水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)第十章課件

1、水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)Fundamentals of Hydrogeology石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院工程學(xué)院第十章第十章 孔隙水孔隙水10.1 10.1 洪積扇中的地下水洪積扇中的地下水10.2 10.2 沖積平原中的地下水沖積平原中的地下水10.3 10.3 洪積物中的地下水洪積物中的地下水10.4 10.4 黃土高原的地下水黃土高原的地下水10.5 10.5 孔隙含水系統(tǒng)實(shí)例分析孔隙含水系統(tǒng)實(shí)例分析不同含水介質(zhì)中的地下水不同含水介質(zhì)中的地下水孔隙水孔隙水裂隙水裂隙水巖溶水巖溶水按含水介質(zhì)按含水介質(zhì) 的分類的分類孔隙水主要賦存環(huán)境：孔隙水主要賦存環(huán)境：賦存在松散沉積物中賦存在松散沉積物中（不同的沉積（不同的

2、沉積環(huán)境中形成不同類型的沉積物，其環(huán)境中形成不同類型的沉積物，其地貌形態(tài)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、顆粒粒度及地貌形態(tài)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、顆粒粒度及分選等均各具特點(diǎn)）。分選等均各具特點(diǎn)）?？紫端闹饕x存部位孔隙水的主要賦存部位：洪積物洪積物沖積物沖積物湖積物湖積物濱海沉積物濱海沉積物黃土黃土冰川沉積物冰川沉積物 10.1 10.1 洪積扇中的地下水洪積扇中的地下水 洪積扇的概念：洪積扇的概念： 山區(qū)暴雨形成流速極大的洪流沿河槽流出山口，進(jìn)入平原和盆地，不再受河槽的約束，地勢(shì)突然轉(zhuǎn)為平坦，集中的洪流轉(zhuǎn)為辮狀散流，水的流速頓減，搬運(yùn)能力急劇降低，洪流所攜帶的物質(zhì)以山口為中洪流所攜帶的物質(zhì)以山口為中心堆積成扇形，稱為心堆

3、積成扇形，稱為洪積扇洪積扇。 形成：形成： 由山區(qū)集中的洪流流出山口堆積而成。 分布：分布： 山澗盆地、山前平原 地貌形態(tài)：地貌形態(tài)： 扇形、錐形（即洪積扇、洪積錐、洪積裙）Company Logo典型地區(qū)洪積扇的形成典型地區(qū)洪積扇的形成地形地貌地形地貌地形高，陡（扇頂）地形高，陡（扇頂） 地形低緩（扇緣地形低緩（扇緣） 水動(dòng)力條件水動(dòng)力條件 水流集中水流集中 分散分散 流速快（高能區(qū)）流速快（高能區(qū)） 慢（低能區(qū)）慢（低能區(qū)）山區(qū)平原扇頂扇頂 扇緣（前）扇緣（前） Company L 典型地區(qū)洪積扇沉積物的分帶性典型地區(qū)洪積扇沉積物的分帶性 沉積物粒度沉積物粒度 粗（礫，粗砂）粗（礫，粗砂）

4、 中砂中砂 細(xì)細(xì) 極細(xì)、粘土極細(xì)、粘土 沉積特征沉積特征 分選分選 差差 中等中等 好好山區(qū)平原扇頂扇頂 扇緣（前）扇緣（前） Company L地下水的特征具明顯的分帶性地下水的特征具明顯的分帶性賦存賦存 透水性（透水性（K） 好好 差差 水位埋深水位埋深 深深 淺淺 漸深（或承壓漸深（或承壓） 賦存賦存 （深埋區(qū)）（深埋區(qū)） （溢流區(qū)）（溢流區(qū)） （下沉區(qū)）（下沉區(qū)）山區(qū)平原扇頂扇頂 扇緣（前）扇緣（前） 地下水賦存條件與特征地下水賦存條件與特征補(bǔ)給與排泄補(bǔ)給與排泄 補(bǔ)給補(bǔ)給 好好 差差 流動(dòng)交替流動(dòng)交替 V大，交替快大，交替快 V小，交替小，交替慢慢 排泄排泄 徑流排泄徑流排泄 蒸發(fā)排泄

