自然地理學(xué)——水文3

1、自然地理學(xué)自然地理學(xué)第五章第五章 水水 文文主講教師：趙志忠主講教師：趙志忠第四節(jié)第四節(jié) 地下水（地下水（ground water）一、一、 地下水概述地下水概述 地下水，就是埋藏在地面以下，土壤、巖石空地下水，就是埋藏在地面以下，土壤、巖石空隙中的各種狀態(tài)的水。隙中的各種狀態(tài)的水。地下水包括氣體狀態(tài)、固地下水包括氣體狀態(tài)、固體狀態(tài)、液體狀態(tài)等形態(tài)。而液體狀態(tài)的地下水體狀態(tài)、液體狀態(tài)等形態(tài)。而液體狀態(tài)的地下水又可分為又可分為潤(rùn)濕狀態(tài)、薄膜狀態(tài)、毛細(xì)管狀態(tài)和自潤(rùn)濕狀態(tài)、薄膜狀態(tài)、毛細(xì)管狀態(tài)和自由重力狀態(tài)由重力狀態(tài)等。各種狀態(tài)的地下水是彼此互相聯(lián)等。各種狀態(tài)的地下水是彼此互相聯(lián)系的，并在一定條件下

2、可以互相轉(zhuǎn)化。系的，并在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化。 地下水是河流補(bǔ)給來(lái)源之一；積極參與水循環(huán)；是地下水是河流補(bǔ)給來(lái)源之一；積極參與水循環(huán)；是人類(lèi)一項(xiàng)寶貴的自然資源，它可直接作為都市給水、灌人類(lèi)一項(xiàng)寶貴的自然資源，它可直接作為都市給水、灌溉用水、工礦業(yè)用水的水源；在某些地區(qū)，深層地下水溉用水、工礦業(yè)用水的水源；在某些地區(qū)，深層地下水含有較高的礦物質(zhì)成分，如食鹽、芒硝、鉀鹽、碘、演含有較高的礦物質(zhì)成分，如食鹽、芒硝、鉀鹽、碘、演等，可以提煉作為化學(xué)工業(yè)的原料；有些礦泉具有醫(yī)療等，可以提煉作為化學(xué)工業(yè)的原料；有些礦泉具有醫(yī)療上的作用；地下熱水又可利用來(lái)發(fā)電；地下水對(duì)農(nóng)作物上的作用；地下熱水又可利用來(lái)發(fā)

3、電；地下水對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)也有很大影響，如地下水水位過(guò)高易產(chǎn)生鹽漬化，生長(zhǎng)也有很大影響，如地下水水位過(guò)高易產(chǎn)生鹽漬化，不利于農(nóng)作物生長(zhǎng)；地下水還往往能導(dǎo)致局部的動(dòng)力地不利于農(nóng)作物生長(zhǎng)；地下水還往往能導(dǎo)致局部的動(dòng)力地質(zhì)地貌現(xiàn)象，如山崩、滑塌、陷穴、溶洞等，對(duì)廠房建質(zhì)地貌現(xiàn)象，如山崩、滑塌、陷穴、溶洞等，對(duì)廠房建筑、水利、交通建設(shè)等都有極大的影響，若過(guò)量的開(kāi)采筑、水利、交通建設(shè)等都有極大的影響，若過(guò)量的開(kāi)采和不合理利用地下水，則會(huì)造成地面沉降，地下水源遭和不合理利用地下水，則會(huì)造成地面沉降，地下水源遭受污染等。受污染等。 1 1地下水的蓄水構(gòu)地下水的蓄水構(gòu)造造 地下水的蓄水構(gòu)造，是指由透水巖層與隔水層

4、地下水的蓄水構(gòu)造，是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)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)造體造體。一個(gè)蓄水構(gòu)造體需具備以下一個(gè)蓄水構(gòu)造體需具備以下3個(gè)基本條件：個(gè)基本條件：第一，要有透水的巖層或巖體所構(gòu)成的蓄水空間；第一，要有透水的巖層或巖體所構(gòu)成的蓄水空間；第二，有相對(duì)的隔水巖層或巖體構(gòu)成的隔水邊界；第二，有相對(duì)的隔水巖層或巖體構(gòu)成的隔水邊界；第三，具有透水邊界，補(bǔ)給水源和排泄出路。第三，具有透水邊界，補(bǔ)給水源和排泄出路。( (一一) ) 地下水的蓄水構(gòu)造與巖石的水理性質(zhì)地下水的蓄水構(gòu)造與巖石的水理性質(zhì) 不同的蓄水構(gòu)造，對(duì)含水層的埋藏及地下水的補(bǔ)不同的

5、蓄水構(gòu)造，對(duì)含水層的埋藏及地下水的補(bǔ)給水量、水質(zhì)均有很大的影響。尤其在堅(jiān)硬巖層分布給水量、水質(zhì)均有很大的影響。尤其在堅(jiān)硬巖層分布區(qū)，首先要查明蓄水構(gòu)造，才能找到比較理想的地下區(qū)，首先要查明蓄水構(gòu)造，才能找到比較理想的地下水源。這類(lèi)蓄水構(gòu)造主要有：水源。這類(lèi)蓄水構(gòu)造主要有：?jiǎn)涡毙钏畼?gòu)造、背斜蓄單斜蓄水構(gòu)造、背斜蓄水構(gòu)造、向斜蓄水構(gòu)造、斷裂型蓄水構(gòu)造、喀斯特水構(gòu)造、向斜蓄水構(gòu)造、斷裂型蓄水構(gòu)造、喀斯特（巖溶）型蓄水構(gòu)造（巖溶）型蓄水構(gòu)造等。也有根據(jù)沉積物的成因類(lèi)型、等。也有根據(jù)沉積物的成因類(lèi)型、空間分布及水源條件，區(qū)分為空間分布及水源條件，區(qū)分為山前沖洪積型蓄水構(gòu)造、山前沖洪積型蓄水構(gòu)造、河床沖積

6、型蓄水構(gòu)造、湖盆沉積型蓄水構(gòu)造河床沖積型蓄水構(gòu)造、湖盆沉積型蓄水構(gòu)造等。等。 2. 2. 巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)巖石與水的貯容、運(yùn)移等有關(guān)的性質(zhì)，稱(chēng)為巖巖石與水的貯容、運(yùn)移等有關(guān)的性質(zhì)，稱(chēng)為巖石的水理性質(zhì)。它主要包括石的水理性質(zhì)。它主要包括容水性、持水性、容水性、持水性、給水性和透水性給水性和透水性等。等。（l l）容水性）容水性 ：指在常壓下巖土空隙能夠容納一定水量的指在常壓下巖土空隙能夠容納一定水量的性能。性能。衡量和表示巖石容水性的大小，常用容水度（衡量和表示巖石容水性的大小，常用容水度（w wn n）來(lái)）來(lái)表示。容水度是在自然條件下（常溫、常壓）單位體積的表示。容水度是在自然條件

7、下（常溫、常壓）單位體積的空隙巖石中所能容納水分的最大含量。也即是巖土容納水空隙巖石中所能容納水分的最大含量。也即是巖土容納水的最大體積（的最大體積（v vn n）與巖土總體積（）與巖土總體積（v v）之比：）之比：w wn nv vn n / / 100%100%。容水度數(shù)值的大小取決于巖土空隙的多少和連通。容水度數(shù)值的大小取決于巖土空隙的多少和連通程度。在充滿(mǎn)水的條件下，容水度在數(shù)值上與程度。在充滿(mǎn)水的條件下，容水度在數(shù)值上與孔隙度、裂孔隙度、裂隙率或巖溶率隙率或巖溶率相等。但對(duì)于具有膨脹性的粘土來(lái)說(shuō)，充水相等。但對(duì)于具有膨脹性的粘土來(lái)說(shuō)，充水后體積擴(kuò)大，容水度可以大于孔隙度。后體積擴(kuò)大，

