第5章 地下水
第五章 地下水
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。 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%
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
溶隙率
Vk nk 100% V
5.1.1 地下水及含水层
①岩浆岩中成岩裂隙水发育 ②多为层状裂隙水，在一定范围内互相连通； ③多属潜水，也可是承压水；
构造裂隙水 特征：
①构造应力分布均匀，形成层 状构造裂隙水；构造应力分布 不均匀，形成脉状构造裂隙水 ②可以是潜水，也可是承压水 ③渗透性各向异性；
脉状裂 隙水 层状裂 隙水
岩溶水
赋存和运移于可溶岩（如石灰岩、白云岩、大理岩、石 膏、岩盐等）的溶隙溶洞（洞穴、管道、暗河）中的地 下水，又称喀斯特水。
主要胶体成分
a.以碳、氢、氧为主的有机质通常以胶体方式存在于地下水中； b.很难以离子状态溶于水的化合物也以胶体形式存在于地下水中， 主要有Fe(OH)2、Al(OH)3、SiO2
岩石中的裂隙具有一定的方向性，因而裂隙岩石的导水性具有 明显的各向异性
按成因分为： 风化裂隙水、成岩裂隙水、构造裂隙水 风化裂隙水 特征：
①多为层状裂隙水； ②水平方向透水性均匀，垂直 方向随深度减弱； ③多属潜水，也有上层滞水； ④大气降水补给；明显季节性 循环交替；以泉的形式排泄
成岩裂隙水
特征：
正地形
负地形
5.2.4 孔隙水、裂隙水及岩溶水
孔隙水
—广泛分布于第四纪松散沉积物中的地下水
潜水深埋带 溢出带 下沉带
洪积物中地下水
冲积物中地下水
上游：厚度不大，由河水补给，水量丰富水质好 中游：上层构成隔水层，下层为承压水 下游：上部通常为埋藏很浅的潜水，下部为多层承压水
工程地质学第五章-地下水
硬 度
M C2 2 a g 2 H3 C O M Ca3 3 g C C H 2 O O O C2 O
2021/永8/2 久硬度：煮沸时未发生碳酸盐沉淀的那部分Ca2＋、Mg2＋含量 44
②根据硬度对地下水进行分类：
极软水、软水、微硬水、硬水、极硬水
5、地下水的侵蚀性
地下水对混凝土的侵蚀破坏类型包括分解性侵蚀、结晶性侵蚀和分解结晶
如挖排水、截水沟，筑挡水坝，开凿输
水隧洞改道等等。
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5、泉：地下水在地表的天然出露
泉的类型按补给源可分为三类：包气带泉、潜水泉、 自流水泉，按水头性质分为上升泉和下降泉，按出露 原因分为侵蚀泉、接触泉和断层泉。
河谷切割到潜水含水层时，潜水出露成侵蚀下降泉。河 谷切穿承压含水层的隔水顶板时，承压水喷涌成泉，称 为侵蚀上升泉。透水性不同的岩层接触，地下水沿接触 面出露称为接触泉。断层使承压含水层被隔水层阻挡， 当断层导水时沿地面出露的承压水称为断层泉。
隔水层(aquiclude)： 不透水但可含水的岩土层。
含水层的形成条件：
一是岩石中要有空隙存在，并充满足
够数量的重力水；二是这些重力水能够在 岩石空隙中自由运动。
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3、岩土的水理性质
1.含水性
• 容水度:岩土空隙完全被水充满时的含水
量。
• 持水度:岩土在重力作用下释水时仍能保
持的含水量。
C、H、O为主的有机质
2、氢离子浓度
氢离子浓度是指水的酸碱度，用PH值表示：PH = lg[H+]
根据PH值可将地下水分为5类：
强酸性水、弱酸性水、中性水、弱碱性水、强碱性水
20地21/下8/2水的氢离子浓度为一般酸性侵蚀指标。
第五章地下水环评导则与相关环境标准
第五章地下水环境影响评价技术导则与相关水环境标准第一节环境影响评价技术导则一地下水环境1《环境影响评价技术导则一地下水环境》（HJ 610-2011 ）适用于以地下水作为供水水源及对地下水环境可能产生影响的建设项目的环境影响评价。
规划环境影响评价中的地下水环境影响评价可参照执行。
2建设项目分为三类：（l）I 类：指在项目建设、生产运行和服务期满后的各个过起中，可能造成地下水水质污染的建设项目：（2）II 类：指在项目建设、生产运行和服务期满后的各个过程中，可能引起地下水流场或地下水水位变化，并导致环境水文地质问题的建设项目：（3）III类：指同时具备I 类和II 类建设项目环境影响特征的建设项目。
3根据不同类型建设项目对地下水环境影响程度与范围的大小，将地下水环境影响评价工作分为一、二、三级。
4地下水环境影响评价的基本任务包括：（l）进行地下水环境现状评价；（2）预测和评价建设项目实施过程中对地下水环境可能造成的直接影响和间接危害（包括地下水污染、地下水流场或地下水位变化），（3）并针对这种影响和危害提出防治对策，预防与控制地下水环境恶化，保护地下水资源，为建设项目选址决策、工程设计和环境管理提供科学依据。
