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。
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
地下水动力学(第三章_地下水向完整井的稳定运动-1-专)
并得出如下认识； ① 当降深sw相同时，井 径增加同样的幅度，强透 水岩层中井的流量增加得 比弱透水层中的井多； ② 对于同一岩层，井 径增加同样的幅度，大降 深抽水的流量增加得多， 小降深抽水时流量增加得 少； ③ 对于同样的岩层和 降深，小井径时，由井径 增加所引起的流量增长率 大；中等井径时，增长率 减小；大井径时，流量随 井径的增加就不明显了。
2. 抽水时，地下水能达到稳定运动的水文地质条 件 (1) 在有侧向补给的有限含水层中，当降落漏斗扩 展到补给边界后，侧向补给量和抽水量平衡时，地 下水向井的运动便可达到稳定状态。 (2) 在有垂向补给的无限含水层中，随着降落漏斗 的扩大，垂向补给量不断增大。当它增大到与抽水 量相等时，将形成稳定的降落漏斗，地下水向井的 运动也进入稳是状态。 (3) 在没有补给的无限含水层中，随着抽水时间的 延长，水位降深的速率会越来越小，降落漏斗的扩 展越来越慢，在短时间内观测不到明显的水位下降， 这种情况称为似稳定状态，也称似稳定。
H hW Q 2 KM ln r rW
sw s ln 或 2 KM rW 同理得，有两个观测孔时
H 2 H1 Q 2 KM ln r2 r1
Q
r
或
s1 s 2
Q 2 KM
ln
r2 r1
此式为Thiem公式。
水头方程： 联立方程
H 0 hW Q 2 KM ln R rW
其他条件下，Dupuit公式的推广： (1) 巨厚含水层中的潜水井
这时井的降深仅是含水层厚度的一小部分，将Dupuit公 Q R 式改为：
H 0 h w H 0 h w
K
ln
rw
由于含水层比较厚，所以hw的微小变化（即Δ hw）相对于 H0+hw 很小，可忽略不计，H0+hw = 常数
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。
工程地质学_第三章水流地质作用
（4）对河谷纵断面的塑造
A、急流
B、瀑布
C、平衡剖面
（4）向源侵蚀与河流袭夺
下蚀作用在加深河谷的同 时，还使河流向源头方向 发展，加长河谷，把河流 向源头发展的的侵蚀作用 称为向源侵蚀作用。
二、河流的侧蚀作用
河水以自身的动力及挟带 的砂石对河床两侧或谷坡 进行破坏的作用称为河流 的侧蚀作用（或称旁蚀作 用）。 侧蚀作用是平原区河流及 河流下游的主要侵蚀形式。 侧蚀作用的结果使河床弯 曲、谷坡后退、河谷加宽。
（2）山坡型泥石流
B.按泥石流固体物质组成分类
a.泥流：由黏粒、粉粒和砂粒组成，砾石和卵石 颗粒很少，颗粒级配偏细，密度偏高，分稀性和稠 性，呈黏泥状。
b.泥石流：固体物质由大量的黏性土和粒径不等 的砂粒、石块组成，颗粒级配域宽，密度幅度域大， 分布地域广。 c.水石流 固体物质以大小不等的石 块、砂粒为主，黏性土含量较少。
大幅度弯曲的河曲在洪 水期中可能被截弯取直， 遗留的河道形似牛轭，形 成牛轭湖。
3.3 河流的搬运作用与沉积作用
一、搬运作用
河流的搬运作用既有机械搬运，也有化学搬运。
机械搬运作用可分为推移、跃移和悬移三种。
在河流中、上游水急、颗粒较大，推移、跃移和悬移三者共 存，且推移、跃移更主要；在中下游则是跃移和悬移更主要。 颗粒的搬运方式不是固定不变的，随着流速增大，推移可变 为跃移，跃移也可变为悬移。流速降低时，则发生相反的转
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。
地下水基本知识
松散岩土平均孔隙度
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 砾石 砂 粉沙 粘土
影响孔隙度 影响孔隙度的因素 孔隙度的因素 1、颗粒的大小及颗粒排列方式。 颗粒的大小及颗粒排列方式。 的大小及颗粒排列方式
等粒径的最松散排列方式和最紧密排列方式。 等粒径的最松散排列方式和最紧密排列方式。
两个隔水层或弱透水层之间的饱和含水层的水。 两个隔水层或弱透水层之间的饱和含水层的水。 上部隔水层或弱透水层与含水层交界面：顶板； 上部隔水层或弱透水层与含水层交界面：顶板； 下部隔水层或弱透水与含水层交界面层：底板。 下部隔水层或弱透水与含水层交界面层：底板。 承压的含义: 含水层被顶板 底板封闭 顶板、 封闭； 承压的含义 (1) 含水层被顶板、底板封闭；(2) 地下水测压水位高于顶板 顶板。 地下水测压水位高于顶板。
