第三章--地下水的类型及特征
第三章地下水分类及其特征
第三章地下水分类及其特征3．1 地下水分类地下水这一名词有广义与狭义之分：a. 广义地下水––––指赋存于地面以下岩土空隙中的水，包括包气带及饱水带岩石空隙中的水（subsurface water––––包括soil water和ground water）。
b. 狭义地下水––––指赋存于饱水带岩土空隙中的水（ground water）。
长期以来水文地质学着重研究饱水带中的重力水。
现在开始重视包气带水的研究。
因为人们认识到在“三水”（大气水、地表水、地下水）转化过程中包气带是必经之路。
由于埋藏条件，含水介质类型对地下水水量、水质的时空分布有决定意义，所以按埋藏条件和含水介质（空隙）类型对地下水进行划分：1．按埋藏条件：包气带水、潜水、承压水；2．按含水介质（空隙类型）：孔隙水、裂隙水、岩溶水；3．综合分类（见P27：表3–1地下水分类表）。
如：孔隙潜水，孔隙承压水。
大 气3．2 包气带与饱水带地下水面以上称为––––包气带，或非饱和带（unsaturated zone)。
地下水面以下称为––––饱水带，或饱和带（saturated zone ）。
地下水面输送水分，获得补给。
雨季，包气带中的水以下渗为主，雨后，通过蒸发与植物蒸腾向大气圈排泄。
包气带是饱水带与大气圈联系的必经之路。
饱水带通过包气带获得大气降水和地表水的补给，又通过包气带蒸发与蒸腾排泄到大气圈→参与水循环。
饱水带岩石空隙全部为液态水所充满。
水体是连续分布的，能够传递静水压力，在水头差的作用下，可发生连续运动。
饱水带中的重力水––––是开发利用或排除的主要对象。
书上内容：包气带水主要是土壤水和上层滞水。
(一)土壤水埋藏于包气带土壤层中的水，称土壤水。
主要包括气态水、吸着水、薄膜水和毛管水。
靠大气降水的渗人、水汽的凝结及潜水由下而上的毛细作用补给。
大气降水向下渗入，必须通过土壤层，这时渗入的水一部分保持在土壤层中，成为所谓的田间持水量(即土壤层中最大悬着毛管水含水量)，多余的部分呈重力水下渗补给潜水。
2 第三章 地下水的无机化学成分
第三章地下水中的无机化学成分地下水是一种复杂的溶液，地下水中含有70多种元素，地下水中的无机化学成分，按其存在形式和数量可分为四组：（1）大量组分一般含量大于100mg/L，主要是常规的离子形式，Cl－、SO2－4、HCO－3、CO3－、Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋等，另外H+、、NH4+、NO2－、NO3－、H3SiO4－Fe3+、Fe2+等也列入大量组分。
大量组分决定水化学类型。
（2）微量组分一般含量小于10mg/L，常见的是Br、I、F、B 、Mo 、Li 、Cu、Pb 、Zn、P、As、Sr、Ba 、Ni 、Co等数十种。
微量组分不决定水化学类型。
（3）放射性组分U 、Th、Ra、Rn等。
（4）气体组分N2、O2、CO2、CH4、H2S、H2等。
第一节地下水中的大量组分一、氯离子（Cl－）1、迁移性能Cl－具有很强的迁移性能，其原因有三个方面：（1）不形成难溶化合物，Cl－离子与水中大量组分的阳离子（K、Na、Ca、Mg）所形成的化合物溶解很大，例如，30o C时，CaCl2=1020mg/L，NaCl=361.5mg/L，MgCl2=553mg/L。
（2）不被胶体所吸附。
（3）不被生物所吸附。
2、分布规律地下水中的Cl－含量从几mg/L至100mg/L以上均有。
地下水中的Cl－含量随地下水矿化度的增高而增高。
在高矿化度水中，占阴离子首位，形成氯化物水。
3、来源主要有三个方面：（1）有机来源：三废水、化肥、农药、动物及人类的排泄物。
（2）无机来源：盐矿、含盐的沉积物、岩浆岩中含Cl矿物、火山喷出物等。
（3）大气降水：二、硫酸根（SO42－）1、迁移性能迁移性能较强，仅次于Cl －。
SO 42－的迁移性能受下列四个因素控制： （1）水中SO 42－易与Ca 2＋、Ba 2＋、Sr 2＋等离子形成难溶盐。
（2）热带潮湿地区土壤中的Fe(OH)2－、Al(OH)22＋胶体可以吸附SO 42－。
3.地下水的分类
山区基岩互层 较厚的含水层（互层） 一个 较厚的含水层（互层） 一个封闭的含水层—潜水 一个封闭的含水层 潜水？ 潜水
