8-1 地下水基本概念.ppt

Chapter8Groundwater KarstLandforms 本章教学目的和要求 1 掌握地下水的基本概念和类型划分 掌握潜水 承压水 孔隙水 裂隙水 岩溶水的特征 2 掌握岩溶的概念 并掌握岩溶形成的基本条件 掌握常见的地表 地下岩溶地貌形态和特征 3 了解地下水资源的概念及特征 地下水的基本概念和地质作用地下水的类型及其特征地下水资源岩溶地貌地下水 岩溶与农业资源 8 1TheBasicConceptsofGroundwater8 2TheTypesandtherelevantPropertiesofGroundwater8 3GroundwaterResources8 4KarstLandscape8 5Groundwater KarstandAgriculturalResources groundwater 地下水infiltrate 渗入porosity 孔隙度pore 孔隙fissure fracture 裂隙cavity 溶穴 permeability 渗透性 aquifer 含水层 aquitard 弱透水层 半隔水层 aquiclude 隔水层 unconfinedaquifer 无压含水层 confinedaquifer 承压含水层 watertable 潜水面 spring 泉 recharge 补给 discharge 排泄 precipitaion 降水 combinedwater 结合水 gravitationalwater 重力水 8 1TheBasicConceptsofGroundwater TheSpacesandMoistureinRocksRecharge 补给 andDischarge 排泄 ofGroundwaterThePhysicalPropertiesandChemicalComposition a WinterPark Florida sinkhole b sinkholelakesincentralFlorida asseenfromahighaltitude 地下水 groundwater 是指存在于地面以下沉积物孔隙中或岩石裂隙 溶穴中的水 地下水的作用主要包括 资源 地质营力 生态环境因子 灾害因子等 TheSpacesandMoistureinRocks 1 岩石中的空隙1 孔隙 松散沉积物是由大小不等的颗粒组成 颗粒或颗粒集合体之间的空隙称为孔隙 孔隙体积的多少用孔隙度表示 孔隙度是指某一体积岩石 包括孔隙在内 中孔隙体积所占的比例 若以n表示孔隙度 注意 孔隙度大小与孔隙大小不同 孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况 颗粒形状及胶结充填情况 孔隙大小取决于颗粒大小 问题 分选性好者与分选性差者 哪个孔隙度大 2 裂隙裂隙是岩石的裂缝 即岩石中的节理 是在各种力作用下岩石破裂变形产生的 按裂隙的成因可分为成岩裂隙 构造裂隙和风化裂隙 裂隙的多少以裂隙率表示 裂隙率 Kf 是裂隙体积Vf与包括裂隙在内的岩石体积V的比值 即Kf Vf V 100 Fracturesinarock 第八章地下水 岩溶地貌 3 溶穴可溶性岩石在地下水溶蚀下产生的空洞称溶穴 溶穴的体积 Vk 与包括溶穴在内的岩石体积 V 的比值称岩溶率 Kk 即Kk Vk V 100 Spacesinrocks a Isolated nonconnectedporesinanimpermeablematerial b poresconnectedtooneanotherbyanetworkofconduitsinpermeablematerial Variouskindsofporosityinrock Porositiesareindicatedaspercentages 2 岩石中水的存在形式岩石 骨架 中的水 吸附水 矿物结合水 结晶水结构水岩石空隙中的水 结合水 强结合水弱结合水液态水 重力水毛细水固态水气态水 我们通常所说的地下水是指岩石空隙中的水 1 结合水 受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水 称为结合水 这部分水束缚于固相表面 不能在自身重力影响下运动 2 重力水 距离固体表面更远的那部分水分子 重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力 因而能在自身重力下运动 这部分水就是重力水 Combinedwaterandgravitationalwater 左图中椭圆形小粒代表水分子 结合水部分的水分子带正电荷一端超向颗粒 右图中箭头代表水分子所受合力方向 3 岩石的水理性质1 容水性指岩石能容纳一定水量的性能 用容水度表示 2 含水性岩石空隙中含有水的特性 3 给水性4 持水性5 透水性指岩石允许水透过的能力 按岩石的透水性划分为 1 透水层 透水的岩层 如砂 砾石层 含水层 aquifer 能透水并给出相当数量水的岩层 2 隔水层 不透水层 aquiclude 不能给出水的岩层 或给出微不足道水的岩层 如粘土层 3 半透水层 介于上两者之间 severalbasicconcepts 1 Permeability 渗透性 Theabilityofamaterialtoallowfluidstopassthroughaninterconnectednetworkofporesisacharacteristicknownaspermeability Apermeablematerial 透水物质 isonethroughwhichwaterflowseasily whereasanimpermeablematerialisonethroughwhichwaterflowsslowlyornotatall Thepermeabilityofamaterialdependsonseveralfactors NumberofavailableconduitsSizeoftheconduitsStraightnessoftheconduits 2 aquifersandaquitardsAquifers 含水层 sedimentorrocksthattransmitwatereasily Aquitards 弱透水层 sedimentorrocksthatdonottransmitwatereasilyandthereforeretardthemotionofwater Aquicludes 隔水层 sedimentorrocksthatdonottransmitwateratall