第五章 地下水
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第五章 地下水利用规划
5. 生态环境需水量预测
生态环境需水量是指为维持生态与环境功能 和进行生态环境建设所要的最小水量。 将以上各项需水量预测结果汇总，可地表水可供水量
根据规划区可引河流水文站径流资料，通过频
率计算分析，确定不同保证率的年径流量及年内 分配。
再按流域管理机构与地方政府协议制定的分水
mm
147 195 248
湿润年(灌溉用水保证率为20%) 中等干早年(灌溉用水保证率为50%) 干旱年(灌溉用水保证率为75%)
特大干旱年(灌溉用水保证率95%)
190
285
2. 确定地下水可开采量 根据水均衡法计算的各年度潜水可开采量列 入下表。
表5-2
年度 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970
比例，计算确定不同水平年、不同保证率的地表 水可供水量。
2. 地下水可供水量
以地下水资源评价成果为依据，以各分区地下
水可开采量为地下水可供水量控制的上限值，结合 不同区域地下水开采潜力，确定不同水平年地下水 可供水量。 地下水可开采量：在可预见的时期内，通过经济 合理、技术可行的措施，在不引起生态环境恶化的 条件下，允许从含水层中获取的最大水量。
二、机井建设中存在的主要问题
缺乏科学合理的地下水开发利用规划、地下
水超采严重
机井老化报废严重、机井技术落后 管理体制不配套、地下水无序开发 机井建设资金短缺、良性发展困难
三、地下水开发利用规划的必要性
为了合理开发利用地下水，提高地下水资源利 用的效率和效益，促进社会经济和生态环境的协调 发展，必须对地下水开发利用作出规划。
3.规划分区图编绘（附规划分区表）
•规划面积小于30km2 ,在1:10000的地形图上编
工程地质学第五章-地下水
硬 度
M C2 2 a g 2 H3 C O M Ca3 3 g C C H 2 O O O C2 O
2021/永8/2 久硬度：煮沸时未发生碳酸盐沉淀的那部分Ca2＋、Mg2＋含量 44
②根据硬度对地下水进行分类：
极软水、软水、微硬水、硬水、极硬水
5、地下水的侵蚀性
地下水对混凝土的侵蚀破坏类型包括分解性侵蚀、结晶性侵蚀和分解结晶
如挖排水、截水沟，筑挡水坝，开凿输
水隧洞改道等等。
2021/8/2
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5、泉：地下水在地表的天然出露
泉的类型按补给源可分为三类：包气带泉、潜水泉、 自流水泉，按水头性质分为上升泉和下降泉，按出露 原因分为侵蚀泉、接触泉和断层泉。
河谷切割到潜水含水层时，潜水出露成侵蚀下降泉。河 谷切穿承压含水层的隔水顶板时，承压水喷涌成泉，称 为侵蚀上升泉。透水性不同的岩层接触，地下水沿接触 面出露称为接触泉。断层使承压含水层被隔水层阻挡， 当断层导水时沿地面出露的承压水称为断层泉。
隔水层(aquiclude)： 不透水但可含水的岩土层。
含水层的形成条件：
一是岩石中要有空隙存在，并充满足
够数量的重力水；二是这些重力水能够在 岩石空隙中自由运动。
2021/8/2
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3、岩土的水理性质
1.含水性
• 容水度:岩土空隙完全被水充满时的含水
量。
• 持水度:岩土在重力作用下释水时仍能保
持的含水量。
C、H、O为主的有机质
2、氢离子浓度
氢离子浓度是指水的酸碱度，用PH值表示：PH = lg[H+]
根据PH值可将地下水分为5类：
强酸性水、弱酸性水、中性水、弱碱性水、强碱性水
20地21/下8/2水的氢离子浓度为一般酸性侵蚀指标。
第五章 地下水的动态与均衡
的周期性变化，其中季节性变化的影响最大。
地下水动态的 季节变化图。
地下水动态的多年变化图。
（2）水文因素的影响 水文因素的影响，主要是地表水体与地下水的关系。分三 种情况：
a.地表水长期补给地下水；
b.地表水长期排泄地下水（地下水补给地表水）； c.丰水期地表水补给地下水，枯水期地下水补给地表水。 当地表水补给地下水时，地下水位的升高并非在瞬间完成， 而是有一个过程，这种现象称为滞后现象。
（1）确定均衡区。 主要是确定均衡区的范围及边界的位置与性质。 均衡区最好是一个相对独立的地下水系统。均衡区的边界 最好是自然边界。
（2）确定均衡期
一般取一个水文年。 （3）通过野外测定或计算的方法，确定出地下水各均衡要素 值。 （4）通过区域水均衡计算，确定出区内地下水的均衡状态。
一、总的水均衡方程式 水量均衡方程的基本思想是：在均衡期中，均衡区内的 地下水的各种收（+）、支（－）项的代数和等于含水系统 （含水层）中储存水量的变化量。 设某一地区天然状态下： 收入项为A，包括：大气降水量（X）、地表水流入量 （Y1）、地下水流入量（W1）、水汽凝结量（Z1）；
二、地下水动态的形成机理 单次降雨脉冲产生的响应。
多次降雨脉冲的叠加，左图波峰与波峰的叠加，产生更 大的波峰；右图波峰与波谷的叠加产生平缓的复合波形。
Hale Waihona Puke 三、地下水动态的影响因素影响含水系统中地下水动态的因素有两大类，即
外部因素（环境因素）和内部因素。
外部因素包括：气候、水文及人为因素，如大气
降水、地表水、人工补给与排泄和地应力等。
（3）查明各含水层之间的水力联系时，可分层布置观测孔。 （4）需要获得边界地下水动态资料时，观测孔宜在边界有 代表性的地段布置 （5）查明污染源对水源地地下水的影响时，观测孔宜在连 接污染源和水源地的方向上布置。 （6）查明咸水与淡水分界面的动态特征（包括海水入侵）
地下水动力学-第五章
T = 0.183
Q i Q T
（5-19）
如利用晚期直线段求导水系数，则有：
T = 0.366
式中，i 为直线段斜率。 求贮水系数利用下式：
（5-20）
µ∗ =
2.25Tt 0 r2
（5-21）
在有补给边界影响的情况下，抽水一定时间以后达到稳定，在单对数纸上出现水平线 段。它和边界影响前的倾斜直线有个交点，交点的横坐标也以 ti 表示，倾斜直线在横坐标上
s=
Q R Q R Q R2 ln + ln = ln 2πT r1 2πT r2 2πT r1 r2
（5-5）
对于潜水含水层，有：
吉林大学
肖长来
154
地下水动力学
H 02 − h 2 =
Q R2 ln πK r1 r2
（5-6）
为了便于计算，把研究点 p（x，y）移至抽水井井壁，则 r1 = rw , r2 ≅ 2a ，得承压水：.
