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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,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,),的基本特點,巖石中的空隙和水分,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,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,2,、有關(guān)空隙的幾個基本概念,孔隙：,組成松散巖石的顆粒或顆粒集合體之間的空隙；,裂隙：,應(yīng)力作用下堅硬巖石破裂變形產(chǎn)生的?？煞譃槌蓭r裂隙、構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙；,溶孔（洞）：,可溶的沉積

2、巖在地下水溶蝕下產(chǎn)生的空洞；,孔隙度,：,某一體積,V,巖石中孔隙體積,Vn,所占的比例,=,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,/V,3,、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。,（,2,）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。,（,3,）顆粒形狀,顆粒形狀不規(guī)則,排列松散,孔隙度大,（,4,）粘性土的結(jié)構(gòu)和次生孔隙,帶電粘粒,聚

3、合,結(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,4,、空隙的特點,特點,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。,巖石中的各種空隙,孔隙、裂隙和溶穴,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

4、水,毛細(xì)水,固態(tài)水,氣態(tài)水,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)。,氣態(tài)水：,以水蒸氣的形成儲存在地下的水。,結(jié)合水,：,指受固相表面的引力大于水分子自身重力，束縛于固相表面，不能在自身重力影響下運動的那部分水。,強(qiáng)結(jié)合水：,也稱吸附水或吸著水,.,以單獨的水分子狀態(tài)包圍在巖石顆粒表面的水。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),101325,Mpa,。只能在加熱時才能被排出。,a,水分子排列緊密，不能流動,；,b,密度大，,2.0g/,3,在零下,78,時尚不能,結(jié)冰,；,c,沒有溶解能力,，,不能溶解

5、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：,弱結(jié)合水（薄膜水）,是吸著水外圈以薄膜形式發(fā)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)百個水分子直徑。,特點：,a,、水分子排列不如強(qiáng)結(jié)合水規(guī)則和緊密，水分子離巖石顆粒表面越遠(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,結(jié)合水與重力水,重力水 亦稱自由水,在重力作用

6、下能自由運動的地下水稱為重力水。,特點,內(nèi)層重力水 層流運動,外層重力水 易轉(zhuǎn)為紊流運動,毛細(xì)水,在巖石毛細(xì)孔隙中或孔道狹窄部分的水。,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)運動。因此在地下水面以上便形成了一個普遍的毛細(xì)上升帶。,支持毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水,毛細(xì)水的類型,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，形成一個毛細(xì)水帶，此帶中的,毛細(xì)水下部有地下水支持。,懸掛毛細(xì)水,是細(xì)粒層次與粗粒層次交互成層時，在一定條件下，由于上下彎液面毛細(xì)力的作用，,在細(xì)土層中保留下的與地下水面不相連接的毛細(xì)水,。,孔角毛細(xì)水,是懸留于包氣帶中顆粒接觸點上的毛細(xì)水。,毛細(xì)

7、水特點：,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)水的運動不服從達(dá)西定律，而受毛細(xì)管力的控制。,巖石骨架中的水。,保存于礦物結(jié)晶格架中，已成為礦物組成部分的水,.,結(jié)晶水,當(dāng)?shù)V物中水的組成比例固定不變時稱結(jié)晶水。,如石膏（,CaSO,4,2H,2,O,）,芒硝,(Na,2,SO,4,10H,2,O),結(jié)構(gòu)水,以,OH,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,時才能分離出來的，這種水稱為結(jié)構(gòu)水,如水鋁石（,AlOOH,），,白云母,KH,2,Al,2,Si,2,O,3,）等礦物。,沸石水,當(dāng)所含水比例可變且易

8、脫出時稱沸石水,如蛋白石（,SiO,2,nH,2,O,）、方沸石（,NaAl,2,Si,4,O,2,nH,2,O,）。,四、與水分的儲容和運移有關(guān)的巖石性質(zhì),1,基本概念,（,1,）容水度,指巖石完全飽水時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,（,2,）重量含水量（,Wg,）,指松散巖石孔隙中所含水的重量（,Gw,）與干燥巖石重量（,Gs,）的比值。,Wg,=Gw/Gs100%,（,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

