第三章地下水的类型及特征

1、第三章第三章 地下水的类型及特征地下水的类型及特征第一节第一节 不同埋藏条件下的地下水不同埋藏条件下的地下水第二节第二节 不同介质中的地下水不同介质中的地下水作业思考题地地 下下 水水 的的 类型类型第一节第一节 不同埋藏条件下的地下水不同埋藏条件下的地下水一、上层滞水及其特征一、上层滞水及其特征二、潜水二、潜水三、承压三、承压水水一、上层滞水及其特征一、上层滞水及其特征位于地下位于地下水面以上水面以上的地带称的地带称为包气带，为包气带，包气带包气带中的水中的水主要有主要有(1)(1)土壤水土壤水是指位于地表以下土是指位于地表以下土壤中的水，主要以结合水和毛壤中的水，主要以结合水和毛细水的形式

2、存在，它主要靠大细水的形式存在，它主要靠大气降水的渗入、水汽的凝结及气降水的渗入、水汽的凝结及潜水补给潜水补给(2)(2)上层滞水上层滞水是存在于是存在于包气带中局部隔水层包气带中局部隔水层之上的重力水，之上的重力水，一般分布不广一般分布不广( (图图3-1)3-1)。图图3-1 3-1 上层滞水埋藏图上层滞水埋藏图1-透水层;2-隔水层;3-含水层（B-上层滞水;r-潜水）上上 层层 滞滞 水水 特特 征：征：(1(1）最接近于地表，和气候、水文条件的变化密切。接受大气）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）降水与地表水的补给，补

3、给区与分布区一致（范围很小）, ,排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。量较多的季节水量多，在干旱季节枯竭。（2 2）与土壤水区别，底部有隔水层，作村民供水水源；土壤水）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运动( (渗入和蒸发渗入和蒸发) )，不能保持重力水，无供水意义，仅对植，不能保持重力水，无供水意义，仅对植物生长有作用。物生长有作用。（3）上层滞水形成：在某些风化

4、裂隙及构造裂隙中，局部岩性）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变化；在可溶岩中夹有非可溶性透镜体(或透镜层或透镜层)时；在松散时；在松散沉积物（冲积、洪积）中，夹有粘土层或亚粘土层透镜体；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变及人为因素的影响，如滑坡、坡积物及废石堆下部（4）动态

5、变化极不定，动态变化极不定，动态决定于气候和隔水层的位置、分布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，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）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与地表相通二、潜水二、潜水（一）潜水的概念及其特征（一）潜水的概念及其特征潜水是埋藏在地表以下第一个稳定的隔水层以上，具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

6、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。四纪松散沉积物中，也可以形成于基岩中。潜水的自由水面称为潜水面潜水面，潜水面至地表的距离称为潜潜水埋藏深度水埋藏深度，潜水面上任一点的标高称为该点的潜水位潜水位，潜水面至隔水底板的距离称为含水层厚度含水层厚度。潜潜水水特特征征 ：具有自由水面具有自由水面的的潜水流。当用钻孔揭露潜水时，初潜水流。当用钻孔揭露潜水时，初见水位与稳定水位一致见水位与稳定水位一致，潜水可能有局部承压现象潜水可能有局部承压现象。靠靠重力流动，一般潜水流的水力坡度都很小，常为千重力流动，一般潜水流的水力坡度都很小，常为千分之几至百分之几

7、分之几至百分之几 分布区与补给区一致：潜水通过包气带与地表相联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，直通。大气降水、凝结水、地表水通过包气带渗入，直接补给潜水。接补给潜水。有季节性变化的特点：潜水易受各种气象因素的影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。为因素或其它因素的影响。潜水常为民用水源及工农业供水水源。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二）潜水面的形状及其表示方法 形状反映各种外界因素的

8、影响；也反映潜水流的特点形状反映各种外界因素的影响；也反映潜水流的特点( (如流如流向、水力坡度、流速及潜水埋藏深度等向、水力坡度、流速及潜水埋藏深度等) )。影响影响潜水潜水面形面形状的状的因素因素（1 1）地形地貌的影响）地形地貌的影响 （2 2）大气降水的渗入及水文网特征的影响）大气降水的渗入及水文网特征的影响 （3 3）含水层的岩性及其厚度的影响）含水层的岩性及其厚度的影响 （4 4）隔水底板的形状对潜水面的影响）隔水底板的形状对潜水面的影响1 1潜水面的形状及影响潜水面形状的因素潜水面的形状及影响潜水面形状的因素2 2潜水面的表示方法及潜水等水位线图的意潜水面的表示方法及潜水等水位线

