清华大学工程地质-地下水概论

3) 承压水 两个隔水层之间承受压力的水。
上层滞水和潜水
水质水量水温受气候及地表人为因素影响较小。
承压水
地下水分类表
含水层性质 埋藏条件 孔隙水 裂隙水 岩溶水
期末考试题例 选择正确答案（70%） 影响地表风化作用的最主要的2个因素是（地形地貌、岩 体中的断裂发育情况、岩石的硬度、岩石的形成时代、气 候条件）
地下水的酸碱性：水的酸碱性主要取决于水中氢离子浓 度，常用pH值表示（pH=-lg[H]）。 根据水pH值的大小，将地下水分成以下几级： 强酸性(<5)、 弱酸性(5～7)、 中性(7)、 弱碱性(7～9)、 强碱性(>9)。
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地下水的总矿化度： 水中所含各种离子、分子与化合物的总量。 以每升水中所含克数（g/l）表示。 简便方法：以105-110C时将水灼干所得的残余物总量。 按矿化度的分类 类别 淡水 微咸水(弱矿化水) 咸水(中等矿化水) 盐水 卤水 总矿化度(g/l) <1 1-3 3-10 10-35 >35 海水
岩土的透水性：1852－1855年，法国科学家H.Darcy发现 水在某中介质中的渗流速度和水力坡降成线性关系： v=k*I 其中k是个较稳定的与介质本身性质有关的系数，称为渗 透系数。 砂砾石间，孔隙空间大，水在其中流动通畅，渗透系数大； 粘性土颗粒间空间小，水在其中流动缓慢，渗透系数小。 土性 砂砾 粗砂中砂 细砂粉砂 渗透系数 k (cm/sec) 10－1 10－2 10－3 土性 粘质粉土 粉质粘土 粘土 渗透系数 k (cm/sec) 10－4 10－5 <10－6
第四节 地下水的物理、化学性质
1. 物理性质 地下水的物理性质包括：温度、颜色、透明度、嗅、味、 比重、导电性及放射性等。 温度 埋藏深度不同的地下水，具有不同的温度变化规律。 埋深3～5m，具昼夜变化特征； 埋深为5～50m，地下水温度随季节变化。 深层地下水的温度变化很小。 年常温带以下，地下水温度随深度增高，其变化规律决定于 地热增温级。
含水层，通常是空隙率及空隙空间较大、连通性较好的岩土。 如砂砾石层、基岩裂隙密集带、断层破碎带和岩溶发育的岩层 ，若有丰富的补给来源，可形成稳定良好的含水层。
砂砾石层
发育裂隙的岩体
发育柱状裂隙的玄武岩
发育溶隙的石灰岩
透水层 含水层都是透水层。但有的透水层储水空间可能不 大，或目前不一定含水。如断层面、层面、古风化壳等。 隔水层 可以是饱水的粘土层，也可以是致密完整的基岩。
第五节 地下水的分类
大气
类型 大气水 海洋水 内陆咸水 冰川 地下水 淡水湖 土壤水 河流
占总量 (％ ) 0.001 97.2 0.008 2.15 0.62 0.009 0.005 0.0001
占淡水 总量 (％ ) 0.04
淡水中： 极地和高山之冰, 77.20 %, (难于获取)； 江河湖水，0.32 %, 且分布不均(易开发利用)； 地下水, 22.26 %, 为地表淡水的70 倍。
77.20 22.26 0.32 0.18 <0.01
地下水不仅量多，且分布较普遍。 因此，当有限的地表水资源已不能满足人类迅速增长 的需要时，地下水变得越来越重要了。
分布均匀
全球总水量约为14亿km3，其中的97%以上分布于海洋。 可能为人类利用的淡水不足3%。
全球水循环 通过大气圈的水循环(蒸发和降水)，每年约 47,000 km3 的水 （相当于全球蒸发总量的8%）从海洋搬运到陆地。 在水从海洋→陆地→返回海洋的循环过程中，
第五节 地下水的分类
目前，比较普遍采用的是按埋藏条件和按含水层空隙 性质的分类法。 依据地下岩土的含水情况，在剖面上可分为两个带： 包气带 和饱水带 固体颗粒＋水＋气，3相 固体颗粒＋水，2相
按埋藏条件可分为：包气带水、潜水、承压水； 按含水层空隙性质可分为；孔隙水、裂隙水、岩溶水。
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饮用水总矿化度不应超过1.0 g/l； （《生活饮用水卫生标准》GB 5749—2006） 灌溉用水总矿化度要求：非盐碱地地区1.0 g/l ，盐碱地 地区2.0 g/l。 （《城市污水再生利用 农田灌溉用水水质》(GB209222007) （《农田灌溉水质标准》 GB5084-92）