（5-10）
对于潜水，当降深不大时，忽略三维流的影响，类似地可得：
H 02 − h 2 =
式中， u i =
Q [W (u1 ) − W (u 2 )] 2πK
（5-11）
ri 2 µ ∗ （i=1，2） ； µ 为给水度； T = Khm ，导水系数； hm 为平均厚度。当 4Tt
H 02 − h 2 = r Q ln 2 πK r1
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吉林大学
肖长来
地下水动力学
=
r Q ln 2 πK r1
（5-2）
为了便于计算，把研究点移至抽水井井壁， 即 r1 = rw , r2 ≅ 2a ，则得承压水
Q = 2π
KMs w 2a ln rw (2 H 0 − s w ) s w 2a ln rw
第五章 地下水的化学成分及其形成
第1节 地下水的化学成分
• 特点 • 水迁移能力很强，但次于Cl-； • 含量由数mg/L~数十g/L。 重碳酸根离子（HCO3-） • 来源 • 来自含碳酸盐的沉积岩与变质岩（如大理岩） CaCO3+ H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+ MgCO3+ H2O+CO2→2HCO3-+Mg2+ • 岩浆岩与变质岩地区，主要来自铝硅酸盐矿物 的风化溶解
第1节 地下水的化学成分
细菌成分：如氧化环境中存在的硫细菌、铁细菌； 还原环境中存在的脱硫细菌； 污水中的各种致病细菌等 • 分病源菌和非病源菌 • 细菌分析结果的表示： • 细菌总数：每毫升水或每升水中的细菌总数 • 菌度：含有一条大肠杆菌的水的毫升数 • 检定量：1升水中大肠杆菌的总数
第2节 地下水的主要物理化学性质
第1节 地下水的化学成分
• O2与N2共存---来源于大气并处于氧化环境 • N2单独存在---来源于大气并处于还原环境 • 大气中惰性气体（Ar, Kr, Xe）与N2的比值： （Ar, Kr, Xe）/ N2 = 0.0118 ， 则N2是大气起源 （Ar, Kr, Xe）/ N2 ＜ 0.0118，则N2是生物或变 质起源
第1节 地下水的化学成分
微量组分：Br、I、F、B、Sr等 胶体成分：未离解的化合物，颗粒直径10-7~10-5 主要的有：Fe（OH)3、Al（OH)3 及 HsiO3等 还有：CaCO3、MgCO3 各种硫化物：PbS，CuS，CdS等 有机质胶体 粘土质胶体 胶体的形成： 物理风化使矿物机械破碎磨细形成； 急剧化学反应使溶液过饱和并形成许多结晶中心， 但未来得及结晶而形成。
第3节 地下水化学成分的形成作用
土木工程地质学第五章 地下水(Ground water)1
非结合水固态水
气态水
2019/11/1
土木工程地质学
2
岩土的水理性质
1. 含水性
• 容水性:岩土孔隙完全被水充满时的含水量.
• 持水性:岩土在重力作用下释水时仍能保持的 含水量.
2. 给水性:岩土在重力作用下能自由排出的含水
量. 给水度=容水度－持水度
3.透水性:岩土可透过水的性能.用渗透系数表示.
硫酸盐侵蚀：水中SO4-2与混凝土作用生 成新的化合物，由于体积膨胀而胀裂。
酸性侵蚀：PH值低的酸性水对混凝土具 腐蚀性。
镁盐侵蚀：水中镁盐与混凝土作用后生
成化合物溶解于水。 2019/11/1
土木工程地质学
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含水层(aquifer)： 给出并透过相当水量的岩土层。
隔水层(aquiclude)： 不透水但可含水的岩土层。
2019/11/1
土木工程地质学
3
地下水的水质
气体成分
O2 H2S CO2
离子成分
ClSO4-2 HCO3Na+ K+ Ca+2 Mg+2
化学性质 PH值 矿化度 硬度
2019/11/1
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4
地下水对建筑材料的腐蚀性
溶出侵蚀：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。 碳酸侵蚀：含侵蚀性co2的水溶解混凝土 中的钙质而使混凝土崩解。
2019/11/1
土木工程地质学
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泉：地下水在地表的天然露头。
按水头性质分： 1. 上升泉 2. 下降泉 按出露原因分： 1. 侵蚀泉 2. 接触泉 3. 断层泉
2019/11/1
土木工程地质学
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特征：接近地表，接受大气降水补给， 以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动 态变化很不稳定。
《工程地质学》第五章地下水解析
4 流砂的防治
产生流砂现象的原因有内因和外因。
内 因
取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少 、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。流 砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚粘土中，但是否发生流砂现象 ，还取决于一定的外因条件。
共70页 第65页
流砂发生后，土完全丧失承载力，土体边挖边冒，施工条件 极端恶化，基坑难以达到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方 ,临近建筑物出现下沉、 倾斜甚至倒塌。
地下水的垂直分带
地 下 水 的 类 型
埋藏条件、 空隙性质
组合分类表
含水介质类型 孔 隙 水 ( 松散沉积物孔隙中的水 ) 包气带中局部隔水层上 包气带水 的重力水，主要是季节性 存在 潜 水 各类松散沉积物浅部的 水 山间盆地及平原松散沉 积物深部的水 裂 隙 水 ( 坚硬基岩裂隙中的水 ) 岩 溶 水 ( 可溶岩溶隙中的水 ) 埋藏类型
裸露于地表的裂隙岩层浅部 季节性存在的重力水 裸露于地表的坚硬基岩上部 裂隙中的水
裸露岩溶化岩层上部岩溶通 道中季节性存在的重力水 裸露于地表的岩溶化岩层中 的水
组成构造盆地、向斜构造或单 组成构造盆地、向斜构造或 斜断块的被掩覆的各类裂隙岩 单斜断块的被掩覆的岩溶化岩 层中的水 层中的水
承压水
一、上层滞水
（3）用途
与潜水等位埋深 3）承压水头
地形等高线 B
A
含水层顶板等高线 承压水等水压线
嵩山北翼的巩义市米河镇小里河村打成了一口深460米的自流 井，自流量每昼夜120吨，水头高出地面1.5米，是巩义市目前唯 一的自流井。
85 83 81
1）机械潜蚀：土粒在地下水的动水力作 用下受到冲刷，将细粒土冲走，使土的 结构破坏，形成洞穴的作用。 2）化学潜蚀：在地下水和一氧化碳等作 用下，能使岩石中的长石、云母等矿物 变为高岭石、绢云母和其他粘土矿物。 **由人类工程活动所引起的这种现象叫管涌。
第5章 地下水
第二节 地下水类型及其主要特征
3. 承压水的补给与排泄 承压水的补给源有大气降水、地表水及潜水； 承压水的排泄方式有：向潜水排泄、泉的排泄及向地表 水排泄。 4. 承压水对工程建设的影响 （1）良好的城市供水水源； （2）基坑突涌； （3）排水比较困难，井深，范围广，水量大。
运动多属于非层流运动。
第二节 地下水类型及其主要特征
地下水按照埋藏条件可以分为包气带水、潜水和承压水 三类；按照含水层的空隙性质可分为孔隙水、裂隙水和岩溶 水三类。
第二节 地下水类型及其主要特征
5.2.1 包气带水 处于地表面以下潜水位以上的包气带岩土层中，包括土 壤水、沼泽水、上层滞水以及基岩风化壳(粘土裂隙)中季节 性存在的水。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。包气带水对农业有很 大意义，对工程建筑有一定影响。
第二节 地下水类型及其主要特征
承压斜地
第二节 地下水类型及其主要特征
承压含水层在同一区域内均可在不同深度有着若干层 同时存在的情况，它们之间的水头高度与地形和构造二者 有关。 当地形和构造一致时称为正地
形。下部含水层压力高，若有裂隙
穿透上下含水层，下部含水层的水 通过裂隙补给上部含水层。如山东
济南的承压斜地，地下水通过近20m厚的第四系覆盖层出
水下施工。若潜水对施工有危害，宜用排水、降低水位、隔离(包括冻结法
等)等措施处理。
第二节 地下水类型及其主要特征
5.2.3 承压水 承压水是指埋藏并充满在两个稳定隔水层之间的含水层 中的地下水，是一种有压重力水。
第二节 地下水类型及其主要特征
1. 承压水的形成 最适宜形成承压水的地质构造有向斜构造盆地和单斜构 造。 承压盆地 此类承压水的水 位受到气候及地形的 控制，往往有较好的 径流条件。
河北工程大学 土木工程学院 工程地质 第五章_地下水
●在具有成岩裂隙的岩体为后期地层覆盖 时可构成承压含水层。
25
6. 构造裂隙水
●其发育程度既取决于岩石本身的性质，也取决于 边界条件及构造应力分布等因素。 ●分为层状构造裂隙水和脉状构造裂隙水。 ●可以是潜水，也可以是承压水 ●裂隙各有自己独立的系统：补给源、径流及排 泄条件，水位不一致。 ●渗透性常常显示各向异性。 26
5
3.
