10.水文地质学基础孔隙水

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1、地下水科学与工程教研室地下水科学与工程教研室水文地质学基础水文地质学基础Fundamentals of Hydrogeology回回 顾顾孔隙水孔隙水：赋存于松散沉积物中的地下水。：赋存于松散沉积物中的地下水。按含水层按含水层埋藏条件埋藏条件，孔隙水可分为孔隙潜水和孔隙承压水。，孔隙水可分为孔隙潜水和孔隙承压水。 中国地势图中国地势图特点特点：1.1.层状分布，空间上均匀连续层状分布，空间上均匀连续2.2.水力联系较好水力联系较好3.3.垂向渗透性差，顺层渗透性好垂向渗透性差，顺层渗透性好9/8/20242回回 顾顾沉积物分类沉积物分类：不同成因类型的松散沉积物不同成因类型的松散沉积物岩性、地

2、貌呈有规律的变化岩性、地貌呈有规律的变化地下水的特征不同地下水的特征不同 9/8/2024310.1 10.1 洪积物中的孔隙水洪积物中的孔隙水10.2 10.2 冲积物中的孔隙水冲积物中的孔隙水10.3 10.3 湖积物中的地下水湖积物中的地下水10.4 10.4 黄土高原的地下水黄土高原的地下水10.5 10.5 孔隙含水系统实例分析孔隙含水系统实例分析第第1010章章 孔孔 隙隙 水水9/8/2024410.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水 位位置置：干干旱旱半半干干旱旱地地区区的山前地带

3、的山前地带 形状：形状：扇形地扇形地 洪积扇中的地下水洪积扇中的地下水(由山区由山区平原平原)：地表水动力地表水动力条件的分带条件的分带沉积作用沉积作用分带分带地貌岩性地貌岩性分带分带地下水地下水分带分带9/8/2024710.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水 洪洪积积扇扇的的分分带带性性( (山山口口向向平平原原) )： （1 1）地形地貌地形地貌： 地貌地貌: :扇顶扇顶扇中扇中扇前缘，扇前缘， 地形：由高地形：由高低，低， 地面坡度：由陡地面坡度：由陡缓；缓； 岩性由粗岩性由粗细。细。（2 2）水动力条件与沉积作用：水动力条件与沉积作用：集中的洪流集中的洪流辫状散流，辫状散流，水

4、流速度和搬运能力由大水流速度和搬运能力由大小，小，沉积作用由弱沉积作用由弱强；强；先堆积粗粒物质，后堆积细粒物质。先堆积粗粒物质，后堆积细粒物质。9/8/20248 （3 3）岩性分带岩性分带： 粒度：砾、卵、漂石粒度：砾、卵、漂石砾及砂砾及砂( (粘土夹层粘土夹层) )砂及粘性土夹层砂及粘性土夹层 层理：不显层理层理：不显层理层理明显层理明显砂与粘土互层砂与粘土互层 分选：差分选：差中等中等好好10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水9/8/20249（4 4）地下水分带：地下水分带： 赋存条件赋存条件： 岩性：颗粒粗大岩性：颗粒粗大颗粒变细颗粒变细 水位埋深：深水位埋深：深浅浅 潜水

5、深埋带潜水深埋带潜水溢出带潜水溢出带潜水下沉带潜水下沉带 渗透性：好渗透性：好差差10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水9/8/202410（4 4）地下水分带：地下水分带： 补、径、排条件补、径、排条件： 补给：充沛补给：充沛差差 径流：强烈径流：强烈受阻，受阻，v v 快快慢慢 排泄：径流排泄排泄：径流排泄蒸发排泄蒸发排泄10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水9/8/202411（4 4）地下水分带：地下水分带： 动态和均衡动态和均衡： 动态：水位动态变化动态：水位动态变化 大大小小 均衡：统一的地下水系统均衡：统一的地下水系统 10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下

6、水9/8/202412（4）地下水分带：地下水分带： 水化学水化学： 水化学作用：溶滤水化学作用：溶滤蒸发浓缩蒸发浓缩 矿化度：低矿化度：低中中高高 盐分溶滤带盐分溶滤带盐分过路带盐分过路带盐分积聚带盐分积聚带 水化学类型：水化学类型： HCO3SO4Cl10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水9/8/202413扇形地中地下水特点扇形地中地下水特点( (由扇顶至前缘由扇顶至前缘) )： 含水层介质含水层介质：颗粒由粗变细，透水性由强变弱。：颗粒由粗变细，透水性由强变弱。 水位埋深水位埋深：由大变小；水位变化由大变小。：由大变小；水位变化由大变小。 地下水径流地下水径流：由强变弱，渗透速