开采前—潜水含水层 开采前 潜水含水层 开采后—承压含水层 开采后 承压含水层
开采潜水与承压水的转化
例：潜水与承压水的转化
第三章结束
基岩自流盆地中的承压水
①承压含水层 ②隔水顶板 ③隔水底板 ④ 承压含水层 厚度（ 厚度（M） ⑤埋深（D） 埋深（ ⑥ 测压水位线 （面）（初
见 水 位 H1 、 测 压水位H 压水位H2） D H2 H1
⑦承压高度-H 承压高度⑧补给区 ⑨承压区 ⑩排泄区 ⑾自溢区 0
3.4 承压水与承压含水层
1/20000
2) 孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加 骨架被压缩 孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加—骨架被压缩
颗粒不变—骨架压缩 空隙体积减小（排列改变） 颗粒不变 骨架压缩 = 空隙体积减小（排列改变） ———发生释水（挤出来）水 发生释水（挤出来） 发生释水
承压含水层的储水与释水 补给增加水量： 补给增加水量：通过水的密度加大及含水介质空隙的增加 而容纳。 而容纳。 排泄减少水量： 排泄减少水量：表现为含水层中水的密度变小及含水介质 空隙缩减。 空隙缩减。 弹性给水度 µe
剖面线方向，水位，含水层岩性、厚度、 剖面线方向，水位，含水层岩性、厚度、隔水层位置 以及它们的变化等。水文地质点位置、标高、 ，以及它们的变化等。水文地质点位置、标高、水量
某地潜水等水位线图（平面） 某地潜水等水位线图（平面）
河 流
河
流
补排关系
3.4 承压水
3.4.1 承压水定义
充满于2个稳定隔水层（或弱透水层） 充满于 个稳定隔水层（或弱透水层）之间的含水层中的 个稳定隔水层 称为承压水。 水，称为承压水。（图 P35，图3-9） ， ） 层间无压水：含水层未被充满时，称为层间无压水。 层间无压水：含水层未被充满时，称为层间无压水。 潜水—承压水含水系统 潜水 承压水含水系统
地下水科学概论[整理版]
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《地下水科学概论》一、名词解释。
第一章地下水分布1. 地下水：分布在地下岩石空隙之中的水。
2．岩石的透水性：岩石允许水透过的能力。
3. 结合水：由于固体颗粒表面的静电作用而吸附在颗粒表面的水。
4. 重力水：重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力，因而能在自身重力作影响下运动的那部分水。
5. ★☆毛细水：在毛细力作用，水从地下水面沿着细小空隙上升到一定高度，形成一个毛细水带6. 支持毛细水：由于毛细力的作用，水从地下水面沿孔隙上升形成一个毛细水带，此带中的毛细水下部有地下水面支持。
7．孔角毛细水：在包气带中颗粒接点上由毛细力作用而保持的水。
8. 悬挂毛细水：由于上下弯液面毛细力的作用，在细土层会保留与地下水面不相联接的毛细水。
9. 空隙：地下岩石中没有被固体颗粒或固体骨架占据的那一部分空间。
10. 多孔介质：含有空隙的固体称为多孔介质。
11．孔隙：松散的（或未固结的）固体颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙。
12．★孔隙度：某一体积的孔隙介质中孔隙体积与孔隙介质体积之比。
13. ★孔隙比：某一体积孔隙介质内孔隙体积与固体颗粒体积之比14. 有效空隙：相互连通而能使水流通过的孔隙称为有效空隙。
15. 孔隙介质的比表面积：一定体积的孔隙介质中所有颗粒的总面积与孔隙介质体积之比。
16．裂隙：固结的和坚硬的岩石在成岩过程中或成岩以后由于受到一些地质营力的作用而形成的沿一定平面方向展布的空隙。
17．★裂隙率：一定体积的裂隙介质内裂隙的体积与裂隙介质体积之比。
18．溶穴：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空洞。
19．岩溶率：一定体积的岩溶介质内溶穴的体积与岩溶介质体积之比。
20. ☆容水度：一定体积的多孔介质完全被水饱和时所能容纳的水的体积与多孔介质体积之比。
21．★持水度：地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。
