水文地质学基础课件中国地质大学武汉3地下水赋存
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水文地质学基础 2
包气带水的特点
包气带水的来源：大气降水的入渗，地表水体的 渗漏，由地下水面通过毛细上升输送的水分，地 下水蒸发形成的气态水。 包气带水的赋存和运移受毛细力和重力的共同影 响：重力使得水分下移，毛细力则将水分输向空 隙细小的与含水量低的地方。 包气带的水、溶质的时空分布及迁移转化规律受 边界条件影响很大：气象因素，天然和人工植被、 人类的生活和生产。
水文地质学基础
24
潜水含水层的给水度和承压含水层的给水度存在很大的区别， 你知道为什么吗？ 在地下水的补给、径流、排泄上，承压含水层具有哪些特点？ 在无入渗补给而有蒸发排泄的条件下，如果潜水含水层地下水 水位逐渐下降，其上部包气带的含水量将 ，而地下水 蒸发强度将 。
水文地质学基础
25
这组地层是含水层还是隔水层？
A B
为布设引水、排水工程的 位置提供依据。
水文地质学基础 15
3.5 承压水(Confined Water)
3.5.1 定义： 充满于2个隔水层（弱透水层）之间含水层中的水。
承压水 水文地质学基础 16
3.5.2 基本要素
承压含水层：赋存承压水的岩层； 隔水顶板；
隔水底板；
承压含水层厚度(M)； 承压高度(H)：含水层某点的承压高度等于该点的测压高度； 测压水位线(面)：测压水位的连线(面)，此线是虚拟的； 补给区和排泄区；
理解不同埋藏条件的地下水的相互转化。
水文地质学基础
23
(1)对比概念：
毛细水带与包气带； 隔水层与弱透水层； 排泄区与补给区； 上层滞水与潜水。 (2)辨析：
思考
在排泄区，地下水不接受大气降水的补给；
只有测压水位高于地面的地下水才叫承压水； 地面的污染物可以通过包气带扩散到潜水中，但不 会影响承压水。
区小型供水水源或暂时性供水水源。作为饮用水源时要格外
注意卫生防护。
包气带中上层滞水，对其下部潜水的补给与蒸发排泄，起到 一定的滞后调节作用。
水文地质学基础 22
3.7 小结和思考
学习要求
理解含水层、隔水层弱透水层的概念及其涵义； 理解地下水的分类； 掌握不同埋藏条件的地下水的特征及其相关专业术 语；
水文地质学基础 7
水文地质学基础
8
3.2.2 概念的相对性
岩性相同的地层根据不同研究目的可划分为含水层或隔水 层。 修水库时，要考虑建库后水库是否渗漏？ 供水时，考虑水量是否足够，是否为含水层？ 某组地层是含水层还是隔水层？其界定要灵活运用！ 现代水文地质模拟计算，不再简单地划分为含水层、隔水
5
3.2 含水层、隔水层、弱透水层 aquifer, aquiclude & aquitard
3.2.1 基本概念
饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力可划分为
含水层（Aquifer）：能够透过并给出相当数量水的岩层。 各类砂土、砂岩、裂隙或岩溶发育的岩层等。 隔水层（ Aquiclude)：不能透过与给出水或透过与给出的 水量微不足道的岩层，如裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、 致密粘土等。 弱透水层（ Aquitard）：渗透性很差，给出的水量微不足 道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩 层，如粘性土、泥质粉砂岩等。
unsaturated
saturated
水文地质学基础
1
包气带水的垂直分带
土壤水带，中间带（过渡带） ，毛细水带（支持毛细水带、 饱和毛细水带）。 包气带的特点 岩石空隙未被水充满;
固、液、气三相介质并存；
水的存在形式多样：结合水 、毛细水、重力水、气态水。
以各种形式存在于包气带中的水统称为包气带水。
承压区；
自溢区—测压水位线与地形等高线的交点连接区。
水文地质学基础 17
隔水底板
承压 高度
测压水位 含水层厚度
图3-6
基岩自流盆地中的承压水
水文地质学基础
18
3.5.3 承压水的主要特征
补给与排泄：有限区域与外界联系，水循环交替慢，平 均滞留时间长（年龄老）—可恢复性差。
