3.2地下水基本概念ppt课件

1、Chapter 8 Groundwater、Karst Landforms 本章教学目的和要求：本章教学目的和要求：1. 掌握地下水的基本概念和掌握地下水的基本概念和类型划分；掌握潜水、承压类型划分；掌握潜水、承压水、孔隙水、裂隙水、岩溶水、孔隙水、裂隙水、岩溶水的特征；水的特征；2. 掌握岩溶的概念，并掌握掌握岩溶的概念，并掌握岩溶形成的基本条件；掌握岩溶形成的基本条件；掌握常见的地表、地下岩溶地貌常见的地表、地下岩溶地貌形态和特征；形态和特征；3. 了解地下水资源的概念及了解地下水资源的概念及特征。特征。 地下水的基本概念和地质作用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的类

2、型及其特征 地下水资源地下水资源 岩溶地貌岩溶地貌 地下水、岩溶与农业资源地下水、岩溶与农业资源8.1 The Basic Concepts of Groundwater8.2 The Types and the relevant Properties of Groundwater8.3 Groundwater Resources8.4 Karst Landscape8.5 Groundwater、Karst and Agricultural Resourcesgroundwater: 地下水地下水infiltrate:渗入渗入porosity:孔隙度孔隙度pore:孔隙孔隙fissure(f

3、racture):裂隙裂隙cavity:溶穴溶穴 permeability渗透性渗透性)aquifer含水层）含水层）aquitard弱透水层、半隔水层）弱透水层、半隔水层）aquiclude隔水层）隔水层）unconfined aquifer无压含水层）无压含水层）confined aquifer承压含水层）承压含水层） water table潜水面）潜水面）spring(泉泉)recharge补给）补给）discharge排泄）排泄）precipitaion(降水）降水）combined water(结合水）结合水）gravitational water(重力水）重力水）8. 1 The

4、Basic Concepts of Groundwater The Spaces and Moisture in Rocks Recharge补给补给and Discharge排泄）排泄） of Groundwater The Physical Properties and Chemical Composition(a)Winter Park,Florida,sinkhole;(b)sinkhole lakes in central Florida,as seen from a high altitude. 地下水地下水groundwatergroundwater）：是指）：是指存在于地面以下

5、沉积物孔隙中或岩存在于地面以下沉积物孔隙中或岩石裂隙、溶穴中的水。石裂隙、溶穴中的水。 地下水的作用主要包括：资地下水的作用主要包括：资源、地质营力、生态环境因子、灾源、地质营力、生态环境因子、灾害因子等害因子等 The Spaces and Moisture in Rocks（1岩石中的空隙岩石中的空隙 1孔隙：孔隙： 松散沉积物是由大小不等的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颗粒组成，颗粒或颗粒集合体之间的空隙称为孔隙。称为孔隙。 孔隙体积的多少用孔隙度表示。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度是指某一体积岩石包括孔隙在内中孔隙体

6、积所占的比例。若以孔隙体积所占的比例。若以n表示孔隙度。表示孔隙度。注意：注意：孔隙度大小与孔隙大小孔隙度大小与孔隙大小不同不同! 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：问题： 分选性好者与分选性差者，分选性好者与分选性差者，哪个孔隙度大？哪个孔隙度大？2裂隙裂隙 裂隙是岩石的裂缝，即岩石裂隙是岩石的裂缝，即岩石中的节理，是在各种力作用下岩石破中的节理，是在各种力作用下岩石破裂变形产生的。裂变形产生的。 按裂隙的成因可分为成岩裂隙、按裂隙的成因可分为成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙。构造裂隙和风化裂隙。裂隙的多裂隙的多少以裂隙率表示

7、。裂隙率少以裂隙率表示。裂隙率Kf是裂是裂隙体积隙体积Vf与包括裂隙在内的岩石体积与包括裂隙在内的岩石体积V的比值，即的比值，即Kf = (Vf / V) 100%。 Fractures in a rock 第八章第八章 地下水、岩溶地貌地下水、岩溶地貌3溶穴溶穴 可溶性岩石在地下水溶蚀下可溶性岩石在地下水溶蚀下产生的空洞称溶穴。产生的空洞称溶穴。 溶穴的体积溶穴的体积Vk与包括溶穴在与包括溶穴在内的岩石体积内的岩石体积V的比值称岩溶率的比值称岩溶率Kk），即），即Kk = Vk / V 100%。Spaces in rocks(a)Isolated, nonconnected pores i

8、n an impermeable material;(b)pores connected to one another by a network of conduits in permeable material.Various kinds of porosity in rock. Porosities are indicated as percentages.（2岩石中水的存在形式岩石中水的存在形式 岩石岩石“骨架中的水：骨架中的水： 吸附水吸附水（矿物结合水）（矿物结合水） 结晶水结晶水 结构水结构水 岩石空隙中的水：结合水：岩石空隙中的水：结合水： 强结合水强结合水 弱结合水弱结合水 液

9、态水：液态水： 重力水重力水 毛细水毛细水 固固 态水态水 气态水气态水 我们通常所说的地下水是指我们通常所说的地下水是指岩石空隙中的水。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 Combined water and gravitational water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

10、质岩石的水理性质1容水性容水性 指岩石能容纳一定水量的指岩石能容纳一定水量的 性能。用容水度表示。性能。用容水度表示。 2含水性含水性 岩石空隙中含有水的特性。岩石空隙中含有水的特性。 3给水性给水性 4持水性持水性 5透水性透水性 指岩石允许水透过的能力。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 2 隔 水 层 不 透 水 层 ） 隔 水 层 不 透 水 层 ）（aquicludeaquiclude）：不能给出水的岩层，）：不能给出水的岩层，或给出微不足道水的岩层，如粘土层。或给出