第三章 地下水的运动Байду номын сангаас
地下水的运动：地下水在岩层空隙中流 动过程的特征和规律。
研究地下水运动规律的科学称为地下水动 力学。目前已发展成为一门内容十分丰富的 独立学科。
3.1 地下水运动特征及其基本规律
3.1.1地下水运动的特点 3.1.1地下水运动的特点 （一）曲折复杂的水流通道
（二）流速慢（m/d） （二）流速慢（m/d） 渗流：地下水在曲折的通道中缓慢流动称为。渗流流速 渗流：地下水在曲折的通道中缓慢流动称为。渗流流速 为数m/d。 为数m/d。 过水断面：渗透水流通过的含水层横断面称为过水断面 过水断面：渗透水流通过的含水层横断面称为过水断面
饱和带(潜流带 饱和带 潜流带) 潜流带 被水充满
2．潜水
定义: 定义 潜水 Phreatic Water
第三章 水资源量评价
水资源评价的意义
3.1水资源的形成 3.2地表水资源量评价
3.3地下水资源量评价
水资源评价的意义
水资源评价：是指对于水资源的源头、数量范围及 其可依赖程度、水的质量等方面的确定，并在其基 础上评估水资源利用和控制的可能性。
1988年联合国教 科文组织和世界 气象组织共同给 的定义
分析年降水量的年际变化
降水的季节分配：
指月降水量（或季降水量）占年（典型年 ）降水总量的比例。 指年与年之间降水量的变化。用Cv表示，反映各地的年降水量相对于那里的多 年平均降水量变差的大小，可以采用等值线描述。
降水的年际变化：
极值比
年降水量的极值比
Xmax——最大年降水量 Xmin ——最小年降水量
地下水补给
我国冬季降水稀少，这时河 流几乎全靠地下水补给。地 下水补给河道的水量占年径 流总量的25%~30%。
地下水补给：
指从流域地面以下获得的水量补给，它是河流 水量可靠而经常的来源。是大气降水经过地下 水的调节作用后再对河川径流进行补给，缓和 了河川径流的水情和季节分配的变化。
地下水补给类型：
水资源评价的目的：是保证水资源的可持续发展的前提，是水资源开发 利用的基础；是进行与水有关活动的基础。没有对水资源的综合评价， 就谈不上对水资源的合理规划与管理。
水资源评价原则：1.地表水与地下水统一评价；2.水量水质并重；3.水
资源可持续利用与社会经济发展和生态环境保护相协调。4.全面评价与 重点区域评价相结合。
研究裂隙时，应注意测定裂隙的走向、宽度、延伸长度、联通及充 填情况等，这些因素均对地下水储存和运动有影响。
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3、岩土颗粒形状
岩土颗粒形状度也愈大。 4、粘土
粘土的孔隙度往往可以超过上述理论上最 大孔隙度值。粘土颗粒表面常带有电荷，构成 颗粒集合体，可形成直径比颗粒还大的结构孔 隙。此外，还发育有虫孔、根孔、干裂缝等次 生空隙。
二、 渗透系数 即透水性，是指岩石透水的能力。表征岩土透水 性的定量指标是渗透系数。 影响岩土透水性的因素 1、孔隙大小 松散岩土孔隙通道边缘上是不运动的结合水， 其余是重力水。边缘上的水流速为零，中心处流 速最大。孔隙直径愈小，结合水所占据的空间愈 大，中心处最大流速愈小，实际渗流断面平均流 速就愈小，透水性就愈差。孔隙直径小于两倍结 合水层厚度时不透水。
第二章 含水介质
岩土中的空隙：孔隙、裂隙和岩溶孔洞。
2.1 孔隙
松散岩石颗粒间的空隙，称为孔隙。孔隙 介质的性质，包括孔隙度、给水度、持水度和 渗透系数，直接影响地下水的分布和运移特征。 一、孔隙度 指某一体积岩土(包括孔隙在内) 中孔隙体积所占的比例。
Vn n (100% ) V
松散岩土平均孔隙度
潜水面
u在潮湿气候区， 潜水面的位置较高 （离地面较近）
潮湿气候区
u在干旱气候区， 潜水面的位置较低 （离地面较远）
干旱气候区
潜水面位置的 季节性变化 潜水面的位置在雨季 较高而在旱季较低 季节变动带或暂时饱和带
地形与潜水面
3．承压水
定义:
承压水 Confined Ground Water
三种类型地下水：孔隙水、裂隙水和岩溶水。
第三章 地下水的运动
2.3 溶穴 溶穴(隙) 可溶的沉积岩（岩盐、石膏、石灰岩、 白云岩等）在地下水溶蚀下产生的空洞。 岩溶率溶穴的体积与岩石总体积比值
V k K ( 1 0 0 % ) k V