9、图的意义义 潜水面在图上的表示潜水面在图上的表示：剖面图，等水位线图（1 1）水文地质剖面图）水文地质剖面图 剖面线方向，包含水剖面线方向，包含水位，含水层岩性、厚度、隔水层位置，以及它位，含水层岩性、厚度、隔水层位置，以及它们的变化等。如们的变化等。如图图3939。潜水面可以是倾斜曲。潜水面可以是倾斜曲线、水平线或上拱半椭圆曲线。线、水平线或上拱半椭圆曲线。（2 2）潜水等水位线图（等高线图），）潜水等水位线图（等高线图），图图3-103-10（3 3）潜水等水位线图的用途（潜水等水位线图的用途（1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7）图图3-9 3-9 甘肃古浪保和附近水文

10、地质剖面示意图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-地下水水位图图 3- -10某坝址左岸枯水期等水位线图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-潜水流向确定地下水的流向确定地下水的流向( (即地下水面坡度最大的方向即地下水面坡度最大的方向) )。确定潜水面的坡度确定潜水面的坡度( (水力坡度水力坡度) )。 确定地下水的埋藏深度。确定地下水的埋藏深度。 确定潜水与地表水确定潜水与地表水的补给关系的补给关系确定含水层厚度及其确定含水层

11、厚度及其变化情况。变化情况。 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。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。 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 图图3-113-11从潜水等水位线图上判读潜水与地表水补给关系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（三）潜水的补给和排泄潜水含水层自外界获得水量潜水含水层自外界获得水量的过程的过程称为补给。水质随之称为补给。水质随之变变化

12、，补给包括补给来源、补给量、影响补给的因素等内容。化，补给包括补给来源、补给量、影响补给的因素等内容。1 1潜水的补给条件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。潜水的水量，水质、水位都随之发生变化。 2 2潜水的排泄条件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，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、排泄地下水的补给、径流、排泄组成了地下水循环。组成了地下水循环。3 3潜水的潜水的径流径流（三）潜水的补给和排泄（三）潜水的补给

13、和排泄图图3-123-12地表水与潜水在各种不同情况下之关系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-潜水位三、承压三、承压水水承压水是充满在承压水是充满在两隔水层或弱透两隔水层或弱透水层之间含水层水层之间含水层中的地下水。中的地下水。当这种含水层中当这种含水层中未被水充满时，未被水充满时，其性质与潜水相其性质与潜水相似，称为无压层似，称为无压层间水。间水

14、。（一）承压水的概念和特（一）承压水的概念和特征征承承压压水水特特征征承压水具有承压性能。当钻孔揭露承压含水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，稳定水位高于初层时，在静水压力的作用下，稳定水位高于初见水位见水位 承压水的补给区常小于分布区。因具有隔水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于地形较低的位置 承压水的水量、水质、水温等稳定，受承压水的水量、水质、水温等稳定，受气候的影响较小，仅补给

15、区有点影响。气候的影响较小，仅补给区有点影响。受地表污染少受地表污染少( (二二) )承压水的补给、径流、排泄承压水的补给、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，或地表水补给部位，有大气降水补给，或地表水补给 1 1承压水的补给条件承压水的补给条件2 2承压水的排泄条件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。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

16、的循环条件承压水的循环条件承压水的循环条件受地质构造的控制。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。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、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，此系数为水文网发育，此系数为0.11.0。承压水小于。承压水小于0.00001，对，对大型的承压盆地大型的承压盆地(或斜地或斜地)，水的全面交替需要很长时间。，水的全面交替需要很长时间。 ( (三三) )承压水等水压线图承压水等水压线图承压水的等水承压水的等水压线图线图：分析承压水的形分析承压水的形成条件，掌握承

17、压水的补给、径流、排成条件，掌握承压水的补给、径流、排泄的情况，如确定地下水流向、泄的情况，如确定地下水流向、水力坡水力坡度、各含水层及地表水之间的水力联系、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于工程建筑及供水都有很大的实际意义义图图3 31515等水压线图等水压线图1-地形等高线；2-等水压线；含水层顶板等高线绘制方法：绘制方法：等水压线图绘制的方法与潜水等水位线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图相同。制作时，将各钻孔及地下水的天然露头天然露头(泉泉)的承压

