认识地下水的地质作用

的大气降水或地表水补给,以蒸发或逐渐向下渗透的形式排泄;水量不 大且随季节变化,雨季出现,旱季消失,极不稳定;水质变化亦大,一般较 易被污染. • 上层滞水由于水量小且极不稳定,只能做临时性的水源.
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６.２ 地下水的类型
• 在建筑工程中,上层滞水的存在乃是不利的因素.基坑开挖工程中经常 遇到这种水,这种水可能突然涌入基坑,妨碍施工,应注意排除.由于其水 量不大,故易于处理.
• ６.２.２ 地下水分类
• 由于地下水自身非常复杂及其影响因素多种多样,所以地下水的分类 方法很多,但归纳起来有两种:一是按地下水的某一特征进行分类,比如 按硬度分类,按矿化度分类等;二是综合考虑地下水的若干个特征进行 分类,如表６-１所列按埋藏条件和含水层空隙性质的分类法,这是目前 采用比较普遍的分类法.
• 潜水补给来源充沛,水量比较丰富,是重要的供水水源.但在居民区和厂 矿附近易被污染.潜水水质变化较大,湿润气候地形切割强烈时,易形成 含盐低的淡水;干旱气候低平地形,常形成含盐量高的咸水.
• (２)潜水面的形状及其影响因素.潜水面的形状是潜水的重要特征之一 ,它一方面反映外界因素对潜水的影响;另一方面也反映潜水的特点,如 流向、水力坡度等.
• 潜水含水层的分布范围称潜水分布区.大气降水或地表水入渗补给潜 水的地区称潜水补给区.
• 一般情况下,潜水的分布区与补给区基本一致.潜水出流的地方称潜水 排泄区.
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６.２ 地下水的类型
• 潜水埋藏深度随所处的时间和空间的不同而变化.主要受气候、地形 及地质构造的影响.同样,人类活动(开采、回补)也影响潜水的埋藏深 度.
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６.２ 地下水的类型
• 土壤水主要消耗于蒸发,水分变化相当剧烈,受大气条件的制约.当土壤 层透水性很差,气候又潮湿多雨或地下水水位接近地表时,易形成沼泽, 称沼泽水.当地下水面埋藏不深,毛细水带可达到地表时,由于土壤水分 强烈蒸发,盐分不断积累于土壤表层,则形成土壤盐渍化.
• (２)上层滞水.上层滞水是存在于包气带中,局部隔水层之上的重力水. • 上层滞水的特点是:分布范围有限,补给区与分布区一致;直接接受当地
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６.２ 地下水的类型
• (３)确定潜水面的埋藏深度.潜水面的埋藏深度等于该点的地形高程减 潜水位.根据各点的埋藏深度值,可绘出潜水等埋深线.
• (４)确定含水层厚度.当等水位线图上有隔水层顶板等高线时,同一测 点的潜水水位与隔水层顶板的高程之差即为含水层厚度.
• ３.承压水 • 充满于两个隔水层之间含水层中具有水头压力的水,称为承压水.承压
• 潜水面的形状和坡度还受含水层岩性、厚度、隔水底板起伏的影响. 当含水层的岩性和厚度沿水流方向发生变化时,潜水面的形状和坡度 也相应地发生变化.
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６.２ 地下水的类型
• 在透水性增强或厚度增大的地段,潜水面趋于平缓;反之则变陡.在隔水 底板隆起的地段,潜水流中途受阻,在此段上水流厚度变薄,潜水面可接 近地表,甚至溢出地表成泉.
任务6 认识地下水的地质作用
• 6.1 地下水概述 • 6.2 地下水的类型 • 6.3 地下水对土木工程的影响
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６.１ 地下水概述
• 地下水是指存在于地表以下的岩石孔隙、裂隙和空洞中的水.它可以 呈各种物理状态存在,但大多呈液态.
• 地下水主要是由大气降水、融雪水和地表水(河水、湖水、海洋水等) 沿着地表岩石的孔隙、裂隙和空洞渗入地下而形成的,因此,地下水是 整个自然界中不断循环着的水的一部分.
水,称为重力水.井中抽取的和泉眼流出的地下水都是重力水,它是水文 地质研究的主要对象. • ３.固态水
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６.２ 地下水的类型
• 当岩土中的温度低于０°C时,空隙中的液态水就结冰转化为固态水. 因为水冻结时体积膨胀,所以冬季在许多地方均会有冻胀现象.在东北 北部和青藏高原等高寒地区,有一部分地下水常年保持固态,形成多年 冻土区.