5、蒸發(fā)排泄山區(qū)平原扇頂扇頂 扇緣（前）扇緣（前） Company L地下水賦存條件與特征地下水賦存條件與特征水化學(xué)水化學(xué) 形成作用形成作用 溶濾作用溶濾作用 濃縮作用濃縮作用 礦化度（礦化度（TDS） 低低 中中 高高 成分與類型成分與類型 HCO3 SO4 Cl山區(qū)平原扇頂扇頂 扇緣（前）扇緣（前） Company L地下水賦存條件與特征地下水賦存條件與特征動(dòng)態(tài)與均衡動(dòng)態(tài)與均衡 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 變幅變幅 大大 小小 均衡均衡 整體、統(tǒng)一的均衡區(qū)整體、統(tǒng)一的均衡區(qū) 景觀（環(huán)境）景觀（環(huán)境） 缺水區(qū)缺水區(qū) 泉，沼澤泉，沼澤 鹽漬化區(qū)鹽漬化區(qū) 山區(qū)平原扇頂扇頂 扇緣（前）扇緣（前） 洪積扇上部洪積扇上部：

6、 砂礫石帶砂礫石帶粗大的顆粒直接出露地表粗大的顆粒直接出露地表, ,或或僅覆蓋薄土層僅覆蓋薄土層, ,有利吸收降水及山區(qū)匯流的有利吸收降水及山區(qū)匯流的地表水地表水, ,主要補(bǔ)給區(qū)主要補(bǔ)給區(qū)。 潛水深埋帶潛水深埋帶此帶地勢(shì)高此帶地勢(shì)高, ,潛水埋藏深潛水埋藏深。 鹽分溶濾帶鹽分溶濾帶巖層透水性好巖層透水性好, ,地形坡降地形坡降大大, ,徑流強(qiáng)烈。蒸發(fā)微弱而溶濾強(qiáng)烈徑流強(qiáng)烈。蒸發(fā)微弱而溶濾強(qiáng)烈, ,形成形成低礦化水。低礦化水。 潛水溢出帶潛水溢出帶地形變緩、顆粒變細(xì)地形變緩、顆粒變細(xì), ,透水性變差透水性變差, ,地下徑流受阻地下徑流受阻, ,潛水位接近地潛水位接近地表表, ,形成泉與沼澤而溢出

7、。形成泉與沼澤而溢出。 鹽分過(guò)路帶鹽分過(guò)路帶徑流途徑加長(zhǎng)徑流途徑加長(zhǎng), ,蒸發(fā)加蒸發(fā)加強(qiáng)強(qiáng), ,水的礦化度增高。水的礦化度增高。 地下水水位動(dòng)態(tài)變化小。洪積扇的前緣地下水水位動(dòng)態(tài)變化小。洪積扇的前緣止于此帶。止于此帶。洪積扇中部：洪積扇中部： 潛水下沉帶潛水下沉帶由于地表水的排泄及由于地表水的排泄及蒸發(fā)蒸發(fā), ,潛水埋深增大。潛水埋深增大。 潛水堆積帶潛水堆積帶巖性變細(xì)、地勢(shì)變平巖性變細(xì)、地勢(shì)變平, ,潛水埋深不大潛水埋深不大, ,干旱氣候下干旱氣候下, ,蒸發(fā)成為主要蒸發(fā)成為主要排泄方式排泄方式而水的礦化度增大而水的礦化度增大, ,土壤常發(fā)生土壤常發(fā)生鹽漬化。鹽漬化。洪積扇下部：洪積扇下部：

