第一章地下水的形成与赋存

1、 第一章第一章 地下水的形成与赋存地下水的形成与赋存第一章第一章 地下水的形成与赋存地下水的形成与赋存第一节第一节 地下水的形成地下水的形成第二节第二节 地下水的赋存地下水的赋存第三节第三节 含水层与隔水层含水层与隔水层第一节第一节 地下水的形成地下水的形成 一、自然界的水循环及水均衡一、自然界的水循环及水均衡 二、气象因素和水文因素对地下水二、气象因素和水文因素对地下水 形成的影响形成的影响 三、地下水的分类三、地下水的分类 一、自然界的水循环及水均衡一、自然界的水循环及水均衡 1.1.水在自然界的水在自然界的 分布分布 2.2.自然界的水自然界的水 循环与水均衡循环与水均衡一、自然界中水的

2、循环一、自然界中水的循环 自然界中水的组成： 自然界中的水是统一水体，它们之间存在着内在联系和不自然界中的水是统一水体，它们之间存在着内在联系和不断相互转化的循环过程。断相互转化的循环过程。 水循环水循环 自然界的水通过水圈、大气圈、岩石圈和生物圈处于连续自然界的水通过水圈、大气圈、岩石圈和生物圈处于连续不断地循环运动的过程，称为水循环。不断地循环运动的过程，称为水循环。 水循环包括海陆水循环包括海陆（地球范围内）大循环（地球范围内）大循环和内陆、海洋和内陆、海洋小循小循环环。第一节第一节 地下水的基本知识地下水的基本知识地表水地表水地下水地下水大气水大气水咸水咸水 淡水淡水固态水固态水液态水

3、液态水气态水气态水 水循环意义水循环意义a.a.使大气圈、水圈、岩石使大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间不断圈和生物圈之间不断地进行着地进行着能量交换和物能量交换和物质迁移。质迁移。b.b.使大气降水、地表水、使大气降水、地表水、地下水、土壤水之间地下水、土壤水之间相互转化，使相互转化，使水资源不水资源不断更新断更新，形成统一系统。，形成统一系统。二、地下水二、地下水F 是指埋藏在地表以是指埋藏在地表以下，储存在岩石空隙下，储存在岩石空隙中的水。中的水。F 存在形式：存在形式： 主要：主要：对煤矿生产安全造成对煤矿生产安全造成影响的是影响的是重力水重力水。 气态水气态水吸着水吸着水薄膜水薄膜水毛

4、细水毛细水重力水重力水（潜水面）（潜水面）2 2、潜水潜水3、承压水承压水包气带包气带2、按埋藏条件分类的地下水按埋藏条件分类的地下水饱水带饱水带1 1、上层滞水上层滞水三、岩石的空隙性与水理性质三、岩石的空隙性与水理性质一）岩石的空隙性一）岩石的空隙性 看似致密的岩石，其实都具有空隙看似致密的岩石，其实都具有空隙孔隙、裂隙、溶隙。孔隙、裂隙、溶隙。 岩石的空隙性（空隙的大小、多少、形状、连通性、分布状况岩石的空隙性（空隙的大小、多少、形状、连通性、分布状况等）是决定地下水储存、运移的基本条件。等）是决定地下水储存、运移的基本条件。二）二）岩石的水理性质岩石的水理性质 指岩石与水作用时所呈现的

5、性质指岩石与水作用时所呈现的性质是评价岩石透水、储水等是评价岩石透水、储水等能力的主要依据。能力的主要依据。主要包括：主要包括：含水性：含水性：岩石含有水量多少的能力。饱和含水量岩石含有水量多少的能力。饱和含水量 = 空隙体积空隙体积持水性：持水性：岩石在重力影响下保持水的能力。吸着水、薄膜水岩石在重力影响下保持水的能力。吸着水、薄膜水给水性：给水性：岩石能自由流出水的能力。与持水性相反岩石能自由流出水的能力。与持水性相反透水性：透水性：岩石透过水的能力。以渗透系数表示，取决于空隙性岩石透过水的能力。以渗透系数表示，取决于空隙性 四、含水层、透水层与隔水层四、含水层、透水层与隔水层 1. 含水

6、层（带）含水层（带） 储存有在重力作用下可以自由流动的水的岩层称储存有在重力作用下可以自由流动的水的岩层称含水层（带）。含水层（带）。构成条件：构成条件：连通的空隙、隔水地质条连通的空隙、隔水地质条件和补给水源。件和补给水源。 2. 透水层（带）透水层（带） 只能透水而不能保持水的岩层。只能透水而不能保持水的岩层。 3. 隔水层（带）隔水层（带） 空隙不发育，不透水的岩层。空隙不发育，不透水的岩层。 含水层与隔水层在空间上是互为依赖，相伴共存，含水层与隔水层在空间上是互为依赖，相伴共存，从而构成含水地质结构，因为有不透水的隔水界面，从而构成含水地质结构，因为有不透水的隔水界面，含水层才能赋存地

7、下水。含水层才能赋存地下水。 五、地下水的分类五、地下水的分类 （一）按地下水的埋藏条件分类（一）按地下水的埋藏条件分类 1. 包气带水包气带水 存在于包气带中的无压水。只季节性存在，对农业生产存在于包气带中的无压水。只季节性存在，对农业生产意义大。意义大。 2. 上层滞水上层滞水 是指埋藏在离地表不深的包气带中局部隔水层上的重是指埋藏在离地表不深的包气带中局部隔水层上的重力水，储量小。力水，储量小。 3. 潜水潜水 是位于地表以下第一个稳定隔水层以上，且具有自由是位于地表以下第一个稳定隔水层以上，且具有自由水面的重力水。其水面是起伏不平的面，称为潜水面。水面的重力水。其水面是起伏不平的面，称

8、为潜水面。 潜水主要由大气降水和地表水补给。多数情况下，潜水主要由大气降水和地表水补给。多数情况下，补补给区与分布区一致给区与分布区一致。所以潜水的埋藏深度及含水层厚度经。所以潜水的埋藏深度及含水层厚度经常是变化的，而且变化范围较大，其中以气候、地形的影常是变化的，而且变化范围较大，其中以气候、地形的影响最为显著。响最为显著。 潜水对建井及露天开采的影响较大，对地下开采潜水对建井及露天开采的影响较大，对地下开采影响较小。影响较小。包气带水包气带水潜水埋深潜水埋深包气带包气带潜水位潜水位饱水带饱水带潜潜 水水 面面地地 面面隔水层顶面隔水层顶面大地水准面大地水准面潜水特征示意图潜水特征示意图 4