水化学：变化较大，可以是淡水，也可能是卤水。不易
特点： （1）岩石空隙被水完全充满，是固、液二相介质； （2）空隙中水的存在形式：①重力水，②结合水 重力水：连续分布（孔隙是连续的）→传递压力→在水头 差作用下，地下水（空隙中的水）可以连续运动。 饱水带开挖坑道、巷道、基坑，打井均有重力水涌出来！ 饱水带中的重力水是开发或利用的主要对象。
水文地质学基础
水文地质学基础 20
3.5.5 潜水与承压水的相互转化
水文地质学基础
21
3.6 上层滞水（perched water）
包气带中有实际利用价值的重力水。 定义：包气带局部隔水层(弱透水层) 上积聚的具有自由水面 的重力水。 与潜水的区别：潜水含水层稳定，具有一定的空间连续性。
特点：水量小、动态变化显著、极易污染。只能作为缺水地
依据含水介质类型埋藏条件划分含水介质三类埋藏条件分三类组合共分为9类孔隙水裂隙水岩溶水上层滞水上层滞水上层滞水潜水孔隙潜水裂隙潜水岩溶潜水承压水孔隙承压水裂隙承压水岩溶承压水11水文地质学基础34潜水341概念地表以下第一个具有自由表面的稳定含水层中的水
3.1 包气带与饱水带
包气带与饱水带的划分 地下水面：地下一定深度岩石中的空隙被重力水所 充满，形成的一个自由水面。 地下水面之上称为包气带，之下称为饱水带。
水文地质学基础
12
5 6 8 3 7 1 2 D 4
ห้องสมุดไป่ตู้
M
水文地质学基础
13
3.4.3 潜水的主要特征
补给：降水入渗，河湖水入渗，其他含水层 排泄：泉，河，蒸发，其他含水层 动态：含水层接收补给或排泄，使厚度变化而储水与释水！ 受气象、水文因素影响明显，变化快（水量、水位、水质 季节性变化），受人为因素影响也显著，易污染。
水文地质学基础 6
3.2.2 概念的相对性
定义中 “相当水量，微不足道，较大水力梯度”是模糊的； 含水层与隔水层的划分是相对的。
从实际应用来看，区分含水层与隔水层应考虑岩层给出的
水量是否具有实际意义。 从理论意义来看，岩层是否透水还取决于时间尺度。 如华北平原早期地下水开采，深层水与浅层水之间水位差 别不大，深层水与浅层水之间的粘土可作为隔水层；随着 深层水的不断开采，水位大幅度降低，浅层水向深层“越 流”，粘土层成为“透水层”。
含水介质三类，埋藏条件分三类，组合共分为9类
包气带 上层滞水
潜水
孔隙潜水
裂隙潜水
岩溶潜水
承压水 孔隙承压水 裂隙承压水 岩溶承压水
水文地质学基础 10
3.4 潜水
3.4.1 概念 地表以下，第一个具有自由表面的稳定含水层中的水。
自由表面：即没有隔水顶板限制，与大气直接相通。
3.4.2 基本要素（专业术语） 潜水面 (water table)； 潜水位（water level）
潜水含水层（phreatic aquifer／unconfined aquifer)
含水层厚度(thickness of aquifer) 潜水埋深(depth to water table)
水文地质学基础 11
包气带水 上层滞水 地下水位
地下水位 潜水 饱水带水
承压水
图3-3 地下水的赋存示意图
层，而是把不同岩层赋予不同渗透参数。
水文地质学基础
9
3.3 地下水分类
广义地下水（subsurface water, underground water）：地表 以下岩石空隙中的水(包气带、饱水带中的水) 狭义地下水（ groundwater）：地表以下饱水带岩石空隙中 的水（重力水） 地下水分类：依据含水介质类型、埋藏条件划分 孔隙水 裂隙水 上层滞水 岩溶水 上层滞水
煤层开采，巷道（矿坑）会否有水？
如果需要修水库，建坝后库水是否渗漏？ 如供水的需要是否为含水层？ A-粉砂岩，B-页岩， C-断 裂，D-矿道。
大坝
A
B
C
D
水文地质学基础
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水循环：交替迅速，水循环周期短，更新恢复快
水质特点：主要取决于气候、地形及岩性条件。湿润气候 及地形切割强烈的地区，有利于潜水的径流、排泄，往往 形成含盐量不高的淡水。干旱气候条件下由细颗粒组成的 盆地平原，潜水的排泄方式以蒸发为主，常形成含盐高的 咸水。潜水容易受到污染，对潜水水源应注意卫生防护。