8、 地貌上坡度由陡變緩；巖性上由粗變細(xì)；透地貌上坡度由陡變緩；巖性上由粗變細(xì)；透水性由好到差；地下水位埋深由大而?。谎a(bǔ)水性由好到差；地下水位埋深由大而小；補(bǔ)給條件由好到差；給條件由好到差； 由徑流為主轉(zhuǎn)化到以蒸發(fā)為主；水化學(xué)作用由徑流為主轉(zhuǎn)化到以蒸發(fā)為主；水化學(xué)作用由溶濾到濃縮；礦化度由小到大由溶濾到濃縮；礦化度由小到大, ,水化學(xué)類型水化學(xué)類型產(chǎn)生相應(yīng)變化；地下水位的變動(dòng)由大到小。產(chǎn)生相應(yīng)變化；地下水位的變動(dòng)由大到小。洪積扇地貌、巖性、地下水的分帶性：洪積扇地貌、巖性、地下水的分帶性： 自然現(xiàn)象間相互聯(lián)系與相互依存的關(guān)系自然現(xiàn)象間相互聯(lián)系與相互依存的關(guān)系: : 水動(dòng)力條件分帶水動(dòng)力條件分帶 沉

9、積作用分帶沉積作用分帶 地貌巖性分帶地貌巖性分帶 地下水分帶。地下水分帶。 一般來(lái)說(shuō)，洪積扇頂部通常潛水埋藏深度大，不一般來(lái)說(shuō)，洪積扇頂部通常潛水埋藏深度大，不利于取用地下水，故城鎮(zhèn)大多分布于溢出帶以上利于取用地下水，故城鎮(zhèn)大多分布于溢出帶以上最利于取用地下水的地帶（如華北很普遍）。最利于取用地下水的地帶（如華北很普遍）。 但西北某些山前地區(qū)但西北某些山前地區(qū), ,洪積扇上部的潛水埋深往往洪積扇上部的潛水埋深往往反而比中部淺得多。反而比中部淺得多。 原因原因因新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使隔水基底呈現(xiàn)差異斷塊因新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使隔水基底呈現(xiàn)差異斷塊活動(dòng)活動(dòng), ,近山處基底上升而遠(yuǎn)山處下落近山處基底上升而遠(yuǎn)山處下落,

10、,使兩側(cè)地下使兩側(cè)地下水位形成跌水。水位形成跌水。特定地理地質(zhì)背景下特定地理地質(zhì)背景下, ,洪積扇中地下水的獨(dú)特性洪積扇中地下水的獨(dú)特性: :西北某些新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響的洪積扇西北某些新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響的洪積扇山前水位埋深山前水位埋深 深深 淺淺 深深 淺淺 Company L10.2 10.2 沖積平原中的地下水沖積平原中的地下水v河流沉積物與洪積物相比：河流沉積物與洪積物相比： 經(jīng)常性水流作用的結(jié)果經(jīng)常性水流作用的結(jié)果 河流是線狀或帶狀分布的，橫向與縱向差異河流是線狀或帶狀分布的，橫向與縱向差異大；在沖積平原區(qū)往往發(fā)育有多條河流，呈交大；在沖積平原區(qū)往往發(fā)育有多條河流，呈交織狀、發(fā)生改道且長(zhǎng)期作用

11、織狀、發(fā)生改道且長(zhǎng)期作用 v沖積平原砂層的幾何形態(tài)特征沖積平原砂層的幾何形態(tài)特征 v沖積物特征，從垂直河流橫向切剖面來(lái)分析沖積物特征，從垂直河流橫向切剖面來(lái)分析Company L沖積平原中的河道變遷及砂層的幾何形態(tài)沖積平原中的河道變遷及砂層的幾何形態(tài)A-A，B-B橫 切 剖橫 切 剖面 砂 層面 砂 層多 為 小多 為 小透鏡體透鏡體 C-C，D-D縱 向 剖縱 向 剖面 砂 層面 砂 層可 以 延可 以 延伸很長(zhǎng)伸很長(zhǎng) Company L鄭州黃河中下游剖面鄭州黃河中下游剖面水文地質(zhì)剖面水文地質(zhì)剖面 在沖積平原上，古河道與現(xiàn)代河道，地勢(shì)最高，沉積在沖積平原上，古河道與現(xiàn)代河道，地勢(shì)最高，沉積顆

