5.3地下水的性质
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5_地下水
地下水按总硬度分类
分 类 总硬度 mmol/l 德国度 极软水 <1.5 <4.2 软水 1.5~3.0 4.2~8.4 微硬水 3.0~6.0 8.4~16.8 硬水 6.0~9.0 16.8~25.2 极硬水 >9.0 >25.2
地下水的腐蚀性（主要是对混凝土）
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
★ 矿化度(M)
地下水中各种离子、分子与化合物的总量称 矿化度，以g/l或mg/l为单位
地下水按矿化度分类
分类 矿化度， g/l 淡水 <1 微咸水 1~3 咸水 3~10 盐水 10~50 卤水 >50
★
硬度
★ 水中钙、镁离子的含量称水的硬度。 ★ 硬度可分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。
★ 总硬度是水中Ca2+、Mg2+的总量，等于暂时硬度加永久硬度
岩土的水理性质
★容水度——是岩土饱水时所能容纳的最大的水体
积与岩土总体积之比，用小数或百分数表示。
Vw c 100% V
岩土的水理性质
★持水度——是指饱水岩土在重力作用下，保持
在岩土中水的体积与岩土总体积的比值，用小数
或百分数表示。
Vwr Sr 100% V
c Sr S y
岩石中的空隙与水分
野外研究裂隙时， 应注意测定裂隙的方向、 宽度、延伸长度、充填
情况等。
因为这些都对地下 水的运动具有重要影响。
岩石中的空隙与水分
c. 溶穴
可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等， 在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为溶穴（隙）。
[理学]5地下水的物理化学性质
![[理学]5地下水的物理化学性质](https://img.taocdn.com/s3/m/72805cafa0116c175f0e4878.png)
5.2地下水的化学成分
• 硫化氢（H2S）、甲烷（CH4）：地下水中 出现H2S 与CH4，其意义恰好与出现O2 相反， 说明处于还原的地球化学环境。这两种气体 的生成，均在与大气比较隔绝的环境中，有 有机物存在，微生物参与的生物化学过程有 关。其中，H2S 是SO42-的还原产物。
5.2地下水的化学成分
5.1 地下水的物理性质
• 味
5.2地下水的化学成分
• 地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有 机质以及微生物等。 • 4.2.1 地下水中主要气体成分 • 氧（O2）、氮（N2）：地下水中的氧气和氮气 主要来源于大气。它们随同大气降水及地表水 补给地下水，因此，以入渗补给为主、与大气 圈关系密切的地下水中含O2 及N2 较多。
5.2地下水的化学成分
• （3）地下水中的重碳酸根离子HCO3-来源 • ① 碳酸盐岩的溶解： Ca/MgCO3+H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+/Mg2+； • ② 岩浆岩、变质岩地区铝硅酸盐矿物风化溶解 （钠、钙长石）： • Na2Al2Si6O16+2CO2+3H2O→2HCO3-+2Na++ H4Al2Si2O9+4SiO2。
5.1 地下水的物理性质
• 颜色
5.1 地下水的物理性质
• 透明度
• 测量透明度的方法，用筒底装有放水嘴的量筒， 量筒高100cm，直径3cm，将3mm粗的黑十字 线放在量筒底部，注满水后，慢慢打开放水嘴， 筒内水面缓缓下降，同时观测黑十字线，直到 能看到黑十字线的清晰图象为止。记录量筒内 水柱高度，按表确定水的透明度。
5.2地下水的化学成分
5.2.2地下水中离子及分子成分 阳离子：H+、Na+、K+、NH4+、Ca2+、Mg2+、 Fe3+、Fe2+ 阴离子：OH-、Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、 CO32-、PO13主要的有6种离子： Cl-、 SO42-、 HCO3-、 Na+ （K+）、 Ca2+、Mg2+
工程地质 第5章 地下水及其对工程的影响
I —— 水力坡度
断面1
断面2
Q O
h L
H1 H2
O’
A
5.5 地下水运动与动态
二、地下水向集水建筑物运动的计算
基坑开挖时，流入 坑内的地下水和地表水 如不及时排除，会使施 工条件恶化、造成土壁 塌方，亦会降低地基的 承载力。施工排水可分 为明排水法和人工降低 地下水位法两种。
5.5 地下水运动与动态
<4.2 4.2～8.4 8.4～16.8 16.8～25.2
>25.2
meq／L
<1.5 1.5～3.0 3.0～6.0 6.0～9.0
>9.0
mol／L
<7.5×10－4 7.5×104～1.5×108 1.5×10－3～3×10－3 3×10－3～4.5×10－3
>4.5×10－3
5.4地下水分类
1 岩土的空隙性
概念：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。
5.2 地下水的基本概念
1 岩土的空隙性
意义：是地下水赋存场所和运移通道，其多少、大小及其分布规 律，决定着地下水的分布与运动特点
分类：岩土空隙的成因不同
孔隙
裂隙
溶隙
5.2 地下水的基本概念
5.1 概述
1 什么叫地下水
赋存和运移于地面以下岩石空隙中的水。狭义上指赋存于地下水面以下饱和含 水层的水。
2 地下水的功能
地下水是一种宝贵的资源
不工
地下水是地球内部地质演变的信息载体
良程 地地
质质
地下水是极其重要的生态环境因子
现问 象题
地下水是一种很活跃的地质营力
5.2 地下水的基本概念
断面1
断面2
Q O
h L
H1 H2
O’
A
5.5 地下水运动与动态
二、地下水向集水建筑物运动的计算
基坑开挖时，流入 坑内的地下水和地表水 如不及时排除，会使施 工条件恶化、造成土壁 塌方，亦会降低地基的 承载力。施工排水可分 为明排水法和人工降低 地下水位法两种。
5.5 地下水运动与动态
<4.2 4.2～8.4 8.4～16.8 16.8～25.2
>25.2
meq／L