水文地质学基础 3
包气带的意义
包气带水是水文循环的一个重要通道：饱水带地下水 通过包气带获得降水、地表水的入渗补给(补充)，又 通过包气带将水分传输，蒸发，消耗出去。因此，研 究包气带水及其中的溶质的迁移转化规律和时空分布 特征对阐明饱水带水的形成具有重要意义。
水文地质学基础
4
饱水带（saturated zone）
水文地质学基础 14
3.4.4 潜水等水位线图的绘制
潜水等水位线图：潜水面的等高线图。根据潜水面上各点的水位标高并 按一定的间距把某一时间潜水位相等的各点连结成线而成。
可获取的信息
确定潜水流向。 确定潜水面的水力坡度。 结合地形图可确定地下水 的埋藏深度； 可推断含水层的岩性与厚 度变化； 确定潜水与地表水的互补 关系；
污染，一旦污染，很难净化！ 动态：较稳定，如果分布面积大，厚度稳定，则调节能 力很强。 自学P32-33 等水压线图
水文地质学基础
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3.5.4 承压含水层的储水与释水
弹性给水度μe：承压含水层中当测压水位下降 1个单位， 单位水平面积含水层柱体所释放的水量。 测区水位降低导致： (1) 含 水 层 孔 隙 中 水 的 压 力 降 低 — 水 体 积 膨 胀 释 水 （1/20000） (2)孔隙水压力降低，含水层颗粒间有效应力增加 —骨架 被压缩（颗粒不变—骨架压缩=空隙体积减小)—发生释 水。 这两部水是很有限的，所以μe很小（较μd小10-2—10-3）
包气带水的特点
包气带水的来源：大气降水的入渗，地表水体的 渗漏，由地下水面通过毛细上升输送的水分，地 下水蒸发形成的气态水。 包气带水的赋存和运移受毛细力和重力的共同影 响：重力使得水分下移，毛细力则将水分输向空 隙细小的与含水量低的地方。 包气带的水、溶质的时空分布及迁移转化规律受 边界条件影响很大：气象因素，天然和人工植被、 人类的生活和生产。
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潜水含水层的给水度和承压含水层的给水度存在很大的区别， 你知道为什么吗？ 在地下水的补给、径流、排泄上，承压含水层具有哪些特点？ 在无入渗补给而有蒸发排泄的条件下，如果潜水含水层地下水 水位逐渐下降，其上部包气带的含水量将 ，而地下水 蒸发强度将 。
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这组地层是含水层还是隔水层？
A B
为布设引水、排水工程的 位置提供依据。
水文地质学基础 15
3.5 承压水(Confined Water)
3.5.1 定义： 充满于2个隔水层（弱透水层）之间含水层中的水。
承压水 水文地质学基础 16
3.5.2 基本要素
承压含水层：赋存承压水的岩层； 隔水顶板；
隔水底板；
承压含水层厚度(M)； 承压高度(H)：含水层某点的承压高度等于该点的测压高度； 测压水位线(面)：测压水位的连线(面)，此线是虚拟的； 补给区和排泄区；
理解不同埋藏条件的地下水的相互转化。
水文地质学基础
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(1)对比概念：
毛细水带与包气带； 隔水层与弱透水层； 排泄区与补给区； 上层滞水与潜水。 (2)辨析：
思考
在排泄区，地下水不接受大气降水的补给；
只有测压水位高于地面的地下水才叫承压水； 地面的污染物可以通过包气带扩散到潜水中，但不 会影响承压水。
区小型供水水源或暂时性供水水源。作为饮用水源时要格外
注意卫生防护。
包气带中上层滞水，对其下部潜水的补给与蒸发排泄，起到 一定的滞后调节作用。
水文地质学基础 22
3.7 小结和思考
学习要求
理解含水层、隔水层弱透水层的概念及其涵义； 理解地下水的分类； 掌握不同埋藏条件的地下水的特征及其相关专业术 语；
水文地质学基础 7
水文地质学基础
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3.2.2 概念的相对性