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。
南京工业大学工程水文地质学全书知识点
第一章地下水自然界的水包括大气水地表水和地下水，彼此密切联系，经常不断相互转化，这种彼此转化的过程就是自然界的水循环。
水在自然界中的循环反映了地球水分不断转化的过程，蒸发、降水和径流是这一过程的主要环节根据岩石空隙的成因不同，可分文：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶隙。
颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。
岩石中的空隙是地下水储存的场所和运输的通道。
孔隙度（n）是孔隙的体积（V n）与包括孔隙在内的岩石体积（V）的比值。
岩石孔隙度的大小主要取决于岩石颗粒的大小，岩石的密实程度即分选型裂隙主要指固结的坚硬岩石（沉积岩、岩浆岩和变质岩）受力破裂形成的空隙。
岩石中的地下水分为孔隙水、裂隙水和熔岩水可溶性岩石（石灰岩、白云岩等）中的裂隙经水流长期溶蚀扩展而形成的空隙，称为溶隙。
岩石中的水的赋存形式：气态水、结合水、毛细水、重力水、固态水。
气态水:水汽存在于未饱和的岩石空隙中。
结合水：在岩石颗粒的静电吸附能力的作用下，水分子能牢固地吸附在颗粒表面，形成水分子薄膜。
毛细水：赋存在地下水面以上毛细空隙中的水。
重力水：岩石颗粒表面的水分子增厚到一定程度，重力对它的影响大于颗粒表面对它的吸引力，因而能在自身重力影响下运动。
固态水：当岩石的温度低于水的冰点时，储存于岩石空隙中的水便冻结成冰，从而形成固态水。
岩石的水理性质：容水性，持水性，给水性，透水性，含水层和隔水层。
含水层：指能够给出并透过相当数量水的岩层。
含水层不但储存有水，而且水可以在其中运移。
隔水层：指那些不能给出并透过水的岩层，或者这些岩层给出与透过的水的数量是微不足道的。
透水性的大小跟孔隙的大小有关。
岩石颗粒排列越松散越均匀岩石颗粒的空隙直径便越大，地下水受阻力较小，水从中透过的能力越强。
细颗粒土由于结合水占据了大部分空隙，粒间孔隙极小，地下水流动阻力极大，所以透水能力差。
第二章地下水类型地下水按埋藏条件分为上层滞水，潜水和承压水。
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
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承 顶板，大气降水、地表水不能直接补给，补给
压 区处于地形较高的含水层出露位置，排泄区位
水 特
于地形较低的位置
征
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
(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
• 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
（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。
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
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。 是指含水层全年的排泄量与其贮水量之比。潜水，气候潮湿、 水文网发育，此系数为0.1～1.0。承压水小于0.00001，对 大型的承压盆地(或斜地)，水的全面交替需要很长时间。
第三章 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
作业思考题
第一节 不同埋藏条件下的地下水
一二、、上潜层水滞水及其特征 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)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)。
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。
（1）纵向上(即沿扇形轴的方向上)的规律 （2）在铅直方向上的规律
（3）在成分上的规律
1纵向上(即沿扇形轴的方向上)的规律
•
洪积扇在从山口到平原的流向上，一般表现为由