9、. 层间水层间水 是埋藏在两个隔水层之间的透水层中的地下水是埋藏在两个隔水层之间的透水层中的地下水。其运动受上下隔水层的约束和水压的作用，通常是从其运动受上下隔水层的约束和水压的作用，通常是从补给区流向排泄区。补给区流向排泄区。（二）（二）按含水层空隙性质分类按含水层空隙性质分类 1. 孔隙水孔隙水 是指存在于疏松岩层的孔隙中的水。是指存在于疏松岩层的孔隙中的水。2. 裂隙水裂隙水 是赋存和运动于基岩裂隙中的地下水。是赋存和运动于基岩裂隙中的地下水。3. 岩溶水岩溶水 是储存和运动于可溶蚀裂隙和溶洞中的地下水。是储存和运动于可溶蚀裂隙和溶洞中的地下水。导水性好导水性好补给充沛补给充沛成岩裂隙成

10、岩裂隙风化裂隙风化裂隙构造裂隙构造裂隙 正确的计算未来井巷及采区的涌水量大小，是一项重要正确的计算未来井巷及采区的涌水量大小，是一项重要而复杂的工作。它对煤田的技术经济评价有很大的影响，并而复杂的工作。它对煤田的技术经济评价有很大的影响，并且也是开采设计部门选择采掘方案，制定疏水措施，确定排且也是开采设计部门选择采掘方案，制定疏水措施，确定排水设备的主要依据。水设备的主要依据。 一、岩土的空隙性岩土中的空隙是地下水的储存空间，岩土空岩土中的空隙是地下水的储存空间，岩土空隙按其成因可分为隙按其成因可分为孔隙孔隙、裂隙裂隙和和溶隙溶隙（岩（岩溶溶洞）。溶溶洞）。可溶性岩石，可溶性岩石，如灰岩如灰岩

11、坚硬岩石，如花岗岩坚硬岩石，如花岗岩松散岩土松散岩土溶洞溶洞裂隙裂隙孔隙孔隙孔隙度测定方法砂砂子子水水液液面面n=V水水/V砂砂2 2、准确测定方法：、准确测定方法：n=（1-/)100%松散岩石的容重松散岩石的容重松散岩石的比重松散岩石的比重1、概略测定方法：、概略测定方法：3、坚硬岩石：饱和液体法、坚硬岩石：饱和液体法1、孔隙：、孔隙：指松散岩土颗粒与颗粒集合体之间小孔状指松散岩土颗粒与颗粒集合体之间小孔状或细管状的空隙。或细管状的空隙。孔隙体积多少用孔隙度（孔隙体积多少用孔隙度（n n）来量度。）来量度。 n=（Vn/V ）100%孔隙的体积孔隙的体积V岩石总体积岩石总体积影响孔隙度的因

12、素影响孔隙度的因素：岩石的密实程度、颗粒的均匀性、岩石的密实程度、颗粒的均匀性、颗粒形状和颗粒间的胶结程度等。颗粒形状和颗粒间的胶结程度等。2、裂隙：、裂隙：指固结的坚硬岩石在构造运动以及其他指固结的坚硬岩石在构造运动以及其他各种内、外地质营力作用下，产生于岩体中的各种扁各种内、外地质营力作用下，产生于岩体中的各种扁平状空隙。平状空隙。用裂隙度（用裂隙度（Kt）来衡量。）来衡量。Kt=（Vt /V ）100%=（Lb）/F 100%裂隙的体积裂隙的体积V岩石总体积岩石总体积露头中裂隙的长露头中裂隙的长度度岩层露头面积岩层露头面积裂隙的平均宽度裂隙的平均宽度地表地表地下水面地下水面毛细水毛细水气

13、态水气态水吸着水吸着水薄膜水薄膜水重力水重力水各种形式的水在地壳中的分布各种形式的水在地壳中的分布水井水井结合水结合水包气带包气带饱水带饱水带 含水层含水层：砂岩含水层砂岩含水层松散含水层松散含水层泥岩泥岩湖湖指能够透过并给出相当数量水的岩层。指能够透过并给出相当数量水的岩层。不能透过并给出水，或透过和给出水不能透过并给出水，或透过和给出水的数量微不足道的岩层（渗透系数的数量微不足道的岩层（渗透系数0.001m/d0.001m/d）隔水层隔水层：一、一、 概概 念念3 3、 岩岩 溶溶 水水岩溶的发育规律岩溶的发育规律岩溶发育的基本条件岩溶发育的基本条件地质构造对岩溶发育的控制作用地质构造对岩

14、溶发育的控制作用岩溶水的储存形式岩溶水的储存形式地下河地下河岩溶地下水脉岩溶地下水脉岩溶水的基本特征岩溶水的基本特征 返回 1.水在自然界的分布水在自然界的分布 海洋面积占地球表面积的海洋面积占地球表面积的70.5%70.5%，加上，加上大陆河湖及冰雪覆盖，达大陆河湖及冰雪覆盖，达75%75%，故有，故有“水之水之行星行星”之称。之称。 水体体积约占地球质量的水体体积约占地球质量的1%1%，以气态，以气态. .液态、固态，存在于大气圈、地球表面及液态、固态，存在于大气圈、地球表面及地壳之中。地壳之中。 海洋水占全球水资源总量的海洋水占全球水资源总量的96.596.5；陆地水占陆地水占3.53.