<1.5 1.5～3.0 3.0～6.0 6.0～9.0
>9.0
mol／L
<7.5×10－4 7.5×104～1.5×108 1.5×10－3～3×10－3 3×10－3～4.5×10－3
>4.5×10－3
5.4地下水分类
1 岩土的空隙性
概念：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。
5.2 地下水的基本概念
1 岩土的空隙性
意义：是地下水赋存场所和运移通道，其多少、大小及其分布规 律，决定着地下水的分布与运动特点
分类：岩土空隙的成因不同
孔隙
裂隙
溶隙
5.2 地下水的基本概念
5.1 概述
1 什么叫地下水
赋存和运移于地面以下岩石空隙中的水。狭义上指赋存于地下水面以下饱和含 水层的水。
2 地下水的功能
地下水是一种宝贵的资源
不工
地下水是地球内部地质演变的信息载体
良程 地地
质质
地下水是极其重要的生态环境因子
现问 象题
地下水是一种很活跃的地质营力
5.2 地下水的基本概念
06-5.3-3 孔隙水、裂隙水、岩溶水
侵入岩中的裂隙，通常在其与围岩接触的部 分最为发育，在此形成富水带。
17:05
114-7
赋存和运移于构造裂隙中的地下水称 为构造裂隙水。
由于构造裂隙较为复杂，构造裂隙 水 的变化也较大，呈现出不均匀性和各 向异 性的主要特点。
17:05
114-8
一般按裂隙分布的产状，将构造裂隙水分为层状 裂 隙水和脉状裂隙水两类。
1. 地下水按含水层性质分为哪几类？各有 什么特征？
17:05
114-11
层状裂隙水埋藏于沉积岩、变质岩的节理及片理 等 裂隙中，这类裂隙常发育均匀，能形成相互连通的 含水 层，具有统一的水面，可视为潜水含水层；当其 上部被 新的沉积层所覆盖时，就可以形成层状裂隙承压 水。
脉状裂隙水往往存在于断层破碎带中，通常为承压 水性质，一般由大气降水及地表水补给，在地形低洼处 ， 常沿断层带以泉的形式排泄，通常水量大、延伸远 、水 位一致，其富水性取决于断层性质、两盘岩性及 次生充 填情况等。
多雨 和地形平缓地区，风化裂隙水较丰富，常以泉的
形式排 泄于河流中；在地形起伏大，沟谷发育的山区
，径流和 排泄条件好，不利于风化裂隙水的储存，所
以除了雨季 短时期外，水量不大。
17:05
114-6
贮存并运移在成岩裂隙中的地下水称为 成 岩裂隙水 。
成岩裂隙一般常见于岩浆岩中，喷出岩类的 成岩裂隙以玄武岩最为发育，这一类裂隙在水平 和垂直方向上都比较均匀，呈层状分布，彼此相 互连通，裂隙不随深度减弱，水量往往较大，下 伏隔水层往往是其他的不透水层。
17:05
114-5
赋存在风化裂隙中的水为风化裂隙水。
风化裂隙水常埋藏于地表浅处，含水层厚度不大， 水平方向透水性均匀，垂直方向透水性随深度而减弱， 逐渐过渡到不透水的未风化的岩石。风化裂隙水多为 裂 隙-潜水型，具有统一的水面。
17:05
114-7
赋存和运移于构造裂隙中的地下水称 为构造裂隙水。
由于构造裂隙较为复杂，构造裂隙 水 的变化也较大，呈现出不均匀性和各 向异 性的主要特点。
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一般按裂隙分布的产状，将构造裂隙水分为层状 裂 隙水和脉状裂隙水两类。
1. 地下水按含水层性质分为哪几类？各有 什么特征？
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114-11
层状裂隙水埋藏于沉积岩、变质岩的节理及片理 等 裂隙中，这类裂隙常发育均匀，能形成相互连通的 含水 层，具有统一的水面，可视为潜水含水层；当其 上部被 新的沉积层所覆盖时，就可以形成层状裂隙承压 水。
脉状裂隙水往往存在于断层破碎带中，通常为承压 水性质，一般由大气降水及地表水补给，在地形低洼处 ， 常沿断层带以泉的形式排泄，通常水量大、延伸远 、水 位一致，其富水性取决于断层性质、两盘岩性及 次生充 填情况等。
多雨 和地形平缓地区，风化裂隙水较丰富，常以泉的
形式排 泄于河流中；在地形起伏大，沟谷发育的山区
，径流和 排泄条件好，不利于风化裂隙水的储存，所
以除了雨季 短时期外，水量不大。
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114-6
贮存并运移在成岩裂隙中的地下水称为 成 岩裂隙水 。
成岩裂隙一般常见于岩浆岩中，喷出岩类的 成岩裂隙以玄武岩最为发育，这一类裂隙在水平 和垂直方向上都比较均匀，呈层状分布，彼此相 互连通，裂隙不随深度减弱，水量往往较大，下 伏隔水层往往是其他的不透水层。
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赋存在风化裂隙中的水为风化裂隙水。
风化裂隙水常埋藏于地表浅处，含水层厚度不大， 水平方向透水性均匀，垂直方向透水性随深度而减弱， 逐渐过渡到不透水的未风化的岩石。风化裂隙水多为 裂 隙-潜水型，具有统一的水面。
地下水的物理性质和化学成分资料
强
福岛第一核电站运营商东京电力公司发言人松茂直
之3月31日说，东电3月30日11时10分从1号反应堆地下 15米处采集地下水样本。
检测结果显示，每千克样本碘131放射性活度为430 贝克勒尔，超过政府规定安全水平1万倍。
3.2
地下水的化学成分
各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等 3.2.1 地下水中主要气体成分 主要的气体组分：O2、N2、CO2、H2S、CH4、H2、
离子浓度越高，温度越高，导电性越强
根据地下水的导电性，可以区分含水层和隔水层、 矿水和淡水，也可以根据导电性圈定富水地带，寻找 断裂破碎带 （8）放射性
取决于其中放射性物质的含量
地下水按放射性元素的含量（g/L）分为强放射性 水，中等放射性水和弱放射性水
以镭为例
弱 10-10g/L
中等 ＞10-9g/L
温度每升高1℃所需增加的深度（m）称为【地热增温 级】（m/℃） 一般地区为：33m/℃ 近代火山活动地区为：1m/℃；如西藏羊八井达到0.3m/℃ 前寒武纪地区为：100m/℃
（2）颜色
由于含有某种离子较多，或者富集悬浮物质 和胶体物质 取决于水中溶解的盐类和有机质 二氧化碳——清凉可口 重碳酸钙——味美可口 氯化钠——咸味 硫酸钠——涩味