12、粒較粗的砂，向外，隨著地勢(shì)變低依次堆積亞砂顆粒較粗的砂，向外，隨著地勢(shì)變低依次堆積亞砂土、亞粘土，在河間洼地的中心部位則堆積粘土。土、亞粘土，在河間洼地的中心部位則堆積粘土。 由地勢(shì)較高（堆積粗粒沉積）的由地勢(shì)較高（堆積粗粒沉積）的現(xiàn)代與近代古河道現(xiàn)代與近代古河道，到地勢(shì)低洼（堆積粘性土）的到地勢(shì)低洼（堆積粘性土）的河間洼地河間洼地，顯示著良，顯示著良好的好的微地貌微地貌巖性巖性地下水分帶地下水分帶。 古河道河 間 洼 地Company L古河道古河道河間洼地：河間洼地：地形與巖性地形與巖性 古現(xiàn)代河道古現(xiàn)代河道 河間洼地河間洼地 地形地形 高高 低低 巖性（粒度）巖性（粒度） 粗粗 細(xì)細(xì)現(xiàn)代

13、河道現(xiàn)代河道河間洼地河間洼地古河道古河道Company L古河道古河道河間洼地：河間洼地：地下水賦存、補(bǔ)給與排泄地下水賦存、補(bǔ)給與排泄地下水埋深地下水埋深 深深 淺淺 補(bǔ)給條件補(bǔ)給條件 好好 差差 排泄排泄 徑流徑流 蒸發(fā)排泄蒸發(fā)排泄現(xiàn)代河道現(xiàn)代河道河間洼地河間洼地古河道古河道Company L古河道古河道河間洼地：河間洼地：地下水化學(xué)特征地下水化學(xué)特征水化學(xué)作用水化學(xué)作用 溶濾作用溶濾作用 濃縮作用濃縮作用 水型水型 HCO3 Cl礦化度（礦化度（TDS） TDS 低低 TDS 高高 現(xiàn)代河道現(xiàn)代河道河間洼地河間洼地古河道古河道 10.3 10.3 湖積物中的地下水湖積物中的地下水沉積類型：

14、沉積類型： 靜水沉積靜水沉積沉積特點(diǎn)：沉積特點(diǎn)：顆粒分選良好顆粒分選良好, ,層理細(xì)密層理細(xì)密, ,岸邊淺水處沉積砂岸邊淺水處沉積砂礫等粗粒物質(zhì)礫等粗粒物質(zhì), ,向湖心逐漸過(guò)渡為粘士。向湖心逐漸過(guò)渡為粘士。含水層特征：含水層特征： 主要含水層的砂礫主要含水層的砂礫, ,展布廣、厚度大展布廣、厚度大( (單單層厚度可達(dá)層厚度可達(dá)10Om10Om以上以上) )，剖面上為層狀或，剖面上為層狀或延伸遠(yuǎn)的長(zhǎng)透鏡狀。延伸遠(yuǎn)的長(zhǎng)透鏡狀。 隨著沉積物形成時(shí)湖盆規(guī)模、氣候、隨著沉積物形成時(shí)湖盆規(guī)模、氣候、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等不同新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等不同, ,砂礫含水層的規(guī)模不砂礫含水層的規(guī)模不等。等。巖性分布特征：巖性分布特征

15、： 靜水沉積，分選良好，層理細(xì)密，自岸邊靜水沉積，分選良好，層理細(xì)密，自岸邊向湖心顆粒由粗變細(xì)。向湖心顆粒由粗變細(xì)。地下水特征：地下水特征： 沿湖岸分布有砂堤，常埋藏有潛水；沿湖岸分布有砂堤，常埋藏有潛水； 向湖心過(guò)渡，以細(xì)粒淤泥質(zhì)粘土沉積為主向湖心過(guò)渡，以細(xì)粒淤泥質(zhì)粘土沉積為主，夾有薄層細(xì)砂或中砂的透鏡體可儲(chǔ)存賦水，夾有薄層細(xì)砂或中砂的透鏡體可儲(chǔ)存賦水性較差的承壓水，水質(zhì)不好，有淤泥臭味；性較差的承壓水，水質(zhì)不好，有淤泥臭味； 河流入湖口的三角洲沉積物，常含有水量豐河流入湖口的三角洲沉積物，常含有水量豐富的地下水，既有潛水，也有淺層承壓水。富的地下水，既有潛水，也有淺層承壓水。10.4 10