重力水-----受重力控制的地下水
当岩石、土层的空隙完全被水饱和时，粘 土颗粒之间除结合水以外的水都是重力水，它 不受静电引力的影响，而在重力作用下运动， 可传递静水压力。
重力水的工程意义：
静水压力 动水压力 浮托力 溶解能力--岩土产生化学潜蚀
6
☆ 含水层：能够给出并透过相当数量 重力水的岩层或土层，称为含水层。 ☆ 隔水层：是指那些不能给出并透过 水的岩层、土层，或者这些岩土层给出与透 过水的数量是微不足道的。 ☆构成含水层的条件： 1.岩土中要有空隙存在，并充满足够数 量的重力水； 2.这些重力水能够在岩土空隙中自由运 动。
36
▲矿化度：地下水中所含各种离子、分子 与化合物的总量称为矿化度，以g/L表示。 习惯上用105～110℃温度将地下水样品蒸 干后所得的干涸残余物总量来表示矿化度。 可以将分析所得阴阳离子含量相加，求得 理论干涸残余物总量。
注意: 由于在蒸干时有将近一半的HCO3-了分解生 成CO，及H2O而逸失。所以，阴阳离子相加时， HCO3 只取重量的50％。
31
32
自流水泉（上升泉）：主要靠承压水补给， 动态稳定，年变化不大，主要分布在自流盆地 及自流斜地的排泄区和构造断裂带上。
33
§5.3 地下水的性质
一、地下水的物理性质 地下水的物理性质有：温度、颜色、透明 度、气味、味道、导电性及放射性。 地下水物理性质的研究，使我们能初步了 解地下水的形成环境、污染情况及化学成分， 这为利用地下水提供了依据。
25
6. 构造裂隙水
●其发育程度既取决于岩石本身的性质，也取决于 边界条件及构造应力分布等因素。 ●分为层状构造裂隙水和脉状构造裂隙水。 ●可以是潜水，也可以是承压水 ●裂隙各有自己独立的系统：补给源、径流及排 泄条件，水位不一致。 ●渗透性常常显示各向异性。 26
5
3.
重力水-----受重力控制的地下水
当岩石、土层的空隙完全被水饱和时，粘 土颗粒之间除结合水以外的水都是重力水，它 不受静电引力的影响，而在重力作用下运动， 可传递静水压力。
重力水的工程意义：
静水压力 动水压力 浮托力 溶解能力--岩土产生化学潜蚀
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☆ 含水层：能够给出并透过相当数量 重力水的岩层或土层，称为含水层。 ☆ 隔水层：是指那些不能给出并透过 水的岩层、土层，或者这些岩土层给出与透 过水的数量是微不足道的。 ☆构成含水层的条件： 1.岩土中要有空隙存在，并充满足够数 量的重力水； 2.这些重力水能够在岩土空隙中自由运 动。
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▲矿化度：地下水中所含各种离子、分子 与化合物的总量称为矿化度，以g/L表示。 习惯上用105～110℃温度将地下水样品蒸 干后所得的干涸残余物总量来表示矿化度。 可以将分析所得阴阳离子含量相加，求得 理论干涸残余物总量。
注意: 由于在蒸干时有将近一半的HCO3-了分解生 成CO，及H2O而逸失。所以，阴阳离子相加时， HCO3 只取重量的50％。
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自流水泉（上升泉）：主要靠承压水补给， 动态稳定，年变化不大，主要分布在自流盆地 及自流斜地的排泄区和构造断裂带上。
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§5.3 地下水的性质
一、地下水的物理性质 地下水的物理性质有：温度、颜色、透明 度、气味、味道、导电性及放射性。 地下水物理性质的研究，使我们能初步了 解地下水的形成环境、污染情况及化学成分， 这为利用地下水提供了依据。
第五章 地下水动态观测
降水量P/mm 水位H/m
H(Q较小时)
H(Q较大时)
2 4 6 8 10 12 月
0
开采量Q/m 3
地下水动态类型3：人工开采型（开采型）
降水量P/mm 水位H/m
H
2
4
6
8
10
12
月
地下水动态类型4：径流型
降水量P/mm 水位H/m
河水位 ② 近岸型 ① 远岸型 2 4 6 8 10 12 月 河流季节 补给型
第五章 地下水动态观测
§3 地下水动态观测资料整理与分析
降水量 空气温度
第五章 地下水动态观测
水分饱和差 潜水温度
水位
地下水动态综合曲线图
降水
4
6
8
10
12
月
地下水动态类型1：气候型（降水入渗型）
蒸发量E/mm 水位H/m 气温/℃
H T
0
2
4
6
8
10
12
月
地下水动态类型2：蒸发型
§l 地下水动态观测的任务 二、地下水动态观测的任务
不同目的水文地质调查，其地下水动态长期观测的任务 是不同的，归纳起来主要有以下一些任务： 1、查明不同地下水系统、不同含水层地下水水位、水量、 水质和水温的变化规律及发展趋势； 2、查明地下水动态变化的影响因素，确定地下水动态类 型； 3、为地下水均衡研究提供依据，预测地下水水量、水质、 水位的变化及与地下水有关的环境地质作用的变化； 4、解决某些专门问题，如推求水文地质参数、进行地下 水资源评价等。
第五章 地下水动态观测
§l 地下水动态观测的任务 一、地下水动态和均衡的概念
2、地下水均衡 （1）当补充量与消耗量相等时，地下水处于均衡状态； （2）当补充量小于消耗量时，地下水处于负均衡状态； （3）当补充量大于消耗量时，地下水处于正均衡状态。
工程地质学第五章-地下水
• • •
• Darcy定律适合于层流（砂土）。
5.2 地下水类型及其主要特性
地下水按埋藏条件可分为三大类：即包气带
水、潜水、承压水；
根据含水层的空隙性质地下水可分为孔隙水、 裂隙水、岩溶水。 通过这两种分类的组合，可得九类不同特点 的地下水。见教材p124。
裂隙水
孔隙水
含水层
承压水井 自流水井 潜水井 承压水位 潜 水 位
6、 地下水的循环：补给、排泄
上层滞水循环：大气降水补给，垂直蒸发、下渗排泄。 潜水补给： 大气降水，地表水的补给，含水层之间的补给①越流 补给②直接补给，凝结水，人工补给。 潜水排泄：蒸发，泉的排泄，地表水排泄，人为排泄。 承压水补给：大气降水，地表水，潜水。 承压水排泄：潜水排泄，泉的排泄，地表水排泄。
承压水面上高程相等点的连线图
用途：流向，水力坡度，初见水位，水位埋深，水头
5.3 地下水的性质
一、地下水的物理性质
1、温度：主要受气候条件和地热控制
由于地下水形成的环境不同，其温度变化范围很大； 常随埋藏深度不同而异，埋藏越深、水温越高。 纯净的地下水是无色的，当含有某些化学成分或悬浮物质时， 2、颜色： 会带有一定颜色。 纯净的地下水是透明的，但含有有机质、矿物质及胶体时， 3、透明度： 地下水将变得浑浊不清。 地下水一般是无嗅无味的，当含有气体或有机质时，会具有特殊 4、气味：
特点：空间分布极不均匀，动态变化强 烈，流动迅速，排泄集中。