18、水标高，标于一定的承压水标高，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，即得等水压线图各等间距的等水压线，即得等水压线图(图图3-15)。第二节第二节 不同介质中的地下水不同介质中的地下水一、孔隙水一、孔隙水是埋藏在第四纪松散沉积物孔隙中的地下水是埋藏在第四纪松散沉积物孔隙中的地下水。 由于孔隙孔隙具有分布密集，均匀且连通性好的特点特点，故孔隙水的基本特征水的基本特征: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

19、水的埋藏、分布、水化学特征及富水程度不同二、二、裂隙水裂隙水三、三、岩溶水岩溶水一、孔隙水一、孔隙水空隙分空隙分?（一）洪积层中地下水（一）洪积层中地下水 1洪流堆积和洪积扇的特征：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

20、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，先先堆积粗大磨圆度差的砾、卵石，夹少量的砂和粘土成分；随随着水流向外扩展、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，再再往外往外，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

21、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

22、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 3-163-16山前倾斜平原含水层埋藏条件图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

23、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.5 g/L 。图图3 31717某河谷阶地剖面图某河谷阶地剖面图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

24、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。3 318 18 黄河下游水文地质剖面示意图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：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、裂隙水二、裂隙水 裂隙水是指储存在坚硬基岩裂隙中的地下水。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

25、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。发育的地方含水就很少。二、裂隙水二、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，常具有成层性具有成层性。其埋藏和

26、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，如沿背斜轴部的张裂带、沿断裂带、沿侵入体边缘接触带等：图图3-233-23脉状裂隙水蓄水构造脉状裂隙水蓄水构造（a）张裂带；（b）断裂带；（3）岩脉；（d）侵入体脉状或带状裂隙水 特点特点：呈带状分布，长度、深度比宽度大，具有方向性。切穿不同时代、不同岩性的地层，通过不同的构造部位，使各个部位的地下水贫富不均。如断裂带通过脆性岩层时，岩石易碎，张裂隙发育，常形成强含水地段

27、，当通过柔性的泥质岩时，裂隙不发育，且大多为泥质充填，形成微弱的含水带，甚至起隔水作用。裂隙含水带在横剖面上也表现出分带性。如图3-24。补给源远，循环深度大，水量稳定。 一般具有统一的地下水面，常具有承压性质，形成自流斜地。脉状裂隙水比较丰富，良好的供水水源。对矿床的开采及地下洞室工程，常常造成巨大的威胁，突然涌水事故。本身含水，且是导水通道，使各含水层之间发生水力联系，如水库水集中渗漏；向深部延伸，成地热水涌出地表的良好通道。如广东莲花山断裂带，分布着十多处温泉，温泉的排列与北北东向区域断裂一致。脉状或带状裂隙水 图图3-243-24逆断层破碎带示意图逆断层破碎带示意图角砾岩带；糜棱岩带；

28、裂隙密集带；影响岩带如压性断裂带四个带:。角砾岩带角砾岩带一般胶结紧密，透水性很低；糜糜棱岩带棱岩带岩石细碎，多呈粉状，透水性也很低；裂隙密集带裂隙密集带和影影响带响带有利于地下水的富集。在野外看到的断层破碎带，规模小的断层，往往只具备其中一个或两个带。三、岩溶水三、岩溶水岩溶水岩溶水是贮存和运动于可溶性岩层空隙中的地下水。 （一）岩溶发育的条件1岩性条件： （1）碳酸盐岩类岩石成分 ； （2）碳酸岩石的结构及原生孔隙和裂隙； （3）碳酸岩层与非碳酸岩层的组合 可溶岩的成分，结构、原生孔隙、裂隙，以及可溶岩与非可溶岩层的组合等，对岩溶的发育具有重大影响 。可溶矿物的成分及含量的多少；溶解度和溶解速度。自云岩岩溶不发育，白云石的溶解速度低于方解石；泥质白云石为胶结物的碎屑碳酸岩，由于颗粒之间连结力较弱，溶解破坏作用可沿颗粒之间及裂隙面进行，常形成蜂窝状溶孔的整层溶蚀 ；原生孔隙、裂隙的溶蚀就显得特别突出，它成了深部岩溶作用的主要通道 ；碳酸岩层与非碳酸岩层的组合状况不同，使岩溶发育有着明显不同的特征 （一）岩溶发育的条件2构造条件：岩石的透水性取决于岩石的孔隙性和裂隙性。对岩溶发育来说，裂隙是程度和方向。 水渗入地壳内部的通道。它的密