15、5；大气圈水占；大气圈水占0.0010.001。在陆地水中，淡水占全球水资源总在陆地水中，淡水占全球水资源总量的量的2.532.53，其中近，其中近7070的淡水分布在的淡水分布在冰川、永久积雪和永久冻土中，冰川、永久积雪和永久冻土中， 近近3030的地下淡水处于地下深处，目前尚无法的地下淡水处于地下深处，目前尚无法利用；利用；与人类生活关系最密切的河湖水占与人类生活关系最密切的河湖水占淡水资源的淡水资源的0.2660.266，浅层地下水占全球，浅层地下水占全球总资源量的十万分之七。总资源量的十万分之七。 2、自然界的水循环与水均衡、自然界的水循环与水均衡 分分 大循环（海陆之间）大循环（海陆

16、之间） 小循环（海陆内部）。小循环（海陆内部）。 在全球范围内，水分从海洋表面、陆地在全球范围内，水分从海洋表面、陆地的河湖、岩土表面蒸发，植物叶面蒸滕的的河湖、岩土表面蒸发，植物叶面蒸滕的水分，上升的水汽随气流转移到陆地上空，水分，上升的水汽随气流转移到陆地上空，以降水的形式降落到陆地表面，又以地表以降水的形式降落到陆地表面，又以地表径流及地下径流的形式汇入大海之中，称径流及地下径流的形式汇入大海之中，称为为大循环大循环。循环周期长达数千年或几天。循环周期长达数千年或几天。 蒸发、降水、径流仅发生在海洋蒸发、降水、径流仅发生在海洋 内部或陆地内部的水循环称为内部或陆地内部的水循环称为小循环。

17、小循环。 在任一区域的任一时段内，收入在任一区域的任一时段内，收入的水量与支出的水量遵循一定的数量的水量与支出的水量遵循一定的数量 关系。关系。 全球来说，多年平均蒸发量之和全球来说，多年平均蒸发量之和等于多年平均降水量之和。等于多年平均降水量之和。 这就是水量均衡原理。符合质量这就是水量均衡原理。符合质量守恒定律。守恒定律。表1-1 自然界各种水体的循环更替期自然界各种水体的循环更替期水体类型水体类型循环周期循环周期（年）（年）水体类型水体类型循环周期循环周期海洋海洋25002500湖泊湖泊1717年年深层地下水深层地下水14001400沼泽沼泽5 5年年极地冰川极地冰川97009700土壤

18、水土壤水1 1年年永久积雪高山永久积雪高山冰川冰川16001600河川水河川水1616天天永冻带底冰永冻带底冰1000010000大气水大气水8 8天天生物水生物水几小时几小时 图图1-1 1-1 自然界中水循环自然界中水循环动态观点：动态观点：通过循环通过循环 水的质量得以净化、水的数量水的质量得以净化、水的数量 得以再生，可持续发展得到保证。得以再生，可持续发展得到保证。降水降水蒸发蒸发径流径流水汽输送水汽输送入渗入渗蒸发蒸发降水降水水汽输送水汽输送 二、气象因素和水文因素对地下水二、气象因素和水文因素对地下水形成形成 的影响的影响 地下水是水循环的一部分，是大陆水地下水是水循环的一部分，

19、是大陆水资源的重要组成。地下水的补给、径流、资源的重要组成。地下水的补给、径流、排泄又组成了其本身的循环。排泄又组成了其本身的循环。 地下水的补给来源、补给量的大小，以地下水的补给来源、补给量的大小，以及地下水水位的高低、水质的好坏等，很及地下水水位的高低、水质的好坏等，很大程度上取决于气象、水文条件。每项与大程度上取决于气象、水文条件。每项与地下水有直接、间接关系：地下水有直接、间接关系： 1. 1. 气象因素气象因素 2. 2. 水文因素水文因素 1.影响地下水形成的气象因素影响地下水形成的气象因素 大气的物理状态称为大气的物理状态称为天气天气。 某一区域天气的平均状态称为这一区域的某一区

20、域天气的平均状态称为这一区域的气候气候。决定大气物理状态的气象因素包括：决定大气物理状态的气象因素包括： 1 1）气温）气温 2 2）湿度）湿度 3 3）降水）降水 4 4）蒸发）蒸发 5 5）气压）气压1）气温）气温大气中具有一定的温度称为大气中具有一定的温度称为气温气温。 一切天气变化，主要由气温不同一切天气变化，主要由气温不同引起。气温变化会直接影响地下水温引起。气温变化会直接影响地下水温度变化，水温变化又会使地下水中的度变化，水温变化又会使地下水中的气体成分发生变化。气体成分发生变化。 测量气温位置：高于地面测量气温位置：高于地面1.51.5米米 2）湿度）湿度 绝对湿度：绝对湿度：指

21、某一时刻空气中水汽的含量指某一时刻空气中水汽的含量。 受气温、地表性质等影响。在温暖地带、辽受气温、地表性质等影响。在温暖地带、辽阔水面和潮湿土壤区上空，绝对湿度较大；在气阔水面和潮湿土壤区上空，绝对湿度较大；在气温低的地区，绝对湿度则很小。温度越高，绝对温低的地区，绝对湿度则很小。温度越高，绝对湿度越多，反之越少。湿度越多，反之越少。 某一温度下，空气中可能被容纳的水汽数量某一温度下，空气中可能被容纳的水汽数量称为称为饱和水汽含量饱和水汽含量。 绝对湿度只能说明某一时刻空气中水汽含量绝对湿度只能说明某一时刻空气中水汽含量的多少，而不能说明空气中的水分是否达到饱和的多少，而不能说明空气中的水分

22、是否达到饱和.相对湿度：相对湿度：指某一时刻空气中水汽张力与指某一时刻空气中水汽张力与 同一时刻的饱和水汽张力之比。同一时刻的饱和水汽张力之比。空气绝对湿度不变时，当气温下降时，则相空气绝对湿度不变时，当气温下降时，则相对湿度增加。对湿度增加。即绝对湿度不变时，相对湿度与气温的变化即绝对湿度不变时，相对湿度与气温的变化成反比。成反比。当相对湿度达到当相对湿度达到100100时，说明空气中水汽已时，说明空气中水汽已达到饱和状态。达到饱和状态。空气中水汽达到饱和时的温度称为空气中水汽达到饱和时的温度称为露点露点。 气温低于露点，多余水汽就要凝结形成降水。气温低于露点，多余水汽就要凝结形成降水。 3

23、）降水）降水 当空气的温度低于露点时，空气中当空气的温度低于露点时，空气中多余的水汽就要凝结，以液态或固态多余的水汽就要凝结，以液态或固态形式降落到地表形成降水。形式降落到地表形成降水。 降水量用雨量计测量，用水层厚度降水量用雨量计测量，用水层厚度（mmmm）表示。）表示。 如：某一地区年降水量为如：某一地区年降水量为1000mm.1000mm.即表示降落到该地区的水量平铺该区即表示降落到该地区的水量平铺该区上，水层厚度为上，水层厚度为1000mm1000mm。 降水渗入构成地下水的补给来源。降水渗入构成地下水的补给来源。其强弱取决于：其强弱取决于： 一、大气降水的强度及延续时间，一、大气降水

