1、第一章 地下水的基本知識,1 地下水的概念 2 地下水的賦存狀態(tài) 3 含水層和隔水層 4 地下水分類及各類地下水的特征 5 地下水的循環(huán) 6 地下水運動的基本規(guī)律,重點：巖土的水理性質、含水層與隔水層、降落漏斗、影響半徑、地下水的分類及各類地下水的特征，等水位線圖和等水壓線圖及其作用。,1 地下水的概念,一、自然界中水的分布,二、地下水的概念 埋藏在地表以下巖土空隙中的水。主要是由滲透作用和凝結作用形成的，此外還有極少量的原生水。,2 地下水的賦存狀態(tài),一、巖土的空隙性 二、水在巖土中存在的形式 三、巖土的水理性質,一、巖土的空隙性,巖土中的空隙是地下水的儲存空間，巖土空隙按其成因可分為孔隙、

2、裂隙和溶隙（巖溶溶洞）。,可溶性巖石，如灰?guī)r,堅硬巖石，如花崗巖,松散巖土,溶洞,裂隙,孔隙,1、孔隙：指松散巖土顆粒與顆粒集合體之間小孔狀或細管狀的空隙。,孔隙體積多少用孔隙度（n）來量度。,n=（Vn/V ）100%,孔隙的體積,V巖石總體積,影響孔隙度的因素：,巖石的密實程度、顆粒的均勻性、顆粒形狀和顆粒間的膠結程度等。,孔隙度測定方法,水,n=V水/V砂,2、準確測定方法：,n=（1-/)100% 松散巖石的容重 松散巖石的比重,1、概略測定方法：,3、堅硬巖石：飽和液體法,2、裂隙：指固結的堅硬巖石在構造運動以及其他各種內、外地質應力作用下，產生于巖體中的各種扁平狀空隙。,用裂隙度（

3、Kt）來衡量。,Kt=（Vt /V ）100%,=（Lb）/F 100%,裂隙的體積,V巖石總體積,露頭中裂隙的長度,巖層露頭面積,裂隙的平均寬度,3、溶隙：可溶性巖體中的裂隙再經過地下水流的長期溶蝕、沖刷而形成的空隙或空洞稱為溶隙或溶洞。,用溶洞（巖溶）率（Kk）來衡量。,Kk =（Vk/V ）100%,溶隙的體積，通常由鉆孔中所取得的巖心測量而得,V巖石總體積,二、水在巖土中的存在形式,地殼巖石中的水,礦物結合水,空隙中的水,沸石水、結晶水,結構水,結合水,強結合水（吸著水）,弱結合水（薄膜水）,液態(tài)水,重力水,毛細水,固態(tài)水,氣態(tài)水,薄膜水又叫弱結合水，是指在吸著水層以外的液態(tài)水膜。這層

4、水不受重力影響，但由于引力不等薄膜水質點可由厚的地方向薄處轉移。,土粒,吸著水又叫強結合水，指由分子引力和靜電引力牢固地吸附在土壤顆粒表面的薄層（通常只有幾個水分子厚）水膜。是一層近于固態(tài)的水。,吸著水,薄膜水,重力水指在重力作用下，貯存在巖石和土壤的非毛管孔隙中自由運動的水。,重力水,毛細管水受毛管力作用而保持在土壤毛細管孔隙（直徑0.001-0.1毫米）中的水。,地表,地下水面,毛細水,氣態(tài)水 吸著水 薄膜水,重力水,各種形式的水在地殼中的分布,水井,結合水,包氣帶,飽水帶,三、巖土的水理性質,巖石的空隙雖然為地下水提供了儲存的空間，但是水能否自由進出這些空間卻與巖石表面控制水分活動的條件

5、、性質有很大關系。與水分的貯存運移有關的巖石性質稱為巖石的水理性質。包括容水性、持水性、給水性和透水性。,容水性,指巖石空隙能容納一定水量的性能。用容水度衡量，數值上等于巖土的孔隙度、裂隙度或巖溶率。,指巖土體在重力作用下釋水后仍能保持住的一定水量的性質。用持水度衡量。松散巖土顆粒越小，其表面積越大，表面吸附的結合水越多，持水度越大；而堅硬巖石的裂隙和溶隙持水度幾乎為零。,持水性,給水性,常見松散巖土的給水度,指飽和含水的巖石在重力作用下，能自由流出（排出）若干水量的性能。以給水度（）作為衡量指標，數值上等于容水度減去持水度。,透水性,指在一定壓力梯度下巖石允許水透過的性能。取決于空隙直徑的大