8、容水度可以大于孔隙度。 2. 2. 巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)（2）持水性）持水性 是指在巖土引力超過(guò)了重力作用情是指在巖土引力超過(guò)了重力作用情況下，能保持一定水量的性能。況下，能保持一定水量的性能。它是在附著力和它是在附著力和毛細(xì)管力超過(guò)了重力作用的結(jié)果。這種水是非重毛細(xì)管力超過(guò)了重力作用的結(jié)果。這種水是非重力水，也就是吸著水、薄膜水和毛管水。持水性力水，也就是吸著水、薄膜水和毛管水。持水性在數(shù)量上用持水度（在數(shù)量上用持水度（wrwr）表示。持水度是巖土在）表示。持水度是巖土在重力水排出后所保持的水體積（重力水排出后所保持的水體積（vrvr）與巖土總體）與巖土總體積（積（v v）之比。）之

9、比。即：即：wr二二vr / v 100%。持水持水度的大小取決于巖土顆粒的大小和裂隙面接近的度的大小取決于巖土顆粒的大小和裂隙面接近的程度?？梢哉f(shuō)，程度?？梢哉f(shuō)，持水度與巖土顆粒大小成反比，持水度與巖土顆粒大小成反比，而與裂隙面接近程度成正比，而與裂隙面接近程度成正比，與顆粒表面積成正與顆粒表面積成正比比。 （3 3）給水性給水性 是指在重力作用下，飽水巖土能夠自由是指在重力作用下，飽水巖土能夠自由流出一定水量的性能。流出一定水量的性能。它是在重力作用超過(guò)了附著力它是在重力作用超過(guò)了附著力和毛細(xì)管力作用的結(jié)果，流出的水就是重力水。當(dāng)巖和毛細(xì)管力作用的結(jié)果，流出的水就是重力水。當(dāng)巖土孔隙完全被

10、水充滿(mǎn)時(shí)，稱(chēng)為飽水巖土。巖土給水性土孔隙完全被水充滿(mǎn)時(shí)，稱(chēng)為飽水巖土。巖土給水性能的大小，可用給水度（能的大小，可用給水度（u）來(lái)衡量。給水度是從飽）來(lái)衡量。給水度是從飽水巖土中流出的水體積（水巖土中流出的水體積（vg）同巖土體積（）同巖土體積（v）之比。）之比。即即u=vg / v 100%。給水性的大小的決定因素與。給水性的大小的決定因素與持水性相同，但它們的數(shù)值是互為相反的，持水性相同，但它們的數(shù)值是互為相反的，即給水性即給水性與巖土顆粒大小成正比，而與裂隙面接近程度成反比。與巖土顆粒大小成正比，而與裂隙面接近程度成反比。（4 4）透水性）透水性：是指在一定條件下，巖土本身能是指在一定條

11、件下，巖土本身能使水透過(guò)的性能。使水透過(guò)的性能。透水性主要取決于孔隙的大小和透水性主要取決于孔隙的大小和連通性，其次是孔隙的多少。例如，粘土的孔隙度連通性，其次是孔隙的多少。例如，粘土的孔隙度很大，但孔隙直徑很小，使水難通過(guò)。透水性的好很大，但孔隙直徑很小，使水難通過(guò)。透水性的好壞只是相對(duì)而言。透水性的好壞，決定著水的運(yùn)動(dòng)壞只是相對(duì)而言。透水性的好壞，決定著水的運(yùn)動(dòng)速度。一般透水性好，給水性也好。但給水性的研速度。一般透水性好，給水性也好。但給水性的研究，是為解決動(dòng)儲(chǔ)量測(cè)題的，而透水性的研究則是究，是為解決動(dòng)儲(chǔ)量測(cè)題的，而透水性的研究則是解決靜儲(chǔ)量的。解決靜儲(chǔ)量的。( (二二) ) 地下水的來(lái)

12、源地下水的來(lái)源地下水的來(lái)源主要有三方面：地下水的來(lái)源主要有三方面： （1 1）滲透水）滲透水 大氣降水和地表水下滲土壤巖石的孔隙中而大氣降水和地表水下滲土壤巖石的孔隙中而成為地下水，這是最主要的一個(gè)方面。成為地下水，這是最主要的一個(gè)方面。 （2 2）凝結(jié)水）凝結(jié)水 大氣中的水汽，在空中水汽壓大于地下水汽大氣中的水汽，在空中水汽壓大于地下水汽壓時(shí)，水汽流入地下，在土壤、巖石的孔隙中直接凝結(jié)而成地壓時(shí)，水汽流入地下，在土壤、巖石的孔隙中直接凝結(jié)而成地下水。這種水在沙漠地區(qū)可較為明顯地看出，有的地方凝結(jié)量下水。這種水在沙漠地區(qū)可較為明顯地看出，有的地方凝結(jié)量竟然可達(dá)到當(dāng)?shù)氐牡叵滤康木谷豢蛇_(dá)到當(dāng)?shù)?/p>

13、的地下水水量的20%20%。 （3 3）巖漿逸出水）巖漿逸出水 巖漿中分離出來(lái)的氣體化合而成地下水。巖漿中分離出來(lái)的氣體化合而成地下水。當(dāng)然，這種水的水量是很少的。當(dāng)然，這種水的水量是很少的。（三）地下水流系統(tǒng)（三）地下水流系統(tǒng)地下水雖然埋藏于地下，難以用肉眼觀察，但它像地表地下水雖然埋藏于地下，難以用肉眼觀察，但它像地表上河流、湖泊一樣，存在集水區(qū)域，在同一集水區(qū)域內(nèi)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)。的地下水流，構(gòu)成相對(duì)獨(dú)立的地下水流系統(tǒng)。1 1地下水流系統(tǒng)的基本特征地下水流系統(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)在一定的

14、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)。的全部水流，自成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的地下水流系統(tǒng)。處處于同一水流系統(tǒng)的地下水，往往具有相同的補(bǔ)給來(lái)源，于同一水流系統(tǒng)的地下水，往往具有相同的補(bǔ)給來(lái)源，相互之間存在密切的水力聯(lián)系，形成相對(duì)統(tǒng)一的整體，相互之間存在密切的水力聯(lián)系，形成相對(duì)統(tǒng)一的整體，而屬于不同地下水流系統(tǒng)的地下水，則指向不同的排而屬于不同地下水流系統(tǒng)的地下水，則指向不同的排泄區(qū)，相互之間沒(méi)有或只有極微弱的水力聯(lián)系。地下泄區(qū)，相互之間沒(méi)有或只有極微弱的水力聯(lián)系。地下水流系統(tǒng)與地表水系相比，具有如下的特征：水流系統(tǒng)與地表水系相比，具有如下的特征： （l l）空間上的

15、立體性）空間上的立體性 地表上的江河水系基本上呈平面狀態(tài)地表上的江河水系基本上呈平面狀態(tài)展布；而地下水流系統(tǒng)往往自地表面起可直達(dá)地下幾百上千展布；而地下水流系統(tǒng)往往自地表面起可直達(dá)地下幾百上千米深處，形成空間立體分布，并自上到下呈現(xiàn)多層次的結(jié)構(gòu)。米深處，形成空間立體分布，并自上到下呈現(xiàn)多層次的結(jié)構(gòu)。這是地下水流系統(tǒng)與地表水系的明顯區(qū)別之一。這是地下水流系統(tǒng)與地表水系的明顯區(qū)別之一。 （2 2）流線組合的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性）流線組合的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性 地表上的江地表上的江河水系，一般均由一條主流和若干等級(jí)的支流組合河水系，一般均由一條主流和若干等級(jí)的支流組合而成有規(guī)律的河網(wǎng)系統(tǒng)；而地下水流系統(tǒng)則是