24、的强度及延续时间， 二、当地的渗入条件，如：地表岩石的透二、当地的渗入条件，如：地表岩石的透 水性、地形、植被等。水性、地形、植被等。即：即：单位时间内所降下的雨量大，延续时间单位时间内所降下的雨量大，延续时间长，渗入条件好，地表岩石透水性好，地形长，渗入条件好，地表岩石透水性好，地形平坦，植被良好，则补给地下水量就多。平坦，植被良好，则补给地下水量就多。 4）蒸发）蒸发 水在常温下由液态变为气态的过程水在常温下由液态变为气态的过程 称为称为蒸发蒸发。 分为分为:水面蒸发、水面蒸发、土面蒸发、土面蒸发、叶面蒸腾三种。叶面蒸腾三种。 蒸发量蒸发量以一定时间单位面积上所蒸发的水层以一定时间单位面积

25、上所蒸发的水层厚度（厚度（mmmm）表示。）表示。 蒸发的速度和数量取决于许多因素，如：蒸发的速度和数量取决于许多因素，如：气温、气压、湿度、风速等。气温、气压、湿度、风速等。 5）气）气压压 空气的重量构成空气的重量构成气压气压。 一高度上的气压，是指在静止大气中一高度上的气压，是指在静止大气中. .单位面积所承受大气柱的重量。单位面积所承受大气柱的重量。 各地气压的差异引起空气运动，冷暖各地气压的差异引起空气运动，冷暖 空气交锋就形成降雨。空气交锋就形成降雨。 气压的变化还可影响地下水位升降，气压的变化还可影响地下水位升降， 从而引起泉水流量变化。从而引起泉水流量变化。 如：气压下降，泉水

26、流量有增加的现象如：气压下降，泉水流量有增加的现象。 2.影响地下水形成的水文因素影响地下水形成的水文因素 河流都与地下水有密切的联系。一般河流都与地下水有密切的联系。一般河流上游排泄地下水，下游补给地下水。河流上游排泄地下水，下游补给地下水。 大气降水降落到地表后，大气降水降落到地表后， 一分为三：一分为三： 就地蒸发；就地蒸发； 渗入地下；渗入地下； 地表径流。地表径流。 径流径流 地表水和地下水从地表流域或地表水和地下水从地表流域或 地下流域注入河系排水量的过程。地下流域注入河系排水量的过程。 1）流域）流域 2）地表径流）地表径流 3）河流补给）河流补给 1）流域）流域 流域：指一个水

27、系的干流和支流所流流域：指一个水系的干流和支流所流 过的整个地区。过的整个地区。 每一个水系都有其相应的流域，每一个水系都有其相应的流域， 各水系以分水岭为界，在分水岭范围内各水系以分水岭为界，在分水岭范围内 的所有地表水流最终均汇入该水系。的所有地表水流最终均汇入该水系。 分水岭范围内的平面面积，称为分水岭范围内的平面面积，称为 该水系的该水系的流域面积流域面积或或集水面积集水面积。 地下水分水岭以内的平面面积，地下水分水岭以内的平面面积，称为称为地下水流域地下水流域，也称，也称水文地质单元。水文地质单元。 地下水分水岭往往与地表分水岭地下水分水岭往往与地表分水岭一致，也可以不一致，除受地质

28、构造因一致，也可以不一致，除受地质构造因素影响外，与两河间分水岭地带岩石的素影响外，与两河间分水岭地带岩石的透水性及在地下水渗透方向上的两河水透水性及在地下水渗透方向上的两河水位标高有关。位标高有关。 2）地表径流）地表径流 影响因素：影响因素： （1 1）气候因素；）气候因素； （2 2）地形和植被因素；）地形和植被因素； （3 3）地表岩石的透水性；）地表岩石的透水性； （4 4）流域面积；）流域面积； （5 5）人为因素。）人为因素。 （1）气候因素）气候因素 一般潮湿系数越大，其地表径流越好；一般潮湿系数越大，其地表径流越好； 降水特点不同也不同；降水特点不同也不同；如：我国东南部降雨

29、量大于蒸发量，潮湿系如：我国东南部降雨量大于蒸发量，潮湿系数远远大于数远远大于1 1，因而水系发育；，因而水系发育；我国西北、内蒙古地区相反，许多河流冬季我国西北、内蒙古地区相反，许多河流冬季干涸。在短时内降下大雨或暴雨，可使地表径流干涸。在短时内降下大雨或暴雨，可使地表径流骤增。骤增。由于我国大部分地区降水集中于夏季，因此由于我国大部分地区降水集中于夏季，因此河流河流汛期汛期也在夏季。也在夏季。 春季我国东北及西北高山区融雪，也可以造春季我国东北及西北高山区融雪，也可以造成较大的地表径流，这就是所谓的成较大的地表径流，这就是所谓的春汛春汛。 （2）地形和植被因素）地形和植被因素 地形切割剧烈

30、、坡度陡峻的地区地形切割剧烈、坡度陡峻的地区. .降雨很快形成地表径流；降雨很快形成地表径流； 在地形切割较弱，特别是当斜坡在地形切割较弱，特别是当斜坡被灌木丛及树林所覆盖时，可阻滞地被灌木丛及树林所覆盖时，可阻滞地表径流，使地表径流显著减少。表径流，使地表径流显著减少。（3）地表岩石的透水性）地表岩石的透水性地表岩石透水性大，地下径流增加。地表岩石透水性大，地下径流增加。 如：我国云贵地区石灰岩岩溶发育，如：我国云贵地区石灰岩岩溶发育，地表有很多大的岩溶洞穴，为降水渗地表有很多大的岩溶洞穴，为降水渗入地下创造了极有利的条件。入地下创造了极有利的条件。 在这些地区常可见到许多断头河，在这些地区

