-地下水的分类及其特征

3.3地下水的类型类型潜水承压水埋藏条件

埋藏在第一个隔水层之上的地下水埋藏在上下两个隔水层之间，承受一定压力的地下水补给来源大气降水和地表水渗入补给大气降水和地表水通过潜水补给承压水排泄方式露出地表成泉或直接补给地表水或蒸发

补给潜水或补给地表水或露出地表成泉主要特点1.具有自由水面2.受制于地形的坡度，在重力作用下，顺着倾斜方向从高处流向低处3.分布区与补给区基本一致

4.埋藏较浅，流量不稳定

5.受气候因素影响大，易受污染1.受隔水层顶的限制，承受静水压力

2.水的运动取决于静水压力

3.分布区、补给区、排泄区基本不在同一地区

4.埋藏较深，直接受气候影响较小，流量稳定

5.不易受污染，水质比较好地下水类型abc1—隔水层；2—透水层；3—饱水部分；4—潜水位；5—承压水测压水位；6—泉（上升泉）；7—水井，实线表示井壁不进水；上层滞水、潜水及承压水地下水分类上层滞水承压水潜水上层滞水——自学埋藏在离地表不深、包气带中局部隔水层之上的重力水。这是包气带中唯一有实际利用价值的重力水

3.3.1.2潜水与潜水含水层一、潜水与潜水含水层概念潜水：地表以下，第一个具有自由表面的稳定含水层中的重力水自由表面—即没有隔水层限制，与大气直接相通，除大气压强外不受其它力。稳定含水层—指具有一定的空间连续性（范围）以示区分上层滞水潜水含水层——赋存潜水的岩层屋建筑时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水）二、基本要素（专业术语）隔水层

潜水面大气降水入渗蒸发

流向

泉潜水埋深

h1

潜水含水层含水层厚度

h

潜水位H基准面潜水面潜水位潜水含水层-含水层厚度-潜水埋深-8/65武汉市（汉口）水文地质剖面长江一级阶地土层厚30～50m典型二元结构K随深度呈对数增大上部黏性土中潜水下部砂砾石中承压水三、主要特征A）潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗入补给；B）潜水面不承受静水压力；C）潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关；D）在重力作用下，由高向底流动，称潜水流。隔水层

潜水面大气降水入渗蒸发

流向

泉潜水埋深

h1

潜水含水层含水层厚度

h

潜水位H基准面三、主要特征

补给(来源)：降水入渗，河湖入渗排泄(汇)：泉，（河）泄流，蒸发补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！动态：受气象，水文因素影响明显，变化快（水量、水位季节性变化）受人为因素影响也显著，易污染水循环交替迅速：水循环周期短，更新恢复快潜水研究基本方法—绘制潜水等水位线图—获取信息-资料的手段——通过调查、勘探和分析绘制三、主要特征河河流流某地潜水等水位线图（平面）利用潜水等水位线图，可以解决以下实际问题：

（1）确定潜水流向（2）确定潜水面的水力坡度（3）判断地表水与潜水的相互补给关系（4）确定潜水埋藏深度（5）推断含水层岩性或厚度的变化（6）确定引水工程的位置河河流流潜水面的形状含水层厚度增大等水位线由密变疏岩石颗粒由细变粗3.3.1.3承压水与承压含水层充满于2个稳定隔水层（或弱透水层）之间的含水层中的重力水，称之承压水

。一、基本要素与特征一、基本要素与特征①承压含水层②隔水顶板③隔水底板④承压含水层厚度（M）⑤测压水位线（面）：⑥承压水头-H⑦补给区⑧承压区⑨排泄区⑩自溢区主要特征：（1）承受静水压（2）补给区与分布区不一致（3）动态变化不显著（4）其运动方式是在静水压力的作用下，以水交替的形式进行运动一、基本要素与特征补给与排泄:

有限区域与外界联系，水循环迟缓些，水交替慢,平均滞留时间长（年龄老或长）——恢复性差水化学变化较大，矿化度一般要高点，可以保留“古老”的水动态

要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定—则调节能力很强二、地质构造条件与承压水形成的关系1、承压盆地二、地质构造条件与承压水形成的关系按地下水的排泄方式开放型承压盆地封闭型承压盆地二、地质构造条件与承压水形成的关系根据地形与构造的关系：正地形盆地负地形盆地2、承压斜地等水压线图（1）判断含水层岩性和厚度的变化

（2）确定测压水位的埋藏深度和承压水的水头

（3）确定潜水与承压水间的相互关系地形等高线（m）等测压水位线含水层顶板等高线（m）三、承压含水层的储水与释水问题：

承压含水层的变化：在储水与释水时，含水层厚度是不变的，承压含水层的储水与释水是如何进行的？！弹性给水度μe

承压含水层中当测压水位下降(或上升)1个单位，单位水平面积含水层柱体所释放(或储存)的水量测压水位降低导致（1）含水层孔隙中水的压力降低—水体积膨胀释水，水的膨胀系数约为1/20000（2）孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加—骨架被压缩，当颗粒不变时，骨架压缩=空隙体积减小（排列改变）——发生释水（挤出来）水

这两部水很有限，所以μe

很小；与重力给水度μd相比要小10-1~10-3承压含水层的贮水系数与潜水含水层给水度的比较承压水含水层潜水含水层三、承压含水层的储水与释水承压含水层的弹性给水度从理论上来看：弹性给水度是可以恢复的实际上弹性是有限恢复的越过含水层弹性范围（限定），将产生一次性的变形—即永久性不可恢复的变形最终导致含水层的弹性给水与释水能力降低在自然或实际条件下，潜水与承压水的划分也是相对的在复杂条件下，很难将某些含水层中的水划定为潜水或承压水几个例子：山区基岩互层一个较厚的含水层一个封闭的含水层—潜水？

开采前—潜水含水层

开采后—承压含水层四、潜水与承压水的相互转化开采潜水与承压水的转化例：潜水与承压水的转化地下水分类地下水分类表

岩溶水

32/65上游河床中砂砾石，是良好的含水层。中游河漫滩沉积有上细（粉细砂、黏性土）下粗（砂砾）的二元结构，上层构成隔水层，下层为承压含水层。下游滨海平原上为潜水，埋藏浅不利于工程建设，下部多层承压含水层。不同含水层空隙中的地下水

冲积物中的孔隙水33/65

洪积物中的孔隙水潜水深埋带潜水溢出带潜水下沉带34/65裂隙水按成因：风化裂隙水成岩裂隙水构造裂隙水按埋藏条件：面状裂隙水层间裂隙水脉状裂隙水35/65岩溶水特点：空间分布极不均匀，动态变化强烈，流动迅速，排泄集中。地下水的搬运与沉积作用

一、地下水的机械搬运与沉积作用

由于地下水是在土壤、岩石裂隙中流动，流速极慢，因此搬运力极弱，沉积作用也极弱，一般仅形成小规模的洞穴碎屑沉积。二、地下水的溶运与化学沉积作用

地下水流速慢，与岩石的接触面积大，作用时间长，能充分的溶解其流经区的可溶性物质，因此地下水中含有较多的溶解物质，并随着地下水的运动而被搬运。

石灰岩地区中庞大的洞穴系统就是被地下水溶蚀搬运而形成的。

地下水的化学沉积主要分布在洞穴内、裂隙中和泉的出口处。常见的有以下几类：1.石钟乳、石笋、石柱、石幔2.泉华3.模树石（假化石）、岩脉、矿脉二、化学溶蚀作用与岩溶现象—地下水对可溶性岩石的溶解破坏作用，称为化学溶蚀作用。（一）岩溶现象

1.岩溶（喀斯特）——是指可溶性岩石在地下水和地表水的共同破坏作用下，所形成的特殊地貌和水文网的总称。2.典型的岩溶地貌有：①溶沟与石芽（婆婆脸）；②漏斗与落水洞；③溶洞与地下河；④岩溶谷地与天生桥；⑤峰林。