16、由眾而成有規(guī)律的河網(wǎng)系統(tǒng)；而地下水流系統(tǒng)則是由眾多的流線組合而成的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)部多的流線組合而成的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)部不僅難以區(qū)別主流和支流，而且具有多變性和不穩(wěn)不僅難以區(qū)別主流和支流，而且具有多變性和不穩(wěn)定性。這種不穩(wěn)定性，可以表現(xiàn)為受氣候和補(bǔ)給條定性。這種不穩(wěn)定性，可以表現(xiàn)為受氣候和補(bǔ)給條件的影響呈現(xiàn)周期性變化；亦可因?yàn)殚_(kāi)采和人為排件的影響呈現(xiàn)周期性變化；亦可因?yàn)殚_(kāi)采和人為排泄，促使地下水流系統(tǒng)發(fā)生劇烈變化，甚至在不同泄，促使地下水流系統(tǒng)發(fā)生劇烈變化，甚至在不同水流系統(tǒng)之間造成地下水劫奪現(xiàn)象。水流系統(tǒng)之間造成地下水劫奪現(xiàn)象。（3 3）流動(dòng)方向上的下降與上升的并存性）流動(dòng)方

17、向上的下降與上升的并存性 在重力作用下，地在重力作用下，地表江河水流總是自高處流向低處；然而地下水流方向在補(bǔ)給區(qū)表江河水流總是自高處流向低處；然而地下水流方向在補(bǔ)給區(qū)表現(xiàn)為下降，在排泄區(qū)則往往表現(xiàn)為上升，有的甚至形成噴泉。表現(xiàn)為下降，在排泄區(qū)則往往表現(xiàn)為上升，有的甚至形成噴泉。 此外，地下水流系統(tǒng)涉及的區(qū)域范圍一般比較此外，地下水流系統(tǒng)涉及的區(qū)域范圍一般比較小，不可能像地表江河那樣組合成面積廣大小，不可能像地表江河那樣組合成面積廣大（達(dá)幾十萬(wàn)乃至上百萬(wàn)平方公里）的大流域系（達(dá)幾十萬(wàn)乃至上百萬(wàn)平方公里）的大流域系統(tǒng)。據(jù)托思的研究，在一塊面積不大的地區(qū)，統(tǒng)。據(jù)托思的研究，在一塊面積不大的地區(qū)，由于

18、受局部復(fù)合地形的控制，可形成多級(jí)地下由于受局部復(fù)合地形的控制，可形成多級(jí)地下水流系統(tǒng)，不同等級(jí)的水流系統(tǒng)，它們的補(bǔ)給水流系統(tǒng)，不同等級(jí)的水流系統(tǒng)，它們的補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)在地面上交替分布。區(qū)和排泄區(qū)在地面上交替分布。 2 2地下水垂向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的基本模式地下水垂向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的基本模式 如前所述，地下水流系統(tǒng)在空間上的立體性，如前所述，地下水流系統(tǒng)在空間上的立體性，是地下水與地表水之間存在的主要差異之一。是地下水與地表水之間存在的主要差異之一。而地下水垂向的層次結(jié)構(gòu)，則是地下水空間立而地下水垂向的層次結(jié)構(gòu)，則是地下水空間立體性的具體表征。下圖為典型水文地質(zhì)條件下，體性的具體表征。下圖為典型水文地質(zhì)條件下

19、，地下水垂向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的基本模式。自地表面起地下水垂向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的基本模式。自地表面起至地下某一深度出現(xiàn)不透水基巖為止，可區(qū)分至地下某一深度出現(xiàn)不透水基巖為止，可區(qū)分為為包氣帶和飽和水帶包氣帶和飽和水帶兩大部分。兩大部分。包氣帶（包氣帶（是指地面以下，地下水面以上不飽和的是指地面以下，地下水面以上不飽和的土壤含水帶。這里土壤顆粒、水和空氣三者并存，土壤含水帶。這里土壤顆粒、水和空氣三者并存，由于降雨和蒸發(fā)的影響，其含水量經(jīng)常在變化由于降雨和蒸發(fā)的影響，其含水量經(jīng)常在變化）又）又進(jìn)一步區(qū)分為土壤水帶、中間過(guò)渡帶及毛細(xì)管水帶進(jìn)一步區(qū)分為土壤水帶、中間過(guò)渡帶及毛細(xì)管水帶等等3 3個(gè)亞帶個(gè)亞帶。飽和水帶飽

20、和水帶則可區(qū)分為潛水帶和承壓水帶兩個(gè)亞帶。則可區(qū)分為潛水帶和承壓水帶兩個(gè)亞帶。從貯水形式來(lái)看，與包氣帶相對(duì)應(yīng)的是存在結(jié)合水從貯水形式來(lái)看，與包氣帶相對(duì)應(yīng)的是存在結(jié)合水（包括吸濕水和薄膜水）和毛管水；與飽和水帶相（包括吸濕水和薄膜水）和毛管水；與飽和水帶相對(duì)應(yīng)的是重力水（包括潛水和承壓水）對(duì)應(yīng)的是重力水（包括潛水和承壓水）。以上是地下水層次結(jié)構(gòu)的基本模式，在具體的水文地質(zhì)條件以上是地下水層次結(jié)構(gòu)的基本模式，在具體的水文地質(zhì)條件下，各地區(qū)地下水的實(shí)際層次結(jié)構(gòu)不盡一致。有的層次可能下，各地區(qū)地下水的實(shí)際層次結(jié)構(gòu)不盡一致。有的層次可能充分發(fā)展，有的則不發(fā)育。如在嚴(yán)重干旱的沙漠地區(qū)，包氣充分發(fā)展，有的則

21、不發(fā)育。如在嚴(yán)重干旱的沙漠地區(qū)，包氣帶很厚，飽和水帶深埋在地下，甚至不存在；反之，在多雨帶很厚，飽和水帶深埋在地下，甚至不存在；反之，在多雨的濕潤(rùn)地區(qū)，尤其是在地下水排泄不暢的低洼易澇地帶，包的濕潤(rùn)地區(qū)，尤其是在地下水排泄不暢的低洼易澇地帶，包氣帶往往很薄，甚至地下潛水面出露地表，所以地下水層次氣帶往往很薄，甚至地下潛水面出露地表，所以地下水層次結(jié)構(gòu)亦不明顯。至于像承壓水帶的存在，要求有特定的貯水結(jié)構(gòu)亦不明顯。至于像承壓水帶的存在，要求有特定的貯水構(gòu)造和承壓條件。而這種條件并非處處都具備，所以承壓水構(gòu)造和承壓條件。而這種條件并非處處都具備，所以承壓水的分布受到很大的限制。但上述地下水層次結(jié)構(gòu)在

22、地區(qū)上的的分布受到很大的限制。但上述地下水層次結(jié)構(gòu)在地區(qū)上的差異性，并不否定地下水垂向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的總體規(guī)律性。這一差異性，并不否定地下水垂向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的總體規(guī)律性。這一層次結(jié)構(gòu)對(duì)于人們認(rèn)識(shí)和把握地下水性質(zhì)具有重要意義，并層次結(jié)構(gòu)對(duì)于人們認(rèn)識(shí)和把握地下水性質(zhì)具有重要意義，并成為按埋藏條件進(jìn)行地下水分類(lèi)的基本依據(jù)。成為按埋藏條件進(jìn)行地下水分類(lèi)的基本依據(jù)。二、地下水的理化性質(zhì)二、地下水的理化性質(zhì) 自然界中的水，無(wú)論是大氣水、地表水或地下水，都不是化自然界中的水，無(wú)論是大氣水、地表水或地下水，都不是化學(xué)純水。就地下水來(lái)說(shuō)，由于它參與自然界水的總循環(huán)，所以學(xué)純水。就地下水來(lái)說(shuō)，由于它參與自然界水的總循環(huán)，所

23、以它具有相當(dāng)復(fù)雜的化學(xué)成分，并呈現(xiàn)不同的物理性質(zhì)。特別是它具有相當(dāng)復(fù)雜的化學(xué)成分，并呈現(xiàn)不同的物理性質(zhì)。特別是地下水長(zhǎng)期在巖石和土壤的空隙中埋藏和運(yùn)動(dòng)，必然要與周?chē)叵滤L(zhǎng)期在巖石和土壤的空隙中埋藏和運(yùn)動(dòng)，必然要與周?chē)橘|(zhì)（巖石、土壤）相互作用，不斷地溶解介質(zhì)中的可溶鹽類(lèi)介質(zhì)（巖石、土壤）相互作用，不斷地溶解介質(zhì)中的可溶鹽類(lèi)人體等成分。同時(shí)，隨著地下水在巖石和土壤空隙中的運(yùn)移，人體等成分。同時(shí)，隨著地下水在巖石和土壤空隙中的運(yùn)移，其化學(xué)成分隨時(shí)隨地都在發(fā)生變化。因此，地下水是一種很好其化學(xué)成分隨時(shí)隨地都在發(fā)生變化。因此，地下水是一種很好的天然溶劑，又是一種復(fù)雜的天然溶液。的天然溶劑，又是一種復(fù)