31、常可见到许多断头河，地表径流明显地减少。地表径流明显地减少。 （4 4）流域面积）流域面积 在流域面积大、河流支流多的地在流域面积大、河流支流多的地区，一旦降雨，水量可以分配到各支区，一旦降雨，水量可以分配到各支流中去，降雨时河水涨落影响的幅度流中去，降雨时河水涨落影响的幅度就不会太大；就不会太大； 流域面积小，支流少，又没有湖流域面积小，支流少，又没有湖泊可以调节水量，一遇降水，地表径泊可以调节水量，一遇降水，地表径流量就会急剧增加，河水涨落幅度大流量就会急剧增加，河水涨落幅度大. .甚至造成洪水泛滥。甚至造成洪水泛滥。（5）人为因素）人为因素 人造林及防护林带能吸收大气降水人造林及防护林带

32、能吸收大气降水. .使地表径流减少；使地表径流减少； 修建水利工程可以调节、控制地表修建水利工程可以调节、控制地表径流。径流。如：南水北调，人工运河，水库、修筑如：南水北调，人工运河，水库、修筑 梯田可减少地表径流、阻挡水土流失梯田可减少地表径流、阻挡水土流失. . 增加降雨入渗、增强地下水径流等。增加降雨入渗、增强地下水径流等。 3）河流补给类型）河流补给类型 河流主要依靠大气降水及地下河流主要依靠大气降水及地下 水补给。水补给。 （1 1）大气降水补给。）大气降水补给。 （2 2）地下水补给。）地下水补给。（1）大气降水补给类型）大气降水补给类型 分类：分类：雨水补给类型，在潮湿温暖季候风

33、雨水补给类型，在潮湿温暖季候风 控制的地区，终年很少冰雪。控制的地区，终年很少冰雪。如：我国华南的河流。如：我国华南的河流。 雪水补给类型，在寒冷地带，冬季雪水补给类型，在寒冷地带，冬季 很长。很长。如：东北区河流有雪水及雨水的补给，如：东北区河流有雪水及雨水的补给， 每年河水有春夏两次洪峰每年河水有春夏两次洪峰。 冰水补给类型：冰水补给类型：在有冰川分布的高山地区，在夏季冰川在有冰川分布的高山地区，在夏季冰川 融化时补给河流，融化时补给河流，如：我国西南及西北的高山河流。如：我国西南及西北的高山河流。 混合补给类型：混合补给类型：流域面积很大的河流，往往是在河流上流域面积很大的河流，往往是在

34、河流上游可能由雪水及冰水融化补给，在中下游则游可能由雪水及冰水融化补给，在中下游则为雨水补给。为雨水补给。如：我国的长江、黄河、黑龙江等河流如：我国的长江、黄河、黑龙江等河流均属混合补给类型。均属混合补给类型。（2）地下水补给）地下水补给 在河流的上游，河谷深切、含水层裸在河流的上游，河谷深切、含水层裸露，使地下水以泉的形式排泄于河流，成露，使地下水以泉的形式排泄于河流，成为河流的补给水源。为河流的补给水源。 一条河流流量的大小，往往可作为评一条河流流量的大小，往往可作为评价该地区含水层蓄水能力强弱的依据。价该地区含水层蓄水能力强弱的依据。 如：枯水期河水流量大，说明该地区如：枯水期河水流量大

35、，说明该地区 含水层蓄水能力强，地下水资源丰富。含水层蓄水能力强，地下水资源丰富。 三、地下水的分类三、地下水的分类 1.1.按地下水的起源分类按地下水的起源分类 2.2.按地下水的埋藏条件分类按地下水的埋藏条件分类 1. 1.按地下水的起源分类按地下水的起源分类 按地下水起源不同，分为：按地下水起源不同，分为：1）渗入水）渗入水2）凝结水）凝结水3）埋藏水）埋藏水 4）再生水和岩浆水）再生水和岩浆水 1）渗入水）渗入水 由渗入作用形成的地下水。由渗入作用形成的地下水。 大气降水及地表水下渗是补给地下水大气降水及地表水下渗是补给地下水 的主要方式。的主要方式。 大量长期观测资料充分证明，地下水

36、大量长期观测资料充分证明，地下水 水位的升降与降水多少是一致的。水位的升降与降水多少是一致的。 地表水的渗透，居于次要地位，主要地表水的渗透，居于次要地位，主要 局限在其分布的邻近地段。局限在其分布的邻近地段。 2）凝结水）凝结水 含有一定水汽的空气进入地下，当该含有一定水汽的空气进入地下，当该处温度低于露点时，空气中的水汽含量处温度低于露点时，空气中的水汽含量 过饱和凝结成液态的地下水，这种水称为过饱和凝结成液态的地下水，这种水称为凝结水凝结水。 在炎热干燥的沙漠地带，凝结水是缺在炎热干燥的沙漠地带，凝结水是缺水地区饮用水的重要来源。水地区饮用水的重要来源。 如如:西北干旱地区，年降雨量很少

37、，某些西北干旱地区，年降雨量很少，某些地方储存有丰富的地下水，多为凝结水。地方储存有丰富的地下水，多为凝结水。 3）埋藏水）埋藏水 由于重力作用的结果，水底沉积由于重力作用的结果，水底沉积物被压密。物被压密。 在压密过程中，大量的水被挤入在压密过程中，大量的水被挤入 孔隙较大的岩层中，当上部被不透水孔隙较大的岩层中，当上部被不透水 的岩层所覆盖而被埋藏于地壳深部时的岩层所覆盖而被埋藏于地壳深部时. .成为成为埋藏水埋藏水， （又称（又称封存水封存水）。）。 4）再生水和岩浆水）再生水和岩浆水 在地壳深部高温高压条件下，在地壳深部高温高压条件下，原来存在于岩石中的结合水重新转原来存在于岩石中的结

38、合水重新转 变成自由状态的液态水或气态水，变成自由状态的液态水或气态水， 以高温热水形式埋藏于地壳中，这以高温热水形式埋藏于地壳中，这 种水称为种水称为再生水再生水（又称（又称脱出水脱出水）。）。 岩浆熔岩中含水量可达岩浆熔岩中含水量可达1212，当压力、，当压力、 温度降低时，熔岩中水的含量很快降低，温度降低时，熔岩中水的含量很快降低， 水从熔岩中分离出来进入岩石空隙中，这种水从熔岩中分离出来进入岩石空隙中，这种水称为水称为岩浆水岩浆水( (又称又称初生水初生水) )。 再生水、岩浆水很少。再生水、岩浆水很少。广泛出露的温泉及地下热水，主要还是广泛出露的温泉及地下热水，主要还是大气降水深循环

