地下水的特征

陆地流水的分类：地面流水、地下水溶洞§3.4地下水的特征一、地下水的基本概念：埋藏在地表以下岩（土）体的孔隙、裂隙、溶隙中的水称为地下水。一、地下水的基本概念1.岩土的空隙及地下水的存在形式岩土体中各种空隙的形状、多少及其连通与分布具有很大的差别，它们对地下水的分布和运动具有重要影响。孔隙——疏松未胶结好的岩石中形成的颗粒之间的空隙。裂隙——岩石中断层、节理、缝隙等。溶隙——可溶性岩石被溶蚀形成的裂隙。1.岩土的空隙类型孔隙水裂隙水岩溶水二、地下水的来源渗透水：大气降水、冰雪融水、地面流水（江、河、湖、海）等从地面渗入地下积聚成。凝结水：水蒸汽凝结成水滴后渗于地下。岩浆水（原生水）：地下岩浆活动形成的水（结晶水、水气）。埋藏古水：地史中沉积物空隙中的水，被封闭保存下来。1、地下水有气态、液态和固态三种形式。2、根据水在空隙中的物理状态，水与岩石颗粒的相互作用等特征，可将地下水存在的形式分为五种，即：气态水、结合水、重力水、毛细水、固态水。其中主要的是岩土中的毛细水和重力水，因为这两种水对地下水的工程特性有很大的作用。三、地下水的存在形式岩石的水理性质是指岩石与水作用时所具有的特征。主要有：容水性持水性给水性透水性四、岩石的水理性质容水性持水性给水性透水性岩土所能容纳一定水量的能力。容水性用容水度来表示，容水度是指岩土空隙完全被水充满时的含水量，可表示为岩土所能容纳的水的体积与岩土体积之比。四、岩石的水理性质容水性持水性给水性透水性在重力作用下，岩土依靠分子力和毛细力，能够保持一定液态水的能力。常用持水度来表示，持水度是指受重力作用时岩土仍能保持的水的体积与岩土体积之比。四、岩石的水理性质容水性持水性给水性透水性岩土中保持的水在重力作用下能够自由流出一定数量水的能力。用给水度表示。给水度是指岩土给出的水量与岩土体积之比值。给水度在数值上等于容水度减去持水度。四、岩石的水理性质容水性持水性给水性透水性岩土允许水透过的性能。用渗透系数表示。空隙的大小和多少决定着岩土透水性的好坏，空隙的大小经常起主要作用。透水层指可以透水、渗透系数较大的地层，但(目前)不一定含水。四、岩石的水理性质岩土体渗透性指标：是判断工程地区水文地质条件的主要依据之一。表征渗透性的指标有三个：A、渗透系数（k）用抽水试验方法确定B、单位吸水量（ω）用压水试验方法确定C、透水率（q）用压水试验方法确定抽水试验、注水试验：用于透水率较大的地质的透水率试验，如破碎带、坝体。压水试验：用于透水率较小的地质的透水率试验，如风化岩、坝基。在抽水井四周设若干个观测孔，以观测周围地下水位的变化。试验抽水后，地基中将形成降水漏斗。当地下水进入抽水井的流量与抽水量相等且维持稳定时,测读此时的单位时间抽水量q，同时在两个距离抽水井分别为r1和r2的观测孔处测量出水位h1和h2。r抽水量Qr1r2h1h2井不透水层dhdrh地下水位≈测压管水面渗透系数（k）用抽水试验方法确定B、单位吸水量（ω）：用压水试验方法确定C、透水率（q）：用压水试验方法确定地下水的运动和聚集，必须具有一定的岩性和构造条件。五、地下水的类型与特征透水层含水层隔水层1、透水层、含水层、隔水层的概念透水层：空隙多而大的岩层能使水流通过；含水层：贮存有地下水的透水岩层；隔水层：空隙少而小的致密岩层是相对的不透水岩层(透水系数小于0.001m/d)。五、地下水的类型与特征含水层含水层的形成必须具备以下条件：有较大且连通的空隙；与隔水层组合形成储水空间，以便地下水汇聚不致流失；要有充分的补水来源。