CH3COOH 8NO3 6H2O 10CO2 4N2 8OH 能量
5S 6KNO3 2H2O 3N2 K2 SO4 4KHSO4
2)氮（N2） ②分布特征 A）由于N2的化学性质不及氧活泼，它的分布随深度的减 少，不及O2明显 B）大气中的惰性气体（Ar/氩、Kr/氪、Xe/氙xiān）与N2 的比例恒定，即：（Ar+Kr+Xe）/N2=0.0118。 比值等于此数，说明N2是大气起价化合物而从中沉 淀； 反之，地下水中含O2少，形成低价态化合物而易于在 水中迁移
地下水的物理性质及化学成分
一、地下水的温度 二、地下水的颜色 三、地下水的透明度
四、地下水的嗅（气味）
五、地下水的味（味道）
六、地下水的比重
发挥人的感觉器官，相对应：眼睛看一看（二，三），鼻子闻一闻（四），嘴巴 尝一尝（五），触觉体会一下温度（一，六）等。
一、地下水的温度
• 水温变化范围可达100℃以上。在寒带和多年积雪地带，浅层的地下
3.重碳酸根离子（HCO3-）
• HCO3-分布广，含量不高，一般＜1g/L。HCO3-是低盐量地下 水的主要成分。 • 来源:碳酸盐类如石灰岩、白云岩或泥灰岩的溶解： •
•
CaCO
3
+ H2O + CO
2 2
→Ca2+ +2HCO3→Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3-
CaMg（CO3）2 +2H2O +2CO
（一）地下水中的主要离子成分 7
第 二 节
地 下 水 的 化 学 成 分
一、地下水的化学成 分
60多种
（二）地下水中的主要气体成分
（三）地下水中的胶体成分 （四）地下水中的有机质及细菌成分
1.地下水的酸碱性 ph 二、地下水的化学性质 2.地下水的总矿化度 M 3.地下水的硬度 4.地下水的侵蚀性
六、地下水的比重
• 地下水的比重近于1：取决于水中所含盐分的多少。 当水中溶解了较多的盐分时，比重可达1.2～1.3。 • 地下水的导电性及放射性： • 导电性取决于含电解质的数量与性质（即各种离 子的含量与离子价），离子含量越多，离子价越 高，则水的导电性就越强。 • 放射性取决于其中放射性物质的含量，地下水不 同程度上或多或少地都具有放射性，但其含量一 般极微，循环于放射性矿床的地下水其放射性相 应增强。
工程地质学第5章地下水课件
5.2 地下水的类型
5.2.1 地下水按埋藏条件分类及其特征 2.潜水
（3）潜水面的表示方法和意义
潜水面的形态和特征通常可以用等水位线图和水文地质剖面图来表示。
5.2 地下水的类型
潜水等水位线图就是潜水面上标高相等各点的连线图，绘制时将 研究地区的潜水人工露头和天然露头的水位等高的各点即为等水位线 图。它有以下用途：
5.3 地下水的性质 5.3.2 地下水的化学性质
5.3 地下水的性质
5.3.2 地下水的化学性质
2.地下水的化学性质 （1）地下水的酸碱性
地下水类型 强酸性水 弱酸性水 中性水 弱碱性水
pH值
＜5
5～7
7
7～9
强碱性水 ＞9
（2）地下水的总矿化度 地下水所含各种离子、分子及化合物的总量称为总矿化度，以g/L表示。
5.1 地下水的基本概念
5.1.2 含水层与隔水层 表5-3 常态下岩石的透水程度
5.2 地下水的类型及其特征
按照地下水的埋藏条件可分为三大类： ➢ 包气带水 ➢ 潜水 ➢ 承压水；
按照含水介质类型可分为三大类： ➢ 孔隙水 ➢ 裂隙水 ➢ 岩溶水
地下水的综合分类
含水介质
类型
孔隙水
裂隙水
岩溶水
5.2 地下水的类型
5.2.2 地下水按含水介质类型分类及其特征
2.裂隙水
赋存并运移于各种岩溶空隙中的地下水称为岩溶水（喀 斯特水）。岩溶水，可以是潜水也可以是承压水。一般来说， 在裸露的石灰岩分布区的岩溶水主要是潜水；当岩溶化岩层 被其他岩层所覆盖时，岩溶潜水可能转变为岩溶承压水。
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 沟，筑挡水坝，开凿输水隧洞改道等等。
地下水的物理性质
为什么要减去一半，这是因为在蒸干时有将近一半的HCO3-分解生 成CO2及H2O而逸失，同时保证与干涸残余物的重量相匹配。
库尔洛夫式表示法：
横线上下：
表示阴阳离子——分别按毫克当量百分数自
大到小顺序排列,小于10%的离子不予表示。
横线前：
依次表示特殊成分、气体成分、矿化度(以
字母M为代号),单位为g/L；
水文地球化学的研究必须与地下水运动 的研究紧密结合。
地下水水质的演变具有时间上继承的特点：
自然地理与地质发展历史给予地下水的
化学面貌以深刻影响，故不能从纯化学角度 , 孤立、静止地研究地下水的化学成分及其形 成,必须从水与环境长期相互作用的角度,去 揭示地下水化学演变的内在依据与规律。
§3 地下水的化学特征
第六章
地下水的物理性质
本章内容
地下水的温度 地下水的其它物理性质特征
地下水的物理性质包括水温、颜色、透明度、味道、气
味、比重、放射性、导电性。
一、地下水的温度
地下水的温度主要受当地地温变化的影响。要研究地下 水的温度，首先要研究地温的变化规律。
地壳表层有两个热能来源:
太阳的辐射； 地球内部的热流。
注意：
溶滤作用与溶解作用在内涵上的区别 溶滤作用：在不破坏晶体结晶格架情况下，部分组分进入地下水中的作用。如难 溶的硅铝酸盐中的某些成分。 溶解作用：破坏了矿物的结晶格架，使矿物的全部成分进入地下水中。如氯化钠。
第七章
地下水的化学成分
及其形成作用
本章内容
概述
地下水的物理性质
地下水的化学特征 地下水化学成分的形成作用 地下水化学成分的成因类型
库尔洛夫式表示法：
横线上下：
表示阴阳离子——分别按毫克当量百分数自
大到小顺序排列,小于10%的离子不予表示。
横线前：
依次表示特殊成分、气体成分、矿化度(以
字母M为代号),单位为g/L；
水文地球化学的研究必须与地下水运动 的研究紧密结合。
地下水水质的演变具有时间上继承的特点：
自然地理与地质发展历史给予地下水的
化学面貌以深刻影响，故不能从纯化学角度 , 孤立、静止地研究地下水的化学成分及其形 成,必须从水与环境长期相互作用的角度,去 揭示地下水化学演变的内在依据与规律。
§3 地下水的化学特征
第六章
地下水的物理性质
本章内容
地下水的温度 地下水的其它物理性质特征
地下水的物理性质包括水温、颜色、透明度、味道、气
味、比重、放射性、导电性。
一、地下水的温度