5四个工作程序：地下水环境影响评价工作可划分为准备阶段、现状调查与工程分析阶段、预测评价及报告编写阶段。
6各阶段主要工作内容（I）准备阶段搜集和研究有关资料、法规文件：了解建设项目工程概况：进行初步工程分析；踏勘现场，对环境状况进行初步调查：初步分析建设项目对地下水环境的影响，确定评价工作等级和评价重点：在此基础上编制地下水环境影响评价工作方案。
(2）现状调查与工程分析阶段开展现场调查、勘探、地下水监测、取样、分析、室内外试验和室内资料分析等，进行现状评价工作，同时进行工程分析。
(3）预测评价阶段进行地下水环境影响预测：依据国家、地方有关地下水环境管理的法规及标准，进行影响范围和程度的评价。
(4）报告编写阶段综合分析各阶段成果，提出地下水环境保护措施与防治对策，编写地下水环境影响专题报告。
5地下水PPT课件
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概念（掌握）
➢ 含水层
能够给出并透过相当 数量重力水的岩土层。
如砂岩、灰岩
➢ 隔水层
不能给出并透过水， 或者透过的水是微不 足道的岩土层。
如泥岩、粉砂岩
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• （二）岩土的主要水理性质
容水性 持水性 给水性 透水性
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容水性 ——指岩土能容纳一定水量的性能。
⑶当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；
⑷当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。
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⑴ 潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面。
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地表地形的影响
⑵ 潜水面的起伏经常与地形一致，只是比 地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的 形态具有相似性。
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⑶当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；
潜水的排泄 ——向地表水排泄
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潜水补给河流
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承压水
埋藏并充满在两个隔水层之间的含水层中 的地下水，是一种有压重力水。
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➢承压水的形成
最适宜形成承压水的地质构造有：
向斜构造 单斜构造
承压盆地 承压斜地
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承压盆地
此类承压水的水位受到气候及地形的控制，
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透水性
——岩土允许水透过的性能称为透水性。 透水的 半透水的 不透水的
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概念
➢ 水力坡度Ⅰ（掌握）
沿渗流途径的水头损失与相应渗透途径长度的 比值。
水头损失
第五章 地下水的化学成分及其形成
第1节 地下水的化学成分
• 特点 • 水迁移能力很强，但次于Cl-； • 含量由数mg/L~数十g/L。 重碳酸根离子（HCO3-） • 来源 • 来自含碳酸盐的沉积岩与变质岩（如大理岩） CaCO3+ H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+ MgCO3+ H2O+CO2→2HCO3-+Mg2+ • 岩浆岩与变质岩地区，主要来自铝硅酸盐矿物 的风化溶解
第1节 地下水的化学成分
细菌成分：如氧化环境中存在的硫细菌、铁细菌； 还原环境中存在的脱硫细菌； 污水中的各种致病细菌等 • 分病源菌和非病源菌 • 细菌分析结果的表示： • 细菌总数：每毫升水或每升水中的细菌总数 • 菌度：含有一条大肠杆菌的水的毫升数 • 检定量：1升水中大肠杆菌的总数
第2节 地下水的主要物理化学性质
