第3章地下水的賦存

1、Fundamentals of Hydrogeoloy水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)第三章第三章 地下水的賦存地下水的賦存The Occurrence of G.W本章內(nèi)容本章內(nèi)容 3.1 包氣帶與飽水帶包氣帶與飽水帶 3.2 含水層含水層 隔水層隔水層 弱透水層弱透水層 含水系統(tǒng)含水系統(tǒng) 3.3 地下水分類地下水分類 3.4 潛水與潛水含水層潛水與潛水含水層 3.5 承壓水與承壓含水層承壓水與承壓含水層3.1 包氣帶與飽水帶包氣帶與飽水帶一、包氣帶與飽水帶的劃分一、包氣帶與飽水帶的劃分地下水面（水位）地下水面（水位）：地下一定深度巖石中的空隙被重力水所充滿，地下一定深度巖石中的空隙被重力水所充

2、滿，形成一個自由水面，以海拔高度表示稱之地下水位形成一個自由水面，以海拔高度表示稱之地下水位。（一般通過打井，地下開挖來確定）（一般通過打井，地下開挖來確定）包氣帶與飽水帶包氣帶與飽水帶包包氣氣帶帶與與飽飽水水帶帶地下水位地下水位3.1.2 包氣帶包氣帶包氣帶包氣帶（zone of aeration or zone of unsaturation）vv特點：特點： 巖石空隙未被水充滿巖石空隙未被水充滿；是固、液、氣三相介質(zhì)并存介質(zhì)是固、液、氣三相介質(zhì)并存介質(zhì)。vv水的存在形式（多樣）水的存在形式（多樣）結(jié)合水、毛細水（各種）、重力水、氣態(tài)水結(jié)合水、毛細水（各種）、重力水、氣態(tài)水vv包氣帶水的垂

3、直分帶包氣帶水的垂直分帶土壤水帶土壤水帶；中間帶（過渡帶）中間帶（過渡帶）；支持毛細水帶，毛細飽和水帶支持毛細水帶，毛細飽和水帶。包氣帶是飽水帶中地下水參與水文循環(huán)的一個重要包氣帶是飽水帶中地下水參與水文循環(huán)的一個重要通道通道；“重力水重力水”通過包氣帶獲得降水、地表水的入滲通過包氣帶獲得降水、地表水的入滲補給補給（補充），（補充），部分水部分水又通過包氣帶將水分傳輸，又通過包氣帶將水分傳輸，蒸發(fā)蒸發(fā)，消耗出去。，消耗出去。重力水重力水結(jié)合水結(jié)合水重力水：連續(xù)分布（孔隙是連通）重力水：連續(xù)分布（孔隙是連通）傳遞壓力傳遞壓力在水在水頭差作用下，地下水（空隙中的水）可以連續(xù)運動。頭差作用下，地下水

4、（空隙中的水）可以連續(xù)運動。地下開挖，坑道，巷道，基坑，打井在此帶均有重地下開挖，坑道，巷道，基坑，打井在此帶均有重力水涌出來！力水涌出來！3.1.3 飽水帶飽水帶飽水帶飽水帶（saturation zone）v巖石空隙被水完全充滿巖石空隙被水完全充滿 是二相介質(zhì)（固相是二相介質(zhì)（固相+液相水）液相水）v空隙中水的存在形式：空隙中水的存在形式：3.2 含水層含水層 隔水層隔水層 弱透水層弱透水層 含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)一、一、基本概念基本概念飽水巖層中，根據(jù)巖層給水與透水能力而進行的劃分飽水巖層中，根據(jù)巖層給水與透水能力而進行的劃分。v 含水層含水層（Aquifer）：）：是能夠是能夠透過透過并并給

5、出給出相當數(shù)量水的巖層相當數(shù)量水的巖層各類砂土，砂巖等各類砂土，砂巖等。v 隔水層（隔水層（Aquifuge)：不能透過與給出水或透過與給出的水量微不足道的巖層不能透過與給出水或透過與給出的水量微不足道的巖層裂隙不發(fā)育的基巖、頁巖、板巖、粘土（致密）裂隙不發(fā)育的基巖、頁巖、板巖、粘土（致密）。v 弱透水層（弱透水層（Aquitard）：）：滲透性很差，給出的水量微不足道，但在較大水力梯度滲透性很差，給出的水量微不足道，但在較大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的巖層作用下，具有一定的透水能力的巖層各種粘土，泥各種粘土，泥質(zhì)質(zhì)粉砂巖。粉砂巖。3.2.2 概念的相對性概念的相對性 定義中的模糊概念

