第二章地下水资源的形成

岩溶水
裸露岩溶化岩 层上部岩溶通 道中季节性存 在的重力水
裸露于地表的 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 覆的岩溶化岩 层中的水
五、上层滞水和潜水
1、上层滞水
上层滞水
（1）当包气带中存在局部隔水层时，在局部 隔水层上积聚具有自由水面的自由水，这便是 上层滞水。
（2）上层滞水最接近地表，接受大气降水补 给，以蒸发形式排泄或向隔水底板边缘排泄。
当顶底板为 半隔水层时， 它还可通过 半隔水层， 从上部或下 部的含水层 获得补给， 向上部或向 下部含水层 排泄。
越流补给
4、动态特征：无论在哪一种情况下，承压水参与水循 环都不如潜水那样积极。因此，气候、水文因素的变 化对承压水的影响较小，承压水动态比较稳定。
第二节 地下水运动的基本规律
一、基本概念 二、重力水运动的基本规律 三、饱水粘性土中水的运动规律 四、地下水运动的基本微分方程
第一节 地下水的赋存形式
一、岩石中的空隙
岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙 的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地 下水的分布和运动具有重要影响。
将岩石空隙作为地下水储存场所和运动通道研 究时，可分为三类：
7、岩石骨架中的水：指保存于矿物结晶格架中， 已成为矿物组成部分的水。
（1）结晶水：当矿物中水的组成比例固定不变时 称结晶水，如石膏（CaSO4.2H2O）等矿物中的水。
（2）当所含水的比例可变且较易脱出时称沸石水， 如蛋白石（SiO2.nH2O）、方沸石 （NaAl2Si4O2.nH2O）等矿物中的水。
按裂隙的成因可分为成岩裂隙、构造裂隙和 风化裂隙。
成岩裂隙——岩石在成岩过程中由于冷凝收 缩（岩浆岩）或固结干缩（沉积岩）而产生 的。
构造裂隙——岩石在构造变动过程中受力而 产生的。这种裂隙具有方向性，大小悬殊， 分布不均一。
风化裂隙——风化营力作用下，岩石破坏产 生的裂隙，主要分布在地表附近。
裂隙率——是指裂隙体积（ Vr ）与 包括裂隙在内的岩石体积(V)的比值。
（2）孔隙度
孔隙度——是指某一体积岩石（包括孔隙）中孔隙体 积所占的比例。它表示孔隙体积的多少。
n =Vn /V 或 n =(Vn/V )*100%
孔隙度是一个比值，可用小数或百分数表示。
（3）孔隙度的影响因素
孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情 况，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。对 于粘性土，结构及次生孔隙常是影响孔隙度的重要因 素
4、气态水：以水蒸气的形式储存在地下 的水。它和大气中所含的水蒸气完全一样， 并和大气中的水蒸气相联系。它的活动性 很大，可以随着空气一起在岩石空隙中运 动。
5、固态水：岩石中温度在零度以下的重 力水，即以冰的形态出现的重力水，常分 布在季节性或永久性冻结地区。
6、毛细水：存在于岩石毛 细孔隙中或孔道狭窄部分的 水。
构成松散岩石的颗粒 均为等粒圆球：
a、立方体排列时， 孔隙度为：47.64%
b、四面体排列时， 孔隙度仅为25.95%
立方体排列为最松散 排列，四面体排列为 最紧密排列，自然界 松散岩石的排列多介 于这两者之间。
三种颗粒直径不同的等粒岩石，排列方 式相同时，孔隙度完全相同
2、裂隙
固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩 和变质岩，一般不存在或只保留一部分颗粒 之间的孔隙，而主要发育各种应力作用下岩 石破裂变形产生的裂隙。
♣ 松散岩石中的孔隙 ♣ 坚硬岩石中的裂隙 ♣ 可溶岩石中的溶穴
1、孔隙
（1）孔隙——松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒与 颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。
1、分选良好，排 列疏松的砂； 2、分选良好，排 列紧密的砂； 3、分选不良，含 泥、砂的砾石； 4、经过部分胶结 的岩石； 5、具有结构性孔 隙的粘土； 6、经过压缩的粘 土；
（3）一些水以（OH）或（H）的形式参与矿物组 分，互相结合紧密，只有当矿物结构破坏后，并加 热到400至500度时才能分离出来，这种水称为结构 水，如水铝石（AlO.OH）、白云母（[K、 H]2Al2Si2O3）等矿物中的水。
三、包气带和饱水带、含水层和隔水层
1、包气带和饱水带
在地表以下一定 深度处存在着地下水 面。地下水面以上， 称之为包气带（非饱 和带）；地下水面以 下，称为饱水带（饱 和带）。
空隙细小的岩层（如泥岩层）含的几乎都是 结合水，结合水在平常条件下不能移动，这类 岩层实际上起着阻隔水透过的作用，所以为隔 水层。而空隙较大的岩层（如砂岩层），主要 含有自由水，在水头差作用下能够透过和给出 水，就构成了含水层。
（2）应当注意的几个问题： ——含水层与隔水层划分的相对性 ——含水层和隔水层在一定条件下可
第二章 地下水资源的形成