的承压盆地,小型的一般只有几平方千米,它由明显的补给区、承压区 和排泄区组成(图６-３). • (２)单斜储水构造又称为承压斜地,它的形成可以是含水层岩性发生相 变或尖灭,也可是含水层被断层所切(图６-４). • (３)承压水的补给、径流和排泄.承压水的补给方式一般有:当承压水 补给区直接露出于地表时,大气降水是主要的补给来源;当补给区位于 河床或湖沼地带,地表水可以补给承压水;当补给区位于潜水含水层之 下,潜水便直接排泄到承压含水层中.此外,在适宜的地形和地质构造条 件下,承压水之间还可以互相补给.
• 在降水量很小的干旱地区,空气中的水蒸气进入岩土的孔隙和裂隙中 凝结成水滴,水滴在重力的作用下向下流动,也可聚积成地下水.
• 一般把包含地下水的岩层叫作含水层,能使水通过的岩层叫作透水层, 透水性很小或不透水的岩层叫作隔水层.
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６.１ 地下水概述
• 在含水层中,地下水能形成一定而统一的水面,叫作地下水面,地下水面 的高程叫作地下水水位.地面以下、地下水面以上的岩石空隙中,含有 气态和其他状态的水,也含有空气和其他气体,地壳的这一部分称为包 气带.地下水面以下的岩石空隙中充满了水,称为饱水带.在包气带与饱 水带之间,有一个毛细水带,它是二者的过渡带.
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６.２ 地下水的类型
• 一般情况下,潜水面呈现向排泄区倾斜的曲面,起伏大体与地形一致,但 地形较为平缓.潜水的分水岭,只有在获得大气降水入渗补给,同时伴有 水文网切割,潜水排出地表时才能形成.潜水分水岭的形态,在铅直剖面 上为一上凸的半椭圆曲线.潜水分水岭的位置取决于分水岭两侧的河 水位.当河水位高程相同且岩性又均匀时,分水岭位于中间;河水位高程 不同时,分水岭偏向高水位一侧,甚至可消失.如河间地带岩性是渐变的, 分水岭偏向弱透水性一侧.
• 潜水从补给到排泄是通过径流完成的,因此,潜水的补给、径流、排泄 组成了潜水运动的全过程.潜水在运动过程中,其水质、水量都不同程 度地得到更新置换,这种更新置换称为水交替.水交替的强弱,取决于径 流条件的强弱、补给量的多少.水交替随深度增加而减缓.
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６.２ 地下水的类型
• (４)潜水等水位线图.潜水面反映了潜水与地形、岩性和气象水文等之 间的关系,同时能表现出潜水的埋藏、运动和变化的基本特点.因此,为 能清晰地表示潜水面的形态,通常采用潜水等水位图表示.
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６.２ 地下水的类型
• 许多干旱盆地中心,形成高含盐量的咸水,即是垂直排泄的结果.水平排 泄,既消耗水分又消耗水中盐分,所以不会引起潜水化学组成的改变.
• 排泄与径流是密切相关的,一定的径流条件产生与其相适应的排泄方 式,如径流条件好的山区河流中游地区,潜水排泄以水平方式为主;径流 条件不好的平原或河流下游,主要是垂直排泄.人工开采潜水也是排泄.
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６.２ 地下水的类型
• 首先按埋藏条件可将地下水分为包气带水、潜水、承压水,其中根据 含水层空隙的性质又可分为孔隙水、裂隙水、岩溶水.
• ６.２.３ 各类地下水特征
• １.包气带水 • (１)土壤水.土壤水是埋藏在包气带土层中的水,主要以结合水和毛管
水的形式存在.它靠大气降水的渗入、水汽的凝结及潜水由下而上的 毛细作用进行补给.大气降水或灌溉水向下渗入必须通过土壤层,这时 渗入水的一部分保持在土壤层中,成为所谓的田间持水量,多余部分呈 重力水下渗补给潜水.
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６.２ 地下水的类型
• 土颗粒表面及岩石空隙壁面均带有电荷,水是偶极体,在静电引力作用 下,岩土颗粒或隙壁表面可吸附水分子,从而形成的一层极薄的水膜,称 为吸着水.
• (２)薄膜水.在吸着水膜的外层,还能吸附水分子而使水膜加厚,这部分 水称薄膜水.
• (３)毛管水.毛管水指充满于岩土毛管空隙中的水,也称毛细水. • (４)重力水.岩石的空隙全部被水充满时,在重力作用下能自由运动的
• 地下水在地壳中的分布十分普遍,储藏量很大.据估计,地下水的总量约 为４亿km３,如果把这些地下水平均地铺在地球表面上,则水深可达７ ５０m.因此,地下水无论对人民生活和工程建设都有着重要的意义.
• 总之,地下水对工程建设有很大的影响,为了充分合理地利用地下水和 有效地防治地下水的不良影响,就必须对地下水的成分、性质、埋藏 和运动规律等进行充分的研究.