6、小和連通程度，其次是空隙的多少。,巖土根據透水性好壞可分為： 透水巖土： 半透水巖土： 不透水巖土：,表示巖土透水性能大小的指標，稱為滲透系數，用符號K表，單位m/d（米/天）,砂,砂、,礫,礫、,粘土,粘土、,粉質粘土,粉質粘土、,粉土,粉土、,卵石,卵石、,黃土,黃土、,淤泥,淤泥、,泥巖,泥巖、,砂巖,砂巖、,頁巖,頁巖、,裂隙和溶隙不發(fā)育的堅硬巖石,裂隙和溶隙不發(fā)育的堅硬巖石。,裂隙與巖溶發(fā)育的堅硬巖石,裂隙與巖溶發(fā)育的堅硬巖石；,裂隙與巖溶不太發(fā)育的堅硬巖石,裂隙與巖溶不太發(fā)育的堅硬巖石；,一、概 念 二、構成含水層的基本條件,3 含水層和隔水層,含水層：,指能夠透過并給出相當數量水

7、的巖層。,不能透過并給出水，或透過和給出水的數量微不足道的巖層（滲透系數0.001m/d）,隔水層：,一、 概 念,二、構成含水層的基本條件,1、儲水空間。即應有孔隙、裂隙和溶隙等空隙。這是儲存地下水的前提條件。 2、儲水構造。有了儲水空間，只是有了能含水的條件，但能否儲存水，成為含水層，還必須具備保存住地下水的地質構造：下部要有隔水層托住重力水，并在水平方向上具有某種隔水邊界，使之不致完全流失，水能在巖層空隙中保存住，從而形成含水層。也就是說，透水巖層與隔水巖層組合起來，才能成為含水層。 3、良好的補給來源。 有足夠的水源，使儲水空間能不斷地獲得補給，方能成為含水層。,4、地下水的分類及各類

8、地下水的特征,孔隙水、裂隙水、巖溶水,上層滯水、潛水、承壓水（自流水）,孔隙（裂隙、巖溶）上層滯水，孔隙（裂隙、巖溶）潛水，孔隙（裂隙、巖溶）承壓水。,一、地下水的分類：,1、按巖石空隙性質分類的地下水：,2、按埋藏條件分類的地下水：,3、我國地下水分類：,二、按埋藏條件分類的各類地下水特征 1、上層滯水；2、潛水；3、承壓水,三、按空隙性質分類的各類地下水特征 1、孔隙水；2、裂隙水；3、巖溶水,孔隙水主要存在和運動于松散巖石（即未完全膠結和未膠結的砂、礫石和粘性土等）孔隙中。,可溶性巖石，如灰?guī)r,堅硬巖石，如花崗巖,松散巖土,溶洞水,裂隙水,孔隙水,裂隙水存在和運動于堅硬巖石的裂隙中,巖溶

9、水存在和運動于可溶性巖石的溶洞中,1、按巖石空隙性質分類的地下水,（潛水面）,2、潛水,3、承壓水,包氣帶,2、按埋藏條件分類的地下水,飽水帶,1、包氣帶水和上層滯水 存在于包氣帶中的水叫做包氣帶水，以氣態(tài)水、吸著水、薄膜水和毛細管水的形式存在，農業(yè)上稱為土壤水。其中局部隔水層上的重力水稱為上層滯水。,飽水帶,包氣帶,潛水面,局部隔水層,上層滯水,地表,（1）有關潛水埋藏的術語：,2、潛水,潛水含水層厚度：潛水面至隔水層頂面的距離,潛水位：潛水面上任一點的標高,潛水埋藏深度：潛水至地表的距離,潛水面：潛水的自由表面,埋藏在地表以下、第一個穩(wěn)定的隔水層以上，具有自由水面的重力水。,承壓水盆地剖面

10、示意圖 1隔水層；2含水層；3地下水位；4地下水流向；5上升泉；6鉆孔，虛線為進水部分；7自流鉆孔；8大氣降水補給；H承壓水頭高度；M含水層厚度,3、承壓水（自流水） 初見水位=含水層頂板標高； 承壓水位=穩(wěn)定后的水位標高 水頭高度H=承壓水位-初見水位,H,1、上層滯水的一般特征,（1）一般分布不廣； （2）季節(jié)性存在，存在時間的長短受其下部隔水層分布范圍及包氣帶厚度控制，其動態(tài)變化與氣候及水文因素的變化關系密切； （3）補給區(qū)和分布區(qū)一致； （4）一般只能作小型或暫時性供水水源，對采礦幾乎沒有影響。,2、潛水的特征,潛水具有自由水面，為無壓水； 潛水的分布區(qū)和補給區(qū)基本上是一致的； 在重力

