水文地质学---地下水的赋存 包气带与饱水带
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构成含水层必须具备的3个条件 岩层必须有储水空间 即应有孔隙、裂隙和溶隙（穴）等空隙。这是储存地下 水的前提条件。
第三章 地下水的赋存
具备保存住地下水的地质构造（储水构造）
在透水性良好的岩层下有隔水层（弱透水层）的存在， 以免重力水向下全部漏失；
或在水平方向上有隔水层阻挡，以免全部漏空。 要有足够的水源（良好的补、排条件） 使储水空间能不断地获得补给，方能成为含水层。 含水层存在的意义
第三章 地下水的赋存
2）包气带水的成分
①空隙壁面吸附的结合水
②细小空隙中含有毛细水
③未被液态水占据的空隙 中包含空气及气态水
第三章 地下水的赋存
3）包气带水的补给与排泄
大气降水补给 地表水体的渗漏
补给
地下水面（饱水带）通过毛 细上升输送的水分
地下水蒸发形成的气态水
包气带水的赋存与运移受毛细力与重力的共同影响。
第三章 地下水的赋存
埋藏条件：指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔 水层（弱透水层）限制的情况。包气带水、潜水、承压水
第三章 地下水的赋存
含水介质（空隙）特征：孔隙水、裂隙水、岩溶水
3.2 含水层、隔水层（弱透水层）
aquifer ['ækwifə]
定义：能够透过并给出相当数量水的岩层 透水性能好空隙大的岩层。【代表】卵石、砾石、粗 砂的沉积物（孔隙）；富含裂隙的岩层；岩溶发育的岩层
隔水层 aquiclude ['ækwiklu:d]
定义：不能透过与给出水，或者透过给出的水量微不足道 的岩层
一方面，滞留地表坡流，有利于降水入渗；另一方面， 植物蒸腾消耗包气带水。 ④人类活动：灌溉、人工抽取地下水
第三章 地下水的赋存
5）研究包气带的意义 通道作用： 包气带是饱水带与大气圈、地表水圈联系必经的通道。 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。 意义： ①研究包气带水盐的形成及运动规律对阐明饱水带水 的形成具有重要意义； ②对研究农作物的需水、环境地质等问题也有重要意 义
【代表】致密的基岩；压实性强的粘性土层。
第三章 地下水的赋存
3.2 含水层、隔水层（弱透水层）
对于一些渗透性相当差的岩层，在一般的供水排水中 他们所能提供的水量微不足道，视乎可以看作隔水层； 但是，当发生越流（相邻含水层通过其间的弱透水层发生水 量交换）时，由于驱动水流的水力梯度大且发生渗透的过水 断面很大，越流交换的水量相当可观，此时，再称作隔水 层就不合适了。 弱透水层（相对隔水层） 【代表】在平原区：粉质粘土层，粉质亚粘土层，淤 泥质粉质粘土层和亚砂土层等； 在坚硬岩石地区：一些微裂隙、节理发育的泥岩层、 页岩层、砂砾岩层等。
排 泄
毛细力将水分输向空隙细小与含水量较低的部位，在蒸发 影响下，毛细力常将水分由包气带下部输向上部； 重力则使水分下移。降雨以后，一定深度以下的包气带 水下渗补给饱水带。
第三章 地下水的赋存
4）影响包气带厚度、含水量及其水盐运动的因素 ①气象水文因素：气温；降水，蒸发
影响包气带的含水量及其水、盐运动 ②岩性：控制毛细上升高度与速度从而影响潜水蒸发 ③植被：天然的湿地、森林、人工草坪。
第三章 地下水的赋存
含水层、隔水层概念的相对性（岩层渗透性能的相对性） ①利用地下水的工作——供水水源（需要水量） A）在利用地下水供水时，某一岩层能够给出的水量 较小，对于水源丰沛、需水量很大的地区，由于远不能满 足供水需求，而被视为隔水层；
B）在水资源匮乏、需水量较小的地区，就可以被视 为含水层。
第三章 地下水的赋存
3.3 地下水分类
地下水概念的从“狭义”→“广义” 狭义：指赋存于饱水带岩土空隙中的水——重力水 广义：指赋存于地面以下岩土空隙中的水 包括：包气带及饱水带中所有含于岩石空隙中的水
从只研究“重力水”→研究“包气带水&重力水” 水文地质学从研究“地壳浅层地下水”→研究“地下水 圈”