24、雜的天然溶液。分析研究這種復(fù)雜溶分析研究這種復(fù)雜溶液的物理性質(zhì)和化學(xué)成分，對(duì)于闡明地下水的形成條件、變化液的物理性質(zhì)和化學(xué)成分，對(duì)于闡明地下水的形成條件、變化規(guī)律、合理利用和防治地下水危害以及指導(dǎo)水文地球化學(xué)找礦，規(guī)律、合理利用和防治地下水危害以及指導(dǎo)水文地球化學(xué)找礦，充實(shí)礦床成因理論等方面，都有著十分重要的意義。充實(shí)礦床成因理論等方面，都有著十分重要的意義。（一）地下水的物理性質(zhì)（一）地下水的物理性質(zhì) 地下水的物理性質(zhì)包括溫度、顏色、透明度、氣味、味地下水的物理性質(zhì)包括溫度、顏色、透明度、氣味、味道、密度、導(dǎo)電性和放射性等。這里著重簡(jiǎn)介前五個(gè)方面。道、密度、導(dǎo)電性和放射性等。這里著重簡(jiǎn)介前五

25、個(gè)方面。 1 1溫度溫度 地下水溫度隨深度而異。地下水溫度隨深度而異。近地表的地下水，其溫度受氣近地表的地下水，其溫度受氣溫的影響，具有周期性的變化：一般在日常溫層以上，水溫溫的影響，具有周期性的變化：一般在日常溫層以上，水溫具有明顯的晝夜變化。在年常溫層以上，水溫具有季節(jié)性變具有明顯的晝夜變化。在年常溫層以上，水溫具有季節(jié)性變化；在年常溫層，地下水溫的變化很小，一般不超過(guò)化；在年常溫層，地下水溫的變化很小，一般不超過(guò)0.10.1；而在年常溫層以下，地下水溫度則隨深度增加而逐漸升高而而在年常溫層以下，地下水溫度則隨深度增加而逐漸升高而成為增溫層，其變化規(guī)律決定于一個(gè)地區(qū)的地?zé)嵩鰷丶?jí)。地成為增溫

26、層，其變化規(guī)律決定于一個(gè)地區(qū)的地?zé)嵩鰷丶?jí)。地?zé)嵩鰷丶?jí)是指在常溫層以下，溫度每升高熱增溫級(jí)是指在常溫層以下，溫度每升高l l所需增加的深所需增加的深度，單位為，度，單位為，m/m/。各處地?zé)嵩鰷丶?jí)不同，一般為。各處地?zé)嵩鰷丶?jí)不同，一般為 33m/33m/。 地下水溫地區(qū)分布差異大。在新火山地區(qū)，地下地下水溫地區(qū)分布差異大。在新火山地區(qū)，地下水溫可達(dá)水溫可達(dá)100100以上。例如在堪察加半島、冰島、日以上。例如在堪察加半島、冰島、日本等地一些噴泉都有這種情況。在寒帶、極地以及高本等地一些噴泉都有這種情況。在寒帶、極地以及高山地區(qū)，地下水的溫度很低，有的可低至山地區(qū)，地下水的溫度很低，有的可低至-5

27、-5。在溫。在溫帶和亞熱帶地區(qū)的平原中，淺層地下水的年平均溫度帶和亞熱帶地區(qū)的平原中，淺層地下水的年平均溫度常接近所在地區(qū)的年平均氣溫，或稍高常接近所在地區(qū)的年平均氣溫，或稍高l l2 2。 地下水在一定的地質(zhì)條件下，因受地球內(nèi)部熱能地下水在一定的地質(zhì)條件下，因受地球內(nèi)部熱能的影響而形成地下熱水。它通過(guò)一定的通道，例如，的影響而形成地下熱水。它通過(guò)一定的通道，例如，沿?cái)嗔哑扑閹А@孔等上涌，致使地?zé)嵩鰷丶?jí)大大提沿?cái)嗔哑扑閹?、鉆孔等上涌，致使地?zé)嵩鰷丶?jí)大大提高，這種地區(qū)叫做地?zé)岙惓^(qū)。具有良好地質(zhì)構(gòu)造及高，這種地區(qū)叫做地?zé)岙惓^(qū)。具有良好地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件的地?zé)岙惓^(qū)，有可能形成富集大量地水

28、文地質(zhì)條件的地?zé)岙惓^(qū)，有可能形成富集大量地下熱水或天然蒸汽的地?zé)崽?。下熱水或天然蒸汽的地?zé)崽铩? 2顏色顏色 地下水一般是無(wú)色的，但由于它的化學(xué)成分地下水一般是無(wú)色的，但由于它的化學(xué)成分的含量不同，以及懸浮雜質(zhì)的存在，而常常呈現(xiàn)的含量不同，以及懸浮雜質(zhì)的存在，而常常呈現(xiàn)出各種顏色。如含有三氧化二鐵的水，多呈褐紅出各種顏色。如含有三氧化二鐵的水，多呈褐紅色；含腐殖質(zhì)的水，呈暗黃褐色。色；含腐殖質(zhì)的水，呈暗黃褐色。3. 3. 透明度透明度 常見(jiàn)的地下水多是透明的，但其中如含有一些固體和膠體懸常見(jiàn)的地下水多是透明的，但其中如含有一些固體和膠體懸浮物時(shí)，則地下水的透明度有所改變。為了測(cè)定透明度，可將

29、浮物時(shí)，則地下水的透明度有所改變。為了測(cè)定透明度，可將水樣倒入一高水樣倒入一高60cm60cm帶有放水嘴和刻度的玻璃管中，把管底放在帶有放水嘴和刻度的玻璃管中，把管底放在1 1號(hào)鉛字（專(zhuān)用鉛字）的上面，打開(kāi)放水嘴放水，一直到能清楚號(hào)鉛字（專(zhuān)用鉛字）的上面，打開(kāi)放水嘴放水，一直到能清楚地看見(jiàn)管底的鉛字為止，讀出管底到水面的高度，即為其透明地看見(jiàn)管底的鉛字為止，讀出管底到水面的高度，即為其透明度。根據(jù)這種觀測(cè)方法可以把水的透明度劃為四級(jí)。度。根據(jù)這種觀測(cè)方法可以把水的透明度劃為四級(jí)。 （l l）透明）透明60cm60cm的水深可以清楚地看見(jiàn)的水深可以清楚地看見(jiàn)3mm3mm粗的黑線；粗的黑線； （2

30、 2）微混濁）微混濁30cm30cm以上的水深，仍可清楚地看見(jiàn)這種粗線；以上的水深，仍可清楚地看見(jiàn)這種粗線； （3 3）混濁）混濁 30cm 30cm以?xún)?nèi)的水深才可清楚地看見(jiàn)這種粗黑線；以?xún)?nèi)的水深才可清楚地看見(jiàn)這種粗黑線； （4 4）極混濁水深很小也不能清楚地看見(jiàn)這種粗黑線。）極混濁水深很小也不能清楚地看見(jiàn)這種粗黑線。4. 4. 氣味氣味 一般地下水是無(wú)味的，當(dāng)其中含有某種氣體成分和有一般地下水是無(wú)味的，當(dāng)其中含有某種氣體成分和有機(jī)物質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生一定的氣味。如地下水含有硫化氫（機(jī)物質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生一定的氣味。如地下水含有硫化氫（HZSHZS）氣體時(shí)，則有臭雞蛋味；有機(jī)物質(zhì)使地下水有魚(yú)腥味。氣體時(shí)，則有