岩性相同的地层根据不同研究目的可划分为含水层或隔水 层。 修水库时，要考虑建库后水库是否渗漏？ 供水时，考虑水量是否足够，是否为含水层？ 某组地层是含水层还是隔水层？其界定要灵活运用！ 现代水文地质模拟计算，不再简单地划分为含水层、隔水
5
3.2 含水层、隔水层、弱透水层 aquifer, aquiclude & aquitard
3.2.1 基本概念
饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力可划分为
含水层（Aquifer）：能够透过并给出相当数量水的岩层。 各类砂土、砂岩、裂隙或岩溶发育的岩层等。 隔水层（ Aquiclude)：不能透过与给出水或透过与给出的 水量微不足道的岩层，如裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、 致密粘土等。 弱透水层（ Aquitard）：渗透性很差，给出的水量微不足 道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩 层，如粘性土、泥质粉砂岩等。
unsaturated
saturated
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包气带水的垂直分带
土壤水带，中间带（过渡带） ，毛细水带（支持毛细水带、 饱和毛细水带）。 包气带的特点 岩石空隙未被水充满;
固、液、气三相介质并存；
水的存在形式多样：结合水 、毛细水、重力水、气态水。
以各种形式存在于包气带中的水统称为包气带水。
承压区；
自溢区—测压水位线与地形等高线的交点连接区。
水文地质学基础 17
隔水底板
承压 高度
测压水位 含水层厚度
图3-6
基岩自流盆地中的承压水
水文地质学基础
18
3.5.3 承压水的主要特征
补给与排泄：有限区域与外界联系，水循环交替慢，平 均滞留时间长（年龄老）—可恢复性差。
水化学：变化较大，可以是淡水，也可能是卤水。不易
特点： （1）岩石空隙被水完全充满，是固、液二相介质； （2）空隙中水的存在形式：①重力水，②结合水 重力水：连续分布（孔隙是连续的）→传递压力→在水头 差作用下，地下水（空隙中的水）可以连续运动。 饱水带开挖坑道、巷道、基坑，打井均有重力水涌出来！ 饱水带中的重力水是开发或利用的主要对象。
水文地质学基础
水文地质学基础 20
3.5.5 潜水与承压水的相互转化
水文地质学基础
21
3.6 上层滞水（perched water）
包气带中有实际利用价值的重力水。 定义：包气带局部隔水层(弱透水层) 上积聚的具有自由水面 的重力水。 与潜水的区别：潜水含水层稳定，具有一定的空间连续性。
特点：水量小、动态变化显著、极易污染。只能作为缺水地
依据含水介质类型埋藏条件划分含水介质三类埋藏条件分三类组合共分为9类孔隙水裂隙水岩溶水上层滞水上层滞水上层滞水潜水孔隙潜水裂隙潜水岩溶潜水承压水孔隙承压水裂隙承压水岩溶承压水11水文地质学基础34潜水341概念地表以下第一个具有自由表面的稳定含水层中的水
3.1 包气带与饱水带
包气带与饱水带的划分 地下水面：地下一定深度岩石中的空隙被重力水所 充满，形成的一个自由水面。 地下水面之上称为包气带，之下称为饱水带。
水文地质学基础
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5 6 8 3 7 1 2 D 4
ห้องสมุดไป่ตู้
M
水文地质学基础
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3.4.3 潜水的主要特征
补给：降水入渗，河湖水入渗，其他含水层 排泄：泉，河，蒸发，其他含水层 动态：含水层接收补给或排泄，使厚度变化而储水与释水！ 受气象、水文因素影响明显，变化快（水量、水位、水质 季节性变化），受人为因素影响也显著，易污染。
水文地质学基础 6
3.2.2 概念的相对性
定义中 “相当水量，微不足道，较大水力梯度”是模糊的； 含水层与隔水层的划分是相对的。