②排除地下水的工作——工程防渗（杜绝水量） 如某种岩层的渗透性较低，从供水的角度来说，它被
视作隔水层；但是从水库渗漏的角度出发，这种渗漏量就 不容忽视，依旧视作隔水层就不合适了。
第三章 地下水的赋存
③时间尺度：
W Q t V t K I t
m3 m3/s s m/s m2 s m/s m2 s
第三章 地下水的赋存
④岩石的各向异性：
以沉积岩为例，由于不同岩性层的互层，有的层次发 育裂隙或溶穴，垂直方向上是隔水的，但在顺层的方向上 都是透水的。 例如，薄层页岩和石灰岩互层时，页岩中裂隙接近闭
合，灰岩中裂隙与溶穴发育，便成为典型的顺层透水而垂 直层面隔水的岩层。
下为示意图
第三章 地下水的赋存
第三章 地下水的赋存
3.1 包气带与饱水带 3.2 含水层、隔水层（弱透水层） 3.3 地下水分类 3.4 潜水 3.5 承压水
3.6 潜水与承压水的相互转化 3.7 上层滞水
第三章 地下水的赋存
Biblioteka Baidu
抽水前
抽水后
第三章 地下水的赋存
第三章 地下水的赋存
3.1 包气带与饱水带
3.1.1 包气带 1）包气带的分层 ①土壤水带：接近地表，植 物根系发育，微生物活动较频 繁 ②毛细水带：包气带底部由 地下水面支持的毛细水构成毛 细水带 ③中间带：包气带厚度较大 时，在土壤水带与毛细水带之 间还存在中间带
第三章 地下水的赋存
3.1.2 饱水带 特征：
岩石空隙全部为液态水所充满。 饱水带中的水体是连续分布的，能够传递静水压力， 在水头差的作用下，可以发生连续运动。 渗透性 岩层 饱含水 透水层 不透水层 含水层 隔水层
饱水带岩层按其透过和给出水的能力，可分为含水层 和隔水层。
第三章
含水层
地下水的赋存
第三章 地下水的赋存
如上图： 有5个含水层被4个弱透水层所阻隔。 当在含水层3中抽水时，短期内相邻的含水层2与4的 水位均未变动，图中所示a的范围构成一个有水力联系的 单元。 当抽水持续时，最终影响将波及图中b所示范围，这 时5个含水层与4个弱透水层构成一个发生统一水力联系的 单元。 在讨论油气二次运移这种时间尺度很大的水文地质过 程时，流体能够穿越所有的地层。从整体上说，地层具有 水力连续性。
第三章 地下水的赋存
具备保存住地下水的地质构造（储水构造）
在透水性良好的岩层下有隔水层（弱透水层）的存在， 以免重力水向下全部漏失；
或在水平方向上有隔水层阻挡，以免全部漏空。 要有足够的水源（良好的补、排条件） 使储水空间能不断地获得补给，方能成为含水层。 含水层存在的意义
第三章 地下水的赋存
2）包气带水的成分
①空隙壁面吸附的结合水
②细小空隙中含有毛细水
③未被液态水占据的空隙 中包含空气及气态水
第三章 地下水的赋存
3）包气带水的补给与排泄
大气降水补给 地表水体的渗漏
补给
地下水面（饱水带）通过毛 细上升输送的水分
地下水蒸发形成的气态水
包气带水的赋存与运移受毛细力与重力的共同影响。
第三章 地下水的赋存
埋藏条件：指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔 水层（弱透水层）限制的情况。包气带水、潜水、承压水
第三章 地下水的赋存
含水介质（空隙）特征：孔隙水、裂隙水、岩溶水
3.2 含水层、隔水层（弱透水层）
aquifer ['ækwifə]
定义：能够透过并给出相当数量水的岩层 透水性能好空隙大的岩层。【代表】卵石、砾石、粗 砂的沉积物（孔隙）；富含裂隙的岩层；岩溶发育的岩层
隔水层 aquiclude ['ækwiklu:d]
定义：不能透过与给出水，或者透过给出的水量微不足道 的岩层
一方面，滞留地表坡流，有利于降水入渗；另一方面， 植物蒸腾消耗包气带水。 ④人类活动：灌溉、人工抽取地下水
第三章 地下水的赋存
5）研究包气带的意义 通道作用： 包气带是饱水带与大气圈、地表水圈联系必经的通道。 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。 意义： ①研究包气带水盐的形成及运动规律对阐明饱水带水 的形成具有重要意义； ②对研究农作物的需水、环境地质等问题也有重要意 义
