水文地質(zhì)學(xué)課件

第二章地下水的賦存地下水的來源包氣帶和飽水帶含水層與隔水層地下水分類潛水和承壓水(層間水)的根本特點(diǎn)巖石中的空隙和水分1第一節(jié)地下水的來源和賦存形式一、地下水的來源—滲入水—沉積水—再生水—初生水—有機(jī)成因水2二、巖石中的孔隙和水分巖石中的孔隙可分為三類：

孔隙、裂隙和溶孔1、巖石中的孔隙32、有關(guān)空隙的幾個(gè)根本概念 孔隙：組成松散巖石的顆?；蝾w粒集合體之間的空隙；裂隙：應(yīng)力作用下堅(jiān)硬巖石破裂變形產(chǎn)生的。可分為成巖裂隙、構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙； 溶孔〔洞〕：可溶的沉積巖在地下水溶蝕下產(chǎn)生的空洞； 孔隙度φ：某一體積V巖石中孔隙體積Vn所占的比例 φ=Vn/V 裂隙率Kr：裂隙體積Vr與包括裂隙在內(nèi)的巖石體積V的比值 Kr=Vr/V 溶巖率K：溶穴的體積Vk與巖石總體積V的比值 K=Vk/V43、影響孔隙度大小的因素〔1〕顆粒的排列方式 立方體排列，緊密，孔隙度大； 四面體排列，松散，孔隙度小?！?〕顆粒分選程度 分選好，孔隙度大；分選差，顆粒大小懸殊，細(xì)小顆粒充填于粗大顆粒之間，孔隙度降低?！?〕顆粒形狀 顆粒形狀不規(guī)那么→→排列松散→→孔隙度大〔4〕粘性土的結(jié)構(gòu)和次生孔隙 帶電粘?！酆稀Y(jié)構(gòu)孔隙→→孔隙度增大 次生孔隙〔蟲洞、根孔、干裂縫〕發(fā)育→→孔隙度增大54、空隙的特點(diǎn)

特點(diǎn)孔隙連通良好，分布均勻，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少都很接近，賦存于其中的地下水分布與流動比較均勻。裂隙主要為線狀縫隙，寬窄不等，長度有限，往往具有一定方向性。連通性較孔隙為差。賦存于其中的地下水相互聯(lián)系較差分布與流動往往是不均勻的。溶洞（孔）大小懸殊，分布較不均勻，賦存于其中的地下水分布與流動也極不均勻。6巖石中的各種空隙孔隙、裂隙和溶穴7三、巖石中水的存在形式

地殼巖石中的水巖石“骨架”中的水沸石水結(jié)晶水結(jié)構(gòu)水

巖石空隙中的水結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水液態(tài)水重力水毛細(xì)水固態(tài)水

氣態(tài)水

8②固態(tài)水：指巖石中溫度在0℃以下的重力水。即以冰的形態(tài)出現(xiàn)的重力水，常分布在季節(jié)性和永久性冰結(jié)地區(qū)。

①氣態(tài)水：以水蒸氣的形成儲存在地下的水。

9③結(jié)合水：指受固相外表的引力大于水分子自身重力，束縛于固相外表，不能在自身重力影響下運(yùn)動的那局部水。強(qiáng)結(jié)合水：也稱吸附水或吸著水.以單獨(dú)的水分子狀態(tài)包圍在巖石顆粒外表的水。這種水靠水分子對巖石的吸附力而停留在巖石的顆粒上，其吸附力可達(dá)101325Mpa。只能在加熱時(shí)才能被排出。10a水分子排列緊密，不能流動；b密度大，2.0g/㎝3,在零下78℃時(shí)尚不能結(jié)冰；c沒有溶解能力，不能溶解鹽類;d不受重力作用,不傳遞導(dǎo)靜水壓力,不導(dǎo)電；

e很難用機(jī)械的方法把它與顆粒分開，只有當(dāng)空氣中的飽和差很大或105℃才能將他們分開f具有極大的粘滯性和彈性。強(qiáng)結(jié)合水特點(diǎn)：11弱結(jié)合水〔薄膜水〕是吸著水外圈以薄膜形式開展變厚的過程中形成的。它是由靜電引力或分子力支撐著的，厚度可達(dá)數(shù)百個(gè)水分子直徑。特點(diǎn)：a、水分子排列不如強(qiáng)結(jié)合水規(guī)那么和緊密，水分子離巖石顆粒外表越遠(yuǎn)，結(jié)合力越??；b、外層能被植物吸收利用；c、不受重力支配，不能導(dǎo)電、不能傳遞靜水壓力；d、密度和普通水差不多，但有極大的粘滯性e、有較低的溶解鹽能力12結(jié)合水與重力水③