在土木工程建筑地基内有岩溶水活 动，不但在施工中会有突然涌水的事故 发生，而且对建筑物的稳定性也有很大 影响。因此，在建筑场地和地基选择时 应进行工程地质勘察，针对岩溶水的情 况，用排除、截源、改道等方法处理， 如挖排水、截水沟，筑挡水坝，开凿输 水隧洞改道等等。
第5章-地下水的补给、排泄与径流
•地下水的人工补给
–主要方法：人工专门补给（回灌、诱导补给）、 非专门性人工补给（修建水库、渠道渗漏、农业 灌溉等），见图5-18、图5-20 –人工补给的目的：1、补充水量 2 、调节水温 3、防止地面沉降 4 、改善地下水质 5、防止或 减少海水入侵 –人工补给的原则：不能引起不良的水文地质和 工程地质现象。
第二节 地下水的排泄
长白山温泉
趵突泉
地下水排泄的研究包括：
排泄方式、影响因素、排泄量的确定 排泄方式： 泉（点状排泄） 向地表水体泄流（河流—线状）、向相邻含水层的排泄 蒸发（面状排泄） 前三种排泄方式称为径流排泄，与蒸发排泄的区别：
径流排泄—水分（盐分）呈液态排出,盐随水去
⑤供水水源（直接利用）。
山东济南百脉泉
第三节 地下水的径流
一、径流方向、强度的影响因素
• 径流的定义：地下水由补给区向排泄区流动的过程称作径 流。 最简单的情况下，含水层自一个集中补给区流向集 中排泄区，具有单一径流方向。
•径流强度
• 可用单位时间通过单位断面的流量表示，即以渗透流速 衡量。 • 根据达西定律V=KI 故径流强度与 含水层的透水性成正比 补绐区及排泄区之间的水位差成正比 与补给区到排泄区的距离成反比 与含水系统的构造有关 • 构造开启程度，图5-36 • 断层的导水性，图5-37
降水初期 t1：
土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快 降水延续 t2： 土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用， 下渗趋于稳定——渗润阶段，渗漏与渗透阶段 降水再持续： 当土层湿锋面推进到支持毛细水带时， 含水量获得补给，潜水位上升
（三）四种不同时间尺度地补给
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1）短期补给:干、湿季节分明地区一次大雨后； 2）季节性补给：有规律的季节性； 3）永久性补给：湿润的热带地区，总有向下的水入渗补 给； 4）历史性或古补给：古代埋藏水。
–主要方法：人工专门补给（回灌、诱导补给）、 非专门性人工补给（修建水库、渠道渗漏、农业 灌溉等），见图5-18、图5-20 –人工补给的目的：1、补充水量 2 、调节水温 3、防止地面沉降 4 、改善地下水质 5、防止或 减少海水入侵 –人工补给的原则：不能引起不良的水文地质和 工程地质现象。
第二节 地下水的排泄
长白山温泉
趵突泉
地下水排泄的研究包括：
排泄方式、影响因素、排泄量的确定 排泄方式： 泉（点状排泄） 向地表水体泄流（河流—线状）、向相邻含水层的排泄 蒸发（面状排泄） 前三种排泄方式称为径流排泄，与蒸发排泄的区别：
径流排泄—水分（盐分）呈液态排出,盐随水去
⑤供水水源（直接利用）。
山东济南百脉泉
第三节 地下水的径流
一、径流方向、强度的影响因素
• 径流的定义：地下水由补给区向排泄区流动的过程称作径 流。 最简单的情况下，含水层自一个集中补给区流向集 中排泄区，具有单一径流方向。
•径流强度
• 可用单位时间通过单位断面的流量表示，即以渗透流速 衡量。 • 根据达西定律V=KI 故径流强度与 含水层的透水性成正比 补绐区及排泄区之间的水位差成正比 与补给区到排泄区的距离成反比 与含水系统的构造有关 • 构造开启程度，图5-36 • 断层的导水性，图5-37
降水初期 t1：
土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快 降水延续 t2： 土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用， 下渗趋于稳定——渗润阶段，渗漏与渗透阶段 降水再持续： 当土层湿锋面推进到支持毛细水带时， 含水量获得补给，潜水位上升
（三）四种不同时间尺度地补给
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1）短期补给:干、湿季节分明地区一次大雨后； 2）季节性补给：有规律的季节性； 3）永久性补给：湿润的热带地区，总有向下的水入渗补 给； 4）历史性或古补给：古代埋藏水。
第五章 地下水
（二）地下水的酸碱性 酸碱度：氢离子浓度PH值。1PH=1g[H+] 强酸性水PH<5；弱酸性水PH=5-7；中性水 PH=7；弱碱性水PH=7-9；强碱性水PH >9。 酸性侵蚀可以分解水泥混凝土中的CaCO3。
Байду номын сангаас
（三）总矿化度 水中离子、分子和各种化合物的总量称为总 矿化度，以g/L表示。 水按矿化度分：淡水（<1）；微咸水（1-3）； 咸水（3-10）；盐水（10-50）；卤水 （>50）。 高矿化度的水能降低水泥混凝土的强度，腐 蚀钢筋，促使混凝土表面风化。
第四节 地下水对公路建设的影响
1、地下水的存在，对建筑工程有着不可忽 视的影响。尤其是地下水位的变化，水的 侵蚀性和流砂、潜蚀等不良地质作用都将 对建筑工程的稳定性、施工及正常使用带 来很大的影响。
1.地基沉降：地下水位的变化，如水位上升，可 引起浅基础地基承载力降低，地震时会加剧砂土 液化，引起建筑物震害加剧，岩土体产生变形、 滑坡、崩塌失稳等不良地质作用。 2.侵蚀性：对混凝土、可溶性石材、管道以及金 属材料的侵蚀危害。潜蚀通常分为机械潜蚀和化 学侵蚀。 3.流沙和潜蚀（管涌）：地下水可引起流砂现象， 给施工带来极大困难。 4.地下水的浮托作用： 5.基坑涌水现象：
第五章 水的地质作用
自然界中，水有气态、固态、液态三种。
1、大气水：存在于大气中；
2、地表水：覆盖在地球表面，如海洋、
江河、湖泊等； 3、地下水：埋藏于土中孔隙、岩石孔隙 和裂隙、岩石空洞中。
一、地下水及地下水问题 埋藏在地表以下的土层及岩石的空隙中的水称 为地下水。 地下水是自然界水资源的重要组成部分，它常 为生活和生产的水源，干旱和半干旱地区更是 主要的甚至是唯一的可靠水源。 地下水与岩土相互作用，会使岩体及土体的强 度和稳定性降低，产生各种不良地质现象和工 程地质现象，如滑坡、岩溶、潜蚀、地基沉陷 与冻胀等，对工程造成危害。
5第五章地下水运动的基本规律
第五章地下水运动的基本规律5. 1 港流基本概念渗流一地卞水在岩石空隙中的运动称为渗流（渗透，地下径流）。
渗流场一发生渗流的区域。
层流运动——水的质点作有秩序的、互不混杂的流动。
紊流运动——水的质点无秩序的、互相混杂的流动。
稳定流一各个运动要素（水位、流速、流向等）不随时间改变的水流运动。
非稳定流——运动要素随时间变化的水流运动。