地下水的温度主要受当地地温变化的影响。要研究地下 水的温度，首先要研究地温的变化规律。
地壳表层有两个热能来源:
太阳的辐射； 地球内部的热流。
注意：
溶滤作用与溶解作用在内涵上的区别 溶滤作用：在不破坏晶体结晶格架情况下，部分组分进入地下水中的作用。如难 溶的硅铝酸盐中的某些成分。 溶解作用：破坏了矿物的结晶格架，使矿物的全部成分进入地下水中。如氯化钠。
第七章
地下水的化学成分
及其形成作用
本章内容
概述
地下水的物理性质
地下水的化学特征 地下水化学成分的形成作用 地下水化学成分的成因类型
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
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。
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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％。
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。
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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。
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。
工程地质学-地下水
Ca OH2 +2H+ Ca 2+ +2H2O 碳酸性侵蚀： 由于CaCO3在侵蚀性CO2作用下溶解使砼遭受破坏
CaCO3 H2O CO2 CaHCO3 2 Ca 2 2HCO3
Ca OH 2 +CO2 CaCO3 +2H 2O
②结晶性侵蚀：
②分解类腐蚀
③结晶分解复合类腐蚀
当 地 下 水 中 NH4- ， NO3- ， Cl- 和 由 于 地 下 水 中 含 有 超 量 Mg2+ 离子的含量超过一定数量时， CO2 时混凝土中的 CaCO3 被 与混凝土中的 Ca(OH) 发生反应， 2 溶解而受腐蚀，即为分解 Ca(OH) 与镁盐作用的生成物中， 2 类腐蚀。地下水的酸度过 除 Mg(OH) 不易溶解外， CaCl 则 2 2 大，即pH值小于某一数值， 易溶于水并随之流失 。硬石膏 那 么 混 凝 土 中 的 Ca(OH)2 CaSO 一方面与混凝土中的水化 4 也要分解，特别是当反应 铝酸钙反应生成水泥杆菌；另一 生成物为易溶于水的氯化 方面，硬石膏遇水生成二水石膏。 物时，对混凝土的分解腐 二水石膏在结晶时体积膨胀，破 蚀很强烈。 坏混凝土的结构。
主要是硫酸盐侵蚀，是含有硫酸盐的水与砼发生反应，在砼的孔洞中形成石 膏和硫酸铝盐晶体；由于结晶膨胀作用使砼的强度降低以致破坏。
生成硫酸铝盐的反应式为： 3CaO.Al2O3.6H2O+3CaSO4 25H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O 石膏是形成硫酸铝盐的中间产物。 ③结晶分解复合性侵蚀
第5章 地下水
内容提要
5.1概述
5.2地下水的类型及其主要特征
5.3地下水的性质
地下水的理化性质及其形成作用
节水优先原则
推广节水技术和节水意识，提 高水资源利用效率，减少地下
水开采量。
防止污染途径和治理方法
污染源控制
严格控制工业废水、生活污水和农业 面源污染等污染源，防止污染物进入 地下水。
水质监测与预警
建立地下水水质监测网络，实时监测 水质变化，及时发现并预警污染事件。
污染场地修复
对已经污染的场地进行修复，采用物 理、化学或生物方法去除污染物，恢 复地下水水质。
隔水层特征
空隙小、连通性差，透水性弱或不透水；对地下水流起阻隔 作用。
02
地下水的物理性质
温度
地下水的温度通常受地温影响，随深度增加而升 高。
不同地区和不同深度的地下水温度有所差异。
地下水温度对地下环境中的生物、化学反应等具 有重要影响。
颜色
纯净的地下水通常无色透明。
含有不同矿物质或杂质的地 下水可能呈现不同颜色，如
黄色、红色、绿色等。
地下水的颜色可以反映其成分 和污染状况。
透明度
01
地下水的透明度通常较高，可以清晰看到水底的物体。
02
含有悬浮物或胶体的地下水透明度会降低。
透明度是评价地下水质量的重要指标之一。
03
味道和气味
01
02
03
纯净的地下水通常没有 异味。
含有某些矿物质或杂质 的地下水可能具有特定 的味道或气味，如咸味
降水量、降水强度、降水历时 等因素影响入渗补给量。
不同地区、不同岩性、不同地 形条件下，降水入渗补给地下 水的比例和方式存在差异。
地表水补给
地表水（如河流、湖泊等）与地下水 存在密切的水力联系，通过河床渗漏 、侧向补给等方式补给地下水。
地表水的水质、水量以及河床地质条 件等因素对地表水补给地下水的过程 和结果产生影响。
推广节水技术和节水意识，提 高水资源利用效率，减少地下
水开采量。
防止污染途径和治理方法
污染源控制
严格控制工业废水、生活污水和农业 面源污染等污染源，防止污染物进入 地下水。
水质监测与预警
建立地下水水质监测网络，实时监测 水质变化，及时发现并预警污染事件。
污染场地修复
对已经污染的场地进行修复，采用物 理、化学或生物方法去除污染物，恢 复地下水水质。
隔水层特征
空隙小、连通性差，透水性弱或不透水；对地下水流起阻隔 作用。
02
地下水的物理性质
温度
地下水的温度通常受地温影响，随深度增加而升 高。
不同地区和不同深度的地下水温度有所差异。
地下水温度对地下环境中的生物、化学反应等具 有重要影响。
颜色
纯净的地下水通常无色透明。
含有不同矿物质或杂质的地 下水可能呈现不同颜色，如
黄色、红色、绿色等。
地下水的颜色可以反映其成分 和污染状况。
透明度
01
地下水的透明度通常较高，可以清晰看到水底的物体。
02
含有悬浮物或胶体的地下水透明度会降低。
透明度是评价地下水质量的重要指标之一。
03
味道和气味
01
02
03
纯净的地下水通常没有 异味。
含有某些矿物质或杂质 的地下水可能具有特定 的味道或气味，如咸味
降水量、降水强度、降水历时 等因素影响入渗补给量。
不同地区、不同岩性、不同地 形条件下，降水入渗补给地下 水的比例和方式存在差异。
地表水补给