重力水亦稱自由水在重力作用下能自由運(yùn)動的地下水稱為重力水。特點(diǎn)內(nèi)層重力水→層流運(yùn)動外層重力水→易轉(zhuǎn)為紊流運(yùn)動13④毛細(xì)水在巖石毛細(xì)孔隙中或孔道狹窄局部的水。巖石中的細(xì)小孔隙有如自然界的毛細(xì)管，水在其中能產(chǎn)生毛細(xì)運(yùn)動。因此在地下水面以上便形成了一個(gè)普遍的毛細(xì)上升帶。14支持毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水毛細(xì)水的類型Δ支持毛細(xì)水是在毛細(xì)力作用下，水從地下水面沿著小孔隙上升到一定高度，形成一個(gè)毛細(xì)水帶，此帶中的毛細(xì)水下部有地下水支持。Δ懸掛毛細(xì)水是細(xì)粒層次與粗粒層次交互成層時(shí)，在一定條件下，由于上下彎液面毛細(xì)力的作用，在細(xì)土層中保存下的與地下水面不相連接的毛細(xì)水。15Δ孔角毛細(xì)水是懸留于包氣帶中顆粒接觸點(diǎn)上的毛細(xì)水。毛細(xì)水特點(diǎn)：毛細(xì)水能夠傳遞靜水壓力，具有溶解能力，其性質(zhì)近似于普通水。在多孔介質(zhì)中毛細(xì)水的運(yùn)動不服從達(dá)西定律，而受毛細(xì)管力的控制。16⑤巖石骨架中的水。保存于礦物結(jié)晶格架中，已成為礦物組成局部的水.結(jié)晶水－當(dāng)?shù)V物中水的組成比例固定不變時(shí)稱結(jié)晶水。如石膏〔CaSO4?2H2O〕芒硝(Na2SO4?10H2O)

17結(jié)構(gòu)水－以O(shè)H或H的形成參與礦物組分，彼此結(jié)合緊密。只有當(dāng)?shù)V物結(jié)構(gòu)破壞后，并加熱到400℃至500℃時(shí)才能別離出來的，這種水稱為結(jié)構(gòu)水如水鋁石〔AlO?OH〕，白云母[K·H]2Al2Si2O3〕等礦物。沸石水－當(dāng)所含水比例可變且易脫出時(shí)稱沸石水如蛋白石〔SiO2?nH2O〕、方沸石〔NaAl2Si4O2?nH2O〕。18四、與水分的儲容和運(yùn)移有關(guān)的巖石性質(zhì)1．根本概念〔1〕容水度－指巖石完全飽水時(shí)所能容納的最大的水體積與巖石總體積比值。一般說來容水?dāng)?shù)值上與孔隙度相當(dāng)。孔隙體積的多少可用孔隙來表示。對于具有膨脹性的粘土，充水后體積擴(kuò)大，容水度可大于孔隙度19〔2〕重量含水量〔Wg〕指松散巖石孔隙中所含水的重量〔Gw〕與枯燥巖石重量〔Gs〕的比值。Wg=Gw/Gs×100%〔3〕體積含水量〔Wv〕指含水的體積〔Vw〕與包括孔隙在內(nèi)的巖石體積〔V〕的比值。Wv=Vw/V×100%20〔4〕持水度指飽水巖石在重力作用下釋水后，巖石中保持的水的體積與巖石體積之比。這局部滯流在巖石空隙中不能自由釋出的水包括結(jié)合水及孔角毛細(xì)水，有時(shí)也可能包括一局部懸掛毛細(xì)水。顆粒細(xì)小的粘土砂的持水度礫石和具有寬大裂隙或溶穴的巖石21〔5〕給水度指地下水位下降一個(gè)單位深度，單位水平面積巖石柱體在重力作用下釋放的水的體積。地下水面下降時(shí)，水位變動范圍原先飽水巖石及毛細(xì)水帶中的水，將因重力作用而下移，并局部釋出。例：地下水位下降2m，1m2水平面積巖石柱體，在重力作用下釋出的水為0.2m3〔換算為水柱高度為0.2m〕，那么給水度=0.2/2×100%=10%(0.1)。最大給水度等于巖石的容水度減去持水度222．影響巖石給水度的因素〔1〕空隙多少和大小粗粒松散巖石具寬大裂隙及溶穴的堅(jiān)硬巖石給水度接近容水度〔2〕均質(zhì)松散巖層中地下水位埋深及水位下降速率地下水位埋深<最大毛細(xì)保持高度→給水度小〔一局部重力水轉(zhuǎn)成毛細(xì)水〕