9、比值。,Wv,=Vw/V100%,（,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。,這部分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，有時也可能包括一部分懸掛毛細(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,（,5,）給水度,指地下水位下降一個單位深度，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，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，并部分釋出。,例：,地下水位下降,2m,，,1m,2,水平面積巖石柱體，在重力作用下釋出的水為,0.2m,3,（換算為水柱高度為,0.2m,），則給水

10、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,2,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,排泄量，則潛水面上升，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。,（,5,）潛水面的變化,（,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

11、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。,（,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。,b,平面圖：即潛水勢（頭）和潛水等水勢（頭）線圖：,潛水面上各點的高程稱作潛水勢（頭），將潛水勢（頭）相等的各點連線，即得潛水等水勢（頭）線圖。該圖可反映潛水面形狀。,c,潛水等水勢（頭）線圖的用途：,1,）確定潛水流向,2,）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/l,I,

12、水力坡度，無因次量,h-,滲透途經(jīng)上兩點的水位差（或落差），,m,l-,滲透途經(jīng)上兩點的水平距離，,m,（,8,）潛水流量和流速的測定,自然界中潛水運動緩慢，一般作層流運動，其運動規(guī)律服從達(dá)西定律，即潛水的運動速度與水力坡度成正比。,V=IK,V,滲流速度，,cm/s,或,m/d,I,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）。,四、層間水（承壓水）,1,、層間水,充滿于兩個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。,H,M,含水層厚

13、度：,頂?shù)装逯g的距離為含水層厚度,承壓水位埋深（,H,）,承壓水初見水位（,H,1,）,承壓水位（測壓水位）,(H,2,),特點：,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,、具有補給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)；,、地下水體充滿整個含水層，否則是潛水,承壓水（層間水）主要特點,2,、最適宜形成承壓水的兩種地質(zhì)構(gòu)造,（,1,）向斜盆地,（,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,c,、,含水層被斷層所阻形成承壓斜地,

14、d,、傾入體阻截承壓斜地,3,、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：測壓水位高于該點的地形高程,負(fù)水頭：,測壓水位低于該點的地形高程,水頭大小用水柱高度來表示：,h=10P/,h:,水頭,m,；,P:,靜水壓力,atm(,按,10m,淡水柱,1atm,計,),；,：水的相對重度，無因次。,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,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,。,五、潛水和承壓水（層間水

15、）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)通過包氣帶獲得補給,承壓水只能在其出露的補給區(qū)獲得補給,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,承壓水由補給區(qū)流向排泄區(qū),排泄,潛水有兩種排泄方式：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、地表水聯(lián)系密切，積極參與水循環(huán)，動態(tài)變化顯著,與大氣圈、地表水的聯(lián)系較弱，動態(tài)較穩(wěn)定,潛水,承壓水（層間水）,等水位線,潛水等水位線表示了潛水面及含水層頂面,承壓水等側(cè)壓水位面是一個虛構(gòu)的面，鉆孔打到該高度上取不到水，必須打

16、到含水層頂面才能見到水,對,水量增減的反映,補給和排泄時，主要表現(xiàn)為潛水位和含水層厚度的變化,厚度變化不明顯，主要表現(xiàn)為側(cè)壓水位變化,資源補充與調(diào)節(jié)性,潛水積極參與水循環(huán)，資源易恢復(fù)補充，但由于受氣候影響大，含水層厚度有限，資源缺乏多年調(diào)節(jié)性,不易恢復(fù)補充，但含水層厚度一般較大，往往具有良好的多年調(diào)節(jié)性,本章完,作業(yè)：計算與回答以下問題,已知一個鉆孔,A,，井底含水層的深度為,960,米。已知該地區(qū)的地溫梯度為,6,100m,，年地表平均溫度,15,、年常溫帶深度,(10m),（,1,）該熱水層的溫度大約為多少？,（,2,）該鉆孔的水能噴出地表,20m,，請問該地下水為潛水還是層間水？,在地表上層（恒溫帶）以下，深度每增加,100,米，地溫的增加值。,G,T,=100,（,T-t,）,/,（,H-h,）,式中，,G,T,地溫梯度，,/100m,T,深度為,H,處的地層溫度，,，,t,恒溫帶的溫度，,H,測溫點的深度,m,h,恒溫帶的深度,m,地球的平均地溫梯度為,3/100m,，稱為正常地溫梯度。低于此值的為地溫梯度的負(fù)異常（冷盆地），高于此值的為地溫梯度的正異常（熱盆地）。,地溫梯度