硬度 水的硬度，是由水中所含Ca++、Mg++所构成。水中Ca++、 Mg++的总含量，称为总硬度。 水的硬度表达方法较多，我国通常采用德国度或Ca++、 Mg++的毫克当量表示。1.0毫克当量硬度等于2.8德国度。 1德国度相当于1升水中含有10mg的CaO，或17.9mg的CaCO3。
> 2 mm, 2-0.05 mm , 0.05-0.005 mm, < 0.005 mm
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含水层、隔水层和透水层 根据地层的水理性质（地下水的赋存和运移性质），可将 其定性地划分为：含水层、隔水层和透水层。 含水层 指饱含重力数较大的地层。 隔水层 是指相对不透水的岩层。
味 水的味道，主要取决于其化学成分，如含有NaCl的(Cl-) 水具咸味，含MgCl2、MgSO4的水有苦味；含Na2SO4的水量 涩味；含CO2、Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2的水清凉可口；含 Fe2O3的水具有铁锈味；含盐量极少的水淡而无味。
导电性 水的导电性，取决于其所含盐类总量及盐类性质等，一 般矿化度高的水导电性强。 放射性 有些天然地下水，会具有微弱的放射性。水的放射性决 定于形成环境。
比重 淡水的比重通常等于1。水的比重取决于其中所溶解盐分 的含量。水中溶解的盐分越多，比重越大，有的咸水比 重可达1.2-1.3。
贮存和运动于放射性矿床及酸性火成岩分布区的地下水， 其放射性相应较强。
2. 地下水的化学性质 地下水的化学成份 离子：天然体水中分布最广、含量最多的离子有七种： 氯 (Cl-)、硫酸根 (SO4=)、重碳酸根 (HCO3-)、钠 (Na ＋) 、钾 (K＋)、钙 (Ca＋＋)、镁 (Mg＋＋)。 一般情况下，随着地下水中含盐量的变化，其中占主要地 位的离子成分也随之发生变化。含盐量低的水中常以 HCO3-、Ca＋＋或HCO3-、Mg＋＋为主；中等含盐量的常以SO4=、 Na＋ 或SO4=、Ca＋＋为主；含盐量高的水则以Cl-、Na＋为主。 气体成份：主要有H2S、CO2。
1) 包气带水
土壤水和上层滞水
2) 潜水 地面以下，第一个稳定隔水层以上具有自由 水面的水。 大多储存在第四纪松散沉积物中。潜水水质水量水温受 气候及人为因素影响较大。
土壤水 土壤中未饱和的水； 上层滞水 存在于包气带中，局部隔水层之上的重力水 。
受气候和季节影响变 化很大。
上层滞水（无法下 去，因为被挡住 了）
湘潭锰矿地区被锰污染的地表水
福州流花溪施工排出的富含Fe3+ 离子的地下水（2009年3月）
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透明度 水的透明度主要取决于其中固态物质与胶体悬浮物质的 含量。含量多时，则透明度差。常见的地表水和地下水 一般是透明的。 嗅 水通常是无气味的。但当其中含有某些离子或某种气体 时，则出现特殊的气味。 如含亚铁盐很多时有铁腥气味(墨水气味)、含硫化氢 (H2S)气体时有臭鸡蛋味，含腐植质时有腐草气味。 气味的强弱与温度有关，一般在低温下不易判别，加热 到40C时气味最显著。 黄色的洮河（富含粘土）在甘肃汇入刘家峡水库
用锤子很容易拔动
1) 孔隙：松散沉积物是由大小不等的颗粒组成的，颗粒之 间普遍存在着孔隙。 水冲出来的，北京的很多基坑剖面是此表达岩土中孔隙空间相对多少的定量指标称孔隙率，其 含义如下式： n=Vn/V×100% 土孔隙率的大小，主要与颗粒的形状、排列情况及颗粒 的分选性和压密、胶结情况有关。 松散沉积物的孔隙率一般很大，可达20%～60%。
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第九章 地下水概论
第一节 地球上的水和水循环 第二节 岩土中的空隙和水 第三节 岩土的水理性质
第一节 地球上的水和水循环
水圈中的水 大气、地表及地下岩石圈中。
地表
海洋， 湖泊、河流、沼泽， 极地和高山 岩石圈岩土空隙中 大气圈中的水蒸气
地表水
地下
地下水 大气水