31、臭雞蛋味；有機(jī)物質(zhì)使地下水有魚(yú)腥味。5.5.味道味道 地下水的味道取決于它的化學(xué)成分及溶解的氣體。如地下水的味道取決于它的化學(xué)成分及溶解的氣體。如含有大量的氯化鈉（含有大量的氯化鈉（NaCINaCI）使水有咸味；鈉、鎂的硫酸鹽）使水有咸味；鈉、鎂的硫酸鹽使水具有苦味；當(dāng)溶解有較多的二氧化碳時(shí)，常有爽口的使水具有苦味；當(dāng)溶解有較多的二氧化碳時(shí)，常有爽口的味道；含有適量重碳酸（味道；含有適量重碳酸（Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2）和重碳酸鎂（）和重碳酸鎂（MgMg（HCOHCO3 3）2 2），味道很可口，一般稱(chēng)為甜水。），味道很可口，一般稱(chēng)為甜水。 （二）地下水的化學(xué)性質(zhì)（二）地下水

32、的化學(xué)性質(zhì)這里著重介紹地下水的化學(xué)成分、礦化度和硬度。這里著重介紹地下水的化學(xué)成分、礦化度和硬度。1.1. 地下水的主要化學(xué)成分地下水的主要化學(xué)成分 由于地下水與巖石發(fā)生了相互的物理和化學(xué)作用，因此使由于地下水與巖石發(fā)生了相互的物理和化學(xué)作用，因此使地下水中溶有各種不同的離子、化合物分子以及不同的氣體。地下水中溶有各種不同的離子、化合物分子以及不同的氣體。地下水中最主要的離子有地下水中最主要的離子有CICI- -，SOSO4 42-2-，HCOHCO3 3- -，COCO3 32-2-以及以及H H+ +，NaNa+ +，K K+ +, Ca, Ca2+2+，MgMg2+2+等。除此之外，也含

33、有一些化合物，如鐵、鋁等。除此之外，也含有一些化合物，如鐵、鋁氧化物（氧化物（FeFe2 2O O3 3，AlAl2 2O O3 3）等。地下水中常含有某些氣體和放射）等。地下水中常含有某些氣體和放射性元素，但是含量甚微。地下水的氣體成分，主要有氧、氮、性元素，但是含量甚微。地下水的氣體成分，主要有氧、氮、二氧化碳和硫化氫等。二氧化碳和硫化氫等。根據(jù)地下水化學(xué)成分可以尋找有用礦產(chǎn)，特別是放射性礦產(chǎn)。根據(jù)地下水化學(xué)成分可以尋找有用礦產(chǎn)，特別是放射性礦產(chǎn)。近年來(lái)在這方面已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，成為地球化學(xué)找礦近年來(lái)在這方面已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，成為地球化學(xué)找礦工作的一個(gè)組成部分。如江西大鹽礦的發(fā)現(xiàn)，

34、水文地球化學(xué)工作的一個(gè)組成部分。如江西大鹽礦的發(fā)現(xiàn)，水文地球化學(xué)探礦法在其中起了很大作用。探礦法在其中起了很大作用。2 2礦化度礦化度 一升水中所含各種離子、分子及化合物（不包括游離狀一升水中所含各種離子、分子及化合物（不包括游離狀態(tài)的氣體）的總量，就叫總礦化度，簡(jiǎn)稱(chēng)礦化度。態(tài)的氣體）的總量，就叫總礦化度，簡(jiǎn)稱(chēng)礦化度。以以g/Lg/L表表示。示。它說(shuō)明水中所含鹽量的多少，故它是地下水化學(xué)成分的重要標(biāo)志。它說(shuō)明水中所含鹽量的多少，故它是地下水化學(xué)成分的重要標(biāo)志。由于礦化度不同，水質(zhì)也有不同。若礦化度大，是同于礦化水，礦化度由于礦化度不同，水質(zhì)也有不同。若礦化度大，是同于礦化水，礦化度很小是淡水。

35、很小是淡水。 礦化度的測(cè)定，通常是把水加熱到礦化度的測(cè)定，通常是把水加熱到 105105110110，使水全部蒸發(fā)，使水全部蒸發(fā)干，剩下的殘余物的重量即為水的總礦化度（即每升水中含干涸殘余物干，剩下的殘余物的重量即為水的總礦化度（即每升水中含干涸殘余物的克數(shù)）。由于部分物質(zhì)在烘干時(shí)蒸發(fā)掉，也可能有懸浮雜質(zhì)滲入，所的克數(shù)）。由于部分物質(zhì)在烘干時(shí)蒸發(fā)掉，也可能有懸浮雜質(zhì)滲入，所以用烘干法求得的礦化度是近似值。以用烘干法求得的礦化度是近似值。 按照礦化度的大小，可以將地下水分為以下按照礦化度的大小，可以將地下水分為以下5 5類(lèi)：淡水為類(lèi)：淡水為1g/L1g/L；弱礦化水（微咸水）為弱礦化水（微咸水）

36、為1 13g/L3g/L；中等礦化水（咸水）為；中等礦化水（咸水）為3 310g/L10g/L；強(qiáng)；強(qiáng)礦化水（鹽水）為礦化水（鹽水）為101050g/ L50g/ L；鹵水為；鹵水為50g/L50g/L。在通常條件下，低礦。在通常條件下，低礦化度的水（淡水）常常以重碳酸根離子（化度的水（淡水）常常以重碳酸根離子（HCOHCO3 3- -）為主要成分；中等礦化）為主要成分；中等礦化度的水以硫酸根離子（度的水以硫酸根離子（SOSO4 42-2-）為主要成分；而高礦化度的水，則以氯離）為主要成分；而高礦化度的水，則以氯離子（子（ClCl- -）為主要成分。）為主要成分。3. 3. 水的硬度水的硬度

37、含有多量的時(shí)含有多量的時(shí)CaCa2+2+和和MgMg2+2+的水稱(chēng)為硬水。的水稱(chēng)為硬水。這是因?yàn)樗羞@是因?yàn)樗泻械拟}、鎂鹽類(lèi)，在加熱時(shí)易形成堅(jiān)硬的沉淀物質(zhì)。而含有的鈣、鎂鹽類(lèi)，在加熱時(shí)易形成堅(jiān)硬的沉淀物質(zhì)。而通常把水中通常把水中CaCa2+2+和和MgMg2+2+的含量稱(chēng)為硬度。它們的含量愈高，的含量稱(chēng)為硬度。它們的含量愈高，硬度愈大。硬度愈大。 硬度可分為暫時(shí)硬度和永久硬度。硬度可分為暫時(shí)硬度和永久硬度。由于加熱煮沸后水由于加熱煮沸后水中失去一部分中失去一部分CaCa2+2+與與MgMg2+2+，這部分，這部分CaCa2+2+與與MgMg2+2+的數(shù)量稱(chēng)為暫的數(shù)量稱(chēng)為暫時(shí)硬度。當(dāng)加熱煮沸

38、后，仍然溶在水中的時(shí)硬度。當(dāng)加熱煮沸后，仍然溶在水中的CaCa2+2+與與MgMg2+2+，造成，造成硬性的硬度，叫永久硬度。硬性的硬度，叫永久硬度。 硬度的單位通常采用硬度的單位通常采用“德國(guó)度德國(guó)度”。德國(guó)度一度相當(dāng)于德國(guó)度一度相當(dāng)于1 1升水中含氧化鈣升水中含氧化鈣10mg10mg，或氧化鎂，或氧化鎂7.2mg7.2mg。用毫克當(dāng)量換算，。用毫克當(dāng)量換算，則將毫克當(dāng)量（則將毫克當(dāng)量（mgedmged）乘以）乘以2.82.8，得到的數(shù)字就是德國(guó)度。，得到的數(shù)字就是德國(guó)度。 硬水在生活用水上會(huì)浪費(fèi)肥皂，燒開(kāi)水的水壺里容易生硬水在生活用水上會(huì)浪費(fèi)肥皂，燒開(kāi)水的水壺里容易生水垢；在工業(yè)用水上，不