7、度由大变小。：由强变弱，渗透速度由大变小。 水水化化学学作作用用：由由单单一一（溶溶滤滤作作用用为为主主）变变多多样样（溶溶滤滤、蒸蒸发发浓浓缩缩、阳阳离离子子交交替替吸吸附附等等），水水化化学学类类型型由由单一变复杂。单一变复杂。 水质水质：由好变差，：由好变差， 矿化度由低增高。矿化度由低增高。城镇应分布于溢出带以上最有利于取用地下水地带。城镇应分布于溢出带以上最有利于取用地下水地带。10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水9/8/20241410.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水9/8/202415冲积物与洪积物相比：冲积物与洪积物相比： 经常性水流作用的结果经常性水流作用的结

8、果 河河流流是是线线状状或或带带状状分分布布的的，横横向向与与纵纵向向差差异异大大；在在冲冲积积平平原原区区往往往往发发育育有有多多条条河河流流，呈呈交交织织状状、发发生生改改道道且且长长期期作用作用 10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水9/8/20241610.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水9/8/202417 郑郑州州市市以以上上黄黄河河以以侵侵蚀蚀搬搬运运作作用用为为主主，以以下下进进入入华华北北平平原原，坡降变小，堆积作用为主，河床抬高而成为地上河。坡降变小，堆积作用为主，河床抬高而成为地上河。 现现代代河河道道与与近近期期运运动动古古河河道道地地势势高高，岩岩性性粗粗，渗

9、渗透透性性好好，利利于于降降水水，地地表表水水入入渗渗补补给给，水水位位埋埋深深大大，蒸蒸发发作作用用弱弱，溶溶滤滤作作用用为为主主，水水质质良良好好，自自两两侧侧向向河河间间洼洼地地、地地势势渐渐低低、岩岩石石变变细细，渗透性变差，水位变浅，蒸发增强，矿化度增大。渗透性变差，水位变浅，蒸发增强，矿化度增大。 10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水黄河下游平原水文地质剖面黄河下游平原水文地质剖面9/8/202418黄河冲积平原剖面图黄河冲积平原剖面图10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水9/8/202419黄河冲积平原剖面图黄河冲积平原剖面图10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水9

10、/8/202420 由河道向河间洼地地下水由河道向河间洼地地下水水质的变化水质的变化还与本区普遍还与本区普遍存在存在的咸水层的咸水层以及以及咸水层咸水层在在地下水流动系统的驱动地下水流动系统的驱动下下运移运移有关。有关。 黄河冲积平原相当普遍地存在着黄河冲积平原相当普遍地存在着一层一层矿化度大于矿化度大于2g/L2g/L的的咸水（厚度通常为咸水（厚度通常为5050200m200m），一般认为是上更新世晚期），一般认为是上更新世晚期干旱气干旱气候下大陆盐化作用的产物候下大陆盐化作用的产物。在地下水流动系统的长期影响下，咸。在地下水流动系统的长期影响下，咸水层发生过运移。水层发生过运移。 现代河道

11、现代河道与与近期古河道近期古河道由于占据高位形成地下水的由于占据高位形成地下水的势势源源，与相邻低地间形成与相邻低地间形成局部性地下水流动系统局部性地下水流动系统，与河间洼地间形成较，与河间洼地间形成较大的流动系统大的流动系统。因此，。因此，河道处河道处地下水作下降运动形成地下水作下降运动形成淡水透镜体淡水透镜体，并驱动并驱动咸水层下移咸水层下移；河间洼地处河间洼地处地下水作上升运动，推动地下水作上升运动，推动咸水层咸水层整体上移整体上移，咸水层顶界往往在此达到地下水面。在河道两侧低地，咸水层顶界往往在此达到地下水面。在河道两侧低地以及河间洼地中心的势汇地带，由于蒸发而造成土壤盐渍化。以及河间

12、洼地中心的势汇地带，由于蒸发而造成土壤盐渍化。10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水黄河冲积平原剖面图黄河冲积平原剖面图10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水地下分布有咸水层，其厚度地下分布有咸水层，其厚度50200m50200m，矿化度，矿化度M2g/lM2g/l，为，为Q2Q2晚期干旱气候下大陆晚期干旱气候下大陆盐化的产物。咸水层发生过运移。盐化的产物。咸水层发生过运移。9/8/20242210.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水地上河冲积物中的地下水（从河谷向两侧）：地上河冲积物中的地下水（从河谷向两侧）： 岩性：岩性： 渗透性：渗透性： 从河谷向两侧，颗粒逐渐变细，从河谷向两

