第四章 水文地质

含水层的形成条件 (1)、岩层具有容纳重力水的空隙。 (2) 、地下水汇集贮存的地质构造，解决能否存得 住水的问题。 (3)、具有充足的补给来源。 含水层分类 根据含水层的空隙类型把含水层分为： (1)、孔隙含水层： (2)、裂隙含水层： (3)、岩溶含水层：
下一页
第二节 地下水的物理性质和化学性质
下一页
2、潜水的主要特征 • 1)潜水面以上无稳定的隔水层存在，大气 降水和地表水可直接渗入补给，成为潜水 的主要补给来源。因此，在大多数的情况 下潜水的分布区与补给区是一致的，因而 某些气象、水文要素的变化能很快影响潜 水的变化，潜水的水质也易于受到污染。
• 2)潜水自水位较高处向水位较低处渗流。 • 在山脊地带潜水位的最高处可形成潜水分 水岭。潜水面的形状是因时因地而异的， 它受地形地质、气象水文等自然因素控制， 并常与地形有一定程度的一致性。
2、按地下水的埋藏条件的分类
地下水的埋葬条件是指含水层的空间分布状态及 其环境的总称。包括含水层的岩性、产状、厚度、 分布以及与上下覆岩层的关系等。根据其埋藏条件 把地下水分为：包气带水、潜水、承压水。
下一页
（二）包气带水 地表以下未饱和带（包气带）中液态地下水称 包气带水。主要可分为两类，即土壤水和上层滞水。
下一页
3、地下水的主要化学性质指标
(1) 、总矿化度：水中各种离子、分子与化合物成分 的总量称为总矿化度。习惯上以 105～ 110℃时将水蒸 干所得的干涸 (he)残余物值表示总矿化度。按矿化度 的大小，将其分为：见表4—4。 表4—4 地下水按矿化度的分类 类别 淡水 微咸水（弱矿化水） 咸水（中等矿化水） 盐水（高矿化水） 卤水 矿化度（g/l） ＜1 1 ～3 3～10 10～50 ＞50
下一页
(2)、地下水的酸碱性：
强酸性（＜5）、弱酸性（5～7）、中性（7）、弱 碱性（7～9）、强碱性（＞9）。
(3)、水的硬度：
①总硬度：水中所含Ca、Mg离子的总量。
②暂时硬度：水煮沸后沉淀部分的Ca、Mg离子总量。
③永久硬度：加热后仍然留在水中Ca、Mg离子总量。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1毫克当量/升 =2.8• 德 国度。根据水的硬度大小分为：
1、土壤水
埋葬于包气带土壤层中水，称为包气带水。主 要以结合水和毛细水的形式存在。靠大气降水的入 渗，水蒸气的凝结及潜水由下而上毛细作用的补给。 土壤水主要消耗于蒸发，水份变化相当剧烈，受大 气条件控制。当土壤层透水性不好，气候又潮湿多 雨或地下水位接近地表附近时，易形成沼泽，称沼 泽水。当地下水面埋藏不深，毛细带可达到地表。
上层滞水和潜水
（三）潜水
潜水 是埋藏于饱水带中地表以下第一个具有自 由水面的含水层中的重力水 。一般多贮存在第四系
松散沉积物中，也可形成于裂隙性或可溶性基岩中。 基本特征是与大气圈和地表水联系密切，积极参与 水循环。
1、潜水面的表示方法
①潜水等水位线图：根据潜水等水位线图可以确定： 潜水水力坡降、潜水与河水的补给关系、潜水埋藏 深度、含水层厚度（有隔水层底板等高线）等。 ②水文地质剖面图：水文地质剖面图是从侧面反映 潜水埋藏深度、含水层厚度、岩性及其变化。
（二）水在岩石中的存在形式
（1）气态水：气态水式指贮存运移于非饱和的岩 石的孔隙中的地下水。 （2）液态水：分为强结合水、弱结合水、毛细水 和重力水。 • 强结合水：又称吸着水，颗粒表面吸着的水份，其厚度相
当于几个～近百个水分子的厚度。其特征是其内部的压力相 当与• 10000个大气压，密度平均为2.0g/cm3 左右，不能流动 ，也不能利用。加热到105～110℃才可转化为气态水而移动 。 • 弱结合水：又称薄膜水，颗粒表面吸着的相对外一点的水 份。其厚度相当于几百～几千个水分子的厚度。其特征是不 能流动，也不能利用，但外层的水份可被植物吸收。 下一页
2）持水性
岩土的持水性指在重力作用下，岩土依靠分子力和毛细力， 能够保持一定液态水的能力。 常用持水度来表示，持水度是指受重力作用时岩土仍能保持的水 的体积与岩土体积之比。
3）给水性