地卜•水总是从能量校高处流向能量较低处。
能态差异是地卜水运动的驱动力。
地下水的机械能包括动能和势能，水力学中用总水头（hydiaulic head）H表示，水总是从总水头高的地方流向总水头低的地方。
5. 2重力水运动的基本规律1.达西定律（Darcy'sLaw）1856年达西通过实验得到达西定律。
实验在砂柱中进行（P36：图4-1），根据实验结果（流量）：Q=KA（H r H2）/L=KAI（5.1）式中：Q为渗透流童（出口处流量，即通过砂柱各断面的体枳流量）：A为过水断面的面积（砂柱的横断面积，包括砂颗粒和孔隙面积）；Hi比分别为上、卜•游过水断面的水头：L为渗透途径（上、卜•游过水断面的距离）：图5. 1I为水力梯度;达西实验装置示意图（据Bear, 1979）K 为渗透系数。
由水力学：Q=vA达西定律也可以另一种形式表达（流速）: 由公式（5.1）及Q=\A 得：v=KI式中：£ --- 渗透流速，m/d, cm/s ；K ----- 渗透系数，m/d, cm/s ：I —水力梯度，无量纲（比值）。
具体到实际问题：计算流量:H _ HQ = Kw ------- (单位一•般为：m 3/d, L/s)L微分形式:式中：负号表示水流方向与水力梯度方向相反，水流方向（坐标方向）：由水位高一 低: 而水力梯度方向：由等水位线低一高。
或V = -KVH ,式中：K 一为渗透系数张最:gradH = 二更i+更了+更二西。
da dy &L若用标量表示，V 的三个分最分别为:得到 v=Q/A （对地下水也适用）(5.2)(5.3)v=-KdHK. —k = -KgradH ■ dz在三维空间中（向量形式）:Vy= ~K - dy—K 罗**■ dz2. 渗透流速（V ） （seepage velocity, Daicy velocity ）与实际流速（u ）渗透流速一水流通过整个过水断面（包括砂砾和孔隙）的流速。
5第五章 地下水运动的基本规律
第五章地下水运动的基本规律5. 1 渗流基本概念渗流––––地下水在岩石空隙中的运动称为渗流（渗透，地下径流）。
渗流场––––发生渗流的区域。
层流运动––––水的质点作有秩序的、互不混杂的流动。
紊流运动––––水的质点无秩序的、互相混杂的流动。
稳定流––––各个运动要素（水位、流速、流向等）不随时间改变的水流运动。
非稳定流––––运动要素随时间变化的水流运动。
地下水总是从能量较高处流向能量较低处。
能态差异是地下水运动的驱动力。
地下水的机械能包括动能和势能，水力学中用总水头(hydraulic head)H表示，水总是从总水头高的地方流向总水头低的地方。
5．2 重力水运动的基本规律1．达西定律（Darcy’s Law）1856年达西通过实验得到达西定律。
实验在砂柱中进行（P36：图4—1），根据实验结果（流量）：Q=KA(H1-H2)/L=KAI（5.1）式中：Q为渗透流量(出口处流量，即通过砂柱各断面的体积流量)；A为过水断面的面积(砂柱的横断面积，包括砂颗粒和孔隙面积)；H1 H2分别为上、下游过水断面的水头；L为渗透途径(上、下游过水断面的距离)；I为水力梯度；K 为渗透系数。
由水力学：Q=vA得到 v=Q/A(对地下水也适用) (5.2)达西定律也可以另一种形式表达（流速）： 由公式（5.1）及Q=V A 得：v=KI (5.3)式中：V ––––渗透流速，m/d ，cm/s ；K ––––渗透系数，m/d ，cm/s ； I ––––水力梯度，无量纲（比值）。
具体到实际问题：计算流量：LH H KwQ 21-=（单位一般为：m 3/d ，L/s ） 微分形式：dxdHKv -= 式中：负号表示水流方向与水力梯度方向相反，水流方向（坐标方向）：由水位高→低；而水力梯度方向：由等水位线低→高。
在三维空间中（向量形式）：KgradH k zHK j y H K i x H K V z y x-=∂∂-∂∂-∂∂-= 或H K V ∇-=，式中：K ––––为渗透系数张量；H k zHj y H i x H gradH ∇=∂∂+∂∂+∂∂=。
第五章地下水的地质作用
第五章地下水的地质作用一、概述定义：以各种形式埋藏在地表下面土中孔隙、岩石孔隙和裂隙种的水，称为地下水。
研究地下水意义：全地球表层的地下水量估计4亿立方km。
1、地下水是改造地壳表层的地质动力，它的地质作用可以形成千奇百怪的地质景观供人们欣赏；同时是一种重要的矿产，是人畜饮用、农业灌溉及工业供水的重要水源之一。
它不仅可以形成矿产，同时还可以利用它找到矿产。
2、在对人类有利的同时，它还具有不利的一面。
如：1降低岩土体的强度与稳定性，表现：地基沉降，沙土液化，边坡失稳；2道路冻胀与翻浆：温差较大的寒冷地区；3潜蚀作用：冲蚀水颗粒，溶蚀。
3破坏岩土体的整体性，降低其强度和稳定性。
4地下开挖（基坑、隧道）涌水5侵蚀性地下水对工程的腐蚀作用。
6同时还会产生静水、动水压力－对挡墙、桥墩。
二、地下水的形成条件－形成环境（一）地下水的来源：1渗透水：大气降水、冰雪融水、地面流水（江、河、湖、海）等从地面渗入地下积聚成。
2凝结水：水蒸汽凝结成水滴后渗于地下。
3岩浆水：（原生水）地下岩浆活动形成的水（结晶水、水气）。
4埋藏水：（古水）地史中沉积物空隙中的水，被封闭保存下来。
（二）形成条件1）土石条件：1土石体必须有空隙（空隙的大小、多少、连通情况对地下水的形成及储存的影响） 2土体颗粒大小，级配、形状及孔隙度决定透水性（透水层与隔水层及其作用）。
2）构造条件：决定地下水的补、排及径流的情况褶皱构造的情形：背斜、向斜断裂构造的情形：透水性张性>扭性>压性3）气候条件：决定地下水的补给及蒸发量－决定水量4）地貌条件：不仅控制地下水的径流及排泄，而且影响地下水的形成。
5）人为条件：直接影响地下水的水位变化。
（三）地下水的赋存状态1吸着水：靠分子引力及静电引力吸附在土和岩石颗粒表面上的水。
不受重力影响，不被植物吸收。
2薄膜水：包围在吸着水的外层，可以从原处向薄处“移动”，少部分可被植物吸收。
3毛细管水：受表面张力影响，保留在毛细管中，易被植物吸收。
工程地质地下水
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
• 我们努力是想变的更有实力去完成自己的目标；我们 努力是想自身得到更高的提升从而有更好的选择；我 们努力是希望家人家庭因为自己而更加富裕更加幸福； 我们努力是希望职业发展可以更好更远...我想告诉大家， 古往今来要想在这个世界上实现自己的目标达成自己 的愿望，只有通过努力奋斗来实现，这条路来不得半 点的虚假和懈怠。2021年我们收获了很多，但2022年 我们能做的更多，看看我们周围，因为能力被提升职 位，因为尽责提高待遇的人大有人在，这个人为什么 不能是自己？那么今年，就给自己定一个小小的目标， 无论岗位有多平凡，无论做的事务有多渺小，都要往 前去迈一小步。进无止境，我相信，只要大家在努力 的道路上脚步不停，你，就一定有实现目标的希望。