我国广西、贵州、云南等地是喀斯特十分发育的地区。3.岩溶发育的条件①有可溶性岩石的存在，特别是产状平缓、裂隙发育的厚层石灰岩是岩溶发育的有利条件。②湿热的气候条件（水量丰富、具有流动性），尤其是在水中含有一定数量的CO2时，有较强的溶蚀能力。39/65按水头性质分：上升泉下降泉按出露原因分：侵蚀泉接触泉断层泉泉：地下水在地表的天然露头40/65

水力坡降J＝－dH/dL41/65

流网：由等水头线与流线正交组成的网格42/65均匀流：渗流速度沿流程不变。非均匀流：渗流速度沿流程变化。层流：水质点有秩序地呈相互平行而互不干扰的运动。紊流：水质点相互干扰而呈无秩序的运动。稳定流：渗流要素不随时间变化的运动。非稳定流：渗流要素随时间变化的运动。渗流分类43/65Darcy定律：Q＝KAJ

或V＝KJ(线性)式中

Q－渗流量m3/d或cm3/s；

A－过水断面

K－渗透系数m/d或cm/s，

表征岩土透水性能大小的指标。还与水的粘滞性有关。

V－渗透流速m/d或cm/sDarcy定律适合于层流（砂土）。

地下水运动的基本规律44/65紊流（砾石土）运动规律：V＝KJ1/2(非线性)黏性土运动规律：V＝K（J-Jo）式中Jo为起始水力坡降45/65渗透系数的确定：据土的粒度分析资料计算.室内测定

1)常水头试验（适用于砂土）

2)变水头试验（适用于黏性土）3.现场测定

1)渗水试验

2)抽水试验46/65

室内常水头渗透试验

由达西公式：得土样的渗透系数为：图6—19常水头渗透试验47/65

室内变水头渗透试验

图6—20变水头渗透试验48/65地下水涌水量的计算Q＝2KAJ＝2KL地下水向完整渗沟的流动：49/65地下水向不完整渗沟的流动：1)含水层厚度有限单侧流量:分离变量并积分，x从c至c+R，y从0至H，得：2)含水层厚度无限计算同上,但50/65井的类型：按其揭露含水层的类型分：潜水井、承压井按进水条件分：完整井、非完整井地下水向井的稳定流动

图6—24井的类型示意图

a—潜水完整井；b、c、d—潜水非完整井；e—承压水完整井；f、g—

承压水非完整井51/65潜水完整井Q＝KAJ＝2πKxy分离变量并积分，x从rw至R，y从hw至H，得：52/65基坑涌水量计算:把基坑假想为圆形大井,其引用半径:

F－基坑面积53/653.5地下水与工程建设地面沉降地面塌陷流砂管涌浮托作用基坑突涌对混凝土的侵蚀性

地面沉降的危害抽水时在水周围形成降水漏斗，导致建筑物产生不均匀沉降，致使建筑物或地下管网开裂破坏。抽水时因为施工质量差，细小颗粒同地下水一起带出地面造成地面建筑物损坏。桥梁净空减小，影响通航。造成地面标高下降，雨季内涝积水，防洪能力降低。造成地表积水，毁坏良田。注意如何防治开采地下水引起的地面沉降大量实践证明，最有效的措施是限制地下水开采量，人工补给地下水（回灌）。例如：西安市1990年逐步停止沉降量较大地段承压水井的开采，1990年8月引进黑水河回灌．砂土粘土水位恢复后，砂层大体上能恢复原状释水压密的过程中，即使水位恢复，粘性土不会完全恢复原状。57/63地面塌陷是松散土层中所发生的突发性陷落，多发生于岩溶地区。危害破坏农田、水利工程、交通线路引起房屋破裂倒塌、地下管道断裂防治措施在重大工程附近应严格禁止能引起地下水位大幅度改变的工程施工，如必须施工，应进行回灌。地面塌陷流砂流砂：在向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏。粘性土k1<<k2砂性土k2坝体渗流流砂——土体松动——地表塌陷或建筑物的地基破坏。

