地下水的赋存、分类和应用

1、地下水的赋存、分类和应用6.1 包气带与饱水带6.2 含水层、隔水层（弱透水层）6.3 含水系统及地下水分类6.4 潜水6.5 承压水6.6 潜水与承压水的相互转化6.7 上层滞水第六章 地下水的赋存1）包气带的分层 土壤水带：接近地表，植物根系发育，微生物活动较频繁 毛细水带：包气带底部由地下水面支持的毛细水构成毛细水带 中间带：包气带厚度较大时，在土壤水带与毛细水带之间还存在中间带6.1 包气带与饱水带 包气带2）包气带水的成分 空隙壁面吸附的结合水 细小空隙中含有毛细水 未被液态水占据的空隙中包含空气及气态水第六章 地下水的赋存3）包气带水的补给与排泄补给大气降水补给地表水体的渗漏地下水

2、面（饱水带）通过毛细上升输送的水分地下水蒸发形成的气态水 包气带水的赋存与运移受毛细力与重力的共同影响。 毛细力将水分输向空隙细小与含水量较低的部位，在蒸发影响下，毛细力常将水分由包气带下部输向上部； 重力则使水分下移。降雨以后，一定深度以下的包气带水下渗补给饱水带。排泄第六章 地下水的赋存4）影响包气带厚度、含水量及其水盐运动的因素气象水文因素：气温；降水，蒸发 影响包气带的含水量及其水、盐运动植被：天然的湿地、森林、人工草坪。 一方面，滞留地表坡流，有利于降水入渗；另一方面，植物蒸腾消耗包气带水。人类活动：灌溉、人工抽取地下水岩性：控制毛细上升高度与速度从而影响潜水蒸发第六章 地下水的赋存

3、第六章 地下水的赋存5）研究包气带的意义通道作用： 包气带是饱水带与大气圈、地表水圈联系必经的通道。 饱水带通过包气带获得大气降水和地表水的补给，又通过包气带蒸发与蒸腾排泄到大气圈。意义： 研究包气带水盐的形成及运动规律对阐明饱水带水的形成具有重要意义； 对研究农作物的需水、环境地质等问题也有重要意义第六章 地下水的赋存6.1.2 饱水带1）特征： 岩石空隙全部为液态水所充满。 饱水带中的水体是连续分布的，能够传递静水压力，在水头差的作用下，可以发生连续运动。 2）划分：饱水带岩层按其透过和给出水的能力，可分为含水层和隔水层。岩层渗透性透水层不透水层饱含水含水层隔水层第六章 地下水的赋存6.1

4、 包气带与饱水带 含水层、隔水层（弱透水层）6.3 含水系统及地下水分类 潜水 承压水 潜水与承压水的相互转化 上层滞水、基本概念 饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力而进行的划分： 含水层（Aquifer）： 是能够透过并给出相当数量水的岩层各类砂土，砂岩等 隔水层（Aquifuge)： 不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密） 弱透水层（Aquitard）： 渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层各种粘土，泥质粉砂岩、砂质页岩第六章 地下水的赋存Company Logo定义中的模糊概念“相当水量，微不

5、足道，较大水力梯度”等 严格的“是与非”的逻辑思维，在很多情况下是相对的和模糊的概念相对性的意义： 从实际应用角度来看划分的相对性相当水量 满足需要就可以了。如在某处一口井出水量80m3/d，作为1万人的供水，非含水层；作为饮料厂、装瓶生产则为含水层。又如一个小泉水流量3/d，大厂非，村用是。 从理论意义来看微不足道 微不足道，有时空尺度的制约。 如华北平原早期地下水开采就是典型的例子，深层水与浅层水的开采有一粘土隔水层；开采深层，水量大，水位降低快，浅层水向深层“越流”-粘土层成为“透水层”。 现在进行水文地质计算、模拟时，不再简单二分了，而是用模糊学的研究方法，给个隶属度1，0之间，可以为