6、定義中的模糊概念“相當水量，微不足道，較大水力梯相當水量，微不足道，較大水力梯度度”等嚴格的等嚴格的“是與非是與非”的邏輯思維，在很多情況下是相對的和的邏輯思維，在很多情況下是相對的和模糊的概念相對性的意義：模糊的概念相對性的意義：v 從實際應(yīng)用角度來看從實際應(yīng)用角度來看劃分的相對的性劃分的相對的性相當水量相當水量 滿足需要就可以了。如在某處一口井出水量滿足需要就可以了。如在某處一口井出水量80m3/d，作為，作為1萬人萬人的供水，非含水層；作為飲料廠、裝瓶生產(chǎn)則為含水層。又如一個的供水，非含水層；作為飲料廠、裝瓶生產(chǎn)則為含水層。又如一個小泉水流量小泉水流量0.11/s8.6m3/d，大廠，大

7、廠非，村用非，村用是。是。v 從理論意義來看從理論意義來看微不足道微不足道 微不足道，有時空尺度的制約。微不足道，有時空尺度的制約。如華北平原早期地下水開采就是典型的例子，深層水與淺層水如華北平原早期地下水開采就是典型的例子，深層水與淺層水的開采有一粘土隔水層；后開采深層，水量大，水位降低快，淺層的開采有一粘土隔水層；后開采深層，水量大，水位降低快，淺層水向深層水向深層“越流越流”-粘土層成為粘土層成為“透水層透水層”?，F(xiàn)在進行水文地質(zhì)計算、模擬時，不再簡單二分了，而是用?，F(xiàn)在進行水文地質(zhì)計算、模擬時，不再簡單二分了，而是用模糊學(xué)的研究方法，給個隸屬度糊學(xué)的研究方法，給個隸屬度1，0之間，可以

8、為之間，可以為 0.8,0.7,0.3,表示表示“透水性透水性”？滲透性等滲透性等級級標準標準巖體特征巖體特征土類土類滲透系數(shù)滲透系數(shù)k k（m/s）單位涌水量單位涌水量q qL/s.m極微透水極微透水K K1010-8-8q q0.010.01完整巖石，含等價開度完整巖石，含等價開度0.025mm0.025mm裂隙的巖裂隙的巖體體粘土粘土微透水微透水1010- -8 8KK1010-7-70.010.01q q0.0.0505含等價開度含等價開度0.0250.0250.05mm0.05mm裂隙的巖體裂隙的巖體粘土粉土粘土粉土弱透水弱透水1010- -7 7KK1010-6-60.050.05

9、q q0.0.1 1含等價開度含等價開度0.050.050.01mm0.01mm裂隙的巖體裂隙的巖體粉土細粒土質(zhì)砂粉土細粒土質(zhì)砂中等透水中等透水1010- -6 6KK1010-4-40.10.1q q0.50.5含等價開度含等價開度0.010.010.5mm0.5mm裂隙的巖體裂隙的巖體砂砂砂礫砂礫強透水強透水1010- -4 4KK1010-2-20.5q55含連通孔洞或等價開度含連通孔洞或等價開度2.5mm2.5mm裂隙的巖體裂隙的巖體粒徑均勻的巨礫粒徑均勻的巨礫AB概念的思考？概念的思考？1.這組地層是含水層還是隔水層？這組地層是含水層還是隔水層？ 2.煤層開采，巷道（礦坑）會否有水？

10、煤層開采，巷道（礦坑）會否有水？ 3.如果需要修水庫，建壩后庫水是否滲漏？如果需要修水庫，建壩后庫水是否滲漏？ 4.如供水的需要如供水的需要如何布置勘探？如何布置勘探？大壩大壩3.2.3 含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)Groundwater aquifer system地下水含水系統(tǒng)：地下水含水系統(tǒng)：v 是指由隔水或相對隔水巖層圈閉的，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系是指由隔水或相對隔水巖層圈閉的，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水巖系的含水巖系。v 含水系統(tǒng)：包含多個含水層和弱透水層，或局部隔水層含水系統(tǒng)：包含多個含水層和弱透水層，或局部隔水層。v 含水系統(tǒng)：可以進行子系統(tǒng)劃分含水系統(tǒng)：可以進行子系統(tǒng)劃分。v 含水系