39、宜使用硬水。因?yàn)橛菜乃?；在工業(yè)用水上，不宜使用硬水。因?yàn)橛菜腃aCa、MgMg鹽類(lèi)，在加熱的過(guò)程中發(fā)生分解和復(fù)分解反應(yīng)，而生成沉鹽類(lèi)，在加熱的過(guò)程中發(fā)生分解和復(fù)分解反應(yīng)，而生成沉淀物質(zhì)，這些沉淀物質(zhì)能在鍋爐壁、水管中生成堅(jiān)硬而粘附淀物質(zhì)，這些沉淀物質(zhì)能在鍋爐壁、水管中生成堅(jiān)硬而粘附的水垢（也叫鍋垢）；鍋垢是熱的不良導(dǎo)體，因此，當(dāng)鍋墨的水垢（也叫鍋垢）；鍋垢是熱的不良導(dǎo)體，因此，當(dāng)鍋墨出現(xiàn)了較厚的鍋垢時(shí)，就會(huì)增加燃料的消耗量（出現(xiàn)了較厚的鍋垢時(shí)，就會(huì)增加燃料的消耗量（1mm1mm厚的鍋垢厚的鍋垢能增加熱消耗量能增加熱消耗量1.51.52 2）。不僅如此，銀垢在形成時(shí)厚）。不僅如此，

40、銀垢在形成時(shí)厚薄不均，致使鍋爐膨脹不均以致爆炸。同時(shí)隨著鍋垢的加厚，薄不均，致使鍋爐膨脹不均以致爆炸。同時(shí)隨著鍋垢的加厚，火面與水面的溫度差也隨著變大，最后超過(guò)了鍋壁金屬的耐火面與水面的溫度差也隨著變大，最后超過(guò)了鍋壁金屬的耐熱能力亦能引起鍋爐爆炸。若用硬水作內(nèi)燃機(jī)等的冷卻用水熱能力亦能引起鍋爐爆炸。若用硬水作內(nèi)燃機(jī)等的冷卻用水時(shí)，在冷卻系統(tǒng)的內(nèi)壁等也會(huì)形成鍋垢，這樣不僅降低系統(tǒng)時(shí)，在冷卻系統(tǒng)的內(nèi)壁等也會(huì)形成鍋垢，這樣不僅降低系統(tǒng)的冷卻效率，還降低了輸水量甚至將其堵塞。故在工業(yè)用水的冷卻效率，還降低了輸水量甚至將其堵塞。故在工業(yè)用水中，水的硬度最好不要大于中，水的硬度最好不要大于5 5，不得已

41、時(shí)亦不得大于不得已時(shí)亦不得大于2020。 根據(jù)水的總硬度，可將地下水分為根據(jù)水的總硬度，可將地下水分為5 5級(jí)級(jí)三、地下水的運(yùn)動(dòng)三、地下水的運(yùn)動(dòng) 地下水在巖土空隙中以不同形式存在，并以不同形式地下水在巖土空隙中以不同形式存在，并以不同形式運(yùn)動(dòng)著。這里著重介紹飽水帶重力水（運(yùn)動(dòng)著。這里著重介紹飽水帶重力水（潛水、承壓水潛水、承壓水）的）的運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律。運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律。（一）飽水帶重力水運(yùn)動(dòng)的形式（一）飽水帶重力水運(yùn)動(dòng)的形式 水在完全飽和巖土中的運(yùn)動(dòng)，服從于水力學(xué)定律。水在完全飽和巖土中的運(yùn)動(dòng)，服從于水力學(xué)定律。 重力水在巖土空隙中的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為滲透或滲流。它的重力水在巖土空隙中的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為滲透或

42、滲流。它的運(yùn)動(dòng)形式，常隨水流速度不同而分為運(yùn)動(dòng)形式，常隨水流速度不同而分為層流運(yùn)動(dòng)和紊流運(yùn)動(dòng)層流運(yùn)動(dòng)和紊流運(yùn)動(dòng)。 （1 1）層流運(yùn)動(dòng)）層流運(yùn)動(dòng) 水在巖土空隙中流動(dòng)時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)水在巖土空隙中流動(dòng)時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)有秩序地、互不混雜地流動(dòng)，稱(chēng)為層流運(yùn)動(dòng)。有秩序地、互不混雜地流動(dòng)，稱(chēng)為層流運(yùn)動(dòng)。 （2 2）紊流運(yùn)動(dòng)）紊流運(yùn)動(dòng) 水在巖土空隙中流動(dòng)時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)水在巖土空隙中流動(dòng)時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)無(wú)秩序地、互相混雜的流動(dòng)，稱(chēng)為紊流運(yùn)動(dòng)。無(wú)秩序地、互相混雜的流動(dòng)，稱(chēng)為紊流運(yùn)動(dòng)。 地下水在絕大多數(shù)自然條件下，流速較小，故地下水在絕大多數(shù)自然條件下，流速較小，故多同層流運(yùn)動(dòng)。一般認(rèn)為地下水的平均滲透速度小多同層流運(yùn)動(dòng)。一般認(rèn)為地下

43、水的平均滲透速度小于于 l000m/dl000m/d時(shí)，可視為層流運(yùn)動(dòng)。只有在大裂隙、時(shí)，可視為層流運(yùn)動(dòng)。只有在大裂隙、大溶洞中或水位高差極大的情況下，地下水的滲透大溶洞中或水位高差極大的情況下，地下水的滲透才出現(xiàn)紊流運(yùn)動(dòng)。才出現(xiàn)紊流運(yùn)動(dòng)。（二）地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律（二）地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律 飽水帶中水的運(yùn)動(dòng)形式既然有不同，則其運(yùn)動(dòng)規(guī)律也不飽水帶中水的運(yùn)動(dòng)形式既然有不同，則其運(yùn)動(dòng)規(guī)律也不同。所以，也可分直線滲透定律和非直線滲透定律兩種基本規(guī)同。所以，也可分直線滲透定律和非直線滲透定律兩種基本規(guī)律。律。 （l l）直線滲透定律）直線滲透定律一一一一達(dá)西（達(dá)西（DarcyDarcy）定律）定律：它

44、是說(shuō)明層流它是說(shuō)明層流運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，是運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，是1852185218551855年期間，法國(guó)水力學(xué)家達(dá)西在年期間，法國(guó)水力學(xué)家達(dá)西在實(shí)驗(yàn)室中用砂土做了大量滲透實(shí)驗(yàn)之后而得到的滲透基本定律。實(shí)驗(yàn)室中用砂土做了大量滲透實(shí)驗(yàn)之后而得到的滲透基本定律。其實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單過(guò)程如下：在圓柱狀的金屬筒中裝滿(mǎn)砂土（下圖），其實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單過(guò)程如下：在圓柱狀的金屬筒中裝滿(mǎn)砂土（下圖），利用澆水設(shè)備控制水流進(jìn)人和流出處的水頭保持不變。當(dāng)水通利用澆水設(shè)備控制水流進(jìn)人和流出處的水頭保持不變。當(dāng)水通過(guò)砂土滲透過(guò)程中，其水頭損失可在兩個(gè)測(cè)壓管中同得，而流過(guò)砂土滲透過(guò)程中，其水頭損失可在兩個(gè)測(cè)壓管中同得，而流量則在出口處測(cè)量。

45、量則在出口處測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到如下關(guān)系：在單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)砂樣的水量實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到如下關(guān)系：在單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)砂樣的水量Q Q，與，與通過(guò)的斷面積通過(guò)的斷面積A A和水頭損失（和水頭損失（H H1 1- -H H2 2= =H H）成正比，而與滲透長(zhǎng)）成正比，而與滲透長(zhǎng)度度L L成反比。可用下式表示：成反比?？捎孟率奖硎荆菏街校菏街校簐 v為滲透流速；為滲透流速； K K為滲透系數(shù)；為滲透系數(shù)； I I為水頭梯度或水為水頭梯度或水力坡度、水頭坡度。力坡度、水頭坡度。 由此可知：滲透流量由此可知：滲透流量Q Q或滲透流速或滲透流速v v與水與水力坡度的一次方成正比，這就是著名的力坡度的一次方成正比，這

