第三章 地下水的类型及特征

第三章地下水的类型及特征第一节不同埋藏条件下的地下水第二节不同介质中的地下水作业思考题地下水的类型第一节不同埋藏条件下的地下水一、上层滞水及其特征二、潜水三、承压水一、上层滞水及其特征位于地下水面以上的地带称为包气带，包气带中的水主要有(1)土壤水是指位于地表以下土壤中的水，主要以结合水和毛细水的形式存在，它主要靠大气降水的渗入、水汽的凝结及潜水补给(2)上层滞水是存在于包气带中局部隔水层之上的重力水，一般分布不广(图3-1)。图3-1上层滞水埋藏图1-透水层;2-隔水层;3-含水层（B-上层滞水;r-潜水）上层滞水特征：(1）最接近于地表，和气候、水文条件的变化密切。接受大气降水与地表水的补给，补给区与分布区一致（范围很小）,排泄体现蒸发和向下渗透补给潜水。水量随季节变化，在补给量较多的季节水量多，在干旱季节枯竭。（2）与土壤水区别，底部有隔水层，作村民供水水源；土壤水多以悬挂毛细水的状态存在于土壤中，一般仅能作垂直方向运动(渗入和蒸发)，不能保持重力水，无供水意义，仅对植物生长有作用。（3）上层滞水形成：在某些风化裂隙及构造裂隙中，局部岩性变化；在可溶岩中夹有非可溶性透镜体(或透镜层)时；在松散沉积物（冲积、洪积）中，夹有粘土层或亚粘土层透镜体；一般地形坡度较小的地区，地表径流较弱，大气降水较少随地表水排走，易形成；在坡度较陡峻的山区，由于岩性的突变及人为因素的影响，如滑坡、坡积物及废石堆下部（4）动态变化极不定，动态决定于气候和隔水层的位置、分布范围、厚度及透水性等。当隔水层的分布范围小，厚度不大，隔水性不强及离地表较近时，变化大（5）矿化度较低，易受到污染，对工程建筑有妨害，其上直接与地表相通二、潜水（一）潜水的概念及其特征图3-2潜水埋藏图潜水是埋藏在地表以下第一个稳定的隔水层以上，具有自由水面的重力水（如图）。一般多埋藏在地表的第四纪松散沉积物中，也可以形成于基岩中。图3-2潜水埋藏图潜水的自由水面称为潜水面，潜水面至地表的距离称为潜水埋藏深度，潜水面上任一点的标高称为该点的潜水位，潜水面至隔水底板的距离称为含水层厚度。潜水特征：①具有自由水面的潜水流。当用钻孔揭露潜水时，初见水位与稳定水位一致，潜水可能有局部承压现象。靠重力流动，一般潜水流的水力坡度都很小，常为千分之几至百分之几②分布区与补给区一致：潜水通过包气带与地表相联通。大气降水、凝结水、地表水通过包气带渗入，直接补给潜水。③有季节性变化的特点：潜水易受各种气象因素的影响，即潜水的水位、流量、化学成分等。水质易受人为因素或其它因素的影响。④潜水常为民用水源及工农业供水水源。（二）潜水面的形状及其表示方法形状反映各种外界因素的影响；也反映潜水流的特点(如流向、水力坡度、流速及潜水埋藏深度等)。影响潜水面形状的因素（1）地形地貌的影响（2）大气降水的渗入及水文网特征的影响（3）含水层的岩性及其厚度的影响（4）隔水底板的形状对潜水面的影响1．潜水面的形状及影响潜水面形状的因素2．潜水面的表示方法及潜水等水位线图的意义潜水面在图上的表示：剖面图，等水位线图（1）水文地质剖面图剖面线方向，包含水位，含水层岩性、厚度、隔水层位置，以及它们的变化等。如图3—9。潜水面可以是倾斜曲线、水平线或上拱半椭圆曲线。（2）潜水等水位线图（等高线图），图3-10（3）潜水等水位线图的用途（1、2、3、4、5、6、7）图3-9甘肃古浪保和附近水文地质剖面示意图1-亚砂土;2-砂砾卵石层;3-砾岩;4-泥岩;-浅变质的砾岩及砂岩;6-逆断层;7-地下水水位图3-10某坝址左岸枯水期等水位线图1-地形等高线;2-潜水等水位线;3-潜水埋藏深度等值线;4-小溪沟;5-潜水流向①确定地下水的流向(即地下水面坡度最大的方向)。②确定潜水面的坡度(水力坡度)。③确定地下水的埋藏深度。④确定潜水与地表水的补给关系⑤确定含水层厚度及其变化情况。⑥可以用等水位线图分析推断含水层透水性、厚度的变化及地下隐状构造。