全面介紹地下水基礎知識

發表時間:2019/7/29 21:29:43  
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地下水(ground water),是指賦存于地面以下巖石空隙中的水,狹義上是指地下水面以下飽和含水層中的水。在國家標準《水文地質術語》(GB/T 14157-93)中,地下水是指埋藏在地表以下各種形式的重力水。

 

了解地下水來源、分類、特點、隔層水和含水層!


目錄:


一、地下水的來源和賦存形式


1. 地下水的來源

2. 巖石中的孔隙和水分

3. 巖石中水存在的形式

4. 與水分的儲存和運移有關的巖石性質


二、地下水及其分類


1. 基本概念

2. 地下水分類


三、包氣帶、飽水帶、含水層與隔水層


1. 基本概念

2. 含水層類型劃分

3. 上層滯水和潛水

4. 層間水(承壓水)

5. 潛水和承壓水(層間水)比較

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地下水的來源和賦存形式


| 一、地下水的來源

  1.  滲入水

  2.  沉積水

  3.  再生水

  4.  初生水

  5.  有機成因水

 

| 二、巖石中的孔隙和水分

 

1.  巖石中的孔隙:孔隙、裂隙和溶孔


2.  有關孔隙度的幾個基本概念

 

  • :組成松散巖石顆粒或顆粒集合體之間的間隙; 


  • 裂隙:應力作用下堅硬巖石破裂變形產生的。可分為成巖裂隙、構造裂隙和 風化裂隙;


  • 溶孔(洞):可溶的沉積巖在地下水溶蝕下產生的空洞;


  • 孔隙度Φ:某一體積V巖石中孔隙體積Vn所占比例

                                   Φ=Vn/V


  • 裂隙率Kr:裂隙體積Vr與包括裂隙在內的巖石體積V的比值

                                   Kr=Vr/V


  • 熔巖率K:溶洞的體積Vk與巖石總體積V的比值

                                   K=Vk/V

 

3.  影響孔隙度大小的因素


  • 顆粒的排列方式:立方體排列緊密,孔隙度大;四面體排列,松散,孔隙度大;


  • 顆粒分選程度:分選好,孔隙度大;分選差,顆粒大小懸殊,細小顆粒充填于粗大顆粒之間,孔隙度降低;


  • 顆粒形狀:顆粒形狀不規則--排列松散--孔隙度大 粘性土的結構和次生隙:帶電粘粒--聚合--結構孔隙--孔隙度增大--次生孔隙(蟲洞、根孔、干裂縫)發育--孔隙度增大。

 

孔隙的特點

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 4.  巖石中的各種裂隙

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1-分選良好,排列酥松的砂;2-分選良好,排列緊密的砂;3-分選不良的,排列緊密的砂;4-經過部分膠結的砂巖;5-具有結構性孔隙的黏土;6-經過壓縮的黏土;7-具有裂隙的巖石;8-具有溶的可溶巖

 

| 三、巖石中水存在的形式

 

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1.  氣態水:以水蒸氣的形式儲存在地下的水;


2.  固態水:指巖石中溫度在0℃以下的重力水。即以冰的形態出現的重力水,常分布在季節性和永久性結冰的地區;


3.   結合水: 指受固體表面的引力大于水分子自身重力,束縛于固態表面,不能在自身重力影響想運動的那部分水。

 

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  • 強結合水:以單獨的水分子狀包圍在巖石顆粒表面的水。

特點

A.  水分子排列緊密,不能流動;

B.  密度大,2.0,在零下78℃時尚不能結冰;

C.  沒有溶解能力,不能溶解鹽類;

D.  不受重力作用,不傳遞導靜水壓力,不導電;

E.  很難用機械的方法把它與顆粒分開,只有當空氣中飽和差很大或105℃才能將他們分開;

F.  具有極大的粘滯性和彈性。

 

  • 弱結合水(薄膜水):結合水的外層,由于分子力而粘附在巖土顆粒上的 水。在飽水帶中,能傳遞靜水壓力,靜水壓力大于結合水的抗剪強度時能夠運移。

特點

A.水分子排列不如結合水規則和緊密,水分子離巖石顆粒表面越遠,結   合力越小;

B.外層被植物吸收利用;

C.不受重力支配,不能導電、不能傳遞靜水壓力;

D.密度和普通水差不多,具有極大的粘滯性;

E.有較低的溶解巖能力。

 