不同含水层空隙中的地下水
冲积物中的孔隙水 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、粘性 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。
洪积物中的孔隙水
潜水深埋带 潜水溢出带
潜水下沉带
裂隙水
化学性质 PH值 矿化度 硬度
地下水对建筑材料的腐蚀性
溶出侵蚀：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。 碳酸侵蚀：含侵蚀性co2的水溶解混凝土 中的钙质而使混凝土崩解。 硫酸盐侵蚀：水中SO4-2与混凝土作用生 成新的化合物，由于体积膨胀而胀裂。 酸性侵蚀：PH值低的酸性水对混凝土具 腐蚀性。 镁盐侵蚀：水中镁盐与混凝土作用后生 成化合物溶解于水。
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 •层状裂隙水 •脉状裂隙水
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不同含水层空隙中的地下水
冲积物中的孔隙水 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、粘性 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。
洪积物中的孔隙水
潜水深埋带 潜水溢出带
潜水下沉带
裂隙水
化学性质 PH值 矿化度 硬度
地下水对建筑材料的腐蚀性
溶出侵蚀：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。 碳酸侵蚀：含侵蚀性co2的水溶解混凝土 中的钙质而使混凝土崩解。 硫酸盐侵蚀：水中SO4-2与混凝土作用生 成新的化合物，由于体积膨胀而胀裂。 酸性侵蚀：PH值低的酸性水对混凝土具 腐蚀性。 镁盐侵蚀：水中镁盐与混凝土作用后生 成化合物溶解于水。
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 •层状裂隙水 •脉状裂隙水
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nf Vf V 100%
裂隙主要是地壳运动对岩石造成破坏而形成的，岩石成岩时及在地表 遭受风化也会形成裂隙。 岩石的裂隙率一般比松散泥积物的孔隙率小得多。裂隙率常小于3%
溶隙：溶隙是可溶岩（如石灰岩）在地下水流长期溶蚀下形
成的空隙
溶隙率
Vk nk 100% V
5.1.1 地下水及含水层
①岩浆岩中成岩裂隙水发育 ②多为层状裂隙水，在一定范围内互相连通； ③多属潜水，也可是承压水；
构造裂隙水 特征：
①构造应力分布均匀，形成层 状构造裂隙水；构造应力分布 不均匀，形成脉状构造裂隙水 ②可以是潜水，也可是承压水 ③渗透性各向异性；
脉状裂 隙水 层状裂 隙水
岩溶水
赋存和运移于可溶岩（如石灰岩、白云岩、大理岩、石 膏、岩盐等）的溶隙溶洞（洞穴、管道、暗河）中的地 下水，又称喀斯特水。
主要胶体成分
a.以碳、氢、氧为主的有机质通常以胶体方式存在于地下水中； b.很难以离子状态溶于水的化合物也以胶体形式存在于地下水中， 主要有Fe(OH)2、Al(OH)3、SiO2
岩石中的裂隙具有一定的方向性，因而裂隙岩石的导水性具有 明显的各向异性
按成因分为： 风化裂隙水、成岩裂隙水、构造裂隙水 风化裂隙水 特征：
①多为层状裂隙水； ②水平方向透水性均匀，垂直 方向随深度减弱； ③多属潜水，也有上层滞水； ④大气降水补给；明显季节性 循环交替；以泉的形式排泄
成岩裂隙水
特征：
正地形
负地形
5.2.4 孔隙水、裂隙水及岩溶水
孔隙水
—广泛分布于第四纪松散沉积物中的地下水
潜水深埋带 溢出带 下沉带
洪积物中地下水
冲积物中地下水
上游：厚度不大，由河水补给，水量丰富水质好 中游：上层构成隔水层，下层为承压水 下游：上部通常为埋藏很浅的潜水，下部为多层承压水
裂隙水
—埋藏在基岩裂隙中的地下水
结合水（Absorbed Water ）
土粒
强结合水 弱结合水
自由水
5.1.2 岩土的水理性质
1.岩土的含水性
①容水性—岩土能容纳一定水量的性能。衡量指标：容水度。 ②持水性—岩土在重力作用下仍能保持一定水量的性能。衡量 指标：持水度，表明的是岩土中结合水的含量。
2.岩土的给水性
岩土在重力作用下向外释放水量的性质和能力，给水度。
潜水面形态的变化规律
受地形和 河流位置 的影响
受底板隔水 层高度变化 的影响
受含水介质 渗透性变化 的影响
潜水面的表示方法
1.水文地质剖面图法
2.等水位线图法
水文地质剖面图法
等水位线图法
根据等水位线图法可 以解决下列实际问题
①确定潜水流向 ②计算潜水的水力坡度I ③确定潜水与地表水之间的关系 ④确定潜水的埋藏深度
5.2.5 泉
地下水天然露头，是地下水或含水层通道露出地表形成的，是 地下的主要排泄方式之一
泉的类型按补给源分为 包气带泉 —上层滞水补给，水量小，季节变化大，动态不稳定
下降泉 (潜水泉) —潜水补给，动态稳定，有季节性变化规律 上升泉 (自流水泉) —承压水补给，动态稳定，年变化不大
侵蚀下降泉 侵蚀上升泉 接触下降泉
承压水蓄水构造
1.向斜构造盆地(自流盆地) 2.单斜构造(自流斜地)
自流盆地
自流斜地
承压水面的表示方法
1.水文地质剖面图法 2.等水压线图法
水文地质剖面图法
等水压线图法
根据等水压线图法可 以解决下列实际问题
①承压水位距地表的深度 ②承压水头大小 ③承压水的流向
承压水的补给和排泄
①补给：补给区直接裸露于地表，接受降水的补给；当含有几个 承压水层时，根据正地形或负地形提供的条件形成补给关系 ②排泄：排泄区直接裸露于地表，以泉的形式排泄；承压水位高 于潜水位时，向潜水排泄；正地形或负地形条件下，形成向上或 向下的排泄。
孔隙率
Vv nv 100 % V
岩土孔隙率的大小，主要与颗粒的形状、排列情况及颗粒的分选性和 压密、胶结情况有关。松散沉积物的孔隙率一般很大，可达20%-60%
沉积物的孔隙率范围
沉积物 分选好的砂或砾 砂砾混合物 孔隙率(％) 25-50 20-35
粉砂
粘土
35-50
35-60
裂隙：存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙称裂隙 裂隙率
NaCl
KCl MgCl2 CaCl2
350
290 558.1 731.9
NaSO4
MgSO4 CaSO4
50
270 1.9
Na2CO3
MgCO3 CaCO3
193.9
0.1 0.18
1. Na+、K+ 来源于含钠盐、钾盐的沉积岩的溶解；岩浆岩和变质岩 中含钠、钾矿物的风化溶解