地表水（如河流、湖泊等）与地下水 存在密切的水力联系，通过河床渗漏 、侧向补给等方式补给地下水。
地表水的水质、水量以及河床地质条 件等因素对地表水补给地下水的过程 和结果产生影响。
道路养护与管理专业《地下水——地下水的物理性质和化学成分》
地下水的物理性质和化学成分四、地下水的物理性质和化学成分地下水储存运移在岩土体中，介质相互作用、溶解岩土中可溶物质，使地下水不是化学意义上的纯水而是一种复杂的溶液。
因此，研究地下水的物理性质和化学成分，对于了解地下水的成因与动态，确定地下水对混凝土等的侵蚀性等，都有着实际的意义。
〔一〕地下水的物理性质地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、气味、味道、密度、导电性及放射性等。
1温度地下水的温度因自然条件不同而变化的。
地下水温度的差异，主要受各地区的地温条件所控制，通常随埋藏深度不同而异，埋藏越深，水温越高。
温带和亚热带平原区的浅层地下水，年平均温度比所在地区年平均气温高1－2℃。
极地、高纬度和山区的地下水温度很低，地壳深处和火山活动区的地下水温度很高。
水温低于2021地下水，称冷水，20210℃者称温水，高于50℃者称热水。
一般用温度计测定地下水的温度。
2颜色地下水一般是无色透明的，当水中含有某种化学物质时，可显示一定的颜色。
例如含亚铁离子或硫化氢气体的水为浅蓝绿色，含有高价铁的水为褐红色，含腐殖质或有机物时呈浅黄色，含黑色矿物质或碳质悬浮物时为灰色，含粘土颗粒或浅色矿物质悬浮物时为土色。
3透明度常见的地下水为无色透明的，地下水的透明度决定于水中所含盐类、悬浮物、有机质和胶体的数量。
透明度分为透明、微混浊、混浊和极混浊四级。
水深60厘米时能看见容器底部3毫米粗的线者为透明；30~60厘米深度能看见者为微混浊；30厘米深度以内能看见者为混浊；水很浅也看不见者为极混浊。
4比重一般情况下，地下淡水的比重接近或等于1，地下水比重大小与水的温度和水中溶解的盐类多少有关。
溶解的盐分愈多，比重就愈大，盐分多时可以到达12~13。
5导电性地下水导电性与水中所含电解质的数量与性质有关。
离子含量愈多，离子价愈高，水的导电性愈强。
此外，温度对导电性也有影响。
6放射性因为岩土体中都含有一定量的放射性物质，所以在其中渗流的地下水也都有放射性。
5-3地下水
三、地下水
1、什么是地下水？
地下水：存在于地表土层和岩石孔隙/裂隙中的水
主要源于渗入的大气降水（雨、雪）
岩石
世界总人口1/2以上赖以作为饮用水
颗粒
提供了灌溉用水总量的 40%
孔隙
重要的地质营力
被过度使用后会导致:
- 缺水
裂隙
- 地面沉降
岩石
- 污染
基块
2、一些有关的概念
地表 未饱和带（包气带/渗流带）
孔隙中为水和空气
潜水面
孔隙全部被水充满
饱和带(潜流带)
2、一些有关的概念（续）
透水层：水能渗流通过的岩层（如松散的砂砾层、砂岩）。 隔水层（不透水层）：水不能渗流通过的岩层（如泥岩）。 含水层：透水层中蓄满了地下水的部分。 潜 水：位于第一个隔水层之上的含水层中具有自由表面的地下水。 承压水：位于两个隔水层之间的含水层中的地下水。 测势面：连接供水区和泄水区的一个假想面。
6、人类活动与地下水问题
地面沉降
意大利威尼斯
过度取用地下水造成的地面沉降
52年间沉降了9米！
美国加利福尼亚San Joaquin 谷 电杆上不同年份的位置为当时的地面
、地下水被大量抽取
…结果导致地面塌陷
地面塌陷 (Florida)
6、人类活动与地下水问题
潜水面的位置在雨季 较高而在旱季较低
3、潜水面
大量抽取地下水会使潜水面明显降低、形成以抽水井为中心的 潜水面“降落漏斗”
大量抽水前 大量抽水后
原潜水面 降低的潜水面
3、潜水面
• 几口相邻的抽水井可形成几个交切的潜水面“降落漏斗”
排污管线
未饱和带 井
潜水面
降落漏斗
1、什么是地下水？
地下水：存在于地表土层和岩石孔隙/裂隙中的水
主要源于渗入的大气降水（雨、雪）
岩石
世界总人口1/2以上赖以作为饮用水
颗粒
提供了灌溉用水总量的 40%
孔隙
重要的地质营力
被过度使用后会导致:
- 缺水
裂隙
- 地面沉降
岩石
- 污染
基块
2、一些有关的概念
地表 未饱和带（包气带/渗流带）
孔隙中为水和空气
潜水面
孔隙全部被水充满
饱和带(潜流带)
2、一些有关的概念（续）
透水层：水能渗流通过的岩层（如松散的砂砾层、砂岩）。 隔水层（不透水层）：水不能渗流通过的岩层（如泥岩）。 含水层：透水层中蓄满了地下水的部分。 潜 水：位于第一个隔水层之上的含水层中具有自由表面的地下水。 承压水：位于两个隔水层之间的含水层中的地下水。 测势面：连接供水区和泄水区的一个假想面。
6、人类活动与地下水问题
地面沉降
意大利威尼斯
过度取用地下水造成的地面沉降
52年间沉降了9米！
美国加利福尼亚San Joaquin 谷 电杆上不同年份的位置为当时的地面
、地下水被大量抽取
…结果导致地面塌陷
地面塌陷 (Florida)
6、人类活动与地下水问题
潜水面的位置在雨季 较高而在旱季较低
3、潜水面
大量抽取地下水会使潜水面明显降低、形成以抽水井为中心的 潜水面“降落漏斗”
大量抽水前 大量抽水后
原潜水面 降低的潜水面
3、潜水面
• 几口相邻的抽水井可形成几个交切的潜水面“降落漏斗”
排污管线
未饱和带 井
潜水面
降落漏斗
水文地质学基础：地下水的物理性质和化学特征
3.地下水的化学成分
– 溶解气体意义： • 气体成分能够说明地下水所处的地球化学环境 – O2、N2：主要来源于大气；指示地下水是大气起源， 若只有N2说明地下水起源于大气且处于还原环境 – CH4、H2S：来源于封闭还原环境下微生物参与的生 • 会物增化加学地作下用水；溶指解示某还些原矿环物境组分的能力 - CO2主要来自与土壤中有机质残骸的发酵作用与植 物的呼吸作用，可增加水对碳酸盐岩等的溶解能力
地下水的物理性质和化学特征
目录
1 概述
目录 CONTEN
TS
2 地下水的物理性质 3 地下水的化学成分
3 地下水的化学成性质
1.概述
• 地下水含有各种组分具有一定的物理性质和化学组特征。 • 水是良好的溶剂，在空隙中运移时，可溶解岩石中的成分。
在自然界水循环过程中，地下水与大气圈、水圈与生物圈 同时发生着水量和化学成分的交换。
• 中等矿化的地下水中，阴离子常以
SO4２-为主，阳离子则以Na+或
谢பைடு நூலகம்观看 ！