22. ★☆给水度：一定体积的饱水多孔介质在重力作用下释放出的水体积与多孔介质体积之比（重力给水度：地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积）。
地下水类型及特征(5)
3.3 潜水与潜水含水层
二、基本要素（专业术语） 1、潜水面：潜水有一个自由水面，称为潜水面。 2、潜水位：潜水面上任一点的高程称为该点
的潜水位。 3、潜水含水层-赋存潜水的岩层 4、含水层厚度-从潜水面到隔水底板的距离。 5、潜水埋深-潜水面到地面的距离。 ❖潜水含水层厚度与潜水面潜藏深度随潜水面
的升降而发生相应的变化。
9
潜水与潜水含水层图
3—高 水位期 潜水面Βιβλιοθήκη 4—低 水位期 潜水面10
三、主要特征
1、补给(来源)：降水入渗，河湖入渗 2、排泄(汇)：泉，（河）泄流，蒸发 补给或排泄通
过含水层厚度变化而储水与释水！
3、动态：受气象，水文因素影响明显，变化快 （水量、水位季节性变化） 受人为因素影响也显 著，易污染。
道；“重力水”通过包气带获得降水、地表水的入渗 补给（补充），部分水又通过包气带将水分传输，蒸 发，消耗出去。
4
三、饱水带
1、特点：岩石空隙被水完全充满 →是二相 介质（固相+液相水）。
2、空隙中水的存在形式： ①重力水 ② 结合水
3、重力水：连续分布（孔隙是连通）→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。
储存于疏松岩层孔隙中的水称为孔隙水；广泛分布在第四纪 和第三纪未胶结的沉积物中。 2、特点： ✓ 岩石颗粒大而均匀，则孔隙大、透水性好、 水量大； ✓ 岩石颗粒细小而不均匀，则孔隙小，透性性 差，水量小。 3、埋藏条件：可形成上层滞水、潜水、承压水；在较多的情 况下以潜水出现。 4、用途：重要的供水水源；对采矿有一定的影响，尤其在第 四系覆盖较厚的地区建井及露天采矿时，孔隙水对其影响较 大。
16
2、自流斜地：赋存承压水的单斜构造。 ➢ 由断层形成的自流斜地： ⅰ断层不导水：承压水无独立的排泄通道，当补给水量大于含水层
03地下水的基本类型及其特征
第三章 地下水的基本类型及其特征
2）影响潜水面变化的因素： i）地形——潜水面通常随地形起伏 而高低起伏，但起伏幅度较地形平缓； 山区地形切割较强烈，潜水面起伏幅 度较大，潜水面坡度较大，排泄条件 好；平原地区地形切割微弱，地势平 坦，潜水面起伏很小，排泄条件差。
第三章 地下水的基本类型及其特征
第三章 地下水的基本类型及其特征
2）潜水的排泄方式
泉——地形低洼处，地形切割到潜水面，潜水流 出地表，形成泉水。潜水补给的泉一般又称为下 降泉。泉水出流一般很平静，没有向上喷涌的情 况。下降泉的类型有侵蚀泉（a）、接触泉（b）、 溢流泉（c、d）。
第三章 地下水的基本类型及其特征
地表水——潜水高于地表水位时，地表水体附近 潜水流向地表水。湖泊周围、河流中上游常见。 为散流（线状）排泄。
结合水、毛细水在农业生产方面的研究很有意 义。
上层滞水通常季节性存在，与地下水面脱节， 可向地下水面流动。水量小，动态变化大，一 般没有供水意义。
第三章 地下水的基本类型及其特征
2、潜水 （1）潜水的概念
潜水是埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上， 具有自由水面的重力水。
第三章 地下水的基本类型及其特征
iv）人为因素——人工浇灌、排水等也会 影响潜水面的高低及形状。人工浇灌可导 致潜水面的上升；而排水又可能形成潜水 降落漏斗（围绕着排水区的漏斗状的水位 下降区）。
第三章 地下水的基本类型及其特征
（4）潜水面的表示方法 1）水文地质剖面图
编制方法：在一般的地质剖面的基础 上加绘水文地质资料编制而成。按一 定的比例尺在具有代表性的坡面线上 绘出地形剖面，然后在图上表示出水 位、含水层、隔水层的岩性、厚度及 其变化等地质、水文地质要素。
第三章地下水运动的基本规律
3、3 流 网
四、层状非均质中得流网
层状非均质介质就是指介质场内各岩层内部渗透 性为均质各向同性,但不同层介质得渗透性不同。水流 折射定律:
K1 tan1 K 2 tan 2
式中:K1--地下水流入岩层(K1层)得渗透系数; K2--地下水流出岩层(K2层)得渗透系数; θ1--地下水流向与流入岩层(K1层)层界法线之间