6、 0.8,0.7, 0.3,表示“透水性”？6.2.2 概念的相对性第六章 地下水的赋存 对于一些渗透性相当差的岩层，在一般的供水排水中他们所能提供的水量微不足道，视乎可以看作隔水层； 但是，当发生越流（相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换）时，由于驱动水流的水力梯度大且发生渗透的过水断面很大，越流交换的水量相当可观，此时，再称作隔水层就不合适了。 【代表】在平原区：粉质粘土层，粉质亚粘土层，淤泥质粉质粘土层和亚砂土层等； 在坚硬岩石地区：一些微裂隙、节理发育的泥岩层、页岩层、砂砾岩层等。弱透水层（相对隔水层）第六章 地下水的赋存含水层、隔水层概念的相对性（岩层渗透性能的相对性）1）利用地

7、下水的工作供水水源（需要水量） A）在利用地下水供水时，某一岩层能够给出的水量较小，对于水源丰沛、需水量很大的地区，由于远不能满足供水需求，而被视为隔水层； B）在水资源匮乏、需水量较小的地区，就可以被视为含水层。 满足需要就可以了。如在某处一口井出水量80m3/d，作为1万人的供水，非含水层；作为饮料厂、装瓶生产则为含水层。又如一个小泉水流量，大厂非，村用是。第六章 地下水的赋存含水层、隔水层概念的相对性（岩层渗透性能的相对性）2）排除地下水的工作工程防渗（杜绝水量） 如某种岩层的渗透性较低，从供水的角度来说，它被视作隔水层；但是从水库渗漏、核废料渗漏的角度出发，这种渗漏量就不容忽视，依旧视

8、作隔水层就不合适了。第六章 地下水的赋存3）时间尺度：m3m3/sm/sm/sm2ssm2s 在讨论油气二次运移这种时间尺度很大的水文地质过程时，流体能够穿越所有的地层。从整体上说，地层具有水力连续性。如上图： 有5个含水层被4个弱透水层所阻隔。 当在含水层3中抽水时，短期内相邻的含水层2与4的水位均未变动，图中所示a的范围构成一个有水力联系的单元。 当抽水持续时，最终影响将波及图中b所示范围，这时5个含水层与4个弱透水层构成一个发生统一水力联系的单元。第六章 地下水的赋存4）岩石的各向异性： 以沉积岩为例，由于不同岩性层的互层，有的层次发育裂隙或溶穴，垂直方向上是隔水的，但在顺层的方向上都是

9、透水的。 例如，薄层页岩和石灰岩互层时，页岩中裂隙接近闭合，灰岩中裂隙与溶穴发育，便成为典型的顺层透水而垂直层面隔水的岩层。 第六章 地下水的赋存含水层、隔水层概念的相对性（岩层渗透性能的相对性） 研究区太原组一-四灰灰岩对比图 第六章 地下水的赋存构成含水层必须具备的3个条件岩层必须有储水空间 即应有孔隙、裂隙和溶隙（穴）等空隙。这是储存地下水的前提条件。第六章 地下水的赋存具备保存住地下水的地质构造（储水构造） 在透水性良好的岩层下有隔水层（弱透水层）的存在，以免重力水向下全部漏失； 或在水平方向上有隔水层阻挡，以免全部漏空。要有足够的水源（良好的补、排条件） 使储水空间能不断地获得补给，

10、方能成为含水层。Company Logo概念的思考？ A B 大坝 1.这组地层是含水层还是隔水层？ 2.煤层开采，巷道（矿坑）会否有水？ 3.如果需要修水库，建坝后库水是否渗漏？ 4.从供水的需要如何布置勘探？第六章 地下水的赋存6.1 包气带与饱水带 含水层、隔水层（弱透水层）6.3 含水系统及地下水分类 潜水 承压水 潜水与承压水的相互转化 上层滞水1地下水系统概念的产生系统的思想与方法渗入到水文地质领域地下水系统。水文地质的发展：水量（稳定流非稳定流越流）水质生态环境问题。研究范围：一口井附近整个含水层相邻的含水层和弱透水层地下水系统生态环境系统。将若干个含水层连同期间的弱透水层（相对