第1节 地下水的化学成分
• O2与N2共存---来源于大气并处于氧化环境 • N2单独存在---来源于大气并处于还原环境 • 大气中惰性气体（Ar, Kr, Xe）与N2的比值： （Ar, Kr, Xe）/ N2 = 0.0118 ， 则N2是大气起源 （Ar, Kr, Xe）/ N2 ＜ 0.0118，则N2是生物或变 质起源
第1节 地下水的化学成分
微量组分：Br、I、F、B、Sr等 胶体成分：未离解的化合物，颗粒直径10-7~10-5 主要的有：Fe（OH)3、Al（OH)3 及 HsiO3等 还有：CaCO3、MgCO3 各种硫化物：PbS，CuS，CdS等 有机质胶体 粘土质胶体 胶体的形成： 物理风化使矿物机械破碎磨细形成； 急剧化学反应使溶液过饱和并形成许多结晶中心， 但未来得及结晶而形成。
第3节 地下水化学成分的形成作用
第五章 地下水污染
5.1.3污染源、污染物及污染途径
5.1.3.3地下水污染途径 （１）污染方式 地下水的污染方式可分为直接污染及间接污染两种 直接污染：地下水中污染组分直接来源于污染源，污 染组分在迁移过程中．其化学性质没有任何改变，是地 下水污染的主要方式 间接污染：地下水的污染组分在污染源中的含量并不 高，或低于附近的地下水，或该污染组分在污染源里根 本不存在，它是污水或固体废物淋滤液在地下迁移过程 中，经复杂的物理、化学及生物反应后的产物
5.1.3污染源、污染物及污染途径
5.1.3.3地下水污染途径 （2）污染途径 Ｃ越流型
一种是潜水污染承压水。通道有：弱透水的隔 水层顶板直接流入、承压含水层顶板的“天窗” 流入、止水不严的套管与孔壁的间隙向下漏入、 未封填死的废弃钻井流入。
被污染的 潜水含水 层向承压 含水层越 流示意图
5.1.3污染源、污染物及污染途径
5.1.3.3地下水污染途径 （2）污染途径 Ｃ越流型
另一种是承压水污染潜水。通道与上一种情况 基本相同。
深层咸水向 上越流通道 示意图
5.1.3污染源、污染物及污染途径
5.1.3.3地下水污染途径 （2）污染途径 Ｄ注入径流型
一种是工业废水地下处理时的地下径流。
由排污井直接注入废水示意图
5.1.3污染源、污染物及污染途径
5.3.1 地下水资源的保护措施 5.3.1.1 防止地下水污染的技术措施 （一）一般性技术措施 3)预防地下水管道渗漏，必要时应建立各 种防渗幕，防止污水渗入地下水中。
工厂下面的层状排水防渗装置
环状防渗幕
5.3.1 地下水资源的保护措施 5.3.1.1 防止地下水污染的技术措施 （一）一般性技术措施 4)废渣必须妥善存放，废渣坑应附底，且坑底 不能低于地下水面；矿山的尾砂矿应尽量堆放在 与含水层隔绝的废矿坑中。 5)污水灌溉农田时必须注意当地条件，只有包 气带土层厚度大，透水性差时才能污灌，要严格 控制污灌量 6)含水层中若已形成危害性大的严重污染带时， 可以采取堵塞成截流措施以限制污染范围。采用 截流装置时，应考虑所排出污水的出路，不允许 将抽出的污染水任意排向地表水体。
第5章 地下水
第二节 地下水类型及其主要特征
3. 承压水的补给与排泄 承压水的补给源有大气降水、地表水及潜水； 承压水的排泄方式有：向潜水排泄、泉的排泄及向地表 水排泄。 4. 承压水对工程建设的影响 （1）良好的城市供水水源； （2）基坑突涌； （3）排水比较困难，井深，范围广，水量大。
运动多属于非层流运动。
第二节 地下水类型及其主要特征
地下水按照埋藏条件可以分为包气带水、潜水和承压水 三类；按照含水层的空隙性质可分为孔隙水、裂隙水和岩溶 水三类。
第二节 地下水类型及其主要特征
5.2.1 包气带水 处于地表面以下潜水位以上的包气带岩土层中，包括土 壤水、沼泽水、上层滞水以及基岩风化壳(粘土裂隙)中季节 性存在的水。主要特征是受气候控制，季节性明显，变化大， 雨季水量多，旱季水量少，甚至干涸。包气带水对农业有很 大意义，对工程建筑有一定影响。
第二节 地下水类型及其主要特征
承压斜地
第二节 地下水类型及其主要特征
承压含水层在同一区域内均可在不同深度有着若干层 同时存在的情况，它们之间的水头高度与地形和构造二者 有关。 当地形和构造一致时称为正地
形。下部含水层压力高，若有裂隙
穿透上下含水层，下部含水层的水 通过裂隙补给上部含水层。如山东
济南的承压斜地，地下水通过近20m厚的第四系覆盖层出
水下施工。若潜水对施工有危害，宜用排水、降低水位、隔离(包括冻结法
等)等措施处理。
第二节 地下水类型及其主要特征
5.2.3 承压水 承压水是指埋藏并充满在两个稳定隔水层之间的含水层 中的地下水，是一种有压重力水。
第二节 地下水类型及其主要特征
1. 承压水的形成 最适宜形成承压水的地质构造有向斜构造盆地和单斜构 造。 承压盆地 此类承压水的水 位受到气候及地形的 控制，往往有较好的 径流条件。
河北工程大学 土木工程学院 工程地质 第五章_地下水