1、 等水位(压)线——潜水位(测压水位)相等得各点 得连线,称为等水位(压)线。 2、 流线——渗流场中某一瞬间得一条曲线,曲线上各水 质点在此瞬间得流向均与此线相切。 3、 流网——在渗流场得某一典型剖面或切面上由一系 列等水头线与流线所组成得网络。
3、3 流 网
二、渗流场性质
(一)渗流场介质类型 均质—非均质;各向同性—各向异性
(2)根据边界条件绘制容易绘制得流线或等水头线
a、 定水头边界:相当于等水头线,等水头面。 b、 隔水边界:相当于流线。 c、 潜水面边界:无入渗补给时为流线
有入渗补给时,水面即不就是流线也不为等水头线
(3)按照“正交”原则,等间距内插其它得流线或等水头线。
3、3 流 网
河间地块流网
河间地块流网
3、1 地下水运动得基本特点
注意:
1、 自然界中地下水都属于非稳定流。 ⑴ 补给水源受水文、气象因素影响大,呈季节性变化; ⑵ 排泄方式具有不稳定性;
⑶ 径流过程中存在不稳定性。 2、 为了便于计算,常将某些运动要素变化微小得渗流,近似 地瞧作稳定流。
3、2 达西定律
一、实验条件
H、Darcy—法国水力学家,1856年 (以实验为基础研究时期)通过大量得室 内实验得出了达西定律。
3、2 达西定律
2、 求水平等厚承压含水层流量与承压水头线。 承压含水层由均质等厚得砂组成,隔水底板水平,地下水做水平稳定
水文地质学基础第三章
水文地质学§3.1包气带与饱水带§3.1包气带与饱水带§3.1包气带与饱水带§3.2 含水层含水层、、隔水层与弱透水层区别区别：：含水层与透水层、隔水层与弱透水层含水层、§3.2 含水层含水层、、隔水层与弱透水层§3.2 含水层含水层、、隔水层与弱透水层§3.3地下水分类§3.3地下水分类§3.3地下水分类§3.3地下水分类表3－1 地下水分类表组成构造盆地、向斜构造或单斜断块的被掩覆的岩溶化岩层中的水组成构造盆地、向斜构造或单斜断块的被掩覆的各类裂隙岩层中水山间盆地及平原松散沉积物深部的水承压水裸露于地表的岩溶化岩层中的水裸露于地表各类裂隙岩层中的水各类松散沉积物浅部的水潜水裸露岩溶化岩层上部岩溶通道中季节性存在的重力水裂隙岩层潜部季节性存在的重力水及毛细水土壤水，局部粘性土隔水层上季节性存在的重力水（上层滞水）、过路重力水及悬留毛细水包气带水岩溶水裂隙水孔隙水含水介质类型埋藏条件§3.4上层滞水二、形成上层滞水的条件二、形成上层滞水的条件§3.4上层滞水§3.4上层滞水§3.5潜水潜水示意图§3.5潜水§3.5潜水§3.5潜水§3.5潜水§3.5潜水§3.5潜水§3.5潜水§3.6 承压水§3.6 承压水图3—6 基岩自流盆地中的承压水2005.5.3趵突泉胜景§3.6 承压水潜水和承压水对比潜水承压水1、基本定义在饱水带中第一个具有自由水面的含水层中的地下水的含水层中的地下水。
充满于两个隔水层之间含水层中的地下水的地下水。
2、要素一个隔水底板一个隔水底板一个隔水底板，，一个隔水顶板一个隔水顶板。
潜水面测压面潜水位测（承）压水位含水层厚度含水层厚度：：水面水面～～隔水底板含水层厚度含水层厚度：：隔水顶底板之间距离。
水文地质学基础
附件2
2012年度省级精品课程建设项目申报书
（本科）
推荐单位长安大学
课程学校长安大学
课程名称水文地质学基础
课程类型专业基础课
所属一级学科名称水利工程
所属二级学科名称水文与水资源工程
课程负责人马致远
填报日期2012.11.05
陕西省教育厅制二○一二年九月
填写要求
一、以word文档格式如实填写各项。
二、表格文本中外文名词第一次出现时，要写清全称和
缩写，再次出现时可以使用缩写。
三、有可能涉密和不宜大范围公开的内容不可作为申
报内容填写。
四、课程团队的每个成员都须在“2．课程团队”表格中
签字。
五、“8．承诺与责任”需要课程负责人本人签字，课程
建设学校盖章。
1．课程负责人情况
2．课程团队
3．课程建设
4．课程内容
8．承诺与责任
9．学校推荐意见
—21 —。
地下水类型及特征
(b) The surface of a permanent pond is the water table.
(c) During the dry season, the water table can drop substantially, causing the pond to dry up.