粗碎屑沉积渐变为细的碎屑沉积的水平分布规律。
• 在山口，先堆积粗大\磨圆度差的砾、卵石，夹少量的 砂和粘土成分；随着水流向外扩展、漫流、分叉，堆 积物逐渐变细，形成砂土成分为主的沉积，其中夹有 从扇顶伸延的舌状分布的、磨圆度较好的砾石层，再 往外，到洪积扇的边缘，堆积物则是更细的粉砂、轻 亚粘土、亚粘土和粘土物质组成，其中也夹有砂的夹 层，在洪积扇的外缘，便形成淤泥质的沼泽沉积，它 是洪积扇边缘的标志。根据上述沉积规律，可把洪积 扇从山口到平原的岩性特点划分为三个带：
3—18 黄河下游水文地质剖面示意图 1-粘土; 2-亚粘土; 3-砂; 4-地下水位线
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 3．脉状或带状裂隙水
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。
（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
（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
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
（一）洪积层中地下水
1．洪流堆积和洪积扇的特征：山区流域汇集地表径流大量水体，形成洪流，
他侵蚀并携带大量碎屑物，一出山口，地貌著变（地形开阔， 坡度变缓，水流脱离山沟束缚 ），水流分散，流速骤减，加之 部分水体消耗于渗入和蒸发。能量骤减，大块碎屑物积于山前， 形成轴厚边薄的扁平、上凸的锥状扇形体，称为洪积扇。 洪积扇的扇顶在山口，扇缘向平原散开，面积大小不一，由数 十至数千km2。如果有经常性的河流参与，就称为冲洪积扇。 在山前地带，若干洪积扇互相叠连，形成山前倾斜平原。分布规律：
2．洪积扇水文地质特征
• 洪积扇的上述地质结构，决定了其中地下水的 埋藏、分布、水质、水量等相应变化规律。据 此，将洪积扇分成三个不同的水文地质带。
（1）埋藏带(或称补给径流带、溶滤带) （2）溢出带
（3）垂直交替带
3-16山前倾斜平原含水层埋藏条件图
（二）冲积层中地下水
河流是在河谷中常年流动的水流，河流作用形成的冲积层是 地球上分布很广的一种沉积物。凡是有河流的地方都有冲积 物的分布。随着河流的不同规模及地段不同，河流在沿河两 岸形成大小不等，类型不同的河谷冲积阶地。冲积层中地下 水是重要的供水水源。
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
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)。
➢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。
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
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
1．冲积层的水文地质特征
（1）河流上游山区河谷冲积层水文地质特征 山区河流上游，河床纵向坡度大，水流急湍，河谷深
切，河床狭窄，水流以侵蚀搬运为主，潜水主要受基岩裂 隙水的补给及降水补给，且排泄于河水。含水层透水性强, 水质良好，多为 HCO3-Ca型，矿化度常小于O.5 g/L 。
图3—17某河谷阶地剖面图 1-粘土；2-砂；3-亚粘土；4-砂及细砾石；5-基岩
（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
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。
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
潜 水
接补给潜水。
特
征 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。
（二）潜水面的形状及其表示方法
面状裂隙水
分布:在各种基岩表部风化裂隙中，及某些巨大的交 叉裂隙带
水质:较好，多为低矿化的重碳酸型水；水量的大小， 取决于气候条件、风化裂隙的密度、风化壳的厚 度、补给面积的大小及所在地区的地貌特征；埋 藏取决于风化壳的厚度(深度)及其组成，其埋藏 不超过风化壳的深度。