unconfinedaquifers 无压含水层 aquifersthatintersectthesurfaceoftheEarth confinedaquifers 承压含水层 aquifersthatareseparatedfromthesurfacebyanaquitardoraquiclude asthewatertheycontainisisolatedfromthesurface Anaquiferisahigh porosity high permeabilityrock Ifithasaccesstothegroundsurface it sanunconfinedaquifer Ifit strappedbelowanaquitard arockwithlowpermeability it saconfinedaquifer 3 Watertable 潜水面或地下水面 geologistsdefineaboundary abovewhichporespacesandcrackscontainmostlyairandbelowwhichtheycontainonlywater Theregionofthesubsurfaceabovethewatertableiscalledtheunsaturatedzone andtheregionbelowthewatertableisthesaturatedzone Watertable a Thegeometryofthewatertable illustratingthesaturatedzone theunsaturatedzone andthecapilaryfringe Watertable b Thesurfaceofapermanentpondisthewatertable c Duringthedryseason thewatertablecandropsubstantially causingthepondtodryup Theshapeofawatertablebeneathhillytopography 描述岩石渗透性能的参数是渗透系数 K 1856年 法国水利学家达西 H Darcy 通过大量的实验 得出线性渗透定律 即达西定律 Q K h L K IK 渗透系数 过水断面 I 水力梯度Q 渗透流量 h 水头损失 上下游过水断面的水头差 L 渗透路径 从水力学知识可以推出达西定律的另一种表达式 Q VV Q K I V KI水力梯度I是无因次的 故渗透系数K的因次与渗透速度相同 一般采用m d或cm s为单位 3 Recharge 补给 anddischarge 排泄 ofgroundwater 1 地下水的补给1 大气降水的补给2 地表水的补给3 凝结水的补给4 含水层之间的补给 2 地下水的排泄1 泉 是地下水的天然露头 2 其它排泄方式 泄流 蒸发 蒸腾 人工排泄 井 abh 侵蚀泉c 接触泉defg 溢流泉i 断层泉 Thetypesofsprings Springform 济南泉的形成主要是由于 地形地貌岩性地质构造气象条件 1 地形地貌 济南位于鲁中山地与华北平原过渡带 南高北低 济南泉处在低山丘陵与华北平原相接的山前倾斜平原上 2 岩性和地质构造 济南位于泰山穹隆构造的北斜面上 前寒武纪的泰山片麻岩组成基底 在基底岩层上覆盖着寒武纪和奥陶纪石灰岩 白云质石灰岩 并微向北倾斜 在千佛山以北济南市区 O纪白云质灰岩倾伏于地下 被Q纪松散沉积物覆盖 在市区北部有大片岩浆岩分布 这种单斜构造及岩性分布有利于济南泉的形成 ThegeologicalsectiondrawingofthespringorigioninJinan ThegeologicalsketchmapofJinanspring sorigin 3 气象条件 大气降水是济南泉水的主要补给来源 济南地处温带 北距渤海160km 东南距黄海250km 平均年降雨量631mm Featuresofgeothermalregions MudpotsinYellowstoneNationalPark TravertineterracesatMammothHotSprings Yellowstone InthecityofBath England theRomansbuiltanelaboratespaaroundanartesianhotspring Thespringformedalongafaultthattappedasupplyofdeepgroundwaterthatstillflowstoday ThebathsofBathhaveremainedpopularthroughtheages andarecurrentlyundergoingrenovation Geysers 间歇泉 andhotspringsformwheregroundwater heatedatdepth risestothesurface GeysersinthegeothermalregionofRotorua Newzealand Thebaseofanordinarywellpenetratesbelowthewatertable Thewaterhastobebroughtupbybucket Crosssectionshowingregional scalegroundwaterflowinasedimentarybasin Thephysicalpropertiesandchemicalcomposition 1 地下水的物理性质主要包括温度 透明度 颜色 气味 味道 导电性 放射性 2 地下水的化学成分1 地下水中主要气体成份地下水中常见的气体成分有O2 N2 CO2 CH4及H2S等 以前三种为主 2 地下水中主要离子成分地下水中分布最广 含量较多的离子共七种 即Cl SO42 HCO3 Na K Ca2 及Mg2 3 地下水中的其它成分除了以上主要离子成分外 地下水还有一些次要离子 如H Fe2 Fe3 Mn2 NH4 OH NO2 NO3 CO32 SiO32 及PO43 等 地下水中的微量组分有Br I F B Sr等 地下水中的胶体成分主要有Fe OH 3 Al OH 3及H2SiO3等 总矿化度 地下水所含各种离子 分子和化合物总量 以每升水中所含克数 g L 表示 地下水按矿化度的大小可分为四类 1 淡水 小于1克 升 2 微咸水 1 5克 升 3 咸水 5 30克 升 4 盐水 大于30克 升 地下水的硬度分为总硬度 暂时硬度和永久硬度 总硬度指水中所含钙