3.地下水的化学成分
离子成分
阴离子：Cl-、SO2-4、HCO-3 阳离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+
来源于相应矿物、岩石的溶解风化
3.地下水的化学成分
其他成分
• H+、Fe2+、F3+、Mn2+、NH4+、OH-、NO2、NO3、 CO32-、SiO3-及PO43-等。
• 微量组分，有Br、I、F、B、Sr等。 • 胶体Fe（OH）3、Al（OH）3、H2SiO3等。 • 有机质：经常以胶体的方式存在于地下水中。有机质
• 意义：水质评价，水化学找矿；地震预报等
地下水的物理性质与化学成分PPT课件
3、横线后以字母t为代号, 表示水温, 单位为℃ 。 4、式中各成分含量一律标于该成分符号的右下角,
原子数则移至右上角。
舒卡列夫的水化学类型分类
1、根据水中各阴、阳离子含量, 将大于25%毫 克当量百分数的离子参加分类命名。阴离子在前, 阳离子在后, 含量大的在前, 含量小的在后, 中间 用短横线相连来对地下水化学类型进行命名。
大骨节病与克山病 病因：缺钙、硫、硒等元素；饮用水中含过量的 腐殖酸。
慢性氟中毒
3.4.2 地下水污染及其与人类生存的关系
脱硫酸作用的结果 SO42-减少以至消失; HCO3-增加; pH值变大。
不同位置发生的水化学作用不同
浓缩 混合
脱碳酸
氧化作用 还原作用
溶滤作用
交替吸附 脱硫酸
3.4 地下水化学特征与为类生存的关系
在天然状态下，水中存在的有害物质或缺乏某些 人体所必需的物质问题，称之为第一类环境地质 问题或原生的环境地质问题。
（7）镁离子 主要来源于地下水对白云岩及泥灰岩的溶解。
镁盐的溶解度虽然比钙盐大，但镁离子容易被植 物吸收，所以在地下水中的含量一般比钙离子少。
3.2.2 地下水化学成分的性质
1. 总含盐量与总溶解固体（TDS）
定义：存在于地下水中的离子、分子和微粒（不
包括气体）之总含量称为地下水的总食盐量，通
常以 g/L 表示。
SO42-
Cl-
HCO3SO42-
Cl-
HCO3-
SO42Cl-
阳离子交替和吸附作用 一定条件下，颗粒将吸附地下水中的某些阳离子，
而将原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，即 为阳离子交替和吸附作用。 影响因素：
岩土颗粒的比表面积； 阳离子吸附于颗粒表面的能力； 地下水中某些离子的相对浓度。
原子数则移至右上角。
舒卡列夫的水化学类型分类
1、根据水中各阴、阳离子含量, 将大于25%毫 克当量百分数的离子参加分类命名。阴离子在前, 阳离子在后, 含量大的在前, 含量小的在后, 中间 用短横线相连来对地下水化学类型进行命名。
大骨节病与克山病 病因：缺钙、硫、硒等元素；饮用水中含过量的 腐殖酸。
慢性氟中毒
3.4.2 地下水污染及其与人类生存的关系
脱硫酸作用的结果 SO42-减少以至消失; HCO3-增加; pH值变大。
不同位置发生的水化学作用不同
浓缩 混合
脱碳酸
氧化作用 还原作用
溶滤作用
交替吸附 脱硫酸
3.4 地下水化学特征与为类生存的关系
在天然状态下，水中存在的有害物质或缺乏某些 人体所必需的物质问题，称之为第一类环境地质 问题或原生的环境地质问题。
（7）镁离子 主要来源于地下水对白云岩及泥灰岩的溶解。
镁盐的溶解度虽然比钙盐大，但镁离子容易被植 物吸收，所以在地下水中的含量一般比钙离子少。
3.2.2 地下水化学成分的性质
1. 总含盐量与总溶解固体（TDS）
定义：存在于地下水中的离子、分子和微粒（不
包括气体）之总含量称为地下水的总食盐量，通
常以 g/L 表示。
SO42-
Cl-
HCO3SO42-
Cl-
HCO3-
SO42Cl-
阳离子交替和吸附作用 一定条件下，颗粒将吸附地下水中的某些阳离子，
而将原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，即 为阳离子交替和吸附作用。 影响因素：
岩土颗粒的比表面积； 阳离子吸附于颗粒表面的能力； 地下水中某些离子的相对浓度。
5.3地下水的性质
§5.3 地下水的性质
5.3.1 地下水的物理性质
温度、颜色、透明度、气味、 温度、颜色、透明度、气味、 味道、比重、 味道、比重、导电性和放射性
一、温度： 温度：
地下水的温度变化主要受气温和地温的影响。埋藏深 度不同的地下水，具有不同的温度变化规律。深层地下水 的温度变化很小。
昼夜变化（0~5m） 变温带 常温带 增温带 地下水温度随气温的变化而变化的深度 季节变化（5~50m） 地下水温度随气温的变化幅度趋于0的深度 地下水温度随深度的增加而增加的地带 与地温相同 H = g (TH - tB) + h
透明度的测定方法： 透明度的测定方法： 通过盛水样的试管， 粗线的水深来确定。 通过盛水样的试管，以看清 3mm粗线的水深来确定。 粗线的水深来确定
四、气味
地下水一般是无气味的，但当其中含有某些离子 或某种气体时，则出现特殊的气味。例如：水中含有 H2S气体时，具有臭鸡蛋气味；水中亚铁盐含量很高时 具有铁腥气味；含有腐殖质时具有腐草（沼泽）气味。 水的气味在低温时很难判断，加热到 ℃时气味最明 加热到40 加热到 显。
测定地下水颜色的方法：取两支无色透明玻璃试管，一支 装蒸馏水，一支装被测地下水，在管下衬以白纸，自上而 下观测其颜色。
三、透明度
地下水的透明度取决于水中固体与胶体悬浮物的含量。常见的地下 地下水的透明度取决于水中固体与胶体悬浮物的含量。 水一般是透明的。 水一般是透明的。 地下水按透明度分为四级：透明的、微浊的、浑浊的和极浊的。 地下水按透明度分为四级：透明的、微浊的、浑浊的和极浊的。
地下水按温度分类
类别 温度（℃ ） 过冷水 ＜0 冷水 0－20 温水 20－42 热水 42－100 过热水 ＞100
二、颜色
5.3.1 地下水的物理性质
温度、颜色、透明度、气味、 温度、颜色、透明度、气味、 味道、比重、 味道、比重、导电性和放射性
一、温度： 温度：
地下水的温度变化主要受气温和地温的影响。埋藏深 度不同的地下水，具有不同的温度变化规律。深层地下水 的温度变化很小。
昼夜变化（0~5m） 变温带 常温带 增温带 地下水温度随气温的变化而变化的深度 季节变化（5~50m） 地下水温度随气温的变化幅度趋于0的深度 地下水温度随深度的增加而增加的地带 与地温相同 H = g (TH - tB) + h