16、.4 黃土高原的地下水黃土高原的地下水v黃土是特定地質(zhì)歷史時(shí)期的沉積物黃土是特定地質(zhì)歷史時(shí)期的沉積物 v在我國(guó)西北部廣泛、大面積分布，西北部地區(qū)又是在我國(guó)西北部廣泛、大面積分布，西北部地區(qū)又是我國(guó)干旱半干旱氣候區(qū)，水資源嚴(yán)重匱乏，基本上我國(guó)干旱半干旱氣候區(qū)，水資源嚴(yán)重匱乏，基本上無(wú)常年性河流（地表水），地下水水量也不豐富。無(wú)常年性河流（地表水），地下水水量也不豐富。 v賦存于黃土孔隙與裂隙中的地下水是當(dāng)?shù)厝嗣裆钯x存于黃土孔隙與裂隙中的地下水是當(dāng)?shù)厝嗣裆畹闹饕础５闹饕础?v黃土特征：黃土特征：厚度大，結(jié)構(gòu)疏松，粉土含量大于厚度大，結(jié)構(gòu)疏松，粉土含量大于60%，含鈣質(zhì)結(jié)合，呈棕黃，微紅

17、，棕黑色。，含鈣質(zhì)結(jié)合，呈棕黃，微紅，棕黑色。 v黃土形成時(shí)期：第四紀(jì)中、下更新世黃土形成時(shí)期：第四紀(jì)中、下更新世 （Q2與與Q3黃土黃土）黃土發(fā)育垂直節(jié)理黃土發(fā)育垂直節(jié)理, ,且多蟲(chóng)孔、根孔等以垂向?yàn)橹鞯那叶嘞x(chóng)孔、根孔等以垂向?yàn)橹鞯拇罂紫?。故黃土的垂向滲透系數(shù)常比水平方向大幾倍大孔隙。故黃土的垂向滲透系數(shù)常比水平方向大幾倍到幾十倍。到幾十倍。甘肅黃土滲水試驗(yàn)結(jié)果：甘肅黃土滲水試驗(yàn)結(jié)果： 垂向垂向K=0.19-0.37m/d,K=0.19-0.37m/d,水平方向水平方向K=0.002-0.003m/dK=0.002-0.003m/d。 隨著埋藏深度加大隨著埋藏深度加大, ,黃土中大孔隙減黃土

18、中大孔隙減少少, ,滲透性明顯降低。滲透性明顯降低。Company Lv黃土地區(qū)的地貌形態(tài)：黃土地區(qū)的地貌形態(tài)： 塬、梁峁，黃土杖（撐）地塬、梁峁，黃土杖（撐）地 黃土塬黃土塬 黃土梁黃土梁 黃土杖地黃土杖地 Company L山西黃土地區(qū)實(shí)景照片山西黃土地區(qū)實(shí)景照片v右上黃土杖地右上黃土杖地 v左下黃土塬、梁左下黃土塬、梁 v右下黃土塬上右下黃土塬上Company L黃土高原的地下水特征黃土高原的地下水特征黃土塬黃土塬 黃土梁黃土梁 黃土杖地黃土杖地 塬中塬中 塬邊塬邊 （杖地）（杖地） 水位埋深水位埋深 中中 大大 較小較小 補(bǔ)補(bǔ) 給給 有利于有利于 不利于不利于 排排 泄泄 弱弱 較強(qiáng)，

