水文-第4节（地下水）教学配套课件

水文第一节地球上的水循环和水量平衡第二节河流第三节湖泊与沼泽第四节地下水第五节冰川第六节海洋第七节水资源目录第四节地下水一、地下水的概述地下水：是指埋藏在地面以下，土壤、岩石孔隙中的各种状态的水。包括气体、液体和固体等状态。地下水是河流补给的来源之一，某些地区深层地下水可提供化工原料；地下热水可以用来发电；地下水对农作物生长有很大影响；地下水还能导致局部的动力地质地貌现象。/u47/v_NTQ3Nzg1ODE.html/v_show/id_XMTE5NDU2MDU2.html第四节地下水一、地下水概述（一）地下水的蓄水构造与岩石的水理性质地下水的蓄水构造不同的蓄水构造对含水层的埋藏及地下水的补给量、水质均有很大的影响。蓄水构造类别：单斜蓄水构造、背斜蓄水构造、向斜蓄水构造、断裂型蓄水构造、喀斯特型蓄水构造等。根据沉积物的成因类型、空间分布及水源条件：山前冲击型蓄水构造、河床冲击型蓄水构造、湖盆沉积型蓄水构造。地下水的蓄水构造：由透水岩层和隔水层相互结合而构成的能富集和贮存地下水的地质构造。蓄水构造需要具备：有透水层的岩层或岩体所构成的蓄水空间；有相对隔水岩层或岩体构成的隔水边界；具有透水边界，补给水源和排泄出路。一、地下水概述（一）地下水的蓄水构造与延时的水理性质岩石的水理性质容水性：容水性是指岩石容纳水量的性能，用容水度表示。岩石中所容纳的水的体积与岩石体积之比，称为岩石的容水度。持水性：在重力作用下，岩石依靠分子力和毛管力在其空隙中保持一定水量的性质，称为持水性。以持水度表示。在重力影响下岩石空隙保持的水量与岩石总体积之比，就是持水度。第四节地下水一、地下水概述（一）地下水的蓄水构造与延时的水理性质岩石的水理性质给水性：在重力作用下，饱水岩石流出一定水量的性能，称为岩石的给水性。流出的水的体积与储水岩石体积之比，称为给水度。透水性：透水性就是岩石的透水性能。根据透水性将岩石分为三类：透水岩石，包括砂石、沙、裂隙和岩溶发育的岩石。半透水岩石，包括粘土质沙、黄土、泥炭等。不透水岩石，包括块状结晶岩、粘土和裂隙很不发育的沉积岩。第四节地下水一、地下水概述（二）地下水的来源渗透水(最主要的来源)：大气降水和地表水下渗土壤岩石的孔隙中而称为地下水凝结水：大气中的水汽，在空中水汽压大于地下水汽压时，水汽输入地下，在土壤、岩石的孔隙中直接凝结而成地下水。在沙漠地区常见这样的地下水，有时凝结量甚至可达地下水水量的20%。岩浆逸出水（量很少）：岩浆中分离出来的气体化合而成地下水。第四节地下水一、地下水概述（三）地下水流系统地下水流系统的基本特征地下水虽然埋藏于地下，难以用肉眼观察，但它象地表上河流湖泊一样，存在集水区域，在同一集水区域内的地下水流，构成相对独立的地下水流系统。

在一定的水文地质条件下，汇集于某一排泄区的全部水流，自成一个相对独立的地下水流系统，又称地下水流动系。与地表水系相比较具有如下的特征:空间上的立体性;流线组合的复杂性和不稳定性;流动方向上的下降与上升的并存性;区域范围一般比较小。第四节地下水一、地下水概述（三）地下水流系统地下水垂向结构的基本模式1.地下水垂向层次结构的基本模式