11、隔水层）合在一起看作一个完整的单元系统含水层系统（含水系统）。近年来，随着地下水的污染、水环境的恶化，人们愈来愈重视地下水中溶质运移的研究，与此相关，提出了地下水流动系统。 6.3.1 含水系统2地下水系统的概念地下水含水系统是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系。（含水层组）含水系统是包容的容器。赋存于含水系统中的地下水是一个整体，含水系统任一部分加入水量(接受补给)或减少(天然排泄和人为开采)水量，影响将波及此整体的各个部分。由此可见，具有统一水力联系的含水系统，是一个对外界激励作出整体响应的系统，是相对独立而又统一的水量、盐量和热量均衡单元，是下水资源评价、开发和管理

12、的功能单元 。a山前洪积平原含水系统 b基岩构成的独立的含水系统c岩相变化导致隔水层尖灭d多个含水层的水力联系b、c多个含水层构成的含水系统 e.构造封闭的含水系统只有通过各种途径查明含水层之间的水力联系状况后，才可能正确地圈划含水系统。此外，含水系统存在级次性。第六章 地下水的赋存 地下水分类广义：指赋存于地面以下岩土空隙中的水狭义：指赋存于饱水带岩土空隙中的水重力水包括：包气带及饱水带中所有含于岩石空隙中的水地下水概念的从“狭义”“广义”从只研究“重力水”研究“包气带水&重力水”水文地质学从研究“地壳浅层地下水”研究“地下水圈”第六章 地下水的赋存埋藏条件：指含水岩层在地质剖面中所处的部位

13、及受隔水层（弱透水层）限制的情况。包气带水、潜水、承压水第六章 地下水的赋存含水介质（空隙）特征：孔隙水、裂隙水、岩溶水孔隙水裂隙水岩溶水包气带水土壤水局部粘性土隔水层上季节性存在的重力水（上层滞水）及悬留毛细水及重力水裂隙岩层浅部季节性存在的重力水及毛细水裸露岩溶化岩层上部岩溶通道中季节性存在的重力水潜水各类松散沉积物浅部的水裸露于地表的各类裂隙岩层中的水裸露于地表的岩溶化岩层中的水承压水山间盆地及平原松散沉积物深部的水组成构造盆地、向斜构造或单斜断块的被掩覆的各类裂隙岩层中的水组成构造盆地、向斜构造或单斜断块的被掩覆的岩溶化岩层中的水第六章 地下水的赋存6.1 包气带与饱水带 含水层、隔水

14、层（弱透水层）6.3 含水系统及地下水分类 潜水 承压水 潜水与承压水的相互转化4.7 上层滞水第六章 地下水的赋存6.4 潜水1）概念 潜水：饱水带中第一个具有自由表面且有一定规模的含水层中的水称作潜水。潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板 潜水面：潜水的表面为自由水面，称作潜水面 潜水含水层厚度：从潜水面到隔水底板的距离 潜水理藏深度：潜水面到地面的距离第六章 地下水的赋存2）补给3）排泄： 径流排泄 蒸发排泄 潜水与大气圈及地表水圈的密切联系性，潜水与大气圈及地表水圈的联系通道是包气带，影响包气带水分的因素都影响潜水。气象、水文因素对潜水影响显著。4）动态变化第六章 地下水的赋存5）潜

15、水特征没有隔水顶板，具有自由的水面潜水分布区与补给区常常一致 湿润气候（补给丰富）及地形切割强烈（利于径流）的地区，有利于潜水的径流排泄，往往形成含盐量不高的淡水。 干旱气候下，由细颗粒组成的盆地平原，潜水的蒸发排泄为主，常形成含盐高的咸水。易污染潜水的水位、水量、水质等动态变化与气象水文、地形等因素密切相关，动态变化明显。埋藏浅，易于开发，重要水源第六章 地下水的赋存6）水文地质剖面图第六章 地下水的赋存6）水文地质剖面图第六章 地下水的赋存6）水文地质剖面图7）潜水等水位线图潜水等水位线图：将潜水位相等的各点连线，得到潜水等水位线图。该图与各种等值线图，例如等高线图类似，能反映潜水面形状潜