13、侧，颗粒逐渐变细，渗透性由好变差，渗透性由好变差，补径排：补径排： 补给方式由降水入渗补给变为降水入渗补给和侧向径流补给方式由降水入渗补给变为降水入渗补给和侧向径流补给。径流条件由好变差，径流由强变弱，排泄由径流补给。径流条件由好变差，径流由强变弱，排泄由径流排泄转为蒸发排泄。排泄转为蒸发排泄。水化学：水化学： 由溶滤作用变为蒸发作用为主，平面上形成多个由溶滤作用变为蒸发作用为主，平面上形成多个含水条带，垂向上可能相互交叠形成天窗。含水条带，垂向上可能相互交叠形成天窗。 河谷冲积平原中的地下水：河谷冲积平原中的地下水：10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水含水层颗粒较粗大，沿江河成条带状有

14、规律地分布，与地表水水利联系密切，补含水层颗粒较粗大，沿江河成条带状有规律地分布，与地表水水利联系密切，补给充分，水循环条件好，水质较好，开采技术条件好，一般可构成良好的地下水给充分，水循环条件好，水质较好，开采技术条件好，一般可构成良好的地下水水源地。水源地。 9/8/202424湖积物特点（湖积物特点（lacustrine depositslacustrine deposits） ： 静静水水沉沉积积，颗颗粒粒细细小小，分分选选良良好好，层层理理细细密密，岸岸边边浅浅水水处沉积砂砾等粗粒物质，向湖心过渡为粘土处沉积砂砾等粗粒物质，向湖心过渡为粘土. . 10.2 湖积物中的地下水湖积物中的

15、地下水当当没有河流没有河流穿越湖泊时，穿越湖泊时，波浪力是唯一的分选营力波浪力是唯一的分选营力。 在近岸浅水带波浪力影响所及的范围内，波浪反复淘洗沉积物，在近岸浅水带波浪力影响所及的范围内，波浪反复淘洗沉积物，粗粒粗粒留在岸边，留在岸边，细粒细粒落于远岸处，波浪力所影响不到的湖心，则被落于远岸处，波浪力所影响不到的湖心，则被细小的细小的粘粒粘粒所占据，典型条件下湖心粘土层理十分细密。所占据，典型条件下湖心粘土层理十分细密。9/8/202425 湖积物特点（湖积物特点（lacustrine depositslacustrine deposits） ：我我国国第第四四纪纪初初期期湖湖泊泊众众多多，

16、湖湖积积物物发发育育，后后期期湖湖泊泊萎萎缩缩，湖湖积积物物多多被被冲冲积积物物所所覆覆盖盖。侧侧向向分分布布广广泛泛的的粗粗粒粒湖湖积积含含水水砂砂砾砾层层主主要要通通过过进进入入湖湖泊泊的的冲冲积积物物 砂砂层层与与外外界界联联系系，而而垂垂向向上上有有粘粘土土层层分分布布越越流流补补给给比比较较困困难难。湖湖积积物物通通常常有有规规模模大大的的含含水水砂砂砾砾层层，因因其其与与外界联系差，补给困难，地下水资源一般并不丰富。外界联系差，补给困难，地下水资源一般并不丰富。10.2 湖积物中的地下水湖积物中的地下水含水层分布：含水层分布： 平面上展布广，垂向上延伸远，层状分布。气候的周期性干平

17、面上展布广，垂向上延伸远，层状分布。气候的周期性干湿交替，或构造下降与停顿交替，可造成砂砾层与粘土层交替堆湿交替，或构造下降与停顿交替，可造成砂砾层与粘土层交替堆积，形成多个被粘土分隔的含水砂层。积，形成多个被粘土分隔的含水砂层。9/8/202426我国西部黄土高原普遍分布黄土。我国西部黄土高原普遍分布黄土。 黄黄土土按按其其形形成成的的年年代代可可分分为为, ,形形成成于于早早更更新新世世Q1Q1的的午午城城黄黄土土和和中中更更新新世世Q2Q2的的离离石石黄黄土土, ,称称为为老老黄黄土土。普普遍遍覆覆盖盖在在上上述述黄黄土土上上部部及及河河谷谷阶阶地地地地带带晚晚更更新新世世Q3Q3的的马

18、马兰兰黄黄土土及及全全新新世世Q4Q4下下部部的的次次生生黄黄土土, ,称称之之为为新新黄黄土土。全全新新世世Q4Q4黄黄土土形形成成于于距距今今5 5千年内。千年内。 午午城城黄黄土土为为相相对对隔隔水水层层，离离石石黄黄土土整整体体或或其其上上部部以以及及马马兰黄土多为含水层。兰黄土多为含水层。10.4 黄土高原中的地下水黄土高原中的地下水9/8/202427黄黄土土均均发发育育垂垂直直节节理理，且且多多虫虫孔孔、根根孔孔等等以以垂垂向向为为主主的的大大孔孔隙隙，其其K Kv v比比K Kh h大大许许多多。甘甘肃肃黄黄土土，K Kv v = = 0.190.37 0.190.37 m/d