包气带(zone of aeration) 又叫非饱和带（unsaturated zone)：
地表与地下水面之间的地带 饱水带(zone of saturation) 又叫饱和带（saturated zone)：
地下水面以下的含水地带
Zone of aeration and zone of saturation
④潜水积极参与水循环，资源易于补充、 恢复，但受气候影响。其厚度有限，资源通 常缺乏多年调节性。
The shape of a water table beneath hilly topography.
The phreatic water is easily contaminated.
When the water table rises, material above a weak sliding surface begins to slump(滑 落）,and a landslide may result.
1. Unsaturated Zone and Saturated Zone
2 . The Types and the Relevant
Properties of Groundwater
unsaturated zone (非饱和带） saturated zone（饱和带） water of unsaturated zone：包气带水 phreatic water：潜水 confined water：承压水 perched aquifer 上层滞水含水层
地层中的水分类
地层中的水分类
地层中的水主要可以分为以下几类：
1. 浅层地下水：潜藏在地表以下第一个不透水层以上的地下水，其水面称为地下水位。
由于经过地层的渗滤，这种水质的物理性状较好，浑浊度小，细菌数也较少。
然而，在流经地层的过程中，它可溶解各种矿物盐类，使水质变硬。
此外，由于水中溶解氧被土壤中的生物化学过程所消耗，所以水中氧含量较低。
2. 深层地下水：位于第一个不透水层以下的地下水。
由于地层起伏不平，含水层内水位不同，某些深层地下水可受有压力，形成承压地下水。
这种水因受压力大，能沿井管涌出水面，也被称为自流井。
深层地下水由于覆盖地层厚，不易受地面污染，所以水质透明无色、水温恒定、细菌数较少、盐类含量高、硬度高，且水量较稳定，常作为城镇集中式供水水源。
3. 泉水：由地表缝隙自行涌出的地下水。
以上信息仅供参考，如需获取更多详细信息，建议查阅地层水方面的书籍或咨询地质学家。
工程地质与水文地质-第3章 水的地质作用--地下水
纯水无臭味，但当水中含有某些气体或有机质时就有了某种气味 （5）口味
主要决定于水中化学成分
三 地下水的物理性质和化学性质
（6）比重
地下水比重决定于水温和溶解盐类。溶解的盐分越多，比重就 越大。地下淡水比重常常接近于1 盐水的比重可用波美度来表示，即一升水含有10克氯化钠，则 盐度相当于1波美度。波美度与地下水比重之间的关系如下表：
量）
Vg
V
4 透水性
定义：透水性是岩石允许水透过的性能。
影响透水性的因素
孔隙大小的影响：当孔隙度一定而孔隙直径愈大，则圆管通道的数量愈 少，但有效渗流断面愈大，透水能力就愈强；
理想圆管状空隙中重力水流速分布 （阴线部分代表结合水，箭头长度代表重力水质点实际流速）
理想化孔隙介质
4 透水性
影响透水性的因素
水的波美度与比重的关系
三 地下水的物理性质和化学性质
（7）导电性 地下水的导电性取决于溶解于地下水中的盐量 Ke=1/R Ke为水的导电率； R为水的电阻率。 地下淡水的导电率为33×10-5至33×10-3之间
（8）放射性 由地下水中的气态镭射气（氡）及少量放射性盐量引起的
三 地下水的物理性质和化学性质
5 包气带
包气带分三带 中间带 过渡带，介于土壤水带和 毛细水带之间。厚度变化 大，从零米到几百米不等。 •中间带的土壤含水量，随 深度逐步降低。
5 包气带
包气带分三带
毛细带 由于空气和水界面上的表
面张力作用，水可沿地下水 面上升形成支持毛细水，在 包气带底部构成毛细水带。 毛细带内颗粒物大小不同， 毛细上升高度也各不相同， 因此毛细水带上缘常成不规 则形状。
2.地下水类型及特征
• 一、不同埋藏条件下的地下水 • 上层滞水、潜水、承压水 上层滞水、潜水、
• 1.上层滞水 1.上层滞水 • 上层滞水动态变化显著。 上层滞水动态变化显著。 • 2.潜水 潜水 • （1）特征 • 无压水。潜水的补给区与分布区一致。 无压水。潜水的补给区与分布区一致。 潜水的动态有季节性变化的特点。 潜水的动态有季节性变化的特点。 • 有关名词：潜水面，潜水埋藏深度，潜 有关名词：潜水面，潜水埋藏深度， 水位，潜水含水层厚度，潜水流。 水位，潜水含水层厚度，潜水流。
• （3）岩溶水水化学特征 • 矿化度较低（HCO3型），水硬度较大。 矿化度较低（ ），水硬度较大 水硬度较大。 • 深埋藏型，水化学类型可由HCO3型→SO4 深埋藏型，水化学类型可由HCO →Cl型 型→Cl型。
• 三、泉的分类及特征
谢谢！
• 平面图：潜水等水位线图 平面图：
• 3.承压水 3.承压水 • （1）特征 • 承压性。承压水的分布区与补给区不一 承压性。 动态稳定。 致。动态稳定。