4.  重力水(自由水):在重力作用下能自由運動的地下水稱為重力水。


特點:內層重力--層流運動--外層重力水--易轉為紊流運動


5.  毛細水:在巖石毛細孔隙中或孔道狹窄部分的水。

   

毛細水類型


  • 支持毛細水:地下水面支持下存在的(附著水面上的),隨地下水升降而升降;


  • 懸掛毛細水:是細粒層次與粗粒層次交互成層時,在一定條件下,由于上下彎液面毛細力的作用,在細土層中保留下的與地下水面不相連接的毛細水; 

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支持毛細水和懸掛毛細水

 孔角毛細水:是懸留于包氣帶中顆粒接觸點上毛細水。

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  6.  巖石骨架中的水:保存于礦物結晶格架中,已成為礦物組成部分的水。


       巖石骨架中的水分類


  •  結晶水:當礦物中的水組成比例固定不對稱結晶水。

       如石膏(史上最全的地下水基礎知識!_12)、芒硝(史上最全的地下水基礎知識!_13);


  •  費石水:當所含水比例可變且易脫出時稱費石水。

       如蛋白質(史上最全的地下水基礎知識!_14)  、方沸石(史上最全的地下水基礎知識!_15);


  • 結構水:以OH或H的形成參與礦物組合,彼此結合緊密。只有當礦物結構 破壞后,并加熱到400℃至500℃時才能分離出來的,這種水成為結構水。  如水鋁石(史上最全的地下水基礎知識!_16)  、白云母(史上最全的地下水基礎知識!_17)。


| 四、與水分的儲存和運移有關的巖石性質


1.  基本概念


  • 容水度:指巖石完全飽水時,所容納的最大的水體積與巖石總體積比值。一般說來容水數值上與孔隙度相當。孔隙體積的多少可用孔隙來表示;


  • 重量含水量(Wg):指松散巖石孔隙中所含水的重量(Gw)與干燥巖石重量(Gs)的比值。Wg=Gw/Gs*100%;


  • 體積含水量(Wv):指含水的體積(Vw)與包括孔隙在內的巖石體積(V)比值。Wv=Vw/V*100%;


  • 持水度(Wn):指飽和巖石在重力作用下釋水后,巖石中保持的水的體積與巖石體積之比。Wn=巖石保持水的體積(Vr)/巖石的總體積(V)*100%;


  • 給水度:指地下水位下降一個深度,單位水平面積巖石柱體在重力作用下釋放的水的體積。

 

2.  影響巖石給水度的因素:


水位下降速率大--給水度小(釋水滯后效應)

 

3.  影響巖石透水度的因素:


  • 決定透水性好壞的主要因素是空隙大小,空隙直徑愈小,透水性愈差。


  • 當孔隙直徑小于兩倍結合水厚度時,在尋常條件下就不透水。


  • 只有在孔隙大小相等的前提下,孔隙度才對巖石的透水性起作用,孔隙度愈大,透水性愈好。

二 

地下水及其分類


| 一、基本概念


1.  廣義地下水:賦存于地面以下巖石隙中的水;


2.  狹義地下水:賦存于飽水帶巖石隙中的水;


3.  地下水埋藏條件:含水巖層在地質剖面中所處的部位及受隔水層限制的情況下。

 

| 二、地下水分類


1.  按埋藏條件可分:

  • 上層滯水

  • 潛水

  • 承壓水(層間水)

 

史上最全的地下水基礎知識!_18                                             三 

包氣帶、飽水帶、含水層與隔水層

 

| 一.基本概念


1.  包氣帶:地下水面以上,分為土壤水帶、中間帶和毛細水帶;


2.  飽水帶:地下水面以下;


3.  含水層:起著阻隔水透過作用的細小的巖層,稱為隔水層;隙細小的巖層(如致密黏土、頁巖)含的幾乎是結合水,結合水在尋常條件下是不能移動吃的,這類巖層。


4.  隔水層:一起著阻隔水透過作用的細小的巖層,稱為隔水層。空隙細小的巖層(如致密黏土、頁巖)含的幾乎是結合水,結合水在尋常條件下是不能移動的,這類巖層實際上起著阻隔水透過的作用,所以是隔水層。

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| 二.含水層類型劃分


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| 三.上層滯水和潛水


1.  上層滯水:當包氣帶中存在局部隔水層時,在局部隔水層上積聚具有自由水面的自由水。 

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 上層滯水、潛水和層間層

1.隔水層;2.透水層;3.飽水部分;4.潛水面;5.層間水測試面;6.泉(上升泉);7.井水.實線表示井壁不進水;a.上層潛水;b.潛水;c.層間水

 