在地壳表层10余公里范围内，都或多或少 地存在着各种空隙（包括孔隙、裂隙和溶隙）， 这为地下水的赋存提供了必要的空间条件。就 广义而言，地下水不仅存在于岩石的空隙之中， 也可存在于岩石的骨架之中，因此地壳表层就 好象是饱含着地下水的“海绵”。
第一节 地下水的赋存形式
一、岩石中的空隙 二、地下水的存在形式 三、包气带和饱水带、含水层和隔水层 四、地下水分类 五、上层滞水和潜水 六、承压水 七、地下水的补给、排泄和径流
（3）水量一般不大，动态变化比较显著，当 分布范围较小而补给不很经常时，不能终年保 持有水，只在缺水地区才能成为供水水源。
（4）容易受到污染
2、潜水 （1）定义：饱水带中第一个具有自由表面的含水 层中的水称为潜水。
上层滞水 潜水
（2）埋藏特征：潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶 板。潜水的表面为自由水面，称作潜水面；从潜水面到隔 水底板的距离为潜水含水层的厚度。潜水面到地面的距离 为潜水的埋藏深度。潜水含水层厚度与潜水面埋藏深度随 潜水面的升降而发生相应的变化。
（6）潜水的水质主要取决于气候、 地形和岩性条件。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。干旱气候下由细粒组 成的盆地平原，以蒸发排泄为主， 常形成含盐高的咸水。潜水容易 受到污染。
（7）潜水位、潜水等水位线图、潜水流向、潜水水力梯度
潜水位:潜水面上任 一点的高程称为该 点的潜水位。
与大气圈、地表水圈联系密切， 积极参与水循环
根本原因：
埋藏特征——位置浅且上面没有 连续的隔水层
六、承压水（层间水、地层水） 1、定义：
充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的 水叫作承压水，亦称地层水、层间水。
上层滞水 潜水
承压水
2、埋藏条件：承压水含水层上部的隔水层（弱 透水层）称作隔水顶板，或叫限制层。下部的隔 水层（弱透水层）叫做隔水底板。顶底板之间的 距离为含水层厚度。
自上而下包气带 分为：土壤水带、 中间带和毛细水 带
饱水带岩石空 隙全部为液态水 充满，既有自由 水，又有结合水。
由于饱水带中 的地下水连续分 布，能够传递静 水压力，故在水 头差的作用下， 可以发生连续运 动。
2、含水层和隔水层
饱水带岩层按其透过和给出水的能力，可划 分为含水层和隔水层。
（1）含水层是指能够透过并给出相当数量水的 岩层。隔水层则是不能透过并给出水，或透过 和给出水的数量微不足道的岩层。
相互转化 ——岩层的透水性往往具有各向异
性，很难用层来表示，用含水带 可能更好。
5个含水层被4 个弱透水层所阻 隔。当含水层3中 抽水时,短期内相 邻的含水层2和4 的水位均未变动, 图中a范围构成一 个有水力联系的
单元。但当抽水
持续时，最终将 波及图中b的范 围，这时5个含水 层与4个弱透水层 构成一个发生统包气带水 潜水 承压水
表1 地下水分类表
孔隙水
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） 过路及悬留毛细水 及重力水
各类松散沉积物浅 部的水
山间盆地及平原松 散沉积物深部的水
裂隙水
裂隙岩层 浅部季节 性存在的 重力水及 毛细水
裸露于地 表的各类 裂隙岩层 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 的水
（4）潜水的动态变化大，具明显的季节 变化特点。丰水季节或年份，潜水接受的 补给量大于排泄量，潜水面上升，含水层 厚度增大，埋藏深度变小。干旱季节排泄 量大于补给量，潜水面下降，含水层厚度 减小，埋藏深度变大。
（5）潜水积极参与水循环，资源易于补 充恢复，但受气候影响，且含水层厚度一 般比较有限，其资源通常缺乏多年调节性。
岩石中的细小孔隙如自 然界的毛细管。水在其中能 产生毛细运动。因此，在地 下水面以上便形成了一个普 遍的毛细上升带。毛细上升 现象是地下水对孔壁的吸附 力和水的表面张力二者与毛 细管中水的重力产生平衡作 用的结果。
毛细水能够传递静水压 力，具有溶解能力，其性质 近似普通水。在多孔介质中 毛细水的运动不服从达西定 律，而受毛细管力的控制。
潜水等水位线图： 将潜水位各点的连 线，即得潜水等水 位线图。
潜水流向：垂直等 水位线由高到低为 潜水流向。
（7）潜水位、潜水等水位线图、潜水流向、潜水水力梯度
潜水水力梯度： 相邻两条等水 位线的水位差 除以其水平距 离即为潜水面 坡度。当潜水 面坡度不大时， 即可视为潜水 水力梯度。
潜水的基本特点：
承压性是承压水的一个重要特征。
承压区/非承压区（补给区/排泄区）； 承压高度：钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离。为作用 在隔水顶板的以水柱高度表示的附加压强。 测压水位：井中静止水位的高程就是承压水在该点的测压水位。 测压水位高出地表的范围是承压水的自溢区。
3、补给、径流、排泄：承压水受隔水层的限制，与大 气圈、地表水圈的联系较弱。当顶底板隔水性能良好 时，它主要通过含水层出露地表的补给区（这里的水 实际上已转为潜水）获得补给，并通过范围有限的排 泄区排泄。