含水层和隔水层的不同组合，形成不同类型地下水局部隔水层隔水层1、根据埋藏条件，地下水可分为：(1)包气带水；(2)潜水；(3)承压水2、按含水层空隙性质的不同划分为：(1)孔隙水；(2)裂隙水；(3)岩溶水（一）地下水的类型地下水分类表含水层性质构造盆地、向斜或单斜岩溶岩层中的水构造盆地、向斜或单斜构造中的层状裂隙水，断裂破碎带中的深部水松散沉积物构成的承压盆地和承压斜地中的水承压水裸露的岩溶化岩层中的水基岩上部裂隙中的水各种成因的松散沉积物中水潜水垂直入渗带中的水地表裂隙岩体中季节性存在的水土壤水上层滞水包气带水岩溶水裂隙水孔隙水埋藏条件上层滞水局部隔水层潜水面潜水隔水层承压水1、包气带水是局部的、暂时性的地下水包气带水的特征：完全依靠大气降水或地表水流直接下渗补给，多位于距地表不深的地方，以蒸发或逐渐下渗的形式排泄；分布范围有限；水量随季节变化，雨季出现，旱季消失，极不稳定。（一）地下水的类型埋藏在离地表不深、包气带中局部隔水层之上的重力水。上层滞水2、潜水(重点）潜水是埋藏在第一个连续的、稳定的隔水层之上的，具有自由水面的地下水。上层滞水潜水地下水的运移潜水面地下水的赋存类型A、潜水是埋藏在第一个连续的、稳定的隔水层之上的，具有自由水面的地下水。B、潜水的主要补给来源是大气降水，补给量的多少取决于大气降水量、降水历时、地形坡度、岩土透水性及植被发育程度等；（1）潜水的特征重点C、潜水自水位较高处向水位较低处渗流，潜水面形状常与地形有一定程度的一致性，在山脊地带潜水位的最高点常形成潜水分水岭，潜水的渗流速度取决于水力坡度、岩土透水性等；D、潜水常以泉水或散浸形式在低洼处排泄，水质易受污染。（1）潜水的特征图示（2）潜水等水位线图潜水面常以潜水等水位线图表示，其绘制方法与绘制地形等高线图一样：将研究地区的很多潜水人工露头（钻孔、探井、水井）和天然露头（泉等）的水位同时测定，绘在地形图上，连接水位等高的各点即是等水位线图。（1）等高线的概念等高线是地面上高程相等的相邻点连接而成的闭合曲线。①确定潜水的流向及水力坡度。垂直于等水位线，自高等水位线指向低等水位线的方向即为流向。在流动方向上，取任意两点的水位高差，除以两点间在平面上的实际距离，即为此两点间的平均水力坡度。等水位线图的用途：潜水流向②确定潜水与河水的相互关系。如果潜水流向指向河流，则潜水补给河水；如果潜水流向背向河流，则潜水接受河水补给。③确定潜水面埋藏深度。潜水面的埋藏深度等于该点的地形标高减潜水位。根据各点的埋藏深度值，可绘出潜水等埋深线。等水位线图的用途：埋藏深度B处：地面绝对标高为84m，潜水位为82.3m，则，B的埋藏深度为1.7m。④确定含水层厚度。当等水位线图上有隔水层顶板等高线时，同一测点的潜水水位与隔水层顶板标高之差即为含水层厚度。⑤确定给水和排水工程的位置。水井应布置在地下水流汇集的地方，排水沟（截水沟）应布置在垂直水流的方向上。等水位线图的用途图示水井排水3.潜水的补给、排泄和径流补给——含水层从外界获得水量的过程排泄——耗失水量的过程径流———由补给区向排泄区流动的过程3.潜水的补给、排泄和径流（１）潜水的补给补给来源：大气降水、地表水、承压水、凝结水对潜水的补给；农田灌溉水、城市工矿的生活用水和工业废水的回渗补给等。其中大气降水和地表水的入渗是潜水的主要补给源3.潜水的补给、排泄和径流（２）潜水的排泄排泄方式：以泉的形式出露地表、直接排入地表水（以上两者统称为径流排泄）、通过蒸发逸入大气（也称为垂直排泄）以及向邻近的承压含水层排泄等。（三）承压水(重点)承压水：充满在两个隔水层之间的含水层中，具有承压性质的地下水。地下水的赋存类型特点：承受静水压力（由于被限制在两个隔水层之间，低处的水受到高处水的静水压力）水头高度——穿透上部隔水层时，承压水能达到的水位高度特点：承压水的水质、水量比较稳定承压水位线承压含水层自流井1.承压水的特征（1）承压水是埋藏在两个稳定隔水层之间的地下水，存在明显的补给区、径流区及排泄区；（2）承压水的主要补给来源是地表水体、越流补给等，补给量的多少取决于地表水体的数量、水头差大小、岩土透水性等；（3）承压水属有压水流，自水头较高处向水头较低处渗流，不存在地下水分水岭；（4）承压水常以泉水形式在低洼处排泄；（5）水质不受污染，水质较好。重点2.等水压线图等水压线图就是承压水面的等高线图。