16、水位：潜水面上任一点的高程称为该点的潜水位陕西咸阳兴平市地形等高线图（三维）*市地形等高线图（三维）*市地形等高线图*市1990年潜水等水位线图式中： 两孔间的水平距离； 插值点与k1孔（低水位孔）间的水平距离； 两孔间的水位差； 插值点与k1孔（低水位孔）间的水位差。第六章 地下水的赋存确定潜水的流向第六章 地下水的赋存水面坡度：相邻两条等水位线的水位差除以其水平距离水力梯度：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值当潜水面坡度不大时，潜水面坡度可视为潜水水力梯度确定潜水面的水面坡度第六章 地下水的赋存第六章 地下水的赋存判断潜水和地表水的补排关系第六章 地下水的赋存确定泉水出露位置和沼泽

17、化范围第六章 地下水的赋存 确定潜水埋藏深度（结合地形等高线图） 确定含水层厚度（结合隔水地板等高线图） 确定泉水出露位置和沼泽化范围 取水工程最好布置在潜水流汇合的地区（点工程取水）; 或潜水集中排泄的地段。取水建筑物排列方向一般应垂直地下水流向，即与等水位线相一致。（线状工程取水）第六章 地下水的赋存6.1 包气带与饱水带 含水层、隔水层（弱透水层）6.3 含水系统及地下水分类 潜水 承压水 潜水与承压水的相互转化 上层滞水第六章 地下水的赋存 承压水：充满于两个稳定隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水 隔水顶板：承压含水层上部的隔水层（弱透水层） 隔水底板：下部的隔水层（弱透水层） 承压

18、含水层厚度：隔水顶板与隔水底板之间的距离 承压区与非承压区 承压高度：钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离成为承压高度 测压水位：井中静止水位的高程就是承压水在该点的测压水位 承压水1）概念第六章 地下水的赋存承压盆地：向斜构造构成的向斜盆地蓄水构造。承压水的埋藏条件承压斜地：单斜构造构成的单斜蓄水构造。承压盆地类型：正地形负地形第六章 地下水的赋存封闭型向斜储水构造第六章 地下水的赋存开放型向斜储水构造第六章 地下水的赋存承压斜地类型：断块构造承压区补给排泄区排泄区承压区补给区断层不导水断层导水第六章 地下水的赋存承压斜地类型：含水层尖灭第六章 地下水的赋存2）补给与排泄方式补给：大气降水及

19、地表水体入渗； 从其它含水层越流补给排泄：泉；径流；向其它含水层越流排泄3）水质：取决于埋藏条件及其与外界联系的程度 与外界联系愈密切，参加水循环愈积极，承压水的水质就愈接近于入渗的大气降水与地表水，通常为含盐量低的淡水。与外界联系差，水循环缓慢，水的含盐量就高。 承压水不像潜水那样容易污染，但是一旦污染后则很难使其净化4）等水压线图（等测压水位线图）确定承压水的流向和水力梯度等测压水位线图通常要附以含水层顶板等高线图，为了满足打井取水等目的定义：将某一承压含水层测压水位相等的各点连线第六章 地下水的赋存5）判断承压含水层和其它水体的补给关系 任一承压含水层接受其它水体的补给必须同时具备两个条件：其它水体（地表水，潜水或其它承压含水层）的水位必须高出此承压含水层的测压水位其它水体与该含水层之间必须有联系通道反之第六章 地下水的赋存6）潜水含水层与承压含水层在接受补给或进行排泄时对水量增减的反应不同之处水量增加（接受补给）水量减少（进行排泄）潜水含水层潜水位抬高、含水层厚度加大反之承压含水层水的密度加大含水层骨架发生少量回弹，空隙度增大含水层厚度少量增加反之第六章 地下水的赋存7）承压含水层的贮水系数 VS 潜水含水层的给水度定义：承压含水层测压