自身重力下不能运动的水，称为结合水。 成因：固相表面与水分子间存在静电引力相互吸引，其间引力大小服从库仑定律，随离固体表面的距离加大而减弱，结合水的物理性质随之变化。内：强，外：弱。 性质：结合水具有固态和液态水的双重性质；具有一定的抗剪强度，即自身重力作用下不能运动，在外力作用下能够移动及变形。 意义：结合水膜很薄，当孔隙直径小于2倍结合水膜厚度时，孔隙中只含有不能自由运动的结合水（无效空隙空间）。,强结合水：几个几百个水分子厚度，引力1012 Mpa，密

6、度2g/cm3；不流动，可蒸发。 弱结合水：几十个几百个几千个水分子厚度，水分子排列没有强结合水紧密，能部分被植物吸收。,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,二、岩石中水的存在形式 2.重力水 定义：远离固相表面，水分子受固相表面吸引力的影响极其微弱，主要受重力影响。重力影响下可以自由运动。 意义：重力水具有非常重要的实用价值。地层岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通过泉，或井流出（抽出），为人们所用，因此重力水是水文地质学研究的主要对象。,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,二、岩石中水的存在形式 3.毛细水 定义：在毛细力作用下，保持在细小孔隙构成的毛细管道中的水。 毛细水受固体表面吸

7、引力、液体表面张力和液体重力的共同作用。毛细力是在三相界面上弯液面引起的附加表面压力。 地下水面以上广泛存在毛细水。,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,三、岩石中的水理性质 水文地质学中水理性质是指与水分储存、释出与运移有关的性质。 1.含水性 岩石实际保留水分的状况。用重量含水量和体积含水量表示。 饱和含水量(s)：孔隙充分饱水时的含水量。 残留含水量(0)：包气带重力释水后未受蒸发、蒸腾消耗时的含水量。,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,三、岩石中的水理性质 2.容水性 岩石能容纳一定水量的性能。其度量指标为容水度。 容水度：岩石完全饱水时，所能容纳的最大水体积与岩石总体积之比。 孔隙

8、度n与容水度nr两者有何关系? 一般有： n = nr,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,三、岩石中的水理性质 3.持水性 在重力影响下岩石最大保持水分的能力。 持水度：饱水在重力作用下自由释水后仍然保留在岩石空隙中的水体积与岩石总体积之比。 给水度、空隙度、持水度三者关系？,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,三、岩石中的水理性质 4.给水性 饱水岩石在重力作用下，能够自由给出一定水量的性能。 给水度：当地下水位下降一个单位高度时，单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释放出来的水体积。 一般来说，空隙直径越大， 越大，反之， 越小。,8.1 岩石的空隙与岩石的水理性质,三、岩石中的水理性质

9、5.透水性 岩石容许透过水的能力。表征岩石透水性的指标是渗透系数。是含水层最重要的水文地质参数之一。 岩石空隙直径越大透水能力越强透水性越好！ 分选性对岩石透水性影响很大。,8.2 含水层、透水层与隔水层,一、包气带与饱水带 地下水面：地下一定深度岩石中的空隙被重力水所充满，形成的一个自由水面（潜水面）。 地下水面之上称为包气带，之下称为饱水带。,特点：（1）岩石空隙未被水充满; （2）固、液、气三相介质并存； （3）水的存在形式多样：结合水、毛细水、重力水、气态水。 包气带水的垂直分带：土壤水带，中间带（过渡带），毛细水带（支持毛细水带、饱和毛细水带）。 包气带是饱水带中地下水参与水文循环的

10、一个重要通道： 饱水带地下水通过包气带获得降水、地表水的入渗补给（补充），部分水又通过包气带将水分传输，蒸发，消耗出去。,包气带,饱水带,特点：(1)岩石空隙被水完全充满，是固、液二相介质； (2)空隙中水的存在形式：重力水，结合水 重力水：连续分布(孔隙是连续的)传递压力在水头差作用下，地下水(空隙中的水)可以连续运动。 饱水带开挖坑道、巷道、基坑，打井均有重力水涌出来！ 饱水带中的重力水是开发或利用的主要对象。,8.2 含水层、透水层与隔水层,二、含水层、透水层、隔水层与弱透水层 含水层：能够透过并给出相当数量水的岩层。 透水层：只是透水而不储存水的岩层。 隔水层：不能透过与给出水或透过与