透明度的测定方法： 透明度的测定方法： 通过盛水样的试管， 粗线的水深来确定。 通过盛水样的试管，以看清 3mm粗线的水深来确定。 粗线的水深来确定
四、气味
地下水一般是无气味的，但当其中含有某些离子 或某种气体时，则出现特殊的气味。例如：水中含有 H2S气体时，具有臭鸡蛋气味；水中亚铁盐含量很高时 具有铁腥气味；含有腐殖质时具有腐草（沼泽）气味。 水的气味在低温时很难判断，加热到 ℃时气味最明 加热到40 加热到 显。
测定地下水颜色的方法：取两支无色透明玻璃试管，一支 装蒸馏水，一支装被测地下水，在管下衬以白纸，自上而 下观测其颜色。
三、透明度
地下水的透明度取决于水中固体与胶体悬浮物的含量。常见的地下 地下水的透明度取决于水中固体与胶体悬浮物的含量。 水一般是透明的。 水一般是透明的。 地下水按透明度分为四级：透明的、微浊的、浑浊的和极浊的。 地下水按透明度分为四级：透明的、微浊的、浑浊的和极浊的。
地下水按温度分类
类别 温度（℃ ） 过冷水 ＜0 冷水 0－20 温水 20－42 热水 42－100 过热水 ＞100
二、颜色
地下水的性质
2）碳酸侵蚀 几乎所有的水中都含有以分子形式存在的 CO2，称其为游离 CO2 。当游离 CO2 含量较多的地下 水与混凝土接触时，会发生如下化学反应：
CaCO3 CO2 H2O Ca2 HCO3
上述反应是可逆的，反应的方向主要视 CO2 的含量而定。当水中 CO2 的含量超过平衡所需的数 量时，混凝土中的 CaCO3 就被溶解。达到平衡浓度时所需的 CO2 含量称为平衡 CO2 。若游离 CO2 超过平衡浓度所需的 CO2 含量时，超出的部分称为侵蚀性 CO2 。地下水中侵蚀性 CO2 越多，对混凝 土的侵蚀越强烈。
工程地质
01
02
03
04
温度
地下水的温度受气 候和地质条件控制。 由于地下水形成的 环境不同，其温度 变化也很大。根据 温度不同，地下水 可分为过冷水、冷 水、温水、热水和 过热水。
颜色
地下水的颜色取决 于它的化学成分及 悬浮物。
透明度
地下水大多是透明 的。当水中含有矿 物质、机械混合物 等时，地下水的透 明度会发生改变。 根据透明度不同， 地下水可分为透明 的、微浑的、浑浊 的和极浑浊的。
天然条件下，赋存于岩石圈中的地下水，不断与岩土发生化学反应，并与大气圈、地表水圈 和生物圈的水进行化学元素的交换，其化学成分随空间及时间而演变。自然界中存在的元素，绝 大多数已经在地下水中发现。
1）地下水中主要离子成分 地下水中的主要离子成分有： 阳离子：H+ ，Na+ ，K+ ，NH4+ ，Mg+ ，Ca+ ，Fe3+ ，Fe2+ 。 阴离子：OH- ，Cl- ，SO42- ，NO2- ，NO3- ，HCO3- ，CO32- ，PO43- 。 其中，在地下水中分布较广、含量较多的离子共7种，它们分别是 Cl- ， SO42- ， HCO3- ， Na+，K+ ，Ca+ 和 Mg+ 。
地下水性质
第五章 地下水的地质作用
主要内容
• 地下水的性质 • 地下水对建筑工程的影响 • 地下水类型及其主要特征
第一节
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。 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。
二、地下水的化学成分 1. 成分来源： • 岩土中的地下水，是一种良好的溶剂， 能溶解岩土中的可溶物质，形成水的化 学成分。 • 地下水的补给、径流、排泄过程中，由 于地质、自然地理环境的影响，地下水 的化学成分不断变化。
2. 地下水中的主要离子成分
• 阳离子：H+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、 Fe2+。 • 阴离子：OH-、Cl-、SO42-、NO3-、HCO3-、 CO32-、SiO32-、PO42-。
温度：通常埋深越深，水温越高。 颜色：决定于化学成分及悬浮物。例如， 含H2S的水为翠绿色；含Ca2+、Mg2+离子 为微蓝色；含Fe2+为灰蓝色；含Fe3+为褐 黄色；含有机腐殖质时为灰暗色；含悬 浮物的水，其颜矿物质、机械混合物、有机质及胶体 时，地下水的透明度就改变。根据透明 度可将地下水分为以下几种：透明、微 浑浊、浑浊、极浑浊。
气味：地下水含有气体或有机质时，具有一定的 气味。如含腐植质时，具“沼泽”味；含硫化 氢时具有臭蛋味。 味道：地下水味道主要取决于地下水的化学成分。 含NaCl的水具咸味；含CaCO3的水清凉爽口； 含Ca（OH）2和Mg（HCO）2的水有甜味，俗 称甜水；当MgC12和MgSO4存在时，地下水有 苦味。 导电性：当含有一些电解质时，水的导电性增强。
主要内容
• 地下水的性质 • 地下水对建筑工程的影响 • 地下水类型及其主要特征
第一节
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。 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。
二、地下水的化学成分 1. 成分来源： • 岩土中的地下水，是一种良好的溶剂， 能溶解岩土中的可溶物质，形成水的化 学成分。 • 地下水的补给、径流、排泄过程中，由 于地质、自然地理环境的影响，地下水 的化学成分不断变化。
2. 地下水中的主要离子成分
• 阳离子：H+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、 Fe2+。 • 阴离子：OH-、Cl-、SO42-、NO3-、HCO3-、 CO32-、SiO32-、PO42-。
温度：通常埋深越深，水温越高。 颜色：决定于化学成分及悬浮物。例如， 含H2S的水为翠绿色；含Ca2+、Mg2+离子 为微蓝色；含Fe2+为灰蓝色；含Fe3+为褐 黄色；含有机腐殖质时为灰暗色；含悬 浮物的水，其颜矿物质、机械混合物、有机质及胶体 时，地下水的透明度就改变。根据透明 度可将地下水分为以下几种：透明、微 浑浊、浑浊、极浑浊。
气味：地下水含有气体或有机质时，具有一定的 气味。如含腐植质时，具“沼泽”味；含硫化 氢时具有臭蛋味。 味道：地下水味道主要取决于地下水的化学成分。 含NaCl的水具咸味；含CaCO3的水清凉爽口； 含Ca（OH）2和Mg（HCO）2的水有甜味，俗 称甜水；当MgC12和MgSO4存在时，地下水有 苦味。 导电性：当含有一些电解质时，水的导电性增强。