水位下降速率大→給水度小〔釋水滯后效應(yīng)〕233．影響巖層透水性的因素決定透水性好壞的主要因素是孔隙大小，孔隙直徑愈小，透水性愈差。當(dāng)孔隙直徑小于兩倍結(jié)合水層厚度時(shí)，在尋常條件下就不透水。只有在孔隙大小相等的前提下，孔隙度才對巖石的透水性起作用，孔隙度愈大，透水性愈好。24第二節(jié)地下水及其分類1.根本概念〔1〕廣義地下水：賦存于地面以下巖石空隙中的水；〔2〕狹義地下水：賦存于飽水帶巖石空隙中的水；〔3〕地下水埋藏條件：含水巖層在地質(zhì)剖面中所處的部位及受隔水層限制的情況。252.地下水分類地下水按埋藏條件可分:上層滯水潛水承壓水〔層間水〕按其儲存空隙的種類又可分:孔隙水裂隙水巖溶水。26向斜構(gòu)造或單斜斷塊被掩覆的各類巖溶化巖層中的水向斜構(gòu)造或單斜斷塊的被掩覆的各類裂隙巖層中的水山間盆地及平原松散沉積物深部的水承壓水裸露于地表的巖溶化巖層中的水裸露于地表的各類裂隙巖層中的水各類松散沉積物淺部的水潛水裸露巖溶化巖層上部巖溶通道中季節(jié)性存在的重力水裂隙淺部巖層季節(jié)性存在的毛細(xì)水及重力水土壤水局部粘性土隔水層上季節(jié)性存在的重力水（上層滯水）過路及懸留毛細(xì)水及重力水包氣水帶巖溶水裂隙水孔隙水類型27第三節(jié)包氣帶、飽水帶含水層與隔水層包氣帶：地下水面以上，分為土壤水帶、中間帶和毛細(xì)水帶飽水帶：地下水面以下一、包氣帶和飽水帶28二、含水層和隔水層

1、根據(jù)巖層透過和給出水的能力，飽水帶巖層可劃分為含水層和隔水層?！?〕隔水層―起著阻隔水透過作用的細(xì)小的巖層，稱為隔水層空隙細(xì)小的巖層〔如致密粘土、頁巖〕含的幾乎是結(jié)合水，結(jié)合水在尋常條件下是不能移動的，這類巖層實(shí)際上起著阻隔水透過的作用，所以是隔水層。29〔2〕含水層--在水頭差作用下能夠透過和給出水的巖層稱為含水層。空隙較大的巖層〔如砂礫巖，發(fā)育溶洞的可溶巖〕，主要含有自由水，在水頭差作用下能夠透過和給出水那么構(gòu)成了含水層。2、含水層與隔水層劃分還要就實(shí)際需要來定〔需求大小〕。3、相對性

30劃分依據(jù)含水層類型特征空隙類型孔隙含水層空隙介質(zhì)中裂隙含水層裂隙介質(zhì)中巖溶含水層溶隙介質(zhì)中埋藏條件潛水含水層含水層上無隔水層，承壓含水層含水層上有隔水層，滲透性能空間變化均質(zhì)含水層滲透系均質(zhì)各向同性非均質(zhì)含水層滲透系非均質(zhì)各向異性4含水層的類型311、上層滯水--當(dāng)包氣帶中存在局部隔水層時(shí)，在局部隔水層上積聚具有自由水面的自由水，這便是上層滯水。

三、上層滯水和潛水322、潛水潛水：飽水帶中第一個(gè)具有自由外表的含水層中的水稱為潛水。潛水沒有隔水頂板，或只有局部的隔水頂板。333、潛水面：潛水的水面為自由水面，稱為潛水面?！?〕從潛水面到隔水底板的距離為潛水含水層厚度〔H〕?！?〕潛水面到地面的距離為潛水埋深〔T〕。34〔3〕潛水流動方向：潛水通常在重力作用下由水頭高的地方向水頭低的地方徑流。泉水流和泉水湖35有兩種：徑流排泄—徑流到適當(dāng)?shù)匦翁?，以泉、滲流等形式泄出地表或匯入地表水，這是蒸發(fā)排泄—通過包氣帶進(jìn)入大氣。砂含水砂粘土泉〔4〕潛水的排泄方式36潛水直接通過包氣帶與大氣圈及地表水圈發(fā)生聯(lián)系。所以氣象、水文因素的變動對它影響較明顯。豐水季節(jié)〔年份〕：補(bǔ)給量>排泄量，那么潛水面上升，含水層厚度上升，埋藏深度變淺。干旱季節(jié)：排泄量>補(bǔ)給量，潛水面下降，含水層厚度變薄，埋藏深度加大。因此潛水的動態(tài)有明顯的季節(jié)性變化?！?〕潛水面的變化37〔6〕潛水面的形狀可以是水平、傾斜的或拋物線等，或者也可以是各種形狀的組合。最常見的潛水面形狀為傾斜的曲面。受重力影響，潛水由潛水面高處向低處滲流形成“潛水流〞〔或稱潛流〕，向地處的低凹地區(qū)〔如河谷、沖溝〕等排泄。38〔7〕潛水面的表示方法a剖面圖：按一定比例，在有代表性的剖面線上繪制的水文地質(zhì)剖面圖，其中，應(yīng)表示出潛水位、含水層、隔水層厚度、巖性及其變化等。39b平面圖：即潛水勢〔頭〕和潛水等水勢〔頭〕線圖：潛水面上各點(diǎn)的高程稱作潛水勢〔頭〕，將潛水勢〔頭〕相等的各點(diǎn)連線，即得潛水等水勢〔頭〕線圖。該圖可反映潛水面形狀。40c潛水等水勢〔頭〕線圖的用途：1〕確定潛水流向