11、微不足道水的岩层，如粘土层。（3 3半透水层：介于上两者之间，半透水层：介于上两者之间， several basic concepts:(1)Permeability渗透性）渗透性）:The ability of a material to allow fluids to pass through an interconnected network of pores is a characteristic known as permeability.A permeable material透水物质）透水物质） is one through which water flows easily,wh

12、ereas an impermeable material is one through which water flows slowly or not at all.The permeability of a material depends on several factors:Number of available conduitsSize of the conduitsStraightness of the conduits(2)aquifers and aquitardsAquifers含水层）含水层）:sediment or rocks that transmit water ea

13、sily.Aquitards弱透水层）弱透水层）:sediment or rocks that do not transmit water easily and therefore retard the motion of water.Aquicludes隔水层）隔水层）:sediment or rocks that do not transmit water at all.unconfined aquifers无压含水层）无压含水层）:aquifers that intersect the surface of the Earth .confined aquifers承压含水层）承压含水层）

14、:aquifers that are separated from the surface by an aquitard or aquiclude ,as the water they contain is isolated from the surface.An aquifer is a high-porosity, high-permeability rock.If it has access to the ground surface,its an unconfined aquifer.If its trapped below an aquitard,a rock with low pe

15、rmeability,its a confined aquifer.(3)Water table潜水面或地下水面）: geologists define a boundary ,above which pore spaces and cracks contain mostly air and below which they contain only water.The region of the subsurface above the water table is called the unsaturated zone, and the region below the water tab

16、le is the saturated zone, Water table(a) The geometry of the water table, illustrating the saturated zone, the unsaturated zone, and the capilary fringe.Water table(b) The surface of a permanent pond is the water table.(c) During the dry season, the water table can drop substantially, causing the po

17、nd to dry up.The shape of a water table beneath hilly topography 描述岩石渗透性能的参数是渗透系数K）。 1 8 5 6 年 ， 法 国 水 利 学 家 达 西HDarcy通过大量的实验，得出线性渗透定律， 即达西定律：Q=Kh/L=KIK-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/ = KI/ 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. Rechar

18、ge补给补给and discharge排泄）排泄） of groundwater （1地下水的补给地下水的补给 1大气降水的补给大气降水的补给 2地表水的补给地表水的补给 3凝结水的补给凝结水的补给 4含水层之间的补给含水层之间的补给 （2地下水的排泄地下水的排泄 1泉泉 ：是地下水的天然露头。：是地下水的天然露头。 2其它排泄方式其它排泄方式 泄流泄流 蒸发蒸发 蒸腾蒸腾 人工排泄人工排泄(井）井）abh:侵蚀泉侵蚀泉 c:接触泉接触泉 defg：溢流泉：溢流泉 i:断层泉断层泉 The types of springsSpring form济南泉的形成主要是由于济南泉的形成主要是由于:地形

19、地形地貌地貌岩性岩性地质构造地质构造气象条件气象条件1.地形地貌地形地貌:济南位于鲁中山地与华济南位于鲁中山地与华北平原过渡带。南高北低北平原过渡带。南高北低,济南泉济南泉处在低山丘陵与华北平原相接的山处在低山丘陵与华北平原相接的山前倾斜平原上。前倾斜平原上。2.岩性和地质构造岩性和地质构造:济南位于泰山穹隆济南位于泰山穹隆构造的北斜面上构造的北斜面上.前寒武纪的泰山片麻前寒武纪的泰山片麻岩组成基底岩组成基底.在基底岩层上覆盖着寒武在基底岩层上覆盖着寒武纪和奥陶纪石灰岩纪和奥陶纪石灰岩,白云质石灰岩白云质石灰岩,并微并微向北倾斜向北倾斜.在千佛山以北济南市区在千佛山以北济南市区,O纪纪白云质灰

20、岩倾伏于地下白云质灰岩倾伏于地下,被被Q纪松散沉纪松散沉积物覆盖积物覆盖,在市区北部有大片岩浆岩分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布。这种单斜构造及岩性分布有利于济南泉的形成。南泉的形成。The geological section drawing of the spring origion in JinanThe geological sketch map of Jinan springs origin 3.气象条件气象条件:大气降水是济南泉水的大气降水是济南泉水的主要补给来源。济南地处温带主要补给来源。济南地处温带,北北距渤海距渤海160km,东南距黄海东南距黄海

21、250km。平均年降雨量平均年降雨量631mm.Features of geothermal regions.Mud pots in Yellowstone National Park;Travertine terraces at Mammoth Hot Springs, Yellowstone.In the city of Bath, England, the Romans built an elaborate spa around an artesian hot spring. The spring formed along a fault that tapped a supply of

22、deep groundwater that still flows today.The baths of Bath have remained popular through the ages, and are currently undergoing renovation.Geysers间歇泉）间歇泉） and hot springs form where groundwater, heated at depth, rises to the surfaceGeysers in the geothermal region of Rotorua, New zealand.The base of

23、an ordinary well penetrates below the water tableThe water has to be brought up by bucket Cross section showing regional-scale groundwater flow in a sedimentary basin The physical properties and chemical composition （1地下水的物理性质地下水的物理性质 主要包括温度、主要包括温度、透明度、颜色、气味、味道、导电性、透明度、颜色、气味、味道、导电性、放射性。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