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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
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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
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☆ 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％。
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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5章
图5-2 长江和黄河
图5-3 塔里木河和湘江
图5-4 洞庭湖和博斯腾湖
图5-5 南海海面和渤海湾
图5-6 雪山
3、地下水
地下水是以固态、液态或水汽形式存在于 岩石以及土的裂隙、孔隙和空洞中的水。
二、岩土的空隙性
（3）水力坡度I：水力坡度为沿渗流途径的水头损失 与相应渗透途径长度的比值。 地下水在空隙中运动时，受到空隙壁以及水质点 自身的摩阻力，克服这些阻力保持一定流速，就要消 耗能量，从而出现水头损失。
§5.2 地下水类型及其主要特征
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 三个亚类：孔隙水、裂隙水、岩溶水。
2、溶隙
3、孔隙
存在于土的颗粒与颗粒之间的小孔状或细管状的空隙称 为土中的孔隙
三、地下水的形成
地下水主要是由渗透作用和凝结作用形成的，此外还有极少量的原 生水 渗透作用形成的地下水是大气降水和地表水经岩土的裂隙、孔隙 渗入到地表以下并在一定深度处聚集而成的，它也是地下水的最 主要来源。在以大气降水为主要补给源的区域，当地的降雨量愈 多、岩土透水性愈强、地下水的含量愈丰富。在江河、湖泊等地 表水系附近，当地表水的水位高于该区域的地下水水位时，地表 水经岩土中的空隙下渗，并在地下一定深度聚集形成地下水。 当空气中含有水蒸汽时，这些水蒸汽会随空气一起进入土体和外界 相通的孔隙中，并在气温下降时凝结成水滴，在重力作用下下渗、 聚集形成地下水。这种现象在一些干旱型草原和沙漠地区极为普遍。 山区中的一些岩体裂隙常在每天早晨至中午这一段时间有水流流出 或水滴渗出，但是一过中午，这些裂隙中不再有水渗出，第二天早 晨，裂隙中重又出水。这些裂隙中的水就是每天晚上温度降低后水 汽凝结形成的，水汽或凝结于岩石表面流入裂隙、或直接在裂隙中 凝结成水
工程地质学-第五章
第五章地下水埋藏在地表以下土层及岩石空隙(包括孔隙、裂隙和空洞等)中的水称为地下(ground water)。
储存在岩土空隙中的地下水有气态、液态和固态三种，但以液态为主。
当水量少时，水分子受静电引力作用被吸附在碎屑颗粒和岩石的表面成为吸着水；薄层状吸着水的厚度超过几百个水分子直径时，则为薄膜水。
吸着水和薄膜水因受静电引力作用，不能自由移动。
当水将岩土空隙填满时，如果空隙较小，则水受表面张力作用，可沿空隙上升形成毛细水；如果空隙较大，水的重力大于表面张力，则水受重力的支配从高处向下渗流，形成重力水。
重力水是地下水存在最主要的方式。
第一节概述岩土按其透水性的强弱分为透水的、半透水的和不透水的三类。
透水的(有时包括半透水的)岩土层称为透水层；不透水的岩土层称为隔水层；能够给出或透过相当数量水的岩层称为含水层。
第二节地下水的物理性质和化学成分一、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、味道和导电性等。
1.温度地下水的温度变化范围很大。
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。
2.颜色地下水的颜色决定于化学成分及悬浮物。
地下水一般是无色、透明的，但当水中含有某些有色离子或含有较多的悬浮物质时，便会带有各种颜色显得混浊。
3.透明度地下水多半是透明的，当水中含有矿物质、机械混合物、有机质及胶体时，地下水的透明度就会改变。
4.气昧地下水一般是无臭、无味的，但当水中含有硫化氢气体时，水便有臭鸡蛋味。
5.味道地下水的味道主要取决于地下水的化学成分。
含NaCl 的水有咸味；含CaCO 3，的水清凉爽口；含Ca(OH)2和Mg(HCO 3)2的水有甜味，俗称甜水；当MgCl 2和MgSO 4存在时，地下水有苦味。
6.导电性地下水的导电性取决于所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，则水的导电性越好。