它是根据观测点的承压水绘制的，加之同一图中绘制的含水层顶板及底板等高线，可从图中确定：承压水的流向，并可计算水力梯度；承压水位的埋深；承压含水层的埋深；水头的大小及含水层的厚度等。含水层的透水性及水力坡度；(4)排泄的方式主要以泉水的形式；(5)水量、水质及水温受气象水文因素的影响较小，一般较为稳定。图示地形线承压水位线含水层顶、底板线松散堆积物孔隙中的水特征：(1)均匀性；(2)不具有方向性；(3)多数具有潜水的特征，少数具有承压水的特征。（四）孔隙水的特征（了解）基岩裂隙中的水按成因可分为：A、风化裂隙水(面状裂隙水）：分布于基岩表部风化裂隙中水，具有潜水的特征；B、层状裂隙水：赋存于成岩裂隙或富含裂隙的夹层中的水。岩层出露的浅部，成潜水；被不透水层覆盖时，成承压水。C、脉状裂隙水：赋存于构造断裂中的地下水。多为承压水。（五）裂隙水的特征1、泉的定义：泉是地下水出露地面的天然露头。是地下水排泄的主要方式之一。因此，它是反映岩层富水性和地下水的分布、类型、补给、径流、排泄条件和变化的一个重要标志。（六）泉及其类型2、按照泉的含水层性质，可将泉分为上升泉及下降泉两大类。（1）上升泉：由承压含水层补给，水流在压力作用下呈上升运动。（2）下降泉：由潜水或上层滞水补给，水流作下降运动。（六）泉及其类型（重点）喷出的温泉3、根据泉的出露条件又可分为：侵蚀泉接触泉溢出泉断层泉（七）泉及其类型（重点）判断下降泉上升泉接触泉接触泉溢出泉断层泉接触部位敦煌月芽泉济南泉水的形成补给区承压区明显的泄水区间隙泉地下水的赋存类型1、潜水位上升引起的工程地质问题(1)潜水位上升后，由于毛细水作用可能导致土壤次生沼泽化、盐渍化，改变岩土体物理力学性质，增强岩土和地下水对建筑材料的腐蚀。在寒冷地区，可助长岩土体的冻胀破坏；(2)潜水位上升后，原来干燥的岩土被水饱和、软化，降低岩土抗剪强度，可能诱发斜坡、岸边岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良地质现象；§3.4地下水对工程的影响1、潜水位上升引起的工程地质问题(3)崩解性岩土、湿陷性黄土、盐渍岩土等遇水后，可能产生崩解、湿陷、软化，其岩土结构破坏、强度降低、压缩性增大。而膨胀性岩土遇水后则产生膨胀破坏；(4)潜水位上升，可能使洞室淹没，还可能使建筑物基础上浮，危及安全。(1)地表塌陷岩溶发育地区，由于地下水位下降时改变了水动力条件，在断裂带、褶皱轴部、溶蚀洼地、河床两侧以及一些土层较薄而土颗粒较粗的地段，产生塌陷。(2)地面沉降地下水位的下降减小了土中的孔隙水压力，从而增加了土颗粒间的有效应力，有效应力的增加要引起土的压缩。许多大城市过量抽取地下水致使区域地下水位下降从而引发地面沉降，就是这个原因。2、地下水位下降引起的工程地质问题2、地下水位下降引起的工程地质问题(3)海(咸)水入侵近海地区的潜水或承压含水层往往与海水相连，在天然状态下，陆地的地下淡水向海洋排泄，含水层保持较高的水头，淡水与海水保持某种动态平衡，因而陆地淡水含水层能阻止海水入侵。如果大量开发陆地地下淡水，引起大面积地下水位下降，导致海水向地下水含水层入侵，使淡水水质变坏。(4)地裂缝的产生与复活近年来，在我国很多地区发现地裂缝，西安是地裂缝发育最严重的城市。据分析这是地下水位大面积大幅度下降而诱发的。(5)地下水源枯竭、水质恶化盲目开采地下水，当开采量大于补给量时，地下水资源会逐渐减少，以致枯竭，造成泉水断流、井水枯干、地下水中有害离子量增多、矿化度增高。2、地下水位下降引起的工程地质问题(1)潜蚀渗透水流在一定水力坡度条件下产生较大的动水压力，冲刷、挟走细小颗粒或溶蚀岩土体，使岩土体中孔隙不断增大，甚至形成洞穴，导致岩土体结构松动或破坏，以致产生地表裂隙、塌陷，影响工程的稳定。(2)流砂流砂是指松散细小颗粒土被地下水饱和后，在动水压力即水头差的作用下，产生的悬浮流动现象。流砂多发生在颗粒级配均