流砂产生流砂的条件：1）地下水动水力大于土粒的浮重度2）地下水水力坡度大于临界水力坡度动水力：地下水在渗流时作用于单位体积土骨架上的力，亦称动水压力。水力坡度：水流通过某一长度渗流途径时，为克服阻力，保持一定流速所消耗的以水头形式表现的能量。是一个矢量，方向与流向一致，大小等于单位流径长度上的水位下降值。A/B两点间的平均水利坡度为

流砂防治:防——在易产生流砂的地区应尽可能的避免开挖。治：（1）人工降低地下水位

（2）打板桩

打板桩加固坑壁，增长地下水渗流途径。（3）冻结法

使地下水和土层一起冻结，（4）水下挖掘。地下水的潜蚀作用

——地下水在缓慢的运动过程中，不断对周围的岩石进行着破坏和改造，称为地下水的潜蚀作用。

可以分为：机械潜蚀作用和化学溶蚀作用。一、机械潜蚀作用

地下水对岩石的冲刷破坏作用称为机械潜蚀作用。

由黄土、砂岩组成的地壳表层，经地下水长期机械潜蚀作用，形成与下面将要阐述的“岩溶”地区相似的地质发展过程，如黄土湿陷、丹霞地貌。称为“假岩溶”作用过程潜蚀的防治方法：1）堵截地表水流入土层；2）阻止地下水在土层中流动，或减小流速和水力坡度值；3）设置反滤层，改造土的性质。地下水的搬运与沉积作用

由于地下水是在土壤、岩石裂隙中流动，流速极慢，因此搬运力极弱，沉积作用也极弱，一般仅形成小规模的洞穴碎屑沉积。二、地下水的溶运与化学沉积作用

地下水流速慢，与岩石的接触面积大，作用时间长，能充分的溶解其流经区的可溶性物质，因此地下水中含有较多的溶解物质，并随着地下水的运动而被搬运。

石灰岩地区中庞大的洞穴系统就是被地下水溶蚀搬运而形成的。

地下水的化学沉积主要分布在洞穴内、裂隙中和泉的出口处。常见的有以下几类：

1.石钟乳、石笋、石柱、石幔2.泉华3.模树石（假化石）、岩脉、矿脉化学溶蚀作用与岩溶现象—地下水对可溶性岩石的溶解破坏作用，称为化学溶蚀作用。（一）岩溶现象

1.岩溶（喀斯特）——是指可溶性岩石在地下水和地表水的共同破坏作用下，所形成的特殊地貌和水文网的总称。2.典型的岩溶地貌有：①溶沟与石芽（婆婆脸）；②漏斗与落水洞；③溶洞与地下河；④岩溶谷地与天生桥；⑤峰林。

我国广西、贵州、云南等地是喀斯特十分发育的地区。3.岩溶发育的条件①有可溶性岩石的存在，特别是产状平缓、裂隙发育的厚层石灰岩是岩溶发育的有利条件。②湿热的气候条件（水量丰富、具有流动性），尤其是在水中含有一定数量的CO2时，有较强的溶蚀能力。66/65基坑突涌隔水层的安全厚度：据得若不满足上述厚度，需降水，使基坑中心承压水位降深满足：则：67/65

渗透变形(seepagedeformation)管涌：单个土颗粒发生独立移动的现象。多发生在不均匀的砂砾土中。流土：一定体积的土粒同时发生移动的现象。多发生在均质砂土层和粉土层中。68/651998洪水1998年洪水中各种险情6000余处69/6570/65武汉丹水池堤防抢险71/65上海轨道交通4号线事故2003年7月1日凌晨4点，正在施工中的上海市地铁四号线区间隧道浦西联络通道发现渗水，随后出现大量流沙涌入，引起地面大幅沉降；上午九点左右，地面建筑八层楼房发生倾斜，其裙房部分倒塌。由于报警及时，所有人员均已提前撤出，因而无人员伤亡，受其影响的周围楼房里的市民们也已全部撤出。临江花园大厦（倾斜10°）

裙房倒塌72/