岩土的给水性指岩土中保持的水在重力作用下能够自由 流出一定数量水的能力，用给水度表示。给水度是指岩土给 出的水量与岩土体积之比值。给水度在数值上等于容水度减 去持水度。
４）透水性
指岩土能使水下渗、通过的性能。通常用渗透系数表示。 空隙的大小和多少决定着岩土透水性的好坏，但两者的影响 并不相等，空隙大小经常起主要作用。透水层 指 可以透水， 渗透系数较大的地层，但(目前)不一定含水。
岩土透水性分级
沉积物 名称 砾石 粗砂 中砂 细砂 粉砂 粘性土
给水度 0.35～0.30 0.30～0.25 0.25～0.20 0.20～0.15 0.15～0.05 0.05～0.0
潜水埋藏特征示意图
3、潜水等水位线图 • 潜水面常以潜水等水位线图表示，其绘制方法 与绘制地形等高线图一样。将研究地区的很多潜 水人工露头（钻孔、探井、水井）和天然露头 （泉等）的水位同时测定，绘在地形图上，连接 水位等高的各点即是等水位线图。该图的用途如 下： • A.确定潜水的流向及水力坡度。垂直于等水位线， 自高等水位线指向低等水位线的方向即为流向。 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，即为此两点间的平均 水力坡度。
地表淡水、大气水、生物水 0.34% 湖泊淡水 76.7%
河川径流 1.8% 生物水 0.9% 沼泽淡水 9.7%
大气水 10.9%
（1）孔隙 松散岩土由大小不等的颗粒组成，颗粒或 颗粒集合体之间的空隙，呈小孔状，称为孔隙。岩土 中孔隙的发育程度常用孔隙度来表示，它是影响地下 水储存能力的重要因素。 （2）裂隙 坚硬岩石（沉积岩、岩浆岩和变质岩）颗 粒之间基本上不存在孔隙，仅存在由于地壳运动及其 它内外地质营力作用下岩石破裂变形产生的空隙，称 之为裂隙。岩石的裂隙一般呈裂缝状，其长度、宽度、 数量、分布及连通性等空间上差异很大，与孔隙相比， 裂隙具有明显的不均匀性。 （3）溶隙 可溶岩（盐岩、硬石膏、石膏、石灰岩、 白云岩等）中的各种裂隙，由于地下水流长期溶蚀而 形成的空隙称为溶隙，这种地质现象称岩溶（喀斯 特）。
第四章 水文地质
第一节、地下水的赋存
第二节、地下水的理化性质
第三节、地下水的基本类型及特征
第四节、地下水的运动规律 第五节、地下水资源及评价
第六节、地下水对工程建设的影响
第一节 地下水的赋存
• 地球上的水以不同的物质状态（固态、液态、气 态）存在于地球大气圈、生物圈、水圈和岩石圈 中。通常把大气圈中的水降落到地面称为大气降 水；地表上的江河、湖泊、海洋中的水称为地表 水；而把埋藏在地表以下岩（土）体的孔隙、裂 隙、溶隙中的水称为地下水。 • 一、地下水的基本概念 • （一）岩土的空隙
4、水质分析概述
①、简分析
为了了解区域地下水化学成分的一般特征及变化 规律，常采用简分析。其分析项目包括：需要定量分 析的有：HCO3、SO4、Cl、Ca、Mg、Na+K、PH及干涸 残余物，只需定性分析的有NH4、NO2、Fe、Fe、H2S、 CO2。
下一页
②、全分析
全分析一般包括如下项目：HCO3、SO4、Cl、CO3、 NO2、NO3、Ca、Mg、Na、K、NH4、Fe、Fe、SiO2、H2S、 游离CO2、侵蚀CO2、溶解O2、PH、总硬度、永久硬度、 暂时硬度、耗氧量、干涸残余物等。上述的项目可 根据需要作相应的增减。
沉积物 名称 卵石 砾石 粗砂 中砂 细砂 粉砂 亚砂土 亚粘土
渗透系数k （m/d） 500.0～100.0 150.0～50.0 50.0～20.0 20.0～5.0 5.0～1.0 1.0～0.5 0.5～0.1 0.1～0.001
等级 Ⅰ 良透水岩石 Ⅱ 透水岩石 Ⅲ 微透水岩石 Ⅳ 极微透水岩石 Ⅴ 不透水岩石
极软水（＜4.2°）、软水（4.2～8.4°）、微 硬水（8.4～16.8°）、硬水（16.8～25.2）、极硬 水（＞25.2）。
下一页
(4)、水的侵蚀性：地下水对金属的腐蚀作用及对混 凝土的侵蚀作用。主要是水中的侵蚀性CO2和H离子
例如：CaCO3＋H2O＋CO2＝Ca(HCO3)2
Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑
岩石中的空隙：孔隙、裂隙和溶隙
（a）分选好，孔隙率高的沉积物；（b）分选差，孔隙率低的沉积物；（c）砾石 组成的沉积物，砾石本身也是多孔的，因而整个沉积物的孔隙率很高；（d）沉积 物分选好，但颗粒间有胶结物沉积，所以孔隙率低；（e）由溶蚀作用形成的多孔 岩石；（f）由断裂形成的多孔岩石
下一页
岩石的空隙性
1、物理性质 温度、颜色、透明度、嗅、味、比重、导电性及 放射性等。 2、地下水的化学成分 (1) 、气体成分：氧、氮 ( 源与大气 ) 、 H2S( 还原环境 SO4-2+2C+2H2O→H2S+2HCO3-) 、 CO2 （ 有 机 质 发 酵 、 大 气）。 (2) 、主要离子成分： Cl- 、 SO42- 、 HCO3- 、 Na+ 、 K+ 、 Ca2+ 、 Mg2+ 。一般含盐量低的水以 Mg 、 Ca 、 HCO3 为主， 含盐量中等的水以SO42-、 Na+、 Ca2+为主，含盐量 高的水以Cl、Na为主。 (3)、地下水的胶体成分：Al2O3、SiO2、Fe2O3胶体。 (4)、有机成分和细菌成分：主要有生物活动产生。
（3）固态水：主要存在于地表附近，因温度低而 使水分固结成冰。
下一页
二、岩土的水理性质
岩土的水理性质是指岩石与水作用时所具有的特征，主 要有容水性、持水性、给水性和透水性。 1）容水性
岩土的容水性是指岩土所能容纳一定水量的能力。容水性用 容水度来表示，容水度是指岩土空隙完全被水充满时的含水量， 可表示为岩土所能容纳的水的体积与岩土体积之比。
随着岩石性质和受力作用的不同，岩土体中各种空隙 的形状、多少及其连通与分布具有很大的差别，它们对地 下水的分布和运动具有重要影响。根据岩土空隙的成因不 同，可把空隙分为孔隙、裂隙和溶隙三大类。
地球上水的分布
海洋及湖泊、地下咸水总量 97.47%
淡水总量 2.53% 冰川及永久冻土层水 69.55% 地下淡水及土壤水 30.11%
渗透系数k （m/d） ＞10 10～1.0 1.0～0.01 0.01～0.001 ＜0.001
下一页
三、含水层与隔水层
根据岩石赋留地下水的相对状况分出含水层和 隔水层。 在重力作用下能够给出并且通过相当数量水的 饱水岩层或土层称含水层。含水层必须有良好的 透水性能，同时又必须有一定的地质构造条件和 地形条件，使地下水聚集和储存起来。此外，含 水层必须有一定的补给水量。 隔水层是指在常压条件下，由于重力作用不能 给出并通过相当数量水的岩层或土层。通常由黏 土、粉质黏土和页岩、泥灰岩等透水性能差的岩 石组成的岩层构成隔水层。隔水层对地下水的运 动起着阻碍作用 。
• 毛细水：岩土中的细小空隙（直径小于1mm的孔隙和宽
度小于0.25mm的裂隙）称毛细空隙，在其中的水份称为毛 细水。其特征是毛细水同时受重力和毛细力（表面张力） 的作用，毛细水可传递静水压力，可利用，可被植物吸收 。毛细水上升的高度受毛细直径的控制。 重力水：空隙全部被水份所饱和时，完全在重力作用下 运动的水。 其中主要的是岩土中的毛细水和重力水，因为这两种 水对地下水的工程特性有很大的作用。
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。
下一页
• 包气带水是存在于包气带中以各种形式出现的水， 它是一种局部的、暂时性的地下水。其中既有分 子水、结合水、毛细水等非重力水，也有属于下 渗的水流和存在于包气带中局部隔水层上的重力 水（又称上层滞水）。 • 包气带水的特征是：完全依靠大气降水或地表水 流直接下渗补给，因而多位于距地表不深的地方， 以蒸发或逐渐下渗的形式排泄；分布范围有限； 补给区与分布区一致；水量随季节变化，雨季出 现，旱季消失，极不稳定。
③、专门性分析
根据工作需要而定。例在水源调查时，需进行有 毒成分的分析如As、Pb、P、有害有机物及大肠杆菌 等。
下一页
第三节 地下水的基本类型 及特征
（一）地下水的分类
1、地下水按含水层性质分类
地下水按含水层性质可分为 ①孔隙含水层：含水层的空隙为孔隙。即孔隙 含水层。 ②裂隙含水层：含水层的空隙为裂隙。 ③岩溶含水层：含水层的空隙为溶隙。