11、作用下，潛水可以由水位高處向水位低處運動，形成潛水徑流。 平原區(qū)主要以蒸發(fā)形式排泄，易形成鹽堿地；高山丘陵區(qū)則以泉、地下滲流形式排泄于地表溝谷或地表水體。 潛水的動態(tài)如水位、水溫、水質、水量等要素隨季節(jié)不同有明顯變化。,1）潛水的一般特征：,2）潛水面形狀及其表示方法（水文地質剖面圖和潛水等水位線圖）,一般情況下，潛水面是呈向排泄區(qū)（如相鄰溝谷、河流、湖泊等）傾斜的曲面。 潛水面的形狀與地形、含水層的透水性及厚度、氣象水文條件、人工抽水和排水等因素有關。,1、含水砂；2、含水礫石；3、隔水底板；4、流向,潛水面的形狀,1砂土；2粘性土；3潛水面；4鉆孔；5鉆孔編號,水文地質剖面圖,潛水等水位線

12、圖,等水位線圖的用途 確定潛水的流向及水力坡度 確定潛水的埋藏深度、泉水出露點和沼澤化范圍 提供合理的取水位置 確定潛水與地表水的相互補給關系 確定含水層厚度 分析推斷含水層透水性及厚度變化,潛水的流向：垂直等水位線從高水位指向低水位的方向，常用箭頭表示； 兩點間的平均水力坡度：在流動方向上，任意兩點的水位差除以該兩點間的實際水平距離,（a）潛水補給河水；（b）河水補給潛水 ；（c）河水一岸得到潛水補給，另一岸則河水補給潛水。,埋藏深度：某點地面標高減去該點潛水位。如A點埋藏深度=135-115=20米,115,135,A,1、地形等高線；2、等水位線；3、等埋深線；4、潛水流向；5、潛水埋藏

13、深度為零區(qū)（沼澤區(qū)）；6、埋深02m 區(qū)；7、埋深24m；8、埋深大于4m 區(qū),115,95,135,隔水層,A,含水層厚度= 該點潛水位與隔水頂板標高之差。如A點含水層厚度=115-95=20米,利用等水位線圖分析推斷含水層透水性及厚度變化 若等水位線由密變疏，說明潛水面坡度由陡變緩，可以推斷含水層透水性由弱變強或含水層厚度由薄變厚。反之，則可能是含水層透水性變弱或厚度變薄,1、含水砂；2、含水礫石；3、隔水底板；4、流向,3、承壓水的特征,(1)承壓性，為有壓水，其頂面為非自由水面； (2)承壓水的分布區(qū)與補給區(qū)不一致； (3)承壓水在靜水壓力作用下，可以由高水位向低水位運動，形成承壓水的

14、徑流； (4) 承壓水的水位、溫度和礦化度等受氣候、水文因素等的影響較??； (5)承壓水的水質變化大，從淡水直到礦化度很高的鹵水都有。,1、形成承壓水的地質構造：自流盆地和承壓斜地 2、承壓水的一般特征：,3、等水壓線圖及其作用,（1）自流盆地：形成承壓水的向斜或盆地構造,（2）承壓斜地：單斜儲水構造,承壓斜地剖面示意圖 （a）含水層尖滅形成的承壓斜地；（b）單斜構造形成的承壓斜地；（c）阻水斷層形成的承壓斜地；（d）導水斷層形成的承壓斜地,3）等水壓線圖及其應用 （1）確定水流方向及水力坡度 （2）確定承壓含水層的埋藏深度 （3）確定承壓水位的埋藏深度 （4）確定水頭高度,1、孔隙水,含水層

15、松散未經膠結，這些松散層包括第四系及部分第三系沉積巖和堅硬基巖的風化殼?？蔀闈撍虺袎核Ｋ康拇笮∪Q于含水層的成因類型、巖性結構、顆粒成分、厚度和分布面積，當井筒施工通過第四系松散含水層或開采接近含水層底板，出現涌水、涌砂、片幫：當第四系含水層與礦體上覆基巖含水層有水力聯(lián)系時，成為礦坑充水的主要水源。,2、裂隙水,（1）風化裂隙水 （2）成巖裂隙水 （3）構造裂隙水,是賦存在風化裂隙中的地下水，受風化裂隙的分布和發(fā)育程度控制，多分布于出露基巖的表層，新鮮的基巖為含水層的下限，絕大多數為潛水，受大氣降水補給。,是指巖石形成過程中產生的裂隙中的地下水，主要的成巖裂隙水包括玄武巖中的地下水和接觸