19、強(qiáng)較強(qiáng)，強(qiáng) 水化學(xué)水化學(xué) 溶濾溶濾 濃縮濃縮 礦化度礦化度 中中 礦化度大礦化度大 有利打井取水區(qū)為塬中心，或邊坡地帶有利打井取水區(qū)為塬中心，或邊坡地帶10.5 10.5 孔隙含水系統(tǒng)實(shí)例分析孔隙含水系統(tǒng)實(shí)例分析 上面分別討論了不同成因類型沉積物上面分別討論了不同成因類型沉積物中的孔隙水中的孔隙水, ,實(shí)際上實(shí)際上, ,同一時(shí)期同一水流系同一時(shí)期同一水流系統(tǒng)統(tǒng), ,隨著沉積環(huán)境遞變隨著沉積環(huán)境遞變, ,可在不同部位形成可在不同部位形成不同成因類型的沉積物不同成因類型的沉積物, ,而其中組成含水而其中組成含水層的粗粒物質(zhì)層的粗粒物質(zhì), ,連續(xù)分布連續(xù)分布, ,賦存其中的水具賦存其中的水具有密切聯(lián)

20、系有密切聯(lián)系, ,構(gòu)成統(tǒng)一的孔隙含水系統(tǒng)。構(gòu)成統(tǒng)一的孔隙含水系統(tǒng)。甘肅河西走廊石羊河流域： 屬內(nèi)陸流域,上游河流來(lái)自南部祁連山的北麓,其中較大者為古浪、黃羊等8條,向北流出山口,大部分河水滲入洪積扇中,此時(shí)已進(jìn)入武威盆地的范圍。在武威以北為扇群邊緣,在扇群的溢出帶出現(xiàn)了一系列泉群,就是這些泉匯集成為石羊河,向北流至現(xiàn)在的紅崖山水庫(kù)中。再北流,又進(jìn)入民勤一湖水盆地,山前也是洪積扇堆積,河水復(fù)滲入扇中,但是由于水量較武威盆地小,在扇緣僅形成不多的泉水,大部分水以地下水的形式,從洪積物中進(jìn)入沖積物向北運(yùn)移,到達(dá)以北的湖泊沼澤地帶,一部分水以泉的形式進(jìn)入湖泊中,絕大部分消耗于蒸發(fā)。石羊河全長(zhǎng)達(dá)100余

21、Km,流域面積約300Okm2。第一個(gè)系列：第一個(gè)系列：武威盆地中的沉積武威盆地中的沉積, ,南部為單層厚度南部為單層厚度巨大的卵礫石巨大的卵礫石, ,最厚者可達(dá)最厚者可達(dá)40Om,40Om,為為洪積物洪積物。這一地。這一地段段, ,地表不存在常年性河流地表不存在常年性河流, ,只在洪水季節(jié)地表出現(xiàn)只在洪水季節(jié)地表出現(xiàn)暫時(shí)性水流。溢出帶的泉群在地表匯流成為石羊河暫時(shí)性水流。溢出帶的泉群在地表匯流成為石羊河。但其真正的源頭是來(lái)自祁連山的河流。但其真正的源頭是來(lái)自祁連山的河流, ,只是經(jīng)過(guò)只是經(jīng)過(guò)滲入洪積扇變?yōu)榈叵滤疂B入洪積扇變?yōu)榈叵滤? ,再以泉的形式出露匯集成再以泉的形式出露匯集成為地表水流的復(fù)雜過(guò)程而已，在這一轉(zhuǎn)化過(guò)程中，為地表水流的復(fù)雜過(guò)程而已，在這一轉(zhuǎn)化過(guò)程中，有相當(dāng)一部分水流在地下由洪積物進(jìn)入沖積物。這有相當(dāng)一部分水流在地下由洪積物進(jìn)入沖積物。這就是武威盆地其他地段地下水的來(lái)源。就是武威盆地其他地段地下水的來(lái)源。石羊河流域的沉積物石羊河流域的沉積物兩個(gè)沉積系列：兩個(gè)沉積系列：洪積、湖積洪積、湖積第二系列：第二系列： 在盆地的低洼部位出現(xiàn)在盆地的低洼部位出現(xiàn)湖泊沉積湖泊沉積，河，河道切穿紅崖山之后，進(jìn)入民勤盆地。沉積道切穿紅崖山之