• 有关名词：承压水位，承压水头 有关名词：承压水位，
• （2）承压水的补给、径流、排泄 承压水的补给、径流、 • 补给：大气降水、地表水、潜水 补给：大气降水、地表水、 • 排泄：泉、河流、人工抽排。 排泄： 河流、人工抽排。 • 径流：补给区→排泄区 径流：补给区→
• 矿区水文地质图主要反映的水文地质内 容： • （1）含水层（组）及其富水性 含水层（ • （2）断裂构造特征 • （3）地表水体。 地表水体。 • （4）控制性水点 • （5）已开采井下主干巷道、回采范围、 已开采井下主干巷道、回采范围、 井下突水点、 井下突水点、涌水情况
• 二、不同含水介质中的地下水 • 1.孔隙水 1.孔隙水 • 地下水的存储空间 地下水的存储空间——松散岩层中的孔隙 松散岩层中的孔隙 • （1）洪积层中地下水 • （2）冲积层中地下水
第三章 地下水的类型及特征
• 即山口砂砾带，中间砂砾粘土交替带，边缘粘性土带.
（2）在铅直方向上的规律
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）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。
(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 (图3-15)。
承压水的等水压线图：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
潜水面在图上的表示：剖面图，等水位线图
（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。如图3—9。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（等高线图），图3-10
（3）潜水等水位线图的用途（1、2、3、4、5、6、7）
图3-9 甘肃古浪保和附近水文地质剖面示意图
三、承压水
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。
地下水含水层类型及各类型特征
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第三章 地下水
一、地下水及含水层
强结合水 结合水 弱结合水 毛细水 液态水 重力水 土中水 非结合水 气态水 固态水
1、毛细水 定义：存在于细小孔隙中（直径0.002～0.5mm）， 受毛细作用控制的水。毛细水上升高度与土粒大 小相关，细小的土粒，水位上升越高。P120表5-1 为土层毛细水通常上升高度。毛细水对工程建筑 意义： （1）产生毛细力。 （2）导致土内产生封闭气体。 （3）助长地基土的冻涨现象；地下室受潮；危害 房屋基础及公路路面；土的沼泽化、盐渍化。
2、重力水 、 定义：存在于较粗大孔隙中，在重力作用 下自由流动的水。 产生浮托力；孔隙水压力；潜蚀。 含水层：能够给出并透过相当数量的重力 水的岩层或土层。如碎石土、碎屑岩。 隔水层：不能够给出并透过相当数量的重 力水的岩层或土层，或给出并透过水的数 量微不足道的岩土层。粘土层、页岩
二、岩土的水理性质
上层滞水 包 气 带 水 饱 和 带 水
潜水面 潜水
承压水
二、潜水 定义： 定义：埋藏在地表以下第一个连续稳定的隔水层 以上，具有自由水面的重力水。 以上，具有自由水面的重力水。 1、潜水特征 、 （1）潜水面以上无稳定的隔水层存在，大气降水 ）潜水面以上无稳定的隔水层存在， 和地表水直接补给。水位受气象要素影响较大。 和地表水直接补给。水位受气象要素影响较大。 （2）潜水自水位较高处向水位较低处渗流。在山 ）潜水自水位较高处向水位较低处渗流。 脊地带潜水位的最高处可形成潜水分水岭。 脊地带潜水位的最高处可形成潜水分水岭。
2、地下水中主要气体成分
主要气体成分有：O2、N2、CO2及H2S。一般情 况下，地下水中气体含量在几毫克/升到几十毫克/ 升，可反映地球的化学环境。 地下水中CO2含量越多，则溶解碳酸盐的能力越 强，如地下水中含有CO2气体，水体会对钢筋混 凝土产生侵蚀。 3、地下水中的胶体成分与有机质 以碳、氢、氧为主的有机质，常以胶体方式存在 于水中。难以离子状态溶于水中的化合物，常以 胶体型式存在于水中，如Fe(OH)2。
水资源利用与保护思考题答案 第三章
第3章水资源量评价1、决定水资源状态的三要素？降水、径流和蒸发是决定区域水资源状态的三要素。
2、地下水形成的基本条件？地下水形成的基本条件是：（1）岩石的空隙性；（2）空隙中水的存在形式；（3）具有储水与给水功能的含水层。
3、地下水的分类？各类地下水的定义及其特点？地下水按埋藏条件分为：上层滞水、潜水、承压水；（1）上层滞水：包气带中局部隔水层之上具有自由水面的重力水。
水量受季节影响特别显著。
（2）潜水：饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水。
潜水面之上一般无稳定的隔水层，具有自由水面；由潜水位较高处向潜水位较低处流动；潜水通过包气带与地表相连通；潜水的水位、流量和化学成分都随着地区和时间的不同而变化。