水位线的方向,即为流向.图６-１中箭头方向即为潜水流向.
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６.２ 地下水的类型
• 在流动方向上,取任意两点的水位高差,除以两点间在平面上的实际距 离,即为该两点间的平均水力坡度.
• (２)确定潜水与河水的相互关系.潜水与河水一般有如下三种关系:① 河岸两侧的等水位线与河流斜交,锐角都指向河流的下游,表明潜水补 给河水[图６-２(a)],这种情况多见于河流的中、上游山区;②等水位线 与河流所交的锐角在两岸都指向河流下游,表明河水补给两岸的潜水[ 图６-２(b)],这种情况多见于河流的下游;③等水位线与河流斜交,表明 一岸潜水补给河水,另一岸则相反[图６-２(c)].一般在山前地区的河流 有这种情况.
• (３)潜水的补给、径流和排泄.潜水含水层自外界获得水量的过程称补 给.在补给过程中潜水的水质可随之发生相应的变化.潜水最普遍的和 最大的补给源是大气降水入渗.地表水的补给常发生在河流下游或洪 水期,地上河的补给常发生在河流下游或洪水期,地上河的补给则是经 常的.当潜水下部承压含水层的水位高于潜水位时,下部含水层的水可 以通过它们之间的弱透水层或通道补给潜水,这种补给称越流补给.
• 潜水等水位线图是以地形图为底图,根据工程要求的精度,在测绘区布 置一定数量的钻孔、试坑,或利用泉和井,测出每个水位点的潜水位高 程,然后将这些点以相应的位置投影在地形图上,再把同高程的水文点 用光滑曲(虚)线连接起来,就绘成了潜水等水位线图,如图６-１所示.
• 根据等水位线图可以了解以下情况: • (１)确定潜水的流向及水力坡度垂直于等水位线,自高等位线指向低等
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６.２ 地下水的类型
• ６.２.１ 地下水的存在形式
• 岩土空隙中存在着各种形式的水,按其物理性质的不同,可以分为气态 水、液态水(吸着水、薄膜水、毛管水和重力水)和固态水.
• １.气态水 • 气态水以水蒸气的形式存在于未被水饱和的岩土空隙中,它可以从水
气压力大的地方向水气压力小的地方运移,当温度降低到露点时,气态 水便凝结成液态水. • ２.液态水 • (１)吸着水.
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６.２ 地下水的类型
• 在干旱气候区,凝结水则可成为潜水的重要补给源.需要时也可采用人 工补给.
• 潜水由补给区流向排泄区的过程称径流.影响潜水径流的因素,主要是 地形坡度、切割程度及含水层透水性.地面坡度大、地形切割强烈,含 水层透水性强,径流条件就好,反之则差.
• 潜水含水层失去水量的过程称排泄.排泄过程中潜水的水质也可随之 发生变化.潜水排泄概括起来有两种方式:一种为水平排泄,亦称水平交 替;另一种为垂直排泄,亦称垂直交替.排泄的方式不同,引起的后果也 不一样.垂直排泄时,只排泄水分,不排泄水中的盐分.结果导致潜水水分 消耗,含盐量增加,甚至改变水的化学组成.
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６.２ 地下水的类型
• 潜水面到隔水底板的铅直距离称潜水含水层厚度,它是随潜水面变化 而变化的.当大面积不透水底板向下凹陷,潜水面坡度近于零,潜水几乎 静止不动时,称潜水湖.潜水在重力作用下从高处向低处流动时,称潜水 流.在潜水流的渗透途径上,任意两点的水位差与该两点之间的水平距 离之比,称潜水流在该处的水力坡度.一般潜水流的水力坡度很小,平原 区常为千分之几,山区可达百分之几.
水含水层上部的隔水层称作隔水顶板.下部的隔水层叫作隔水底板.顶 底板之间的距离为含水层厚度. • 基岩地区承压水的埋藏类型,主要取决于地质构造,即在适宜的地质构 造条件下,孔隙水、裂隙水和岩溶水均可形成承压水.
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６.２ 地下水的类型
• 最适宜于形成承压水的地质构造,有向斜(或盆地)构造和单斜构造两类. • (１)向斜储水构造又称为承压盆地.其规模差异很大,四川盆地是典型
• ２.潜水 • (１)潜水的概念.潜水是埋藏在饱水带中的地表以下第一个具有自由水
面的含水层中的重力水.一般多储存在第四系松散沉积物中,也可形成 于裂隙性或可溶性基岩中.其基本特点是与大气圈和地表水联系密切, 积极参与水循环. • 潜水的自由表面称潜水面.潜水面上任一点的高程称该点的潜水位.潜 水面到地表的铅直距离称潜水埋藏深度.