39、加热的结果。大气降水深循环加热的结果。 深部热水的运移，常为汽、液两相的深部热水的运移，常为汽、液两相的 混合流动，它与地表浅部的液态水运动有很混合流动，它与地表浅部的液态水运动有很大的区别。大的区别。 2. 2.按地下水的埋藏条件分类按地下水的埋藏条件分类 可分为可分为: : 包气带水、包气带水、 潜水、潜水、 承压水三类；承压水三类； 按含水层空隙性质分为按含水层空隙性质分为: 孔隙水、孔隙水、 裂隙水、裂隙水、 岩溶水三类。（后节介绍）岩溶水三类。（后节介绍）第二节第二节 地下水的赋存地下水的赋存 第二节第二节 地下水的赋存地下水的赋存 一、地下水的蓄水空间一、地下水的蓄水空间 二、水在

40、岩石中的存在形式二、水在岩石中的存在形式 三、岩石的水理性质三、岩石的水理性质 一、地下水的蓄水空间一、地下水的蓄水空间 自然界的岩石，无论松散沉积物还是坚硬的自然界的岩石，无论松散沉积物还是坚硬的 基岩，都具有大小不等、形状不一的空隙。基岩，都具有大小不等、形状不一的空隙。 岩石的空隙性：岩石的空隙性： 岩石空隙的大小、多少、均匀程度、岩石空隙的大小、多少、均匀程度、 连通程度决定着地下水的埋藏、分布和运动连通程度决定着地下水的埋藏、分布和运动 状况。状况。 空隙分类：空隙分类： 1.1.孔隙孔隙 2.2.裂隙裂隙 3.3.溶隙溶隙 1.1.孔隙孔隙 孔隙是松散沉积物及某些胶结不好的半孔隙是

41、松散沉积物及某些胶结不好的半坚硬岩石中的空隙。坚硬岩石中的空隙。 孔隙的大小：孔隙的大小： 取决于沉积物颗粒形状、大小、均匀程取决于沉积物颗粒形状、大小、均匀程度、排列情况及胶结程度等。度、排列情况及胶结程度等。 颗粒越粗大，其间孔隙越大。颗粒大小颗粒越粗大，其间孔隙越大。颗粒大小相等，呈立方体排列（疏松排列），其孔隙相等，呈立方体排列（疏松排列），其孔隙要大于呈四面体排列（紧密排列）。沉积物要大于呈四面体排列（紧密排列）。沉积物颗粒不均匀，粗颗粒间的孔隙常被小颗粒充颗粒不均匀，粗颗粒间的孔隙常被小颗粒充填，使孔隙变小。填，使孔隙变小。 孔隙与地质历史条件有关孔隙与地质历史条件有关。 如：随深

42、度增加，松散沉积物的自重如：随深度增加，松散沉积物的自重 压力增大，其孔隙度就会降低；压力增大，其孔隙度就会降低；地质时代较老的沉积物其颗粒之间地质时代较老的沉积物其颗粒之间 常被胶结，经过胶结作用后的岩石，常被胶结，经过胶结作用后的岩石，其孔隙度也会大大降低。其孔隙度也会大大降低。 孔隙度（孔隙度（n n）：）：岩石中的孔隙体积岩石中的孔隙体积（VnVn）与岩石总体积与岩石总体积（V V） 之比（可以用小数或百分数表示）之比（可以用小数或百分数表示） 孔隙度孔隙度 ： n n 测定方法：测定方法： 取一量筒装入所要测定的砂土样，轻捣之，取一量筒装入所要测定的砂土样，轻捣之，测定其体积（测定其

43、体积（V V），然后自下而上向筒内缓缓注水），然后自下而上向筒内缓缓注水. . 当全部孔隙为水饱和时，砂面上出现发亮的水面当全部孔隙为水饱和时，砂面上出现发亮的水面. .此时，注入的水量可认为是孔隙的体积（此时，注入的水量可认为是孔隙的体积（VnVn）。）。%100VVnn图图1-5 1-5 圆球状颗粒的排列方式对孔隙度圆球状颗粒的排列方式对孔隙度大小的影响大小的影响 （a a）最小密度的排列方式；）最小密度的排列方式； （b b）最大密度的排列方式；）最大密度的排列方式； （c c）中等密度的排列方式）中等密度的排列方式 孔隙大的粗粒沉积物，如：卵石、孔隙大的粗粒沉积物，如：卵石、砾石层有利

44、于地下水的流动和富集。砾石层有利于地下水的流动和富集。 对于黏性土，由于其结构孔隙的对于黏性土，由于其结构孔隙的 存在，孔隙度常常很大。存在，孔隙度常常很大。 表表1-31-3 几种松散沉积物的近似孔隙度几种松散沉积物的近似孔隙度松散松散沉积物沉积物砾砾 石石粗粗 砂砂细细 砂砂亚黏土亚黏土黏黏 土土 泥炭泥炭 （淤泥）（淤泥）孔隙度孔隙度% %272740404242474750508080 2. 2.裂隙裂隙裂隙是坚硬岩石中的空隙，它是岩石形裂隙是坚硬岩石中的空隙，它是岩石形成以后的历史时期中地质作用的结果。成以后的历史时期中地质作用的结果。裂隙是坚硬岩石中的空隙。裂隙的宽度裂隙是坚硬岩石

45、中的空隙。裂隙的宽度. . 长度、数量、分布及连通情况。长度、数量、分布及连通情况。裂隙率（裂隙率（K KT T）就是岩石中的裂隙体积）就是岩石中的裂隙体积（V VT T）与岩石总体积（）与岩石总体积（V V）之比：）之比： 裂隙率裂隙率K KT T、面裂隙率、面裂隙率K KM M 、线裂隙率、线裂隙率K KL L ， 测定方法测定方法：注水、测面积、量长度；：注水、测面积、量长度； %100VVKTT%100FbLKM%100LdKL在岩石露头或巷道中测量裂隙时，可选择一在岩石露头或巷道中测量裂隙时，可选择一块露头良好，有代表性的地段，将表面稍加清洗块露头良好，有代表性的地段，将表面稍加清洗

