第三章地下水的类型及特征

1、第三章 地下水的类型及特征,第一节 不同埋藏条件下的地下水,第二节 不同介质中的地下水,第一节 不同埋藏条件下的地下水 一、上层滞水 及其特征 二、潜水 三、承压水,地 下 水 的 类 型,图3-1 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）,一、上层滞水及其特征 位于地下水面以上的地带称为包气带， 包气带中的水主要有： (1)土壤水：是指位于地表 以下土壤中的水，主要以 结合水和毛细水的形式 存在，它主要靠大气降水 的渗入、水汽的凝结及 潜水补给。 2)上层滞水：是存在于包气带 中局部隔水层之上的重力水， 一般分布不广。,上层滞水特征： (1）最接近于

2、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）,排泄体现蒸发和向下渗透补给潜水。水量随季节变化，在补给量较多的季节水量多，在干旱季节枯竭。 （2）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运动(渗入和蒸发)，不能保持重力水，无供水意义，仅对植物生长有作用。,（3）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(或透镜层)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；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，

3、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。,（4）动态变化极不定， 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， 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，其上直接与地表相通。,二、潜水 （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，具有自由水面的重力水。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。 潜水的自由水面称为潜水面，潜水面至地表的距离 称为潜水埋藏深度，潜水面上任一点的标高称为该点的 潜水位，潜水面至隔

4、水底板的距离称为含水层厚度。,图3-2潜水埋藏图,图3-2潜水埋藏图,潜水特征 ： 具有自由水面的潜水流： 当用钻孔揭露潜水时，初见水位与稳定水位一致，潜水可能有局部承压现象。靠重力流动，一般潜水流 的水力坡度都很小，常为千分之几至百分之几。 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。 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 1潜水面的形状及影响潜水面形状的因素 形状反映各种外界因素的影

5、响；也反映潜水 流的特点(如:流向、水力坡度、流速及潜水埋藏深度等)。 影响潜水面形状的因素： （1）地形地貌的影响; （2）大气降水的渗入及水文网特征的影响; （3）含水层的岩性及其厚度的影响; （4）隔水底板的形状对潜水面的影响。,2潜水面的表示方法及潜水等水位线图的意义 潜水面在图上的表示： （1）水文地质剖面图 剖面线方向，包含水位，含水层岩性、厚度、 隔水层位置，以及它们的变化等。潜水面可以是 倾斜曲线、水平线或上拱半椭圆曲线。 （2）潜水等水位线图。,图3-9 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; 5-浅变质的砾岩及砂岩; 6-

6、逆断层; 7-地下水水位,图 3-10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,（3）潜水等水位线图的用途。 确定地下水的流向(即地下水面坡度最大 的方向)。 确定潜水面的坡度(水力坡度)。 确定地下水的埋藏深度。 确定潜水与地表水的补给关系 确定含水层厚度及其变化情况。 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。 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3-11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

7、，一侧排泄潜水。,（三）潜水的补给、径流和排泄 1潜水的补给条件 潜水含水层自外界获得水量的过程称为补给。水质随之变化，补给包括补给来源、补给量、影响补给的因素等内容。 2潜水的排泄条件 潜水含水层失去水量的过程称为潜水排泄。在排泄过程中，潜水的水量，水质、水位都随之发生变化。 3潜水的径流 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、排泄组成了地下水循环。,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; (

8、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、承压水 （一）承压水的概念： 承压水是充满在两隔水层或弱透水层之 间，含水层中的地下水。 当这种含水层中未被水充满时，其性质 与潜水相似，称为无压层间水。,补给区,承压区,排泄区,承压水埋藏分布图,承压水的特征： 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，稳定水位高于初见水位。 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。 承压水的水量、水质、水温等稳定 受气候影响较小，仅补给区有点影响。 受地

9、表污染少。,(二)承压水的补给、排泄、径流 1承压水的补给条件 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。 2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；当水文网下切至承压含水层时， 承压 水可排泄于河流或泉；还可通过导水 断层 排泄。,3承压水的循环条件 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。 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 0.11.0。承压水小于0.00001，对大型的 承压盆地(或斜地)，水的全面交替需要很长 时间。,。,图315等水压线