（水量较丰富，水体易受污染和蒸发影响。
）（3）承压水：充满于上下两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。
有稳定的隔水顶板存在，没有自由水面，水体承受静水压力。
地下水按含水层的空隙性质分为孔隙水、裂隙水、岩溶水。
（1）孔隙水：疏松岩石孔隙中的水。
孔隙水呈层状分布，空间上连续均匀，含水系统内部水力联系良好。
（2）裂隙水：赋存于坚硬、半坚硬基岩裂隙中的重力水。
裂隙水分布不均匀，水力联系不好。
（3）岩溶水：赋存于岩溶空隙中的水。
水量丰富而分布极不均匀。
4、地表水资源数量评价的内容？（1）单站径流资料统计分析；（2）主要河流年径流量计算；（3）分区地表水资源量计算；（4）地表水资源时空分布特征分析；（5）地表水资源可利用量估算；（6）人类活动对河流径流的影响分析。
5、如何推求某一频率下的设计年径流量？1）有实测资料情况下设计年径流量的计算①分析实测资料有无代表性，对少于20年的短系列必须加以延展（可采用相关分析法）；②计算经验频率，绘制经验频率曲线；③计算径流量均值及C v和C s；④用适线法确定理论频率曲线；⑤推求不同设计频率的年径流量。
适线时注意P>50％部分与经验频率点据的符合情况。
2)缺乏实测资料时设计年径流量的计算可借助频率曲线来估算设计年径流量。
水资源评价(第三章)详解
东北地区山地——<0.5以下， 松辽平原和三江平原——0.8以上； 黄河流域——0.6以下， 内陆河流域，山区的Cv——0.2～0.5之间，盆地——0.6～0.8， 高原西部——>1.0，最大可达 l.2以上。 (3)年径流量的季节变化 关键取决于河川径流的补给来源和变化规律.
Re = u ⋅ d < 1 ~ 10 r
式中 u——地下水实际流速，m／d； d——孔隙的直径，m； γ——地下水的运动粘滞系数，m2／d
(2)非线性渗透定律
当地下水在岩石的大孔隙、大裂隙、大溶洞中及取水构 筑物附近流动时，不仅雷诺数大于10，而且常常呈紊流状态。 紊流运动的规律是水流的渗透速度与水力坡度的平方根成正比， 这称为哲才公式，表示式为：
（二）径流
1.河流径流的补给 河流径流的水情和年内分配主要取决于补给来源。
(1)雨水补给 雨水补给是指降水以雨水形式降落。
(2)地下水补给 地下水补给河道的水量约占年径流总量的25％～
30％。
(3)冰川、融雪水补给 平均年径流量约50km3，约占全国年径流量的 1.9％
2．径流的时空分布
(1)径流的区域分布 (2)径流量的动态变化 降水补给的河流>冰川、融雪 、降水混合补给的河流>地下水补给的河 流Cv值。
一、地表水资源的形成与类型
因此，在讨论地表水资源的形成与分布时， 重点讨论构成地表水资源的河流资源的形成 与分布问题。
降水、径流和蒸发是决定区域水资源状态 的三要素。三者之间的数量变化关系制约着 区域水资源数量的多寡和可利用量。
一、地表水资源的形成与类型
地下水动力学-第3章-地下水向完整井的稳定运动总结
3.2 地下水向承压水井和潜水井的稳定运动
内容：
3.2.1 承压水井的Dupuit公式； 3.2.2 潜水井的Dupuit公式； 3.2.3 Dupuit的公式应用； 3.2.4 Dupuit公式的讨论。
3.2.1 承压水井的Dupuit公式
圆岛模型： 一 半 径 为������的 圆 形 岛 状 含 水 层 均质、等厚、各向同性，产 状水平；岛中心有一口抽水量 为������的抽水井，在������ 处为定水 头 ������0 . 水流特征： 水流为水平径向流，等水 头面为以井为共轴的圆柱 面，并和过水断面一致； 通过各过水断面的流量 处处相等，并等于井的流 量������。
3.1.2 井附近的水位降深
本章模型假设条件：
1) 含 水 层 均 质 、 各 向 同 性 ， 产 状 水 平 ， 厚 度 不变 ， 分 布 面 积 很
大，可视为无限延伸；
2) 抽水前的地下水面是水平的，并视为稳定的； 3) 含水层中的水流服从Darcy定律，并在水头下降的瞬间水就释放
出来，并忽略弱透水层的弹性释水量。
弹性或重力释水补给，通过任一断面的流量都不相等，井壁处 流量最大并等于抽水量，水位随时间而变化，初期变化大，后 期变化减小。
3.1.2 井附近的水位降深
井半径问题： 一般抽水井有三种类型：未下 过滤器、下过滤器和下过滤器 并在过滤器外填砾。
a) 未 下 过 滤 器 的 井 ： 井 的 半 径就 是 钻 孔 的 半 径 ， 井 壁 和井中的水位降深一致。 b) 下 过 滤 器 的 井 ： 井 的 直 径 为过滤器的直径，井内水 位比井壁水位低。
水位降深： 初始水头������0 (������, ������, 0)减去抽水 ������ 时间后的水头������ (������, ������, ������)，简称 降深, ������ = ������0 (������, ������, 0) − ������ (������, ������, ������). 降落漏斗： 抽水时，井中心降深最大，离井越远降深越小，形成的漏斗状 水头下降区. 影响半径： 从抽水井到实际观测不到水位降深处的径向距离.