19、m/d，K Kh h = = 0.002 0.002 0.003 0.003 m/d m/d ( (张张宗宗祜祜，1966)1966)。随随深深度度（h h）加加大大，KvKv明显变小。明显变小。10.4 黄土高原中的地下水黄土高原中的地下水9/8/20242810.4 黄土高原中的地下水黄土高原中的地下水黄黄土土塬塬为为在在流流水水侵侵蚀蚀下下原原始始地地貌貌保保持持较较好好的的规规模模较较大大的的黄黄土土平平台台。黄黄土土梁梁指指长长条条带带的的黄黄土土垅岗，黄土峁指深圆形的黄土土丘。垅岗，黄土峁指深圆形的黄土土丘。9/8/202429黄土高原的水文地质特点：黄土高原的水文地质特点： 黄黄

20、土土塬塬：分分布布面面积积大大，有有利利于于降降水水入入渗渗补补给给（a a0.050.050.100.10），地地下下水水较较丰丰富富，径径流流由由中中心心向向四四周周地地下下水水散散流流，至至沟沟谷谷成成泉泉、泄泄流流。中心水位高，边缘水位低，矿化度向四周增大，水质中心好，边缘差。中心水位高，边缘水位低，矿化度向四周增大，水质中心好，边缘差。10.4 黄土高原中的地下水黄土高原中的地下水9/8/202430黄土高原的水文地质特点：黄土高原的水文地质特点：10.4 黄土高原中的地下水黄土高原中的地下水 黄黄土土梁梁：长长条条形形，不不利利于于降降水水入入渗渗补补给给，贫贫水水，水水量量少少，

21、水水质质差。差。 黄黄土土峁峁：浑浑圆圆状状，面面积积小小，切切割割强强烈烈，不不利利于于降降水水入入渗渗（a0.01a0.01），水量贫乏，水质较差，水位浅埋。），水量贫乏，水质较差，水位浅埋。 黄黄土土高高原原降降水水量量少少补补给给量量少少，水水质质差差，水平与垂向不一致水平与垂向不一致9/8/20243110.5孔隙含水系流实例分析孔隙含水系流实例分析 甘甘肃肃省省河河西西走走廊廊石石羊羊河河流流域域，面面积积3000km3000km2 2，石石羊羊河河全全长长100km100km，流流出出南南部部祁祁连连山山有有古古浪浪、黄黄羊羊等等8 8条条河河，年年总总径径流流量量14.414.

22、4亿亿m m3 3/a/a，到到洪洪积积扇扇（厚厚100 100 400m400m的的巨巨大大卵卵砾砾石石）渗渗入入地地下下为为6.56.5亿亿m m3 3/a/a（占占45%45%），到到武武威威盆盆地地中中部部，沿沿河河槽槽的的泉泉水水溢溢出出量量3.23.2亿亿m m3 3/a/a，后后汇汇成成石石羊羊河河，占占河河川川径径流流的的94.595.7%94.595.7%。入入民民勤勤盆盆地地后后，被被引引入入田田间间，最最后后排排入入北北部部的的湖湖沼沼中中，蒸蒸发发消消耗。耗。 9/8/20243210.5孔隙含水系流实例分析孔隙含水系流实例分析含含孔孔隙隙水水的的沉沉积积物物成成因因类

23、类型型的的变变化化是是地地形形和和水水流流状状态态改改变变的的结结果果，其其变化是连续的，水是连续的，上游的取水量会影响到下游的用水。变化是连续的，水是连续的，上游的取水量会影响到下游的用水。 9/8/202433n综合上述分析：综合上述分析： 分析不同沉积物类型的地下水赋存、运动和水化学特征分析不同沉积物类型的地下水赋存、运动和水化学特征等（简称水文地质条件），应从沉积物形成时的水动力等（简称水文地质条件），应从沉积物形成时的水动力场到沉积物沉积规律，再到地下水的分带性特征来进行场到沉积物沉积规律，再到地下水的分带性特征来进行n掌握分析问题的思路与方法比死记更重要掌握分析问题的思路与方法比死

24、记更重要, ,即：即： 普普通地质作用通地质作用-地质地貌地质地貌-水文地质条件水文地质条件n分析问题的方法：分析问题的方法：沉积环境沉积环境水动力条件水动力条件沉积规律沉积规律地下水特征地下水特征 本章的重点本章的重点是掌握从沉积物的沉积环境（水动力是掌握从沉积物的沉积环境（水动力条件）出发，分析沉积物的沉积规律，进一步分析地下条件）出发，分析沉积物的沉积规律，进一步分析地下水的特征的思路与方法。水的特征的思路与方法。 重要的知识点重要的知识点是掌握洪积物和冲积物中地下水是掌握洪积物和冲积物中地下水的赋存、运动、水化学和水动态的分带性特点。的赋存、运动、水化学和水动态的分带性特点。本章小结本章小结