10、图,(三)承压水等水压线图 绘制方法： 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 天然露头(泉)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 各等间距的等水压线， 即得等水压线图。,地形等高线；,等水压线,含水层顶板等高线,图315等水压线图 1-地形等高线；2-等水压线； 3-含水层顶板等高线;,承压水的等水压线图用途： 分析承压水的 形成条件，掌握承压 水的补给、径流、 排泄的情况，如：确定 地下水流向、水力 坡度、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， 同时对于工程建筑及供水 都有很大的实际意义。,第二节 不

11、同介质中的地下水 一、孔隙水 二、裂隙水 三、岩溶水,一、孔隙水 是埋藏在第四纪松散沉积物孔隙中的地下水。 由于孔隙具有分布密集，均匀且连通性好的特点，故孔隙水的基本特征: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(洪积、冲积、湖积、风积、冰积、海相沉积等)，其岩性和分布不同，导致孔隙水的埋藏、分布、水化学特征及富水程度不同 。,（一）洪积层中地下水 1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，它侵蚀并携带大量碎屑物，一出山口，地貌显著 变化（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

12、耗于渗入 和蒸发。 能量骤减，大块碎屑物停积于山前，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，若干洪积扇互相叠连， 形成山前倾斜平原。 其分布规律： （1）纵向上(即沿扇形轴的方向上)的规律； （2）在铅直方向上的规律； （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，首先堆积粗大的磨圆度差的砾、卵石， 夹少量的砂和粘土成分；随着水流向外扩展、漫流

13、、 分叉，堆积物逐渐变细，形成砂土成分为主的沉积物， 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。,根据上述沉积规律，可把洪积扇从山口到平原的岩性特点划为： 山口砂砾带； 中间砂砾粘土交替带； 边缘粘性土带。,（2）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

14、）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,（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

15、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.5g/L 。,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

16、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具有承压水的性质。,（3）河流下游平原冲积层水文地质特征 这种地带地下水径流弱，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。,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,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。 具有不均匀性;裂隙发育的地方含水

17、可能 丰富；裂隙不发育的地方含水就很少。 根据裂隙水的埋藏和分布特征，可分为： 1.面状裂隙水 2.层状裂隙水 3.脉状或带状裂隙水,1、 面状裂隙水 分布: 在各种基岩表面风化裂隙中，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。,2、层状裂隙水 层状裂隙水是聚集于层岩裂隙、粒间孔隙及区域构造裂隙中的地下水

18、，其埋藏和分布与一定的岩层分布相一致，常具有成层性。 其埋藏和分布，受到地质构造条件的控制。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。,图3-23脉状裂隙水蓄水构造 （a）张裂带；（b）断裂带； （C）岩脉； （d）侵入体。,3、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。,脉状或带状裂隙水特点： 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

19、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，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。,图3

20、-24逆断层破碎带示意图 角砾岩带； 糜棱岩带； 裂隙密集带；影响岩带,脉状或带状裂隙水 如：压性断裂带四个带: 角砾岩带：一般胶结 紧密，透水性很低； 糜棱岩带：岩石细碎， 多呈粉状，透水性也 很低； 裂隙密集带和影响带： 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 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

21、的发育具有重大影响 。 可溶矿物的成分及含量的多少；溶解度和溶解速度有一定影响。 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。,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，裂隙是水渗入岩层内部 的通道，它的密度，张开程度和方向，控制着 岩溶的发育程度和方向。 断裂构造与岩溶发育有密切的关系，许多 巨大的溶蚀谷地、暗河、岩溶管道、呈线状分布的许多泉群和漏斗是断裂构造的产物。 实际资料表明：可溶岩的分布及其产状受 地质条件控制。,3水动力条件： 指地下水的循环运动条件，它是区域 地下水交替强度的标志。 理想的溶蚀反应是： CaCO3+CO2+H2O Ca2+ 2HCO3 水的交替作用快，所消耗的CO2可得到及时 补充，溶蚀作用进行强烈。运动快的地下水流， 对可溶岩也产生机械冲刷作用，使岩溶进一步 强化。,（二）岩溶水的埋藏和分布特征 1.岩溶水的埋藏条件分类： （1）裸露型岩溶水； （2）覆盖型岩溶水； （3）埋藏型岩溶水。,某石灰岩溶洞纵剖面图,2.按蓄水介质的特征