46、就是著名的達(dá)西定律。由于兩者成直接關(guān)系，所以達(dá)西定律。由于兩者成直接關(guān)系，所以也叫做直線滲透定律。也叫做直線滲透定律。 直線滲透定律是在細(xì)砂中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而直線滲透定律是在細(xì)砂中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而確定的。但是實(shí)踐證明，地下水在其他確定的。但是實(shí)踐證明，地下水在其他類(lèi)型運(yùn)水巖土中運(yùn)動(dòng)，當(dāng)流速不大時(shí)，類(lèi)型運(yùn)水巖土中運(yùn)動(dòng)，當(dāng)流速不大時(shí)，也均適用。同時(shí)，也適用于一切流向。也均適用。同時(shí)，也適用于一切流向。 （2 2）非直線滲透定律）非直線滲透定律 非直線滲透定律是說(shuō)非直線滲透定律是說(shuō)明紊流運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。當(dāng)?shù)叵滤魉佥^大時(shí)明紊流運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。當(dāng)?shù)叵滤魉佥^大時(shí)（v v1000m/d1000m/d），則服從于紊流

47、運(yùn)動(dòng)規(guī)律。即：），則服從于紊流運(yùn)動(dòng)規(guī)律。即：滲透流量或滲透流速與水力坡度的二分之一次方滲透流量或滲透流速與水力坡度的二分之一次方成正比，其表示式如下：成正比，其表示式如下： 有時(shí)地下水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)介于層流與紊流之間，稱(chēng)為有時(shí)地下水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)介于層流與紊流之間，稱(chēng)為混合流運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，則可用下式表示之：混合流運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，則可用下式表示之：式中，式中，m m值的變化范圍為值的變化范圍為1212，當(dāng)，當(dāng)m=lm=l時(shí)，即為時(shí)，即為達(dá)西定律，當(dāng)達(dá)西定律，當(dāng)m=2m=2時(shí)，即為非直線滲透定律。時(shí)，即為非直線滲透定律。 四、四、 地下水的類(lèi)型地下水的類(lèi)型根據(jù)埋藏條件，地下水根據(jù)埋藏條件，地下水可分為：上層滯水、潛

48、水、承壓水可分為：上層滯水、潛水、承壓水（一）上層滯水（一）上層滯水 (perched water) (perched water)上層滯水是上層滯水是存在于包氣帶中局部隔水層上的重力水存在于包氣帶中局部隔水層上的重力水（下圖）。它是大氣降水或地表水在下滲途中，遇（下圖）。它是大氣降水或地表水在下滲途中，遇到局部不透水層的阻擋后，在其上聚積而成的地下到局部不透水層的阻擋后，在其上聚積而成的地下水。水。 由于上層滯水是包氣帶內(nèi)的局部飽水帶，其埋藏條件決定由于上層滯水是包氣帶內(nèi)的局部飽水帶，其埋藏條件決定了上層滯水具有如下特征：了上層滯水具有如下特征：分布范圍不廣，水量?。谎a(bǔ)給區(qū)與分布范圍不廣，水

49、量小；補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)一致；補(bǔ)給源為大氣降水或地表水；以蒸發(fā)、下滲或向分布區(qū)一致；補(bǔ)給源為大氣降水或地表水；以蒸發(fā)、下滲或向隔水層邊緣流散的方式進(jìn)行排泄；動(dòng)態(tài)變化不穩(wěn)定，具有季節(jié)隔水層邊緣流散的方式進(jìn)行排泄；動(dòng)態(tài)變化不穩(wěn)定，具有季節(jié)性，只能作暫時(shí)性和小型供水水源；易受污染，故作飲用水時(shí)性，只能作暫時(shí)性和小型供水水源；易受污染，故作飲用水時(shí)應(yīng)注意防止污染。應(yīng)注意防止污染。 上層滯水的動(dòng)態(tài)變化主要決定于氣候，同時(shí)也與隔水層的分上層滯水的動(dòng)態(tài)變化主要決定于氣候，同時(shí)也與隔水層的分布范圍、厚度、透水性及埋藏深度等有關(guān)。在降水量較大，降布范圍、厚度、透水性及埋藏深度等有關(guān)。在降水量較大，降水季節(jié)較長(zhǎng)，蒸發(fā)

50、量較小，其下滲水量較大，則上層滯水存在水季節(jié)較長(zhǎng)，蒸發(fā)量較小，其下滲水量較大，則上層滯水存在的時(shí)間也較長(zhǎng)。反之，降水量小、降水季節(jié)較短、蒸發(fā)量較大，的時(shí)間也較長(zhǎng)。反之，降水量小、降水季節(jié)較短、蒸發(fā)量較大，則上層滯水存在的時(shí)間就較短。當(dāng)隔水層分布范圍不大、厚度則上層滯水存在的時(shí)間就較短。當(dāng)隔水層分布范圍不大、厚度小、隔水性不強(qiáng)和埋藏較淺時(shí)，則上層滯水因不斷向四周流散、小、隔水性不強(qiáng)和埋藏較淺時(shí)，則上層滯水因不斷向四周流散、下滲以及蒸發(fā)的結(jié)果，其存在的時(shí)間則較短；當(dāng)隔水層的分布下滲以及蒸發(fā)的結(jié)果，其存在的時(shí)間則較短；當(dāng)隔水層的分布范圍和厚度較大，埋藏較深，隔水性良好的條件下，則上層滯范圍和厚度較大

51、，埋藏較深，隔水性良好的條件下，則上層滯水存在的時(shí)間較長(zhǎng)。水存在的時(shí)間較長(zhǎng)。 （二）潛水（二）潛水（phreatic waterphreatic water） 埋藏在地表以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上，具有自由表面的埋藏在地表以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上，具有自由表面的重力水稱(chēng)為潛水。重力水稱(chēng)為潛水。潛水的自由表面稱(chēng)為潛水面。潛水面的絕對(duì)潛水的自由表面稱(chēng)為潛水面。潛水面的絕對(duì)標(biāo)高稱(chēng)為潛水位。潛水面至地面的距離稱(chēng)為潛水埋藏深度。由標(biāo)高稱(chēng)為潛水位。潛水面至地面的距離稱(chēng)為潛水埋藏深度。由潛水面向下至隔水層頂面間充滿(mǎn)重力水的部分，稱(chēng)為含水層。潛水面向下至隔水層頂面間充滿(mǎn)重力水的部分，稱(chēng)為含水層。自潛水面向下到隔

52、水層頂面的距離，稱(chēng)為含水層的厚度。自潛水面向下到隔水層頂面的距離，稱(chēng)為含水層的厚度。 我們?nèi)粘Ｓ玫木话愣际菨撍?，井水面就是該點(diǎn)的潛水我們?nèi)粘Ｓ玫木话愣际菨撍婢褪窃擖c(diǎn)的潛水面。面。 潛水的埋藏條件，決定了潛水具有以下特征：潛水面不承潛水的埋藏條件，決定了潛水具有以下特征：潛水面不承受靜水壓力；分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)一致；動(dòng)態(tài)變化較不穩(wěn)定，有明受靜水壓力；分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)一致；動(dòng)態(tài)變化較不穩(wěn)定，有明顯的季節(jié)變化；潛水的補(bǔ)給條件較好，水量豐富；潛水的水質(zhì)顯的季節(jié)變化；潛水的補(bǔ)給條件較好，水量豐富；潛水的水質(zhì)隨氣候有季節(jié)變化，且易受污染。隨氣候有季節(jié)變化，且易受污染。 潛水面形狀可用潛水剖面圖和

53、潛水等水位線圖表示。潛水面形狀可用潛水剖面圖和潛水等水位線圖表示。 潛水剖面圖（圖潛水剖面圖（圖5.225.22）是在地質(zhì)剖面圖上，將已知）是在地質(zhì)剖面圖上，將已知各點(diǎn)的潛水位連接起來(lái)而成，它可以反映出潛水面形各點(diǎn)的潛水位連接起來(lái)而成，它可以反映出潛水面形狀與地形、隔水底板及含水層巖性的關(guān)系等。狀與地形、隔水底板及含水層巖性的關(guān)系等。 潛水面的形狀通常是具有一定傾斜的曲面?？偟臐撍娴男螤钔ǔＪ蔷哂幸欢▋A斜的曲面。總的說(shuō)來(lái)，說(shuō)來(lái)，潛水面的形狀與地形大體一致，但比地形起伏潛水面的形狀與地形大體一致，但比地形起伏要平緩得多。巖土的透水性增強(qiáng)，潛水面坡度趨于平要平緩得多。巖土的透水性增強(qiáng)，潛水面坡度