【代表】致密的基岩；压实性强的粘性土层。
第三章 地下水的赋存
3.2 含水层、隔水层（弱透水层）
对于一些渗透性相当差的岩层，在一般的供水排水中 他们所能提供的水量微不足道，视乎可以看作隔水层； 但是，当发生越流（相邻含水层通过其间的弱透水层发生水 量交换）时，由于驱动水流的水力梯度大且发生渗透的过水 断面很大，越流交换的水量相当可观，此时，再称作隔水 层就不合适了。 弱透水层（相对隔水层） 【代表】在平原区：粉质粘土层，粉质亚粘土层，淤 泥质粉质粘土层和亚砂土层等； 在坚硬岩石地区：一些微裂隙、节理发育的泥岩层、 页岩层、砂砾岩层等。
排 泄
毛细力将水分输向空隙细小与含水量较低的部位，在蒸发 影响下，毛细力常将水分由包气带下部输向上部； 重力则使水分下移。降雨以后，一定深度以下的包气带 水下渗补给饱水带。
第三章 地下水的赋存
4）影响包气带厚度、含水量及其水盐运动的因素 ①气象水文因素：气温；降水，蒸发
影响包气带的含水量及其水、盐运动 ②岩性：控制毛细上升高度与速度从而影响潜水蒸发 ③植被：天然的湿地、森林、人工草坪。
第三章 地下水的赋存
含水层、隔水层概念的相对性（岩层渗透性能的相对性） ①利用地下水的工作——供水水源（需要水量） A）在利用地下水供水时，某一岩层能够给出的水量 较小，对于水源丰沛、需水量很大的地区，由于远不能满 足供水需求，而被视为隔水层；
B）在水资源匮乏、需水量较小的地区，就可以被视 为含水层。
第三章 地下水的赋存
3.3 地下水分类
地下水概念的从“狭义”→“广义” 狭义：指赋存于饱水带岩土空隙中的水——重力水 广义：指赋存于地面以下岩土空隙中的水 包括：包气带及饱水带中所有含于岩石空隙中的水
从只研究“重力水”→研究“包气带水&重力水” 水文地质学从研究“地壳浅层地下水”→研究“地下水 圈”
②排除地下水的工作——工程防渗（杜绝水量） 如某种岩层的渗透性较低，从供水的角度来说，它被
视作隔水层；但是从水库渗漏的角度出发，这种渗漏量就 不容忽视，依旧视作隔水层就不合适了。
第三章 地下水的赋存
③时间尺度：
W Q t V t K I t
m3 m3/s s m/s m2 s m/s m2 s
第三章 地下水的赋存
④岩石的各向异性：
以沉积岩为例，由于不同岩性层的互层，有的层次发 育裂隙或溶穴，垂直方向上是隔水的，但在顺层的方向上 都是透水的。 例如，薄层页岩和石灰岩互层时，页岩中裂隙接近闭
合，灰岩中裂隙与溶穴发育，便成为典型的顺层透水而垂 直层面隔水的岩层。
下为示意图
第三章 地下水的赋存
第三章 地下水的赋存
3.1 包气带与饱水带 3.2 含水层、隔水层（弱透水层） 3.3 地下水分类 3.4 潜水 3.5 承压水
3.6 潜水与承压水的相互转化 3.7 上层滞水
第三章 地下水的赋存
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抽水前
抽水后
第三章 地下水的赋存
第三章 地下水的赋存
3.1 包气带与饱水带
3.1.1 包气带 1）包气带的分层 ①土壤水带：接近地表，植 物根系发育，微生物活动较频 繁 ②毛细水带：包气带底部由 地下水面支持的毛细水构成毛 细水带 ③中间带：包气带厚度较大 时，在土壤水带与毛细水带之 间还存在中间带
第三章 地下水的赋存
3.1.2 饱水带 特征：
岩石空隙全部为液态水所充满。 饱水带中的水体是连续分布的，能够传递静水压力， 在水头差的作用下，可以发生连续运动。 渗透性 岩层 饱含水 透水层 不透水层 含水层 隔水层
饱水带岩层按其透过和给出水的能力，可分为含水层 和隔水层。
第三章
含水层
地下水的赋存
第三章 地下水的赋存
如上图： 有5个含水层被4个弱透水层所阻隔。 当在含水层3中抽水时，短期内相邻的含水层2与4的 水位均未变动，图中所示a的范围构成一个有水力联系的 单元。 当抽水持续时，最终影响将波及图中b所示范围，这 时5个含水层与4个弱透水层构成一个发生统一水力联系的 单元。 在讨论油气二次运移这种时间尺度很大的水文地质过 程时，流体能够穿越所有的地层。从整体上说，地层具有 水力连续性。