二、地下水的主要化学成分1.主要离子及化合物地下水中分布最广、含量最多的离子是钠离子(Na +)、钾离子(K +)、镁离子(Mg 2+)、钙离子(Ca 2+)、氯离子(Cl -)、硫酸根离子(-24SO )、重碳酸根离子(-3HCO )六种，气体有二氧化碳(CO 2)，化合物有氧化铁(Fe 2O 3)等。
第5章 地下水的补给、排泄与径流
一、大气降水补给
讨论：入渗机制？影响因素？？ 补给量的确定？？？ （一）大气降水入渗补给机制 图5-1 蒸 发 •包气带是降水对地下水补给 E 的枢纽，包气带的岩性结构和 含水量状况对降水入渗补给起 着决定性作用 •目前认为，松散沉积物的降 水入渗有两种方式： 均匀砂土层——活塞式 含裂隙的土层（粘性土）—— 捷径式 大气圈
ΔS 包气带水分滞留量
降水强度,降水频率；降水延续时间
总量大，强度适中，间隔短，时间长的绵绵细雨最有利。 温度适中，温差较小，相对湿度大。
地形: 高或低，陡或缓
地质: 包气带岩性 地下水位埋深： 其他：植被、城市化
（三）四种不同时间尺度地补给
1）短期补给:干、湿季节分明地区一次大雨后； 2）季节性补给：有规律的季节性； 3）永久性补给：湿润的热带地区，总有向下的水入渗补 给； 4）历史性或古补给：古代埋藏水。
影响地面蒸发的因素
c.包气带岩性： 蒸发与毛细上升速度 Vc = KI 有关
岩性
K
砂砾石
大
粉砂
中
亚砂
小
粘土
极小
hc
Vc
小/极小
小
中
大
大
中
很大
小
问：容易产生盐碱化的是哪类土？
蒸发强度ε：单位时间的潜水蒸发量。
• 柯夫达公式
• 0 潜水蒸发极限埋深、 潜水埋深
n 0 (1 ) 0
•2、标准退水曲线法 –具体步骤： •确定标准退水线：图5-30 •确定洪峰段 •确定起涨点A和退水点B •将标准退水线绘于过程线上（图5-29）求出基流
–适用：河流与潜水无直接水力联系、地下水径流不受河水涨落影响。 –优点：一定程度反映了地下水泄流规律
第五章地下水的地质作用
第五章地下水的地质作用一、概述定义：以各种形式埋藏在地表下面土中孔隙、岩石孔隙和裂隙种的水，称为地下水。
研究地下水意义：全地球表层的地下水量估计4亿立方km。
1、地下水是改造地壳表层的地质动力，它的地质作用可以形成千奇百怪的地质景观供人们欣赏；同时是一种重要的矿产，是人畜饮用、农业灌溉及工业供水的重要水源之一。
它不仅可以形成矿产，同时还可以利用它找到矿产。
2、在对人类有利的同时，它还具有不利的一面。
如：1降低岩土体的强度与稳定性，表现：地基沉降，沙土液化，边坡失稳；2道路冻胀与翻浆：温差较大的寒冷地区；3潜蚀作用：冲蚀水颗粒，溶蚀。
3破坏岩土体的整体性，降低其强度和稳定性。
4地下开挖（基坑、隧道）涌水5侵蚀性地下水对工程的腐蚀作用。
6同时还会产生静水、动水压力－对挡墙、桥墩。
二、地下水的形成条件－形成环境（一）地下水的来源：1渗透水：大气降水、冰雪融水、地面流水（江、河、湖、海）等从地面渗入地下积聚成。
2凝结水：水蒸汽凝结成水滴后渗于地下。
3岩浆水：（原生水）地下岩浆活动形成的水（结晶水、水气）。
4埋藏水：（古水）地史中沉积物空隙中的水，被封闭保存下来。
（二）形成条件1）土石条件：1土石体必须有空隙（空隙的大小、多少、连通情况对地下水的形成及储存的影响） 2土体颗粒大小，级配、形状及孔隙度决定透水性（透水层与隔水层及其作用）。
2）构造条件：决定地下水的补、排及径流的情况褶皱构造的情形：背斜、向斜断裂构造的情形：透水性张性>扭性>压性3）气候条件：决定地下水的补给及蒸发量－决定水量4）地貌条件：不仅控制地下水的径流及排泄，而且影响地下水的形成。
5）人为条件：直接影响地下水的水位变化。
（三）地下水的赋存状态1吸着水：靠分子引力及静电引力吸附在土和岩石颗粒表面上的水。
不受重力影响，不被植物吸收。
2薄膜水：包围在吸着水的外层，可以从原处向薄处“移动”，少部分可被植物吸收。
3毛细管水：受表面张力影响，保留在毛细管中，易被植物吸收。
第5章 动态与均衡
9.2 地下水动态
水文地质作用的表现、地下水变化趋势监测
9.2.1 地下水动态的形成机制
储水量变化、水力传递（波动）
9.2.2 影响地下水动态的因素
气象、水文、地质因素
9.2.3 地下水天然动态类型 9.2.4 人工影响下的地下水动态
9.2.1 地下水动态的形成机制
TW3
TW1
527 600
TW5
2001 2002
水位
时间
水头（m） 1145
0年6月
2000年12月
2001年6月
2001年12月
9.2 地下水均衡
下辽河平原资源评价计算分区图
0
20Km 40Km
均衡区、水流系统、均衡期
新民 Ⅰ Ⅶ Ⅸ Ⅱ Ⅲ 辽中 沈阳
Ⅹ
Ⅷ 台安
Ⅳ 辽阳 凌海市 Ⅺ 盘锦 Ⅵ 鞍山 Ⅴ
第5章 地下水动态与均衡
9.1 地下水动态与均衡的概念