54、趨于平緩；反之，變陡。緩；反之，變陡。隔水底板凹陷使含水層厚度增大的隔水底板凹陷使含水層厚度增大的地段，潛水面的坡度趨于平緩；反之變陡。在隔水層地段，潛水面的坡度趨于平緩；反之變陡。在隔水層凹盆中，潛水不外溢時(shí)，則潛水面呈水平狀態(tài)，稱(chēng)為凹盆中，潛水不外溢時(shí)，則潛水面呈水平狀態(tài)，稱(chēng)為潛水湖。潛水湖。 潛水等水位線圖就是潛水面各點(diǎn)水位高程的等值潛水等水位線圖就是潛水面各點(diǎn)水位高程的等值線圖（圖線圖（圖5.235.23）。一般繪制在地形圖上，它的繪制以）。一般繪制在地形圖上，它的繪制以潛水面上各點(diǎn)的水位標(biāo)高為依據(jù)，然后分別將其中水潛水面上各點(diǎn)的水位標(biāo)高為依據(jù)，然后分別將其中水位標(biāo)高相同的各點(diǎn)相連而成

55、。由于水位隨時(shí)間不同而位標(biāo)高相同的各點(diǎn)相連而成。由于水位隨時(shí)間不同而變，故應(yīng)選用同一日期的資料，并應(yīng)在圖上注明測(cè)定變，故應(yīng)選用同一日期的資料，并應(yīng)在圖上注明測(cè)定該水位的日期。在同一地區(qū)，如有不同時(shí)期的潛水等該水位的日期。在同一地區(qū)，如有不同時(shí)期的潛水等水位線圖，通過(guò)互相對(duì)比，便可以從中了解潛水面的水位線圖，通過(guò)互相對(duì)比，便可以從中了解潛水面的變化情況。變化情況。 根據(jù)潛水等水位線圖，可解決下列問(wèn)題：根據(jù)潛水等水位線圖，可解決下列問(wèn)題： 確定潛水的流向：潛水是沿著潛水面坡度最大的方確定潛水的流向：潛水是沿著潛水面坡度最大的方向流動(dòng)的。因此，垂直于潛水等水位線從高水位指向向流動(dòng)的。因此，垂直于潛水

56、等水位線從高水位指向低水位的方向，就是潛水的流向。低水位的方向，就是潛水的流向。根據(jù)潛水等水位線圖，可解決下列問(wèn)題：根據(jù)潛水等水位線圖，可解決下列問(wèn)題：（1 1）確定潛水的流向：潛水是沿著潛水面坡度確定潛水的流向：潛水是沿著潛水面坡度最大的方向流動(dòng)的。因此，垂直于潛水等水位線最大的方向流動(dòng)的。因此，垂直于潛水等水位線從高水位指向低水位的方向，就是潛水的流向。從高水位指向低水位的方向，就是潛水的流向。（2 2）確定潛水的水力坡度：確定了潛水流向之確定潛水的水力坡度：確定了潛水流向之后，在流向方向上，任取兩點(diǎn)的水位高差，除以后，在流向方向上，任取兩點(diǎn)的水位高差，除以該兩點(diǎn)間的實(shí)際距離，即得潛水的水

57、力坡度。該兩點(diǎn)間的實(shí)際距離，即得潛水的水力坡度。（3 3）確定潛水埋藏深度：將地形等高線和潛水確定潛水埋藏深度：將地形等高線和潛水等水位線繪于同一張圖上時(shí)，則等水位線與地形等水位線繪于同一張圖上時(shí)，則等水位線與地形等高線相交之點(diǎn)，二者高程之差，即為該點(diǎn)的潛等高線相交之點(diǎn)，二者高程之差，即為該點(diǎn)的潛水埋藏深度；若不在相交點(diǎn)的，可采用內(nèi)插法求水埋藏深度；若不在相交點(diǎn)的，可采用內(nèi)插法求得。得。（4 4）確定潛水與地表水的相互關(guān)系：在鄰近地表水（河流）確定潛水與地表水的相互關(guān)系：在鄰近地表水（河流）的地段編制潛水等水位線圖，并測(cè)定地表水的水位標(biāo)高，便的地段編制潛水等水位線圖，并測(cè)定地表水的水位標(biāo)高，便

58、可以確定潛水與地表水的相互補(bǔ)給關(guān)系。可以確定潛水與地表水的相互補(bǔ)給關(guān)系。（5 5）確定引水工程：為了最大限度的使?jié)撍魅怂团糯_定引水工程：為了最大限度的使?jié)撍魅怂团潘疁?，則當(dāng)?shù)人痪€凹凸不平、稀密不均時(shí)，取水井應(yīng)布置水溝，則當(dāng)?shù)人痪€凹凸不平、稀密不均時(shí)，取水井應(yīng)布置在地下水匯流處。如下圖所示。當(dāng)?shù)人痪€由密變稀時(shí)，并在地下水匯流處。如下圖所示。當(dāng)?shù)人痪€由密變稀時(shí)，并應(yīng)布置在由密變稀的交界處，并與等水位線平行。截水溝應(yīng)應(yīng)布置在由密變稀的交界處，并與等水位線平行。截水溝應(yīng)與等水位線平行布置。與等水位線平行布置。（三）承壓水三）承壓水 （confined waterconfined w

59、ater） 承壓水是充滿(mǎn)于兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間含水層中具有壓力的地承壓水是充滿(mǎn)于兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間含水層中具有壓力的地下水下水。而在兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的含水層沒(méi)有被水完全充滿(mǎn)，具。而在兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的含水層沒(méi)有被水完全充滿(mǎn)，具有自由水面的地下水，稱(chēng)無(wú)壓層間水。若承壓水在地形條件適宜有自由水面的地下水，稱(chēng)無(wú)壓層間水。若承壓水在地形條件適宜時(shí)，其天然露頭或經(jīng)鉆孔，揭露了含水層時(shí)，產(chǎn)生自流現(xiàn)象的地時(shí)，其天然露頭或經(jīng)鉆孔，揭露了含水層時(shí)，產(chǎn)生自流現(xiàn)象的地下水，下水，稱(chēng)為自流水稱(chēng)為自流水。上下隔水層分別稱(chēng)為隔水層頂板和底板。兩。上下隔水層分別稱(chēng)為隔水層頂板和底板。兩用水層間的垂直徑距離為承壓水含水層厚

60、度。當(dāng)鉆孔打穿隔水層用水層間的垂直徑距離為承壓水含水層厚度。當(dāng)鉆孔打穿隔水層頂板時(shí)，在靜水壓力的作用下，水位上升到一定高度不再上升時(shí)，頂板時(shí)，在靜水壓力的作用下，水位上升到一定高度不再上升時(shí)，這個(gè)最終的穩(wěn)定水位，叫這個(gè)最終的穩(wěn)定水位，叫該點(diǎn)的承壓水位該點(diǎn)的承壓水位。自隔水層頂板底面到。自隔水層頂板底面到承壓水位之間的鉛垂距離稱(chēng)為承壓水頭，也稱(chēng)壓力水頭。承壓水承壓水位之間的鉛垂距離稱(chēng)為承壓水頭，也稱(chēng)壓力水頭。承壓水含水層在盆地邊緣出露于地表的位置較高，可直接受大氣降水或含水層在盆地邊緣出露于地表的位置較高，可直接受大氣降水或地表水補(bǔ)給的范圍稱(chēng)為地表水補(bǔ)給的范圍稱(chēng)為補(bǔ)給區(qū)補(bǔ)給區(qū)。承壓水含水層在承壓