11、統(tǒng)的定義是從大的空間尺度研究含水層、隔水層、含水系統(tǒng)的定義是從大的空間尺度研究含水層、隔水層、與弱透水層的組合關(guān)系，是從地質(zhì)成因角度對巖層的水與弱透水層的組合關(guān)系，是從地質(zhì)成因角度對巖層的水文地質(zhì)特征進行劃分的分析方法文地質(zhì)特征進行劃分的分析方法( (或給出的概念或給出的概念) )。含水系統(tǒng)的劃分含水系統(tǒng)的劃分含水系統(tǒng)層次劃分含水系統(tǒng)層次劃分系統(tǒng)與子系統(tǒng)系統(tǒng)與子系統(tǒng)AB沖洪積平原地下水含水系統(tǒng)沖洪積平原地下水含水系統(tǒng)丘陵丘陵傾斜平原區(qū)傾斜平原區(qū)低平原低平原3.3 地下水分類地下水分類v 廣義地下水廣義地下水：地表以下巖石空隙中的水地表以下巖石空隙中的水(包氣帶、飽水帶中的水包氣帶、飽水帶中的水

12、)subsurface-water,under groundwater, groundwaterv 狹義地下水狹義地下水：地表以下飽水帶巖層空隙中的水地表以下飽水帶巖層空隙中的水重力水重力水v 地下水分類地下水分類：主要依據(jù)主要依據(jù)含水介質(zhì)的類型（賦存空間）含水介質(zhì)的類型（賦存空間）埋藏條件（賦存部位）埋藏條件（賦存部位）v表表3-1含水介質(zhì)三類，埋藏三分，組合共分為含水介質(zhì)三類，埋藏三分，組合共分為9類類巖溶水巖溶水上層滯水上層滯水巖溶潛水巖溶潛水巖溶承巖溶承壓水壓水上層滯水上層滯水裂隙潛水裂隙潛水裂隙承壓水裂隙承壓水上層滯水上層滯水孔隙潛水孔隙潛水孔隙承壓水孔隙承壓水包氣帶包氣帶 潛潛 水

13、水承壓水承壓水裂隙水裂隙水孔隙水孔隙水潛水潛水(b)、承壓水、承壓水(c)、上層滯水、上層滯水(a)abc3.4 潛水與潛水含水層潛水與潛水含水層3.4.1 潛水與潛水含水層概念潛水與潛水含水層概念v 潛水潛水：地表以下，第一個具有地表以下，第一個具有自由表面自由表面的的穩(wěn)定穩(wěn)定含水層中的水含水層中的水自由表面自由表面即設(shè)有隔水層限制，與大氣直接相通，除大即設(shè)有隔水層限制，與大氣直接相通，除大氣壓強外不受其它力。氣壓強外不受其它力。穩(wěn)定穩(wěn)定具有一定的空間連續(xù)性（范圍）以示區(qū)分上層滯具有一定的空間連續(xù)性（范圍）以示區(qū)分上層滯水水。v 潛水含水層潛水含水層：賦存潛水的巖層賦存潛水的巖層屋建筑時的基

14、坑排水，大堤堤角處的散浸滲漏（潛水）屋建筑時的基坑排水，大堤堤角處的散浸滲漏（潛水）。二、二、基本要素（專業(yè)術(shù)語）基本要素（專業(yè)術(shù)語）vv 潛水面潛水面 (water table)vv 潛水位潛水位 (water level )vv 潛水含水層潛水含水層-vv 含水層厚度含水層厚度-vv 潛水埋深潛水埋深-3.4 潛水與潛水含水層潛水與潛水含水層潛水要素圖潛水要素圖456378DM潛水與潛水含水層圖潛水與潛水含水層圖 1 21-潛水含水層潛水含水層 2-隔水層隔水層 3、4 潛水面潛水面 潛水位潛水位 M-含水層厚度含水層厚度D-潛水潛水埋深埋深 5-大氣降水入滲大氣降水入滲 6-蒸發(fā)蒸發(fā) 7

15、-流向流向 8-泉泉 3.4 潛水與潛水含水層潛水與潛水含水層三、三、主要特征主要特征學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)P3031,總結(jié)總結(jié) v補給補給( (來源來源) )：降水入滲，河湖入滲降水入滲，河湖入滲 vv排泄排泄( (匯匯) )：泉，（河）泄流，蒸發(fā)泉，（河）泄流，蒸發(fā)補給或排泄通過含水層厚度變化而儲水與釋水！補給或排泄通過含水層厚度變化而儲水與釋水！ v v動態(tài)：動態(tài)：受氣象，水文因素影響明顯，變化快受氣象，水文因素影響明顯，變化快（水量、水位季節(jié)性變化）（水量、水位季節(jié)性變化）受人為因素影響也顯著，易污染受人為因素影響也顯著，易污染vv 水循環(huán)交替迅速：水循環(huán)周期短水循環(huán)交替迅速：水循環(huán)周期短，更新恢復(fù)