46、. .量得总面积（量得总面积（F F），并逐一量得该面积内每条裂隙），并逐一量得该面积内每条裂隙的长度（的长度（L L）和宽度（）和宽度（d d），并将该面积内的裂隙），并将该面积内的裂隙统计求和，然后按下式计算统计求和，然后按下式计算K KT T或或K KM M。 钻探岩芯，求钻探岩芯，求 “ “K KL L”：3321dddd裂隙率用体积计算：裂隙率用体积计算：或用裂隙数量计算：或用裂隙数量计算：岩心线裂隙率：岩心线裂隙率：平均总宽度：平均总宽度： 3. 3.溶隙溶隙 溶隙是可溶岩（石灰岩、白云岩、大理岩、溶隙是可溶岩（石灰岩、白云岩、大理岩、 石膏、岩盐等）中的空隙。石膏、岩盐等）中的空

47、隙。 巨大洞穴或溶隙，是水溶蚀结果。巨大洞穴或溶隙，是水溶蚀结果。 溶隙率（溶隙率（K Kk k）就是岩石中的溶隙体积（）就是岩石中的溶隙体积（V Vk k） 与岩石总体积（与岩石总体积（V V）之比：）之比： 溶隙率溶隙率 在取出的岩芯上（顺着钻进的方向）选择在取出的岩芯上（顺着钻进的方向）选择 能代表岩溶发育的三条线，逐一测得各段溶隙的能代表岩溶发育的三条线，逐一测得各段溶隙的宽度宽度d d1 1、d d2 2、d d3 3，求出平均总宽度，再量得取出，求出平均总宽度，再量得取出岩芯的长度岩芯的长度L L，代入下式即求出线溶隙率，代入下式即求出线溶隙率K Kr r。%100VVKkk %1

48、00LdKr3321dddd 二、水在岩石中的存在形式二、水在岩石中的存在形式 水有气、液、固三态。水有气、液、固三态。 贮存和运动于岩石空隙中的水，根据水与岩贮存和运动于岩石空隙中的水，根据水与岩石之间的相互作用及物理状态的不同，石之间的相互作用及物理状态的不同， 可分为：可分为： 1.1.气态水气态水 2.2.结合水结合水 3.3.毛细水毛细水 4.4.固态水固态水 5.5.重力水重力水 1. 1.气态水气态水贮存和运移于未被饱和的岩石空隙中，呈气贮存和运移于未被饱和的岩石空隙中，呈气体状态存在的水，称体状态存在的水，称气态水气态水。气态水气态水也可也可以封闭状态存在于饱和带或毛细以封闭状

49、态存在于饱和带或毛细带中。受蒸气张力差的作用，由张力大向小的地带中。受蒸气张力差的作用，由张力大向小的地方运动。方运动。当岩石空隙内空气中水汽增多达到饱和时，当岩石空隙内空气中水汽增多达到饱和时，或当温度变化而达到露点时，水汽开始凝结，成或当温度变化而达到露点时，水汽开始凝结，成为液态水。为液态水。气态水与大气中的水汽常保持动平衡状态而气态水与大气中的水汽常保持动平衡状态而相互转移。气态水在一处蒸发，在另一处凝结，相互转移。气态水在一处蒸发，在另一处凝结，对岩石中水的重新分布有着一定的影响。对岩石中水的重新分布有着一定的影响。 2.2.结合水结合水 结合水结合水: :贮存和运移于岩石空隙中的液

50、态贮存和运移于岩石空隙中的液态 水，一经与岩石颗粒接触，颗粒表面就会牢固地水，一经与岩石颗粒接触，颗粒表面就会牢固地 吸附一层水膜，这种水称为吸附一层水膜，这种水称为表面结合水表面结合水。（也称。（也称 薄膜水薄膜水） 因为岩石颗粒表面由游离原子或离子组成，因为岩石颗粒表面由游离原子或离子组成， 带有正电或负电荷，在其周围形成静电引力场，带有正电或负电荷，在其周围形成静电引力场， 当岩石颗粒与水接触时，在静电引力的作用下，当岩石颗粒与水接触时，在静电引力的作用下， 水分子便失去自由活动能力，被整齐地、紧密地水分子便失去自由活动能力，被整齐地、紧密地吸附在颗粒表面，形成一层很薄的水膜，吸附在颗粒

51、表面，形成一层很薄的水膜， 称称水化膜水化膜。图图1-6 1-6 水分子结构示意图水分子结构示意图偶极体的水偶极体的水分子，是由两个分子，是由两个位于等腰三角形位于等腰三角形底角的氢原子和底角的氢原子和一个位于顶角的一个位于顶角的氧原子组成的，氧原子组成的，水分子一端为正水分子一端为正电荷，另一端为电荷，另一端为负电荷。负电荷。图图1-7 土粒表面水分子分布图土粒表面水分子分布图距颗粒表面越距颗粒表面越远，静电引力场的远，静电引力场的强度越小，颗粒对强度越小，颗粒对水分子吸着作用的水分子吸着作用的强弱，将这种结合强弱，将这种结合水分为强结合水和水分为强结合水和弱结合水。弱结合水。 3.3.毛细

52、水毛细水 充填在毛细空隙中的水称为充填在毛细空隙中的水称为毛细水毛细水。 毛细水毛细水既受重力，又受毛细力作用。毛细上既受重力，又受毛细力作用。毛细上升最大高度与毛管直径成反比。升最大高度与毛管直径成反比。 在砂类土中，颗粒越小则孔隙越小，毛细在砂类土中，颗粒越小则孔隙越小，毛细上升高度就越高。但在粘性土中的最大高度不超上升高度就越高。但在粘性土中的最大高度不超过过12m12m。因为粘性土中多为结合水。粘性土中毛细因为粘性土中多为结合水。粘性土中毛细 现象的产生，是其中弱结合水缓慢运动的结果现象的产生，是其中弱结合水缓慢运动的结果. . 由于运动的阻力很大，故上升高度反而减小。由于运动的阻力很