412〕確定水力坡度水力坡度是指單位滲透途經(jīng)〔水平距離〕上的水頭損失?；蛘哒f，水力坡度是沿滲透途經(jīng)的水頭降與滲透途經(jīng)長度的比值：I=h/lI－水力坡度，無因次量h-滲透途經(jīng)上兩點(diǎn)的水位差〔或落差〕，ml-滲透途經(jīng)上兩點(diǎn)的水平距離，m42〔8〕潛水流量和流速的測定自然界中潛水運(yùn)動緩慢，一般作層流運(yùn)動，其運(yùn)動規(guī)律服從達(dá)西定律，即潛水的運(yùn)動速度與水力坡度成正比。V=IKV－滲流速度，cm/s或m/dI－水力坡度，無因次量K－滲透系數(shù)，cm/s或m/d滲透系數(shù)取決于巖性、流體性質(zhì)〔密度、粘度〕、外界條件〔溫度、壓力〕。43四、層間水〔承壓水〕1、層間水——充滿于兩個(gè)隔層之間含水層中的水叫層間水，亦稱地層水、自流水、承壓水等。層間水層上部的隔水層稱作隔水頂板，下部的隔水層叫做隔水底板。HM含水層厚度：頂?shù)装逯g的距離為含水層厚度44承壓水位埋深〔H〕承壓水初見水位〔H1〕承壓水位〔測壓水位〕(H2)45特點(diǎn)：a、有穩(wěn)定的隔水頂板和底板，沒有自由水面，水體承受靜水壓力；b、與外界聯(lián)系較差，水位、水量、水質(zhì)等受氣候因素的影響較小，富水性好的承壓含水層是理想的供水水源；c、具有補(bǔ)給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)；ｄ、地下水體充滿整個(gè)含水層，否那么是潛水承壓水〔層間水〕主要特點(diǎn)462、最適宜形成承壓水的兩種地質(zhì)構(gòu)造〔1〕向斜盆地47〔2〕單斜地層a、透水層和隔水層相間分布的承壓斜地b、含水層發(fā)生變相或尖滅形成的承壓斜地48c、含水層被斷層所阻形成承壓斜地

d、傾入體阻截承壓斜地493、水頭自測壓水位到含水層頂面的垂直距離〔h〕。水頭取決于供水區(qū)和泄水區(qū)的相對高差。正水頭負(fù)水頭正水頭：測壓水位高于該點(diǎn)的地形高程負(fù)水頭：測壓水位低于該點(diǎn)的地形高程50★水頭大小用水柱高度來表示：h=10P/ρh:水頭,m；P:靜水壓力atm(按10m淡水柱＝1atm計(jì))；ρ：水的相對重度，無因次。51層間水自溢區(qū)★等水頭圖等水頭線含水層頂板等高線地形等高線52潛水含水層——潛水面變化。層間含水層——反映在水頭的變化。層間水的水質(zhì)變化很大，從淡水到含鹽量很高的鹵水。鹵水：含鹽量高于50g/l。53五、潛水和承壓水〔層間水〕比較潛水承壓水（層間水）埋藏條件淺，上部沒有連續(xù)隔水層上部有連續(xù)穩(wěn)定的隔水頂板補(bǔ)給條件潛水含水層能在其全部分布范圍內(nèi)通過包氣帶獲得補(bǔ)給承壓水只能在其出露的補(bǔ)給區(qū)獲得補(bǔ)給徑流潛水面不承壓，在重力作用下由高水位處流向低水位處承壓水由補(bǔ)給區(qū)流向排泄區(qū)排泄?jié)撍袃煞N排泄方式：徑流與蒸發(fā)承壓水只有一種排泄方式：徑流與大氣圈地表水的聯(lián)系潛水與大氣圈、