第四节 地下水的物理、化学性质
土壤水 包气带水 上层滞水 潜水 承压水 各种成因的松 散沉积物中水 松散沉积物构 成的承压盆地 和承压斜地中 的水
地表裂隙岩体中季节 垂直入渗带中 性存在的水 的水 基岩上部裂隙中的水 裸露的岩溶化 岩层中的水 构造盆地、向斜或单 构造盆地、向 斜构造中的层状裂隙 斜或单斜岩溶 水，断裂破碎带中的 岩层中的水 深部水
沉积物的孔隙率范围 沉积物 分选好的砂或砾 砂砾混合物 粉砂 粘土 砾 砂 粉砂 粘土 >2 mm, 2-0.05 mm , 0.05-0.005 mm, <0.005 mm
较为均一
2)裂隙 存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙称裂隙 孔隙率（％） 25～50 20～35 35～50 35～60
细颗粒在粗的空隙中间爱你 粉砂会有一些片状的，孔隙率会大些 下面类似
水的硬度分类
水的类型 极软水 软水 微硬水 硬水 极硬水 Ca++ +Mg++ (毫克当量) <1.5 1.5-3.0 3.0-6.0 6.0-9.0 >9.0 德国度 <4.2 4.2-8.4 8.4-16.8 16.8-25.2 >25.2 以CaCO3计 （mg/l） <75 75 150 300 450
注：离子的当量＝离子量/离子价； 离子的毫克当量＝离子的毫克数/离子的当量
生活饮用水一般要求不宜大于25德国度（以CaCO3计， 450mg/l），最适宜的是10～15度。 （《生活饮用水卫生标准》GB 5749—2006） 高硬度水的危害： 水垢---危害锅炉、供热管道，浪费能源 洗涤---纺织物硬结，减少使用寿命 人体---说法不一
在地下水的埋藏和运动中，岩土体对水的容纳和约束性 质是最为重要的： 岩土容纳水的能力； 给出水的能力； 水在其中运动的能力。 容水度 给水度 渗透系数
松散沉积物的给水度 土的种类 砾石 粗砂 中砂 砾 砂 粉砂 粘土 给水度 0.30～0.35 0.25～0.30 0.20～0.25 土的种类 细砂 粉砂 粘性土 给水度 0.15～0.20 0.05～0.15 0～0.05
对地表岩石土壤进行风化、剥蚀、 搬运和沉积，改造着地表形态。
水是外动力地质作用的最重要营力,地下水和地表水 在的各种外动力地质作用中起着十分重要的作用。
为陆地提供生命及人类必需的水
水，还是不可替代的资源
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第二节 岩土中的空隙和水
无论是松散的沉积物，还是坚硬的岩石，都具有大小不一、 多少不等、形状各异的空隙。 空隙的大小、多少、形状、联通程度及分布状况等性质统 称为岩土的空隙性。 不同的成因的空隙，水在其中的赋存和运动性质不同。 有3种成因的空隙： 松散沉积物中的孔隙、 坚硬岩石中的裂隙、 和可溶性岩石中的溶隙（和溶洞）。
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裂隙主要是地壳运动对岩石造成破坏而形成的，岩石 成岩时及在地表遭受风化也会形成裂隙。 裂隙率表示岩石中裂隙空间的多少。 nf=Vf/V×100% 岩石的裂隙率一般比松散泥积物的孔隙率小得多。裂 隙率常小于3%。
3) 溶隙：溶隙是可溶岩（如石灰岩）在地下水流长期 溶蚀下形成的空隙。
透水层（断层面）
透水层（古风化壳）
隔水层（粘土层）
平均地热增温级为33米。
颜色 水一般是无色的，但有时由于某种离子含量较多，或者 富集悬浮物和胶体物质，则可显示出各种各样的颜色 水中含物质 硫化铁 低价铁 高价铁 硫细菌 锰的化合物 粘土 腐植酸 地下水颜色 翠绿色 浅绿灰色 黄褐色或铁锈色 红色 暗红色 无荧光的淡黄色 暗黄灰色(带荧光)
可溶岩中溶隙的多少用岩溶率表达 nk=Vk/V×100%
第三节
岩土的水理性质
岩土的容水度、持水度、 给水度及渗透系数 容水度：反映岩土空隙完全被充满（饱和）时的含水量， 用容积比率表示。容水度相当于空隙率（孔隙率、裂隙 率和溶隙率）。 持水度：岩土中的水，可以因重力自由流出的情况下， 仍能保持的含水量。持水度说明岩土中结合水含量。 给水度：饱和岩土在重力作用下，可自由排出的水量。 3者之间关系：容水度＝持水度＋给水度