1、在自然与人为因素影响下,地下水各种要素(动力的、 热力的、化学的)随时间的变化状况称为地下水动态。 地下水水位动态（常用） 地下水盐动态 2、地下水均衡：某一地区某一时间段内，地下水水量、 盐量等的收入与支出的数量关系。 进行均衡研究所选定的地区，称为均衡区。 进行均衡研究的时间段，称为均衡期。 在某一均衡区的某一均衡期内，地下水水量（或盐量） 的收入大于支出，则表现为储存量增加，称为正均衡； 支出大于收入，储存量减少，称为负均衡。
营口
地下水均衡方程
均衡项：补给项、 均衡项：补给项、排泄项
∑Q补－∑Q排=△Q
∑Q补＝Q大气＋Q河流＋Q渠道+Q渠灌+Q侧向＋Q越流+Q井灌 ∑Q排＝Q蒸发＋Q侧出＋Q越流+Q开采 △Q＝△h·µ·F
第5章-地下水的补给、排泄与径流
–主要方法：人工专门补给（回灌、诱导补给）、 非专门性人工补给（修建水库、渠道渗漏、农业 灌溉等），见图5-18、图5-20 –人工补给的目的：1、补充水量 2 、调节水温 3、防止地面沉降 4 、改善地下水质 5、防止或 减少海水入侵 –人工补给的原则：不能引起不良的水文地质和 工程地质现象。
第二节 地下水的排泄
长白山温泉
趵突泉
地下水排泄的研究包括：
排泄方式、影响因素、排泄量的确定 排泄方式： 泉（点状排泄） 向地表水体泄流（河流—线状）、向相邻含水层的排泄 蒸发（面状排泄） 前三种排泄方式称为径流排泄，与蒸发排泄的区别：
径流排泄—水分（盐分）呈液态排出,盐随水去
⑤供水水源（直接利用）。
山东济南百脉泉
第三节 地下水的径流
一、径流方向、强度的影响因素
• 径流的定义：地下水由补给区向排泄区流动的过程称作径 流。 最简单的情况下，含水层自一个集中补给区流向集 中排泄区，具有单一径流方向。
•径流强度
• 可用单位时间通过单位断面的流量表示，即以渗透流速 衡量。 • 根据达西定律V=KI 故径流强度与 含水层的透水性成正比 补绐区及排泄区之间的水位差成正比 与补给区到排泄区的距离成反比 与含水系统的构造有关 • 构造开启程度，图5-36 • 断层的导水性，图5-37
降水初期 t1：
土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快 降水延续 t2： 土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用， 下渗趋于稳定——渗润阶段，渗漏与渗透阶段 降水再持续： 当土层湿锋面推进到支持毛细水带时， 含水量获得补给，潜水位上升
（三）四种不同时间尺度地补给
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1）短期补给:干、湿季节分明地区一次大雨后； 2）季节性补给：有规律的季节性； 3）永久性补给：湿润的热带地区，总有向下的水入渗补 给； 4）历史性或古补给：古代埋藏水。
第五章地下水资源
第五章地下水资源计算地下水是水资源的重要组成部分，在区域水资源分析计算中，查清地下水资源的数量、质量及时空分布特点，掌握地下水资源的循环补给规律，了解地下水与地表水之间的转化关系，不仅能为农业生产、水利规划提供科学根据，而且也能为城市规划、工业布局及国防建设等提供可靠的依据。
区域地下水资源分析计算的对象一般指浅层地下水，评价的重点是水量。
多数地区以分析矿化度不大于2g/L的淡水资源为主，有些地区对矿化度2～5g/L的微咸水及大于5g/L的咸水也进行计算与评价。
地下水资源计算的基本方法主要有四大储量法、地下水动力学法、数理统计法及水均衡法等。
水均衡法建立在地下水各补给项、各排泄项和地下含水层蓄变量等区域水平衡分析的基础上，是平原区地下水资源常用的计算方法，本章将主要介绍这种方法。
第一节概述一、地下水的垂直分布地面以下水分在垂直剖面上的分布可以按照岩石空隙中含水的相对比例，以地下水面为界，划分为两个带：饱和带和包气带。
在包气带，岩石的空隙空间一部分被水所占据，还有一部分为空气所占据。
在大多数情况下，饱和带的上部界限，或者是饱和水面，或者覆盖着不透水层，其下部界限则为下伏透水层，如粘土层。
包气带（充气带）从地下水面向上延伸至地面。
它通常可进一步划分为3个带：土壤水带、中间带和毛细管带。
土壤水带的水分形式主要有结合水、毛细水和一些过路性质的重力水。
中间带的水为气态水、结合水和毛细水。
毛细管带内的水分含量随着距潜水面高度的增加而逐渐减少，在毛细管带中，压力小于大气压力，水可以发生水平流动及垂直流动。
饱和带岩石的所有空隙空间均为水所充满，有重力水，也有结合水。
重力水是开发利用的主要对象。
图5.1 地面以下水的分布1．吸湿水它是气态水分子在分子引力和静电引力的作用下吸附在土壤固相颗粒表面的水分（图5.2a）。
吸湿水的水分子与土壤固相表面之间的结合力非常大（大约是3.14×106～1.Ol ×109Pa)，水分不能自由移动，不能被植物吸收利用。
第五章地下水监测
第六节地下水的监测一、意义二、监测内容三、监测工作布置原则四、监测方法五、监测资料的整理和应用一、意义地下水对工程岩土体的强度和变形以及对建筑物稳定性的影响,是极为重要的。