53、大，故上升高度反而减小。 毛细上升速度与毛细孔隙大小有密切毛细上升速度与毛细孔隙大小有密切 关系。毛细孔隙越大，毛细上升速度越快，关系。毛细孔隙越大，毛细上升速度越快， 反之越慢。毛细上升速度开始快，以后反之越慢。毛细上升速度开始快，以后 便逐渐减慢。便逐渐减慢。粗粒砂土，经过几昼夜或几十昼夜水便粗粒砂土，经过几昼夜或几十昼夜水便停止上升了，而对于粘性土，要经过几年停止上升了，而对于粘性土，要经过几年 才能达到最大高度。还与水的矿化度有关才能达到最大高度。还与水的矿化度有关, ,一般随矿化度的增大而减小。一般随矿化度的增大而减小。 4.固态水固态水 在寒冷地带，水常以固态冰的形式存在，这种在寒

54、冷地带，水常以固态冰的形式存在，这种水称水称固态水固态水。这类水只在寒冷地区存在。这类水只在寒冷地区存在。在砂土层中挖井，开始时，土是干的，存在在砂土层中挖井，开始时，土是干的，存在气态水和结合水。再往下砂土层的颜色渐渐变暗、气态水和结合水。再往下砂土层的颜色渐渐变暗、潮湿，存在毛细水。再深，潮湿程度加大，毛细潮湿，存在毛细水。再深，潮湿程度加大，毛细水量增多，井壁很湿，但井中没有水，因为毛细水量增多，井壁很湿，但井中没有水，因为毛细水的弯液面阻止着毛细水流入井中。再往下，水水的弯液面阻止着毛细水流入井中。再往下，水便开始渗入井中，形成地下水面。便开始渗入井中，形成地下水面。 5、重力水、重力

55、水 当岩石的孔隙全部为水饱和时，在重当岩石的孔隙全部为水饱和时，在重力作用下能运动的水称为力作用下能运动的水称为重力水重力水。 （又称为（又称为自由液态水自由液态水） 重力水是水文地质学的主要研究对象。重力水是水文地质学的主要研究对象。 （见后图）（见后图）图图1-9 1-9 剖面上各种形式水的分布剖面上各种形式水的分布三、岩石的水理性质三、岩石的水理性质 空隙性为地下水贮存与运动提供空间空隙性为地下水贮存与运动提供空间 条件，但水能否自由地进入这些空间，进条件，但水能否自由地进入这些空间，进入的水能否自由地运动和自由地取（排）入的水能否自由地运动和自由地取（排）出出. 岩石与水接触过程中，岩

56、石表现出来岩石与水接触过程中，岩石表现出来 的控制水分活动的各种性质，称为的控制水分活动的各种性质，称为岩石的岩石的水理性质水理性质，或（，或（水文地质性质）水文地质性质）。 它们的定量指标是进行各种水文它们的定量指标是进行各种水文 地质计算的基本参数，是对岩石进行地质计算的基本参数，是对岩石进行 水文地质评价、划分含水层的重要水文地质评价、划分含水层的重要 依据：依据： 1.1.岩石的容水性岩石的容水性 2.2.岩石的给水性岩石的给水性 3.3.岩石的持水性岩石的持水性 4.4.岩石的透水性岩石的透水性 1.1.岩石的容水性岩石的容水性岩石具有能够容纳一定水量的性能称为岩岩石具有能够容纳一定

57、水量的性能称为岩石的石的 容水性容水性。在数量上容水性用。在数量上容水性用容水度容水度来衡量来衡量.容水度（容水度（WnWn）是岩石所容纳水的体积（）是岩石所容纳水的体积（VnVn）与岩石总体积（与岩石总体积（V V）之比：）之比： 岩石容水性能的好坏与岩石空隙的多岩石容水性能的好坏与岩石空隙的多少有关。容水度在数量上近似等于（小于）少有关。容水度在数量上近似等于（小于）孔隙度孔隙度. . 由于某些空隙的不连通，以及空由于某些空隙的不连通，以及空隙中有被水封闭的气泡存在。隙中有被水封闭的气泡存在。%100VVWnn 2. 2.岩石的给水性岩石的给水性 在重力作用下，从饱水的岩石中，在重力作用下

58、，从饱水的岩石中， 自由流出（排出）一定水量的性能称为自由流出（排出）一定水量的性能称为 岩石的岩石的给水性给水性。在数量上用给水度（又。在数量上用给水度（又称称 重力给水度）来衡量。重力给水度）来衡量。 给水度（给水度（）是在重力作用下从饱水）是在重力作用下从饱水岩石中自由流出（排出）的水的体积（岩石中自由流出（排出）的水的体积（V Vg g）与岩石总体积（与岩石总体积（V V ）之比：）之比：%100VVg 3. 3.岩石的持水性岩石的持水性 岩石在重力作用下排水后仍能保持一定岩石在重力作用下排水后仍能保持一定 水量的性能称为岩石的水量的性能称为岩石的持水性持水性。在数量上。在数量上 用用

59、持水度持水度来衡量。来衡量。 持水度（持水度（WmWm）是饱水的岩石在重力作用）是饱水的岩石在重力作用 下排水后所保持的水体积（下排水后所保持的水体积（VmVm）与岩石的）与岩石的 总体积（总体积（V V）之比：）之比： 给水度、容水度及持水度有如下关系：给水度、容水度及持水度有如下关系：给水度（给水度（ ）= = 容水度（容水度（WnWn）持水度（）持水度（WmWm）%100VVWmm 4.4.岩石的透水性岩石的透水性 岩石的水理性质受岩石的空隙性控岩石的水理性质受岩石的空隙性控制，同时水理性质与岩石空隙中水存在制，同时水理性质与岩石空隙中水存在的形式也有着密切关系。的形式也有着密切关系。

60、一般地说，空隙愈大，给水性就愈一般地说，空隙愈大，给水性就愈好，透水性就愈强，持水性就愈弱；相好，透水性就愈强，持水性就愈弱；相反，空隙愈小，持水性就愈好，给水性反，空隙愈小，持水性就愈好，给水性及透水性减弱。及透水性减弱。 对于粗碎屑的松散沉积物，如粗砂对于粗碎屑的松散沉积物，如粗砂. .砂砾、卵石等，其持水度是很小的，砂砾、卵石等，其持水度是很小的， 几乎近于零。几乎近于零。 而从粗砂到卵石其孔隙度是逐渐而从粗砂到卵石其孔隙度是逐渐变小的，故由粗粒砂到卵石，虽然颗粒变小的，故由粗粒砂到卵石，虽然颗粒增大，透水性增强，但其给水度数值增大，透水性增强，但其给水度数值 却降低（图却降低（图1-1