16、快，更新恢復(fù)快vv潛水研究基本方法潛水研究基本方法繪制潛水等水位線圖繪制潛水等水位線圖獲取信息獲取信息-資料的手段資料的手段調(diào)查、調(diào)查、勘探，分勘探，分析析實習(xí)一實習(xí)一：編制潛水等水位線圖：編制潛水等水位線圖Company L某地潛水等水位線圖（平面）某地潛水等水位線圖（平面）河流河流3.5 承壓水與承壓含水層承壓水與承壓含水層 Confined aquifer一、一、承壓水定義承壓水定義充滿于2個隔水層（或弱透水層）之間的含水層中的水，稱之。（圖 P31，圖3-6）二、二、基本要素與特征基本要素與特征 承壓含水層；承壓含水層； 隔水頂板；隔水頂板； 隔水底板；隔水底板； 承壓水要素承壓水要素

17、 承壓含水層厚度（承壓含水層厚度（H）；）； 埋深（埋深（D） 測壓水位線（面）：測壓水位線的連線（面）測壓水位線（面）：測壓水位線的連線（面）此線此線是虛擬的（如圖有壓管）是虛擬的（如圖有壓管） 承壓高度；承壓高度； 補給區(qū)；補給區(qū)； 承壓區(qū)；承壓區(qū)； 排泄區(qū)排泄區(qū) 自溢區(qū)自溢區(qū)測壓水位線與地形等高線的交點連接區(qū)測壓水位線與地形等高線的交點連接區(qū) 含水層的等測壓水位線圖（加地形等高線）含水層的等測壓水位線圖（加地形等高線） 繪制一張承壓繪制一張承壓基巖自流盆地中的承壓水基巖自流盆地中的承壓水承壓含水層承壓含水層隔水頂板隔水頂板隔水底板隔水底板承壓含水層承壓含水層厚度（厚度（M）埋深（埋深（D

18、）測壓水位線測壓水位線（面）：（面）：承壓高度承壓高度-H補給區(qū)補給區(qū)承壓區(qū)承壓區(qū)排泄區(qū)排泄區(qū)自溢區(qū)自溢區(qū)3.5 承壓水與承壓含水層承壓水與承壓含水層v 特征特征：補給與排泄補給與排泄有限區(qū)域與外界聯(lián)系，水循環(huán)遲緩些，水交替慢，平有限區(qū)域與外界聯(lián)系，水循環(huán)遲緩些，水交替慢，平均滯留時間長（年齡老或長）均滯留時間長（年齡老或長）恢復(fù)性差恢復(fù)性差。水化學(xué)水化學(xué)變化較大，礦化度一般要高點，可以保留變化較大，礦化度一般要高點，可以保留“古老古老”的水的水。動態(tài)動態(tài)要穩(wěn)定些，如果分布面積大，厚度穩(wěn)定要穩(wěn)定些，如果分布面積大，厚度穩(wěn)定則調(diào)節(jié)能力很則調(diào)節(jié)能力很強強。v 問題問題：承壓含水層的變化：在儲水與釋

19、水時，含水層承壓含水層的變化：在儲水與釋水時，含水層厚度是不變的，承壓含水層的儲水與釋水是如何進行的？厚度是不變的，承壓含水層的儲水與釋水是如何進行的？v 彈性給水度彈性給水度 e承壓含水層中當測壓水位下降承壓含水層中當測壓水位下降( (或上升或上升)1)1個單位，單位個單位，單位水平面積含水層較體所釋放水平面積含水層較體所釋放( (或儲存或儲存) )的水量的水量。v測壓水位降低導(dǎo)致測壓水位降低導(dǎo)致1)含水層孔隙中水的壓力降低含水層孔隙中水的壓力降低水體積膨脹釋水，水的膨水體積膨脹釋水，水的膨脹系數(shù)約為脹系數(shù)約為 1/20000 1/200002)孔隙水壓力降低，巖層顆粒間承受壓力增加孔隙水壓力降低，巖層顆粒間承受壓力增加骨架被壓縮骨架被壓縮 顆粒不變顆粒不變骨架壓縮骨架壓縮 = 空隙體積減?。ㄅ帕懈淖儯┛障扼w積減小（排列改變） 發(fā)生釋水（擠出來）水發(fā)生釋水（擠出來）水v 這兩部水很有限，所以這兩部水很有限，所以 e很小很小 ；與重力給水度與重力給水度 d相比要小相比要小10-1 10-33.5.3 承壓含水層的儲水與釋水承壓含水層的儲水與釋水承壓含水層的儲水與釋水承壓含水層的儲水與釋水承壓含水層的彈性給水度承壓含水層的彈性給水度v從理論上來看：從理論上來看：彈性給水度是可以恢復(fù)的彈性給水度是可以恢復(fù)的實際上彈性是有限恢復(fù)的實際上彈性是有限恢復(fù)的越過含水層彈性