包气带:土壤水带、上层滞水、中间过渡带及毛细水带等3个亚带;存在结合水(包括吸湿水和薄膜水)和毛管水；

饱和水带:潜水带和承压水带两个亚带,存在重力水(包括潜水和承压水)。

2.地下水不同层次的力学结构分子力、毛细力和重力。3.地下水体系作用势重力势、静水压势、渗透压势、吸附势等分势组合为总水势。第四节地下水二、地下水的理化性质温度

极地、高纬和山区。极地地下水温度很低，地壳深处和火山活动区地下水温度高下水温度与气温的和地温的关系：TH=TB+(H-h)/GTH为在H深度地下水的温度；TB为所在地区年平均气温；H为欲测定的地下水深度；h为所在地区地温年恒温带深度；G为地温梯度，以33m/oC计算。水温低于20摄氏度，称冷水，20～50摄氏度称温水，高于50摄氏度，称热水。（一）地下水物理性质第四节地下水二、地下水的理化性质颜色地下水一般是无色透明的，但有时因为含某种离子、富集悬浮物或含胶体物质，也可显示各种颜色。透明度地下水的透明度决定于水中所含盐类、悬浮物、有机质和胶体的数量。透明度分透明、微混浊、混浊和极混浊四级。比重地下水比重决定于水温和溶解盐类。溶解的盐分越多，比重就越大。地下淡水比重常常接近于1。盐水的比重可用波美度来表示，一升水含有10克氯化钠，则盐度相当于1波美度。气味一般为无味的，如含有某种气体成分和有机物质时，产生一定气味。味道味道取决于其化学成分。如含有大量氯化钠的水为咸味；钠、镁的硫酸盐为苦味；含有适量的重碳酸钙和冲碳酸镁为甜味。（一）地下水物理性质第四节地下水二、地下水的理化性质（二）地下水化学性质地下水的主要化学成分地下水中最主要的离子成分有：阳离子：H+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+。阴离子：Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-。一些化合物：铁、铝氧化物等地下水的气体成分主要有：CO2、O2、N2、CH4、H2S，还有少量的惰性气体和H2、CO、NH3等。第四节地下水二、地下水的理化性质（二）地下水化学性质矿化度矿化度

水的总矿化度是指水中离子、分子和各种化合物的总含量，通常是以水烘干后所得的残渣来确定，单位为g/l。水在蒸发时部分离子被破坏，有机物被氧化，所以，残渣总量与离子总量并不一致，计算时应考虑上述因素，以便对分析结果作适当的订正。根据总矿化度的大小，天然水可以分为五类：淡水：＜1克/升弱矿化水：1-3克/升中等矿化水：3-10克/升强矿化水：10-50克/升盐水：＞50克/升第四节地下水二、地下水的理化性质（二）地下水化学性质硬度硬度水中钙、镁离子的总量，称为水的总硬度。暂时硬度:当水煮沸时，一部分钙、镁离子的重碳酸盐因失去CO2而成为碳酸盐沉淀，这部分Ca2+、Mg2+的数量称为暂时硬度。总硬度:当加热煮沸后，仍然溶在水中的Ca2+、Mg2+造成硬性的硬度。表示水的硬度的方法有两种：一是德国度，以1升水中含10毫克CaO为1度；一是用Ca2+、Mg2+的毫克当量/升来表示，1毫克当量硬度等于德国度2.8°。第四节地下水二、地下水的理化性质（二）地下水化学性质硬度第四节地下水重力水在岩土空隙中的运动，称为渗透或渗流。它的运动形式，常随水流速度不同而分为层流运动和紊流运动。层流运动水在岩土空隙中流动时，水质点有秩序地、互不混杂地流，称为层流运动。紊流运动

水在岩土空隙中流动时，水质点无秩序地、互相混杂的流动。

地下水在绝大多数自然条件下，流速较小，故多同层流运动。一般认为地下水的平均渗透速度小于l000m/d时，可视为层流运动。只有在大裂隙、大溶洞中或水位高差极大的情况下，地下水的渗透才出现紊流运动。三、地下水的运动（一）饱水带重力水运动形式第四节地下水线性渗透定律达西通过实验发现，单位时间内通过岩石的水量与岩石的渗透系数、水头降低度和岩石断面积成正比，与渗透距离成反比，从而建立了达西公式：Q=KA(ΔH/L)Q为单位时间内透过岩石的水量；K为渗透系数；A为岩石断面面积；Δ

H为水头损失；L为渗透距离。令I=ΔH/L则称I为水头梯度。又v=Q/A，故：Q/A=K(h/l)=KI,所以，渗透速度：v=KI。三、地下水的运动（二）地下水运动的基本规律第四节地下水三、地下水的运动（二）地下水运动的基本规律非线性渗透定律在大孔隙和溶洞中，地下水运动具有紊流性质，这时就要用薛齐公式：v=KI1/2