例如,在高层建筑深基坑开挖和支护中,由于地下水的作用,可能会导致坑底上鼓溃决、流砂突涌、支护结构移位倾倒、降水引起周围地面沉降而导致建筑物破坏。
因此在深基坑施工过程中要加强地下水的监测。
地下水也是各种不良地质现象产生的重要因素。
作用于滑坡上的孔隙水压力、浮托力和动水压力,直接影响滑坡的稳定性;饱水砂土的管涌和液化、岩溶区的地面塌陷等,无不与地下水的作用息息相关。
因此要对地下水压力、孔隙水压力准确控制,以保证工程顺利、安全施工和正常运行。
地下水的监测是指对地下水的水位、水量、水质、水压、水温及流速、流向等自然或人为因素影响下随时间或空间变化规律的监测。
地下水的监测应根据岩土工程和建筑物稳定性的需要有目的、有计划、有组织地进行。
一、应进行地下水监测的情况(1)地下水位升降影响岩土稳定性时;(2)地下水位上产生浮力对地下室或构筑物的防潮、防水或稳定性产生较大影响时;(3)施工降水对拟建工程或相邻工程有较大影响时;(4)施工或环境条件改变,造成的孔隙水压力、地下水压力变化,对工程设计或施工有较大影响时;(5)地下水位的下降造成区域性地面沉降;(6)地下水位上升可能使沿途发生软化、湿陷、胀缩时;(7)需要进行污染物运移对环境影响的评价时。
二、监测内容地下水的监测应根据工程需要和水文地质条件确定,主要监测内容有:1、水位监测:查明地下水位(最高、最低水位)、水位变化幅度范围;查明地下水位与地表水体(江、河、湖等)、大气降水的联系;2、水质监测:查明地下水的物理、化学成分变化;查明污染源、污染途径、污染程度及对建筑材料的腐蚀等级。
3、水压监测:开挖深基坑、洞室、隧道工程;评价岸边、斜坡稳定性工程;软土地基加固处理工程等,都应对岩土的孔隙或裂隙水压力进行监测。
第五章 地下水
（二）地下水的酸碱性 酸碱度：氢离子浓度PH值。1PH=1g[H+] 强酸性水PH<5；弱酸性水PH=5-7；中性水 PH=7；弱碱性水PH=7-9；强碱性水PH >9。 酸性侵蚀可以分解水泥混凝土中的CaCO3。
Байду номын сангаас
（三）总矿化度 水中离子、分子和各种化合物的总量称为总 矿化度，以g/L表示。 水按矿化度分：淡水（<1）；微咸水（1-3）； 咸水（3-10）；盐水（10-50）；卤水 （>50）。 高矿化度的水能降低水泥混凝土的强度，腐 蚀钢筋，促使混凝土表面风化。
第四节 地下水对公路建设的影响
1、地下水的存在，对建筑工程有着不可忽 视的影响。尤其是地下水位的变化，水的 侵蚀性和流砂、潜蚀等不良地质作用都将 对建筑工程的稳定性、施工及正常使用带 来很大的影响。
1.地基沉降：地下水位的变化，如水位上升，可 引起浅基础地基承载力降低，地震时会加剧砂土 液化，引起建筑物震害加剧，岩土体产生变形、 滑坡、崩塌失稳等不良地质作用。 2.侵蚀性：对混凝土、可溶性石材、管道以及金 属材料的侵蚀危害。潜蚀通常分为机械潜蚀和化 学侵蚀。 3.流沙和潜蚀（管涌）：地下水可引起流砂现象， 给施工带来极大困难。 4.地下水的浮托作用： 5.基坑涌水现象：
第五章 水的地质作用
自然界中，水有气态、固态、液态三种。
1、大气水：存在于大气中；
2、地表水：覆盖在地球表面，如海洋、
江河、湖泊等； 3、地下水：埋藏于土中孔隙、岩石孔隙 和裂隙、岩石空洞中。
一、地下水及地下水问题 埋藏在地表以下的土层及岩石的空隙中的水称 为地下水。 地下水是自然界水资源的重要组成部分，它常 为生活和生产的水源，干旱和半干旱地区更是 主要的甚至是唯一的可靠水源。 地下水与岩土相互作用，会使岩体及土体的强 度和稳定性降低，产生各种不良地质现象和工 程地质现象，如滑坡、岩溶、潜蚀、地基沉陷 与冻胀等，对工程造成危害。
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第五章地下水
地下水，是贮存于包气带以下地层空隙中的水。
地下水是水资源的重要组成部分,由于水量稳定,水质好，是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。
全球地下水分布面积达1.3亿平方公里，总水量830万立方公里，占全球总水量的0.59%，占淡水总量的22%，是人们生活和生产的重要供水水源。
一些有关的概念
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。
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”
几口相邻的抽水井可形成几个交切的潜水面“降落漏斗”。
排污管线井
潜水面
●一、岩土的水理性质
●二、地下水类型
●三、地下水对建筑工程的影响
一、岩土的水理性质
1. 含水性
含水性指岩土含水的性质。
表示方法有：
（1）容水度:指岩土空隙所能容纳的最大的水的体积与岩土体积之比,以小数或百分数表示。