2. Ca2+来源于含钙碳酸盐类沉积物和石膏沉积物的溶解；岩浆岩和 变质岩中含钙矿物的风化溶解
水在岩土中的渗透速度与 试样的水力梯度成正比
达西定律
v=KI
水力梯度，即沿渗流方向 单位距离的水头损失
透水性取决于空隙度、空隙大小、空隙连通性。空隙较大， 且相互连通的岩石，地下水可以在岩石中流动。有些岩石虽 有很高空隙度，但空隙不连通的岩石和空 隙过小，且连通性 不好的粘土和泥岩，地下水也很难在其中流动
主要气体成分
O2、N2、CO2及H2S
①以入渗补给为主，与大气圈关系密切的地下水含O2、N2较多 ②地下水处在与大气隔绝的环境中，当有机质存在时，SO4－ 还原生成H2S ，如封闭地质构造的油田水中 ③浅部地下水：植物根系的呼吸作用及有机质残骸的发酵作用， 会在包气带水中形成CO2 ， 深部地下水：含碳酸盐类的岩石，在深部高温影响下，会分解 生成CO2 ， 近代工业的发展，人为产生的有CO2显著增加
砾石及砂性土的给水度
名称
砾石
给水度
0.30-0.35
名称
细砂
给水度
0.15-0.20
粗砂
中砂
0.25-0.30
0.20-0.25
粉细砂
0.10-0.15
3.岩土的透水性
岩土允许重力水渗透的能力称为透水性，常用渗透系数表示
达西定律
1856年法国学者 Darcy对砂土的渗 透性进行研究
渗透试验 结论：
埋 藏 水 地史时期 沉积物空 隙中被封 闭保存下 来的水， 又称古水
原 生 水
大气降水 冰雪溶水地 表水渗入地 下聚集的水
岩浆中析 出的结晶 水和水汽 又称岩浆水
按赋存状态分类
吸着水
薄膜水
毛细水
重力水
靠静电和分 子引力吸附 于岩土颗粒 表面，不受 重力影响
吸着水表面 厚度超过几 百个水分子 直径的薄层 状水
岩土体透水性类型
1.含水层——饱含重力水而又能给出水(透水)的岩层
2.透水层——可以透水，渗透系数较大的地层。但(目前)不一定 含水
3.隔水层——相对不透水的岩层。它可以是饱水的粘土层，也 可以是致密完整的基岩
§5.2 地下水类型及其主要特征
5.2.1 地下水类型
地下水起源分类
渗 入 水
凝 结 水 水蒸气凝结 后渗入地下 的水
气态水 结合水 重力水 毛细水
包气带
特征：
分布区与补给区一致；受气 候控制，季节性明显，变化 大，雨季雨量多，旱季雨量 少，对农业影响很大，对工 程影响不大
饱水带
重力水 地表以下第一层较稳定隔水层以上具有自由水面的重 力水。此水层的自由水面称为潜水面。潜水面上任一点的标 高称为潜水位。潜水面与地表面的形态具有相似性。
受表面张力 作用保存于 毛细管中的 水，易被植 物吸收
受重力影响 可自由流动。 是地下水的 主要赋存状 态和水源
地下水埋藏条件分类
包 气 带 水
潜 水
承 压 水
根据含水层空隙性质不同分类
孔 隙 水
裂 隙 水
岩溶水 (喀斯特水)
5.2.1 包气带水
贴近地表的气态水、土壤颗粒水吸附毛细水分子。这些水虽可连结 起来成为液体，但因是充填在细微的孔隙中而不能自由运动 土壤水 土壤中未饱和的水； 上层滞水 存在于包气带中， 局部隔水层之上的重力水
岩土的空隙：通常将岩土空隙的大小、多少、形状、连通程
度以及分布状况等性质统称为岩土的空隙性。 岩土的空隙是地下水存在的空间。
空隙率
VT n 100 % V
1松散沉积物中的孔隙 2坚硬岩石中的裂隙 3可溶性岩石中的溶隙、溶洞
空隙类型
孔隙：松散沉积物是由大小不等的颗粒组成的，颗粒间普
遍存在着孔隙
潜水的补给和排泄
补给源主要有：大气降水、地表水、深层地下水及凝结水
排泄方式：垂直排泄(水分消耗，含盐量增加，矿化度增高，甚至 改变水的化学类型)、水平排泄
5.2.3 承压水(层间水)
①埋藏在两个稳定隔水层之间的重力水。 ②它的运动受到上下隔水层的约束和水压的作用 。打井穿过上面的隔 水层时，承压水就可向上涌出来，稳定水位高于初见水位。 ③分布区与补给区不一致，水质、水量、水温受气候影响小，随季节 变化不明显，不易受污染
3. Mg2+来源于含镁碳酸盐类沉积物岩；岩浆岩和变质岩中含镁矿物 的风化溶解
4. Cl－ 来源于沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解；岩浆岩中含 氯矿物的风化溶解；海水；火山喷发物的溶滤；工业、生活污水 及粪便中大量氯
5. SO42-来源于含石膏或其它硫酸盐的沉积岩的溶解；硫和硫化物 的氧化 6. HCO3-来源于含碳酸盐类沉积物岩的溶解；岩浆岩和变质岩中含 铝硅酸盐矿物的风化溶解
工程地质学
§5.1地下水概述 §5.2地下水类型及其主要特征 §5.3地下水的性质
第五章 地 下 水
§5.4地下水对建筑工程的影响
退出
裂隙主要是地壳运动对岩石造成破坏而形成的，岩石成岩时及在地表 遭受风化也会形成裂隙。 岩石的裂隙率一般比松散泥积物的孔隙率小得多。裂隙率常小于3%
溶隙：溶隙是可溶岩（如石灰岩）在地下水流长期溶蚀下形
成的空隙
溶隙率
Vk nk 100% V
5.1.1 地下水及含水层
①岩浆岩中成岩裂隙水发育 ②多为层状裂隙水，在一定范围内互相连通； ③多属潜水，也可是承压水；
构造裂隙水 特征：
①构造应力分布均匀，形成层 状构造裂隙水；构造应力分布 不均匀，形成脉状构造裂隙水 ②可以是潜水，也可是承压水 ③渗透性各向异性；
脉状裂 隙水 层状裂 隙水
岩溶水
赋存和运移于可溶岩（如石灰岩、白云岩、大理岩、石 膏、岩盐等）的溶隙溶洞（洞穴、管道、暗河）中的地 下水，又称喀斯特水。
主要胶体成分
a.以碳、氢、氧为主的有机质通常以胶体方式存在于地下水中； b.很难以离子状态溶于水的化合物也以胶体形式存在于地下水中， 主要有Fe(OH)2、Al(OH)3、SiO2
岩石中的裂隙具有一定的方向性，因而裂隙岩石的导水性具有 明显的各向异性
按成因分为： 风化裂隙水、成岩裂隙水、构造裂隙水 风化裂隙水 特征：
①多为层状裂隙水； ②水平方向透水性均匀，垂直 方向随深度减弱； ③多属潜水，也有上层滞水； ④大气降水补给；明显季节性 循环交替；以泉的形式排泄
成岩裂隙水
特征：
正地形
负地形
5.2.4 孔隙水、裂隙水及岩溶水
孔隙水
—广泛分布于第四纪松散沉积物中的地下水
潜水深埋带 溢出带 下沉带
洪积物中地下水
冲积物中地下水
上游：厚度不大，由河水补给，水量丰富水质好 中游：上层构成隔水层，下层为承压水 下游：上部通常为埋藏很浅的潜水，下部为多层承压水
裂隙水
—埋藏在基岩裂隙中的地下水
结合水（Absorbed Water ）
土粒
强结合水 弱结合水
自由水
5.1.2 岩土的水理性质
1.岩土的含水性
①容水性—岩土能容纳一定水量的性能。衡量指标：容水度。 ②持水性—岩土在重力作用下仍能保持一定水量的性能。衡量 指标：持水度，表明的是岩土中结合水的含量。
2.岩土的给水性
岩土在重力作用下向外释放水量的性质和能力，给水度。
潜水面形态的变化规律
受地形和 河流位置 的影响
受底板隔水 层高度变化 的影响
受含水介质 渗透性变化 的影响