⑦确定地下水给水工程位置，及其它工程施工是否需要采取排水措施图3-11从潜水等水位线图上判读潜水与地表水补给关系(a)潜水补给河水，(b)河水补给潜水，(c)河水一侧补给，一侧排泄潜水（三）潜水的补给和排泄潜水含水层自外界获得水量的过程称为补给。水质随之变化，补给包括补给来源、补给量、影响补给的因素等内容。1．潜水的补给条件潜水含水层失去水量的过程称为潜水排泄。在排泄过程中，潜水的水量，水质、水位都随之发生变化。2．潜水的排泄条件自然界地下水从补给到排泄是通过径流来完成的，因此，地下水的补给、径流、排泄组成了地下水循环。3．潜水的径流（三）潜水的补给和排泄图3-12地表水与潜水在各种不同情况下之关系(a)枯水季节潜水面倾向河流,洪水季节潜水面背向河流;(b)潜水面背向河流,潜水由河水补给;(c)潜水和地表水没有水力联系;(d)在高水位时,潜水和地表水有水力联系;(e)仅在狭窄的沿岸地带河流对潜水位有影响.1-透水层;2-隔水层;3-潜水位图3—13承压水埋藏分布图三、承压水承压水是充满在两隔水层或弱透水层之间含水层中的地下水。当这种含水层中未被水充满时，其性质与潜水相似，称为无压层间水。（一）承压水的概念和特征承压水特征①承压水具有承压性能。当钻孔揭露承压含水层时，在静水压力的作用下，稳定水位高于初见水位②承压水的补给区常小于分布区。因具有隔水顶板，大气降水、地表水不能直接补给，补给区处于地形较高的含水层出露位置，排泄区位于地形较低的位置③承压水的水量、水质、水温等稳定，受气候的影响较小，仅补给区有点影响。④受地表污染少(二)承压水的补给、径流、排泄一般在承压含水层出露地表，且在地形上和构造上较高的部位，有大气降水补给，或地表水补给1．承压水的补给条件2．承压水的排泄条件形式：当承压水排泄区有潜水时，直接排入潜水；当水文网下切时，承压水可排泄于河流或泉；还可通过导水断层排泄。3．承压水的循环条件承压水的循环条件受地质构造的控制。地下水循环的快慢可用水交替系数描述。是指含水层全年的排泄量与其贮水量之比。潜水，气候潮湿、水文网发育，此系数为0.1～1.0。承压水小于0.00001，对大型的承压盆地(或斜地)，水的全面交替需要很长时间。(三)承压水等水压线图承压水的等水压线图：分析承压水的形成条件，掌握承压水的补给、径流、排泄的情况，如确定地下水流向、水力坡度、各含水层及地表水之间的水力联系、含水层厚度及透水性的变化等，同时对于工程建筑及供水都有很大的实际意义。图3—15等水压线图1-地形等高线；2-等水压线；含水层顶板等高线绘制方法：等水压线图绘制的方法与潜水等水位线图相同。制作时，将各钻孔及地下水的天然露头(泉)的承压水标高，标于一定比例尺的地形图上，然后以内插法求出各等间距的等水压线，即得等水压线图(图3-15)。第二节不同介质中的地下水一、孔隙水是埋藏在第四纪松散沉积物孔隙中的地下水。由于孔隙具有分布密集，均匀且连通性好的特点，故孔隙水的基本特征:呈层状分布，均匀连续、有统一的地下水面，透水性和给水性受岩性的控制。松散沉积物具有多种成因类型(洪积、冲积、湖积、风积、冰积、海相沉积等)，其岩性和分布不同，导致孔隙水的埋藏、分布、水化学特征及富水程度不同二、裂隙水三、岩溶水一、孔隙水空隙分?（一）洪积层中地下水1．洪流堆积和洪积扇的特征：山区流域汇集地表径流大量水体，形成洪流，他侵蚀并携带大量碎屑物，一出山口，地貌著变（地形开阔，坡度变缓，水流脱离山沟束缚），水流分散，流速骤减，加之部分水体消耗于渗入和蒸发。能量骤减，大块碎屑物积于山前，形成轴厚边薄的扁平、上凸的锥状扇形体，称为洪积扇。洪积扇的扇顶在山口，扇缘向平原散开，面积大小不一，由数十至数千km2。如果有经常性的河流参与，就称为冲洪积扇。在山前地带，若干洪积扇互相叠连，形成山前倾斜平原。分布规律：（2）在铅直方向上的规律（1）纵向上(即沿扇形轴的方向上)的规律（3）在成分上的规律1纵向上(即沿扇形轴的方向上)的规律•洪积扇在从山口到平原的流向上，一般表现为由粗碎屑沉积渐变为细的碎屑沉积的水平分布规律。