K为渗透系数；I为水力坡度。第四节地下水按埋藏条件：上层滞水潜水承压水按含水层的空隙性质：孔隙水裂隙水岩溶水四、地下水的类型第四节地下水

存在于包气带中局部隔水层上的重力水。主要特征是受气候控制，季节性明显，变化大，雨季水量多，旱季水量少，甚至干涸。

上层滞水(包气带水)对农业有很大意义，对工程建筑有一定影响。四、地下水的类型（一）上层滞水第四节地下水（四）地下水的类型四、地下水的类型第四节地下水埋藏在地表以下第一层较稳定的隔水层以上、具有自由水面的重力水叫潜水。潜水的特征：潜水面不承受静水压力；分布区与补给区一致；动态变化较不稳定，有明显的季节变化；潜水补给条件较好，水量丰富；水温随季节而有规律的变化，水质易受污染。潜水面形状可用潜水剖面图和潜水等水位线图表示。潜水剖面图：将已知各点的潜水位连接起来而成；潜水等位线图：潜水面各点水位高程的等值线图。四、地下水的类型（二）潜水第四节地下水潜水剖面图：是在地质剖面图上，将已知各点的潜水位连接起来而成，它可以反映出潜水面形状与地形、隔水底板及含水层岩性的关系等。四、地下水的类型（二）潜水第四节地下水潜水等水位线图：就是潜水面各点水位高程的等值线图。可解决下列问题：确定潜水的流向：垂直于潜水等水位线从高水位指向低水位的方向，就是潜水的流向。确定潜水的水力坡度：确定流向后，流向方向任意两点的水位高差除以该两点的实际距离。四、地下水的类型（二）潜水第四节地下水确定潜水埋藏深度：地形等高线与等水位的交点，二者高差之差。确定潜水与地表水关系：地表水和潜水的水位标高可以确定两者的补给关系。四、地下水的类型（二）潜水第四节地下水确定饮水工程。当等水位凹凸不平、密疏不均时，取水井应布置在地下汇流流处。四、地下水的类型（二）潜水第四节地下水承压水：充满于两个隔水层之间的水。承压水水头高于上部隔水层（隔水顶板），在地形条件适宜时，其天然露头或经人工凿井喷出地表称自流水。隔水顶板妨碍了含水层直接从地表得到补给，故自流水的补给区和分布区常不一致。四、地下水的类型（三）承压水第四节地下水自隔水层顶板底面到承压水位之间的铅垂距离称为承压水头，也称压力水头。承压水含水层在盆地边缘出露于地表的位置较高，可直接受大气降水或地表水补给的范围称为补给区。承压水含水层在承压盆地边缘，地势较低的地段或含水层被切割，这地段便成为承压水的排泄区。在补给区与排泄区之间，承压含水层之上被隔水层覆盖，并且含水层被水充满的这个地段，称为承压区。四、地下水的类型（三）承压水第四节地下水

四、地下水的类型（三）承压水第四节地下水四、地下水的类型（三）承压水(a)断块构造形成的承压斜地(b)岩性变化形成的自流斜地第四节地下水（一）几种特殊的地下水与普通的地下水的差别：有较高的温度(又名温泉);含有特殊的化学成分和其他成分。我国地下热水资源很丰富，已发现的有2千多处；地下热水的来源:由于岩浆活动而形成，大气降水渗入地下的过程中，受地球内能的影响二形成。地下热水的温度界限：各国标准不一，大多数采用大于20℃的标准界定地下热水。地下热水五、几种特殊的地下水和泉第四节地下水指具有医疗意义的地下水。可以是热的，也可以是冷的。以富含气体的矿水用处最大，如含有碳酸水、硫化氢和放射性水：碳酸水：含有大量游离态的二氧化碳，典型的碳酸水是冷的。硫化氢水：水中的硫化氢是脱硫酸作用的产物，多存于含油地层分布的地区。放射性水：是医疗应用范围最广、效果最好的水。酸性岩浆岩，特别是花岗岩含放射性元素最多。矿水（一）几种特殊的地下水五、几种特殊的地下水和泉第四节地下水是指含硝态氮和其他可溶盐的地下水。硝态氮含量在15mg/L以上的地下水用于灌溉有增产效果。成因：有机质经硝化细菌的作用形成可溶性硝酸盐，随大气降水或地表水下渗地下水中；海相地层中原生水，封闭良好，由于富含有机质，经常其地质时间变化而成。分布：与地貌、岩层透水性相关。地势较陡、岩石透水性强、地下径流强烈的地区，如山区、黄土高阶地、洪积扇中上部，没有或很少发现肥水。地势平缓、岩层的透水性弱、地下径流微弱的地方，如山间盆地、河流的低阶地、冲积扇的前缘、古河道等一些低洼地区，肥水分布很普遍。肥水（一）几种特殊的地下水五、几种特殊的地下水和泉第四节地下水

天然露头的地下水称为泉。泉是地下水排泄的一种重要方式。泉的分类：根据泉水出露的