潜水面的表示方法
1.水文地质剖面图法
2.等水位线图法
水文地质剖面图法
等水位线图法
根据等水位线图法可 以解决下列实际问题
①确定潜水流向 ②计算潜水的水力坡度I ③确定潜水与地表水之间的关系 ④确定潜水的埋藏深度
5.2.5 泉
地下水天然露头，是地下水或含水层通道露出地表形成的，是 地下的主要排泄方式之一
泉的类型按补给源分为 包气带泉 —上层滞水补给，水量小，季节变化大，动态不稳定
下降泉 (潜水泉) —潜水补给，动态稳定，有季节性变化规律 上升泉 (自流水泉) —承压水补给，动态稳定，年变化不大
侵蚀下降泉 侵蚀上升泉 接触下降泉
承压水蓄水构造
1.向斜构造盆地(自流盆地) 2.单斜构造(自流斜地)
自流盆地
自流斜地
承压水面的表示方法
1.水文地质剖面图法 2.等水压线图法
水文地质剖面图法
等水压线图法
根据等水压线图法可 以解决下列实际问题
①承压水位距地表的深度 ②承压水头大小 ③承压水的流向
承压水的补给和排泄
①补给：补给区直接裸露于地表，接受降水的补给；当含有几个 承压水层时，根据正地形或负地形提供的条件形成补给关系 ②排泄：排泄区直接裸露于地表，以泉的形式排泄；承压水位高 于潜水位时，向潜水排泄；正地形或负地形条件下，形成向上或 向下的排泄。
孔隙率
Vv nv 100 % V
岩土孔隙率的大小，主要与颗粒的形状、排列情况及颗粒的分选性和 压密、胶结情况有关。松散沉积物的孔隙率一般很大，可达20%-60%
沉积物的孔隙率范围
沉积物 分选好的砂或砾 砂砾混合物 孔隙率(％) 25-50 20-35
粉砂
粘土
35-50
35-60
裂隙：存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙称裂隙 裂隙率
NaCl
KCl MgCl2 CaCl2
350
290 558.1 731.9
NaSO4
MgSO4 CaSO4
50
270 1.9
Na2CO3
MgCO3 CaCO3
193.9
0.1 0.18
1. Na+、K+ 来源于含钠盐、钾盐的沉积岩的溶解；岩浆岩和变质岩 中含钠、钾矿物的风化溶解
2. Ca2+来源于含钙碳酸盐类沉积物和石膏沉积物的溶解；岩浆岩和 变质岩中含钙矿物的风化溶解
水在岩土中的渗透速度与 试样的水力梯度成正比
达西定律
v=KI
水力梯度，即沿渗流方向 单位距离的水头损失
透水性取决于空隙度、空隙大小、空隙连通性。空隙较大， 且相互连通的岩石，地下水可以在岩石中流动。有些岩石虽 有很高空隙度，但空隙不连通的岩石和空 隙过小，且连通性 不好的粘土和泥岩，地下水也很难在其中流动
主要气体成分
O2、N2、CO2及H2S
①以入渗补给为主，与大气圈关系密切的地下水含O2、N2较多 ②地下水处在与大气隔绝的环境中，当有机质存在时，SO4－ 还原生成H2S ，如封闭地质构造的油田水中 ③浅部地下水：植物根系的呼吸作用及有机质残骸的发酵作用， 会在包气带水中形成CO2 ， 深部地下水：含碳酸盐类的岩石，在深部高温影响下，会分解 生成CO2 ， 近代工业的发展，人为产生的有CO2显著增加
砾石及砂性土的给水度
名称
砾石
给水度
0.30-0.35
名称
细砂
给水度
0.15-0.20
粗砂
中砂
0.25-0.30
0.20-0.25
粉细砂
0.10-0.15
3.岩土的透水性
岩土允许重力水渗透的能力称为透水性，常用渗透系数表示
达西定律
1856年法国学者 Darcy对砂土的渗 透性进行研究
渗透试验 结论：
埋 藏 水 地史时期 沉积物空 隙中被封 闭保存下 来的水， 又称古水
原 生 水
大气降水 冰雪溶水地 表水渗入地 下聚集的水
岩浆中析 出的结晶 水和水汽 又称岩浆水
按赋存状态分类
吸着水
薄膜水
毛细水
重力水
靠静电和分 子引力吸附 于岩土颗粒 表面，不受 重力影响
吸着水表面 厚度超过几 百个水分子 直径的薄层 状水
岩土体透水性类型
1.含水层——饱含重力水而又能给出水(透水)的岩层
2.透水层——可以透水，渗透系数较大的地层。但(目前)不一定 含水
3.隔水层——相对不透水的岩层。它可以是饱水的粘土层，也 可以是致密完整的基岩
§5.2 地下水类型及其主要特征
5.2.1 地下水类型
地下水起源分类
渗 入 水
凝 结 水 水蒸气凝结 后渗入地下 的水
气态水 结合水 重力水 毛细水
包气带
特征：
分布区与补给区一致；受气 候控制，季节性明显，变化 大，雨季雨量多，旱季雨量 少，对农业影响很大，对工 程影响不大
饱水带
重力水 地表以下第一层较稳定隔水层以上具有自由水面的重 力水。此水层的自由水面称为潜水面。潜水面上任一点的标 高称为潜水位。潜水面与地表面的形态具有相似性。
受表面张力 作用保存于 毛细管中的 水，易被植 物吸收
受重力影响 可自由流动。 是地下水的 主要赋存状 态和水源
地下水埋藏条件分类
包 气 带 水
潜 水
承 压 水
根据含水层空隙性质不同分类
孔 隙 水
裂 隙 水
岩溶水 (喀斯特水)
5.2.1 包气带水
贴近地表的气态水、土壤颗粒水吸附毛细水分子。这些水虽可连结 起来成为液体，但因是充填在细微的孔隙中而不能自由运动 土壤水 土壤中未饱和的水； 上层滞水 存在于包气带中， 局部隔水层之上的重力水
岩土的空隙：通常将岩土空隙的大小、多少、形状、连通程
度以及分布状况等性质统称为岩土的空隙性。 岩土的空隙是地下水存在的空间。
空隙率
VT n 100 % V
1松散沉积物中的孔隙 2坚硬岩石中的裂隙 3可溶性岩石中的溶隙、溶洞
空隙类型
孔隙：松散沉积物是由大小不等的颗粒组成的，颗粒间普
遍存在着孔隙
潜水的补给和排泄
补给源主要有：大气降水、地表水、深层地下水及凝结水
排泄方式：垂直排泄(水分消耗，含盐量增加，矿化度增高，甚至 改变水的化学类型)、水平排泄
5.2.3 承压水(层间水)
①埋藏在两个稳定隔水层之间的重力水。 ②它的运动受到上下隔水层的约束和水压的作用 。打井穿过上面的隔 水层时，承压水就可向上涌出来，稳定水位高于初见水位。 ③分布区与补给区不一致，水质、水量、水温受气候影响小，随季节 变化不明显，不易受污染
3. Mg2+来源于含镁碳酸盐类沉积物岩；岩浆岩和变质岩中含镁矿物 的风化溶解
4. Cl－ 来源于沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解；岩浆岩中含 氯矿物的风化溶解；海水；火山喷发物的溶滤；工业、生活污水 及粪便中大量氯
5. SO42-来源于含石膏或其它硫酸盐的沉积岩的溶解；硫和硫化物 的氧化 6. HCO3-来源于含碳酸盐类沉积物岩的溶解；岩浆岩和变质岩中含 铝硅酸盐矿物的风化溶解
工程地质学
§5.1地下水概述 §5.2地下水类型及其主要特征 §5.3地下水的性质
第五章 地 下 水
§5.4地下水对建筑工程的影响
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