2.  潛水:飽水帶中第一個具有自由表面的含水層中的水稱為潛水。潛水沒有隔水頂板,或只有局部的隔水頂板。

 

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3.  潛水面:潛水的水面為自由水面,稱為潛水面。


  • 從潛水面到隔水底版的距離為潛水含水層厚度(H);


  • 潛水面到隔水底板的距離為潛水含水層厚度(T)。

 

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  • 潛水流動方向:潛水通常在重力作用下由水頭高的地方向水頭低的地方徑流;

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1.砂;2.含水砂;3.黏土;4.泉;h.潛水厚度;aa.潛水面;bb.隔水底板

 

4.  潛水的排泄方式


  • 徑流排泄:徑流到適當地形處,以泉、滲流等形式泄出地表或匯入地表水。

  • 蒸發排泄:通過包氣帶入大氣。


5.  潛水面的變化


潛水直接通過包氣帶與大氣圈及地表水圈發生聯系。所以氣象、水文因素的變動對它的影響比較明顯。


  • 豐水季節(年份):補給量>排泄量,則潛水面上升,含水厚度上升,埋藏深度變淺;


  • 干旱季節:排泄量>補給量,潛水面下降,含水層厚度變薄,埋藏深度加大。因此,潛水的動態有明顯的的季節性的變化。


6.  潛水面的形狀


可以是水平、傾斜、拋物線或各種形狀組合。最常見的潛水面形狀為傾斜的曲面。受重力影響,潛水由潛水面高出向低處滲流形成“潛水流”(或稱潛流),向地處的低凹地區(如河谷、沖溝)等排泄。

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7.  潛水面的表示方法


  • 剖面圖:按一定比例,在有代表性的剖面線上繪制的水文地質剖面圖,其中,應表示出潛水位、含水層、隔水層厚度、巖性及其變化等。

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 根據等水頭線圖求潛水流向及水力梯度

1.砂;2.含水砂;3.黏土;4.泉;h.潛水厚度;aa.潛水面;bb.隔水底板

 

  • 平面圖:即潛水勢(頭)和潛水等水勢(頭)線圖

 

  • 潛水等水勢(頭)線圖的用途

     A.   確定潛水流向

     B.   確定水力坡度


水力坡度是指指單位滲透途徑(水平距離)上的水頭損失。或者說,水力坡度是沿滲透途徑的水頭降與滲透途徑長度的比值:


I=H/I

I--水力坡度,無因次量

H--滲透途徑上兩點的水位差(或落差)

I--滲透途徑上兩點的水平距離

 

  8.  潛水流量和流速的測定


自然界中潛水運動緩慢,一般作層流運動,其運動規律服從達西定律,即潛水的運動速度與水力坡度成正比。


V=IK


V--滲流速度,cm/s或m/d

I--水力坡度,無因次量

K--滲透系數,cm/s或m/d

滲透系數取決于巖性、流體性質(密度、粘度)、外界條件(溫度、壓力)


| 四、層間水(承壓水)

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1.隔水層;2.含水層;3.地下水測試面;4.地下水流向;5.泉(上升泉);6.鉆孔(虛線部分為進水部分)7.自噴孔;8.大氣降水補給;H.與含水層頂面壓力相當的高度;M.含水層

 

1.  層間水(承壓水)

特點

  • 有穩定的隔水頂板和底板,沒有自由水面,水體承受凈水壓力;


  • 與外界聯系較差,水位、水量、水質等受氣候因素的影響較小,富水性好的承壓含水是理想的供水水源;


  • 具有補給區、承壓企業區和排泄區;


  • 地下水體充滿整個含水層,否則是潛水。

 

2.  最適宜形成承壓水的兩種地質構造


  • 向斜盆地


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  • 單斜地層


   A.  透水層和隔水層相間分布的承壓斜地

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  B.  含水層發生變相或尖滅形成的承壓斜地

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  C.  含水層被斷層所阻形成承壓斜地

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  D.  侵入體阻截承壓斜地

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3.  水頭


  • 正水頭:測壓水位高于該點的地形高層;

  • 負水頭:測壓水位低于該點的地形高層。

 

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A.補給區  B.承壓區  C.排泄區  a.潛水區  b.自流水區

 

| 五、潛水和承壓水(層間水)比較

 

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