从实际应用来看，区分含水层与隔水层应考虑岩层给出的
水量是否具有实际意义。 从理论意义来看，岩层是否透水还取决于时间尺度。 如华北平原早期地下水开采，深层水与浅层水之间水位差 别不大，深层水与浅层水之间的粘土可作为隔水层；随着 深层水的不断开采，水位大幅度降低，浅层水向深层“越 流”，粘土层成为“透水层”。
含水介质三类，埋藏条件分三类，组合共分为9类
包气带 上层滞水
潜水
孔隙潜水
裂隙潜水
岩溶潜水
承压水 孔隙承压水 裂隙承压水 岩溶承压水
水文地质学基础 10
3.4 潜水
3.4.1 概念 地表以下，第一个具有自由表面的稳定含水层中的水。
自由表面：即没有隔水顶板限制，与大气直接相通。
3.4.2 基本要素（专业术语） 潜水面 (water table)； 潜水位（water level）
潜水含水层（phreatic aquifer／unconfined aquifer)
含水层厚度(thickness of aquifer) 潜水埋深(depth to water table)
水文地质学基础 11
包气带水 上层滞水 地下水位
地下水位 潜水 饱水带水
承压水
图3-3 地下水的赋存示意图
层，而是把不同岩层赋予不同渗透参数。
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3.3 地下水分类
广义地下水（subsurface water, underground water）：地表 以下岩石空隙中的水(包气带、饱水带中的水) 狭义地下水（ groundwater）：地表以下饱水带岩石空隙中 的水（重力水） 地下水分类：依据含水介质类型、埋藏条件划分 孔隙水 裂隙水 上层滞水 岩溶水 上层滞水
煤层开采，巷道（矿坑）会否有水？
如果需要修水库，建坝后库水是否渗漏？ 如供水的需要是否为含水层？ A-粉砂岩，B-页岩， C-断 裂，D-矿道。
大坝
A
B
C
D
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水循环：交替迅速，水循环周期短，更新恢复快
水质特点：主要取决于气候、地形及岩性条件。湿润气候 及地形切割强烈的地区，有利于潜水的径流、排泄，往往 形成含盐量不高的淡水。干旱气候条件下由细颗粒组成的 盆地平原，潜水的排泄方式以蒸发为主，常形成含盐高的 咸水。潜水容易受到污染，对潜水水源应注意卫生防护。
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包气带的意义
包气带水是水文循环的一个重要通道：饱水带地下水 通过包气带获得降水、地表水的入渗补给(补充)，又 通过包气带将水分传输，蒸发，消耗出去。因此，研 究包气带水及其中的溶质的迁移转化规律和时空分布 特征对阐明饱水带水的形成具有重要意义。
水文地质学基础
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饱水带（saturated zone）
水文地质学基础 14
3.4.4 潜水等水位线图的绘制
潜水等水位线图：潜水面的等高线图。根据潜水面上各点的水位标高并 按一定的间距把某一时间潜水位相等的各点连结成线而成。
可获取的信息
确定潜水流向。 确定潜水面的水力坡度。 结合地形图可确定地下水 的埋藏深度； 可推断含水层的岩性与厚 度变化； 确定潜水与地表水的互补 关系；
污染，一旦污染，很难净化！ 动态：较稳定，如果分布面积大，厚度稳定，则调节能 力很强。 自学P32-33 等水压线图
水文地质学基础
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3.5.4 承压含水层的储水与释水
弹性给水度μe：承压含水层中当测压水位下降 1个单位， 单位水平面积含水层柱体所释放的水量。 测区水位降低导致： (1) 含 水 层 孔 隙 中 水 的 压 力 降 低 — 水 体 积 膨 胀 释 水 （1/20000） (2)孔隙水压力降低，含水层颗粒间有效应力增加 —骨架 被压缩（颗粒不变—骨架压缩=空隙体积减小)—发生释 水。 这两部水是很有限的，所以μe很小（较μd小10-2—10-3）