一般情况下,容水度在数值上与孔隙度、裂隙率或岩溶率相等。
（2）持水度：重力作用时岩土仍能保持的水（结合水）的体积与岩土体积之比。
饱水岩石在重力作用下释水时，一部分水从空隙中流出，另一部分水由于分子
力及毛细力的作用仍保持在空隙中。
2. 给水性
给水性指岩土在重力作用下排出水的性质。
表示方法：
给水度～指饱水岩土在重力作用下排除水的体积与岩土体积之比。
数值上：给水度＝容水度－持水度
3. 透水性
透水性是指岩土允许重力水渗透的能力。
常用渗透系数表示。
岩石渗透试验
土体渗透试验
二、地下水类型
1.按含水层的空隙性质分类
孔隙水
裂隙水
岩溶水
2.按埋藏条件分类
潜水
承压水
包气带水
幻灯片14
三、地下水对建筑工程的影响
幻灯片15
1.地下水位下降引起软土地基沉降
大面积抽取地下水引起地面沉降
宁波地面沉降情况
●宁波市是全国地面沉降较为严重的城市之一，始于1964年的地面沉降与地下水开采和
地下水位下降有密切关系。
宁波地区地下水类型
●宁波城区主要是开采I、II层承压水。
●1986年后地下水开采量逐年减少，地面沉降的速率减缓，但由于地面沉降的滞后性，
累积地面沉降量一直增大。
2007年，宁波市出台了《宁波市地面沉降“十一五”防治规划》，确定了海曙区、江东区和江北区等23个街道（镇）为禁采区，除留下水位监测和应急供水井外，其余开采井作封井处理，2008年底达到零开采。
宁波地区地下水类型
宁波地区地下水类型有基岩裂隙水、河谷区孔隙潜水、平原区孔隙潜水、平原区孔孔隙承压水四类。
其中，平原区孔隙承压水的含水条件较好，水量中等～丰富。
平原区孔隙承压水分主要布于宁奉平原、大碶平原、咸祥平原、姚慈平原、长街平原、丹城平原、定塘平原等。
抽取地下水引起沉降的机理
过量开采地下水会造成地面沉降已经是不争的事实,但其发生发展的机理目前还缺
乏深入研究,学术界的观点也不统一。
其中之一的机理就是用有效应力原理解释：含水层在抽水过程中的压实引发的地面沉降，即抽取地下水导致水位下降，土层内的静水压力降低，转嫁给土的颗粒骨架上，使骨架所受有效应力增加，引起土体的固结压缩。
2.地下水位上升对地基承载力的影响
由于各种原因引起的地下水位上升必然导致地基承载力的下降，对于砂性土地基，最大承载力下降可达70%。
研究表明，下降的原因主要有：
（1）由浅基础地基极限承载力公式
水位上升，故降低。
（2）水下土体丧失由毛细管应力或结合力
所形成的表观粘聚力，即c减小。
3.地下水位上升对砂土液化的影响
砂土液化定义：是指动载作用下，土中孔隙水压力上升，达到砂土上覆土压力，导致砂土丧失了抗剪能力的现象。
地下水位上升对砂土液化的影响：
地下水位上升，加速了砂土的饱和及扩大了饱和范围，致使地震剪应力增加，砂土液化剪应力减少，增加了砂土液化势，危及浅基础建筑物的稳定和安全。
4.动水压力产生渗透变形（破坏）
●土中发生渗流时产生渗流力，在渗流力作用下，产生渗透变形，到一定程度发生渗透破
坏。
常见的两类渗透变形和破坏是流砂和管涌。
●流砂是指向上的动水压力与土的浮重度相等时，土颗粒间的压力等于零，土颗粒将处于
悬浮状态而失去稳定的现象。
●管涌是指水在土中渗流时，土中的一些细小颗粒在粗颗粒的孔隙中流动并被水带走，土
体逐渐被掏空而产生破坏的现象。
流砂和管涌的区别与联系?
●两类动水压力作用下的渗透变形和破坏现象；
●流砂现象发生在土体表面渗流逸出处，不发生在土体内部，而管涌均可发生。
●流砂多发生在在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中。
而管涌多发生在砂性土中，
其特征是颗粒大小差别较大，往往缺少某种粒径，孔隙直径大且相互连通。
●流砂的一般是突发性的，管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。
流砂的危害
产生流砂的原因?
●内因：取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系
数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。
因此，流砂现象极易发生在细砂、粉砂和粉土中，但是否发生流砂现象，还取决于一定的外因条件。
●外因：是地下水在土中渗流所产生的动水压力（渗流力）的大小。
5.承压水对基坑的作用
建筑基坑存在承压水时，当开挖基坑减少了基坑底部隔水层的厚度，当隔水层较薄时承压水的水头压力冲破基坑底部的现象。
其后果是基坑冲毁，地基破坏
6.地下水的其他影响
（1）地下水的浮托作用
地下水对地下结构具有浮托作用，必要时需采用抗浮措施如打设抗浮桩。
（2）地下水对钢筋混凝土的腐蚀
地下水中含有的SO42-、NH4+、Cl-、HCO3-等将与水泥水化产物发生物理化学反应，影响混凝土的耐久性。
思考题 1. 地下水位升降对建筑工程有何影响？。