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（三）潜水的补给和排泄
图3-12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; (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
(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。
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）
上 层 滞 水 特 征：
(1）最接近于地表，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，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
承 压 水 特 征
(二)承压水的补给、径流、排泄
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
图3—15等水压线图 1-地形等高线；2-等水压 线；含水层顶板等高线
第二节 不同介质中的地下水
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
①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 ②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。
③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。 ④潜水常为民用水源及工农业供水水源。
三、承压水
①承压含水层 ②隔水顶板 承压水是充满在两隔水层或弱透水层之间含 ③隔水底板 ④承压含水层厚度 水层中的地下水。 （ M） 当这种含水层中未被水充满时，其性质与潜 ⑤ 测压水位线（面）： ⑥ 承压水头-H ⑦ 补给区 ⑧ 承压区 ⑨ 排泄区 ⑩ 自溢区
水相似，称为无压层间水。
（一）承压水的概念和特征 ①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 ②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 ③承压水的水量、水质、水温等稳定，受 气候的影响较小，仅补给区有点影响。 ④受地表污染少
如沿背斜轴部的张裂带、沿断裂带、沿 侵入体边缘接触带等
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。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
（4）隔水底板的形状对潜水面的影响
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; -浅变质的砾岩及砂岩; 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
（三）岩溶水的循环特征
图3-26 河谷地区岩溶水分带现象示意图
（三）潜水的补给和排泄
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。
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。
(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。
承压水的等水压线图：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
二、裂隙水
裂隙水是指储存在坚硬基岩裂隙中的地下水。 具不均匀性:裂隙发育的地方含水可能丰富；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，分：
1. 面状裂隙水 2．层状裂隙水 在各种基岩表部风化裂隙中， 3．脉状或带状裂隙水 聚集于成岩裂隙、粒间孔隙
及某些巨大的交叉裂隙带 它与一定的构造部位及侵入体相一致， 及区域构造裂隙中的地下水
①确定地下水的流向(即地下水面坡度最大的方向)。
②确定潜水面的坡度 (水力坡度)。 ③确定地下水的埋藏深度。
④确定潜水与地表水 的补给关系 ⑤确定含水层厚度及其 变化情况。
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，一侧排泄潜水
⑥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。 ⑦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
潜 水 特 征 ：
（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)。
（1）地形地貌的影响
影响 潜水 面形 状的 因素
（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
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（如图）。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 水面至隔水底板的距离称为含水层厚度。
CaCO3+CO2+H2O——Ca2+ ＋2HCO3 -
（二）岩溶水的埋藏和分布特征
1.岩溶水的埋藏条件分类 2.按蓄水介质的特征分类
• （1）裸露型岩溶水 • （2）覆盖型岩溶水 • （3）埋藏型岩溶水
（1）溶管型蓄水构造及 溶管型岩溶水 （2）溶隙型蓄水构造及 溶隙型岩溶水
图3-25某石灰岩溶洞纵剖面图
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、潜水 三、承压水
地 下 水 的 类型
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．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，裂隙是程度和 方向。 水渗入地壳内部的通道。它的密度， 张开程度和方向，控制着岩溶的发育
3．水动力条件：指地下水的循环运动条件，地下水交替强度的标志。
理想的溶蚀反应是：
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。