11、给出的水量微不足道的岩层。 弱透水层：渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层。,8.2 含水层、透水层与隔水层,二、含水层、透水层、隔水层与弱透水层 含水层的形成条件： （1）岩层应具有储存重力水的空间。 空隙大而多、厚度较大。 （2）有储存和聚集地下水的地质条件 下伏有隔水层 ，水平方向有隔水层阻挡 ，否则只能作为过水的通道，而构成透水层。 （3）具有充足的补给来源。,8.2 含水层、透水层与隔水层,含水层、隔水层划分的相对性： 定义中 “相当水量，微不足道，较大水力梯度”是模糊的；含水层与隔水层的划分是相对的。 从实际应用来看，区分含水层与隔水层应

12、考虑岩层给出的水量是否具有实际意义。 从理论意义来看，岩层是否透水还取决于时间尺度。 岩性相同的地层根据不同研究目的来划分为含水层或隔水层。 修水库时，要考虑建库后水库是否渗漏？ 供水时，考虑水量是否足够，是否为含水层？,8.3 地下水分类,分类依据：含水介质类型、埋藏条件划分。 含水介质三类，埋藏条件分三类，组合共分为9类 孔隙水 裂隙水 岩溶水 包气带 上层滞水 上层滞水 上层滞水 潜 水 孔隙潜水 裂隙潜水 岩溶潜水 承压水 孔隙承压水 裂隙承压水 岩溶承压水 地下水埋藏条件：地下水储存在地壳中的空间状态和受隔水层限制的情况。,8.3 地下水分类,一、上层滞水 上层滞水是存在于包气带中局

13、部隔水层之上的重力水。 特点：水量小，动态变化显著， 极易污染。只能作为缺水地区小型供水水源或暂时性供水水源。,8.3 地下水分类,二、潜水 地表以下（饱水带中），第一个具有自由表面的稳定含水层中的水。 自由表面：即没有隔水顶板限制，与大气直接相通。,基本要素（专业术语）,含水层厚度H,潜水埋深T,潜水位h,潜水含水层,潜水面,8.3 地下水分类,二、潜水 1.基本特征 （1）潜水的分布区与补给区一致。Why？ （2）潜水动态变化受气候影响显著。 （3）潜水受污染风险大。 （4）潜水面起伏与地形起伏大体一致，但较平缓，在重力作用下，由潜水位较高处向潜水位较低处流动。（5）潜水一般为无压水，局部

14、承压。 Why？,8.3 地下水分类,二、潜水 2.潜水等水位线图 由一系列等水位线构成的图称为潜水等水位线图。 将同一时刻测得的潜水面上水位相同的点连接起来的线称为潜水等水位线。,8.3 地下水分类,潜水等水位线图用途： 决定潜水流向 求潜水的水力坡度 确定潜水的埋藏深度 提供合理的取水位置 推断含水层岩性或厚度的变化 确定地下水与地表水的互补关系 确定泉水出露点和沼泽化的范围,8.3 地下水分类,三、承压水 充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水。 基本要素： 承压含水层：赋存承压水的岩层；隔水顶板；隔水底板；承压含水层厚度（M）；埋深（D）；承压高度（H）：含水层某点的承压高度等

15、于该点的测压高度；测压水位线（面）：测压水位的连线（面），此线是虚拟的；补给区和排泄区； 承压区；自溢区：测压水位线与地形等高线的交点连接区。,隔水底板,隔水顶板,8.3 地下水分类,二、承压水 1.基本特征 （1）有限区域与外界联系，水循环交替慢，平均滞留时间长（年龄老）可恢复性差。 （2）水质变化较大，可以是淡水，也可能是卤水。不易污染，一旦污染，很难净化！ （3）水位动态较稳定，如果含水层分布面积大，厚度稳定，则调节能力很强。,8.3 地下水分类,2.承压水等水压线图 用途： （1）判断承压水的流向 （2）含水层岩性和厚度的变化 （3）水压面的倾斜坡度等 （4）确定合理的取水地段 注意：

16、用等水压线所表示的水压面是一个虚构的面。 为了便于应用，常常把承压水等水压线图与地形等高线图、含水层顶板等高线图叠置在一起。,8.4 地下水循环,地下水的循环是指地下水的补给、径流和排泄往复过程。 地下水是通过补给与排泄两个环节参与自然界的水循环。 一、地下水的补给 补给：含水层从外界获得水量的过程。 补给来源：大气降水、地表水、凝结水及相邻含水层的补给以及人工补给。,1.大气降水对地下水的补给 qG = P - Rs - E S 影响降水入渗补给因素？ 气候因素(P，E)；降水总量；降水强度；降水频率；降水延续时间。总量大，强度适中，间隔短，适中时间长的绵绵细雨最有利。温度适中，温差较小，相对湿度大，蒸发强度小，有利补给。 地形: 高或低，陡或缓 地质: 渗透性愈大则愈有利于入渗 地下水位埋深：太大或太小都不利 其他：植被，既有利也不利,8.4 地下水循环,2.地表水的补给 地表水体（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给