•在山口，先堆积粗大\磨圆度差的砾、卵石，夹少量的砂和粘土成分；随着水流向外扩展、漫流、分叉，堆积物逐渐变细，形成砂土成分为主的沉积，其中夹有从扇顶伸延的舌状分布的、磨圆度较好的砾石层，再往外，到洪积扇的边缘，堆积物则是更细的粉砂、轻亚粘土、亚粘土和粘土物质组成，其中也夹有砂的夹层，在洪积扇的外缘，便形成淤泥质的沼泽沉积，它是洪积扇边缘的标志。根据上述沉积规律，可把洪积扇从山口到平原的岩性特点划分为三个带：•即山口砂砾带，中间砂砾粘土交替带，边缘粘性土带.（2）在铅直方向上的规律由于洪流的季节反复性堆积，使洪积扇在纵向剖面上呈相互叠置的倾斜沉积层。洪积扇的上游铅直剖面上是以粗碎屑为主的厚层组合；下游铅直剖面上是粗粒与细粒的互层，其中粗粒物质往往愈来愈细而尖灭。（3）在成分上的规律•洪流碎屑物质，一般搬运距离较近，所以常常是磨圆度和分选性都较差，在纵向上随着物质搬运距离愈来愈远，其磨圆度和分选性就愈来愈好。当为冲积扇时，由于长期水流作用，故磨圆度及分选性较洪积物好。洪积扇中的水流经常集中的某些部位，也会出现分选性良好的粗粒碎屑透镜体或带状体。2．洪积扇水文地质特征•洪积扇的上述地质结构，决定了其中地下水的埋藏、分布、水质、水量等相应变化规律。据此，将洪积扇分成三个不同的水文地质带。（1）埋藏带(或称补给径流带、溶滤带)（2）溢出带（3）垂直交替带3-16山前倾斜平原含水层埋藏条件图（二）冲积层中地下水河流是在河谷中常年流动的水流，河流作用形成的冲积层是地球上分布很广的一种沉积物。凡是有河流的地方都有冲积物的分布。随着河流的不同规模及地段不同，河流在沿河两岸形成大小不等，类型不同的河谷冲积阶地。冲积层中地下水是重要的供水水源。1．冲积层的水文地质特征（1）河流上游山区河谷冲积层水文地质特征山区河流上游，河床纵向坡度大，水流急湍，河谷深切，河床狭窄，水流以侵蚀搬运为主，潜水主要受基岩裂隙水的补给及降水补给，且排泄于河水。含水层透水性强,水质良好，多为HCO3-Ca型，矿化度常小于O.5g/L。图3—17某河谷阶地剖面图1-粘土；2-砂；3-亚粘土；4-砂及细砾石；5-基岩（2）河流中游丘陵、半山区河谷冲积层水文地质特征河床纵向坡度变缓，河流的垂向下切与侧向侵蚀同等重要河流弯曲，河床加宽，冲积层逐渐加厚，阶地发育。阶地常具有上部为细的粘性土层，下部砂砾石层这种典型的双层构造.下部砂砾石层中有丰富的地下水，且由于上部粘性土的覆盖而具有承压水的性质。（3）河流下游平原冲积层水文地质特征地带地下水径流弱，以垂直交替为主，土壤盐渍化严重，地下水矿化度高。而近河地带(或古河道)由于沉积物较粗，透水性较好，接受地表水及大气降水补给，故水量丰富，水质良好。3—18黄河下游水文地质剖面示意图1-粘土;2-亚粘土;3-砂;4-地下水位线根据裂隙水的埋藏和分布特征，分：3．脉状或带状裂隙水1.面状裂隙水2．层状裂隙水二、裂隙水裂隙水是指储存在坚硬基岩裂隙中的地下水。具不均匀性:裂隙发育的地方含水可能丰富；裂隙不发育的地方含水就很少。二、裂隙水面状裂隙水分布:在各种基岩表部风化裂隙中，及某些巨大的交叉裂隙带水质:较好，多为低矿化的重碳酸型水；水量的大小，取决于气候条件、风化裂隙的密度、风化壳的厚度、补给面积的大小及所在地区的地貌特征；埋藏取决于风化壳的厚度(深度)及其组成，其埋藏不超过风化壳的深度。风化带的表层全风化带，弱分化带；岩层风化剧烈，呈土状，裂隙中常为粘土充填，故含水亦不多，水量小。层状裂隙水层状裂隙水是聚集于成岩裂隙、粒间孔隙及区域构造裂隙中的地下水，其埋藏和分布与一定的岩层分布相一致，常具有成层性。其埋藏和分布就要受到构造条件的控制。可形成大面积的裂隙潜水。层状裂隙水的水质，一般浅部为潜水，水交替强，多为重碳酸型淡水，裂隙承压水的补给区也多为淡水，在承压区及排泄区矿化度增高。脉状或带状裂隙水它与一定的构造部位及侵入体相一致，如沿背斜轴部的