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公式中：H--- 地下水的埋藏深度； g --- 地热增温率（m / ℃）； TH-- 地下水水温； tB--- 年平均气温 h --- 年常温带深度
我 国 部 分 地 区 的 地 热 增 温 率
地 区 北京房山 内蒙石拐子 西藏羊八井热田区 华北平原 松辽平原 地 层 岩 性 花岗岩体 侏罗纪砂页岩煤系地层 花岗岩体 第三纪泥岩、砂岩层 白垩纪伏龙泉组砂岩泥岩层 地热增温率 （m / ℃） 40 31.2 0.33 20----50 22----31.2
六、比重
地下水的比重取决于其中所溶解盐分的含量。地下 淡水的比重通常认为与化学纯水的比重相同，其数值为 1。水中溶解的盐分越多，比重越大，有的可达1.2--1.3。
七、导电性
地下水的导电性取决于其中所含电解质的数量和质量，即各种离 子的含量与其离子价。离子含量愈多，离子价愈高，则水的导电性愈 强。此外水温对导电性也有影响。
测定地下水颜色的方法：取两支无色透明玻璃试管，一支 装蒸馏水，一支装被测地下水，在管下衬以白纸，自上而 下观测其颜色。
三、透明度
地下水的透明度取决于水中固体与胶体悬浮物的含量。常见的地下 地下水的透明度取决于水中固体与胶体悬浮物的含量。 水一般是透明的。 水一般是透明的。 地下水按透明度分为四级：透明的、微浊的、浑浊的和极浊的。 地下水按透明度分为四级：透明的、微浊的、浑浊的和极浊的。
§5.3 地下水的性质
5.3.1 地下水的物理性质
温度、颜色、透明度、气味、 温度、颜色、透明度、气味、 味道、比重、 味道、比重、导电性和放射性
一、温度： 温度：
地下水的温度变化主要受气温和地温的影响。埋藏深 度不同的地下水，具有不同的温度变化规律。深层地下水 的温度变化很小。
昼夜变化（0~5m） 变温带 常温带 增温带 地下水温度随气温的变化而变化的深度 季节变化（5~50m） 地下水温度随气温的变化幅度趋于0的深度 地下水温度随深度的增加而增加的地带 与地温相同 H = g (TH - tB) + h
酸碱度(pH值) 值 酸碱度
地下水的酸碱度指的是氢离子浓度，常以pH值表示。
地下水按pH值分类 弱酸性水 中性水 5.0-6.4 6.5-8.0
分类 pH值
强酸性水 <5.0
弱碱性水 8.1-10.0
强碱性水 >10.0
矿化度(M) 矿化度(M)
地下水中各种离子、分子与化合物的总量称矿化度，以 g/l或mg/l表示。习惯上用105-110°C时将水灼干所得的残 余物总量表示。饮用水总矿化度不应超过1.0g/l；灌溉用 水总矿化度不应超过1.7g/l。
地下水按矿化度分类
分类 矿化度（g/l） 淡水 <1 微咸水 1-3 咸水 3-10 盐水 10-50 卤水 >50
硬度： 硬度：水中钙、镁离子的总量称水的硬度。
硬度可分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。总硬度等于暂时 硬度加永久硬度。 暂时硬度指水加热沸腾后所损失的Ca2+、Mg2+含量，此时仍 保持在水中的Ca2+、Mg2+含量称永久硬度。硬度表示方法： （1）mmol/l（毫克当量） （2）德国度 ，1mmol/l=2.8德国度，1德国度相当于 7.1mg/lCa2+或4.3mg/l Mg2+ 。生活饮用水水质标准规定水的硬度 以CaCO3的mg/l表示。
八、放射性
地下水在不同程度上都含有放射性，含量多少取决于水中所含放 射性元素的数量。在地下水中目前已发现60多种不同元素。储存和运 动于放射性矿床及酸性火成岩分布区的地下水，其放射性相应增强。
5.杂的天然溶液。 组成地壳的87种稳定元素中，在地下水中已发现70余种。 （1）主要的气体成分：O2、N2、CO2和H2S （2）主要的离子成分有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、 SO42-、HCO3一般情况下，随着地下水含盐量的变化，其中占主要 地位的离子成分也随之发生变化。含盐量低的水常以HCO3-、 Ca2＋或HCO3-、Mg2＋为主；中等含盐量的常以SO42-、Na＋ 或 SO42-、Ca2＋为主；含盐量高的水则以Cl-、Na＋为主。
五、味道
用嘴尝。地下水的味道取决于它的化学成分。 用嘴尝。地下水的味道取决于它的化学成分。
墨水味 锈味 甜味 水的 味道 咸味 涩味 苦味 清凉爽口 味美适口 水中含有氧化亚铁 水中含有氧化铁 水中含有大量有机质 水中含有 NaCl 水中含有 Na2SO4 水中含有 MgCl2或 MgSO4 水中含有CaCO3 水中含有 水中含有重碳酸钙、 水中含有重碳酸钙、镁
地下水按温度分类
类别 温度（℃ ） 过冷水 ＜0 冷水 0－20 温水 20－42 热水 42－100 过热水 ＞100
二、颜色
地下水的颜色取决于它的化学成分和悬浮于其中的杂质。
无色地下水 翠绿色地下水 常 见 各 种 颜 色 的 地 下 水 浅绿灰色地下水 黄褐色或铁锈色 暗红色地下水 红色地下水 暗黄褐色地下水 淡黄色地下水 一般地下水与化学纯水 含硫化氢气体的水 含低价铁的水 含高价铁的水 含锰的化合物的水 含硫细菌的水 含腐殖质的水 含粘土的水
透明度的测定方法： 透明度的测定方法： 通过盛水样的试管， 粗线的水深来确定。 通过盛水样的试管，以看清 3mm粗线的水深来确定。 粗线的水深来确定
四、气味
地下水一般是无气味的，但当其中含有某些离子 或某种气体时，则出现特殊的气味。例如：水中含有 H2S气体时，具有臭鸡蛋气味；水中亚铁盐含量很高时 具有铁腥气味；含有腐殖质时具有腐草（沼泽）气味。 水的气味在低温时很难判断，加热到 ℃时气味最明 加热到40 加热到 显。
地 下 水 透 明 度 的 野 外 分 级 表
分 级 透明的 微浊的 浑浊的 极浊的 野 外 鉴 别 特 征
无悬浮物及胶体，60 cm 水深可见 3 mm 的粗线 有少量悬浮物，> 30 cm 水深可见 3 mm 的粗线 有较多的悬浮物，半透明状，< 30 cm 水深可见 3 mm 的粗线 有大量悬浮物或胶体，似乳状，水深很浅也不能看见 3 mm 的粗线