16、帶地下水。,是指賦存于地殼運動產生的裂隙中的地下水，主要的埋藏于沉積巖、變質巖的節(jié)理及片理等裂隙中的層狀地下水和埋藏于構造破碎帶中的脈狀地下水。,3、 巖 溶 水,巖溶的發(fā)育規(guī)律 巖溶發(fā)育的基本條件 地質構造對巖溶發(fā)育的控制作用 巖溶水的儲存形式 地下河 巖溶地下水脈 巖溶水的基本特征,返回,巖溶發(fā)育的基本條件,1、巖石的可溶性 可溶巖的巖性愈純，含易溶組分就愈多，巖溶也愈發(fā)育。 2、巖石的透水性 巖石的透水性愈好，水就愈容易進入巖石內部進行溶蝕。 3、水的流動條件 地下水徑流愈強烈，侵蝕性CO2含量愈多，巖溶也愈發(fā)育。,返回,地質構造對巖溶發(fā)育的控制作用,1、控制機理 （1）地質構造破壞了巖

17、石的完整性，使巖石的滲透性能增強，提高巖石與含侵蝕性CO2水接觸的機會，因而提高了巖溶發(fā)育程度；（2）地質構造控制了地下水流動的方向，從而控制了巖溶發(fā)育的范圍和延伸方向。 2、控制形式 （1）巖溶主要沿斷裂帶發(fā)育 （2）巖溶常在褶曲軸部或平行于褶曲軸成帶狀發(fā)育 （3)構造體系控制巖溶的空間分布規(guī)律；構造復合關系對巖溶發(fā)育的尤其有利。,返回,巖溶水的基本特征,（一）巖溶水的分布特征 1、總的來說富水性較強，但含水極不均勻； 2、巖溶有向深部減弱的規(guī)律，使含水層的富水性也呈現垂向上的強弱分帶性； 3、巖溶水在水力聯(lián)系上有明顯的各向異性。 （二）巖溶水的埋藏特性 巖溶水可以是潛水，也可以是承壓水。

18、（三）巖溶水的循環(huán)特征 巖溶水主要由大氣降水和地表水補給，并以集中徑流和集中排泄為特點。因此，在石灰?guī)r裸露區(qū)不僅缺乏地表水，而且地下水露頭也很少，常表現出嚴重缺水現象。,返回,4 地下水的循環(huán),一、地下水的補給 二、地下水的排泄 三、地下水的徑流 四、地下水補、徑、排條件的改變,（一）地下水的補給,1、概念：含水層從外界獲得水量的作用。 2、補給來源： （1） 大氣降水的補給 （2） 地表水的補給 （3） 凝結水的補給 （4） 含水層之間的補給 （5） 人工補給。,大氣降水補給,地表水補給,含水層之間的補給,越流：當抽水含水層的頂、底板為弱透水層時，在抽水含水層抽水的條件下，由于水頭降低，和相

19、鄰含水層之間產生水頭差，相鄰含水層通過弱透水層與抽水含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系，這種水力聯(lián)系稱為“越流”,人工補給,（二）地下水的排泄,1、概念：含水層失去水量的過程 2、排泄方式： （1）泉水排泄 （2）向地表水排泄（泄流） （3）蒸發(fā)排泄（土面蒸發(fā)和葉面蒸發(fā)） （4）不同含水層之間的排泄,（三）地下水徑流,1、概念：地下水在巖石空隙中的流動過程 2、地下徑流產生原因：根本原因是地下水循環(huán)。大氣降水或地表水通過包氣帶向下滲漏，補給含水層成為地下水，地下水又在重力作用下由水位高處向水位低處流動，最后在地形低洼處以泉的形式排出地表或直接排入地表水體，如此反復地循環(huán)是地下水徑流產生的原因。 3、影響因

20、素：地下徑流的方向、速度、類型、徑流量主要受含水層的空隙性、地下水的埋藏條件、補給量、地形、地下水的化學成分以及人為因素的影響。,（四）地下水補、徑、排條件的轉化,1、自然條件改變引起的轉化 （1) 河流水位變化 (2) 地下分水嶺的改變 2、人類活動引起的變化 (1)修建水庫 (2)人工開采和礦區(qū)排水 (3)農田灌溉和人工回灌,（1) 河流水位變化,(2)地下分水嶺的改變,改變原因：地殼升降運動、自然條件的變化以及巖溶地區(qū)地下水的襲奪等。,6 地下水運動的基本規(guī)律,返回,一、地下水運動的特點 二、地下水運動的基本規(guī)律 三、地下水向井的運動的基本規(guī)律 四、水文地質參數的確定,一、 地下水運動的

21、特點,1、水流通道曲折復雜； 2、流速遲緩； 3、一般呈層流運動，個別條件下呈紊流運動； 4、絕大多數情況下為非穩(wěn)定流運動。,返回,1、 地下水運動的流動通道,平均直線水流,通過研究通道內平均直線水流（假想水流）的運動特征，掌握真正水流的運動規(guī)律。,水量，水頭、阻力相等,假想水流代替真正水流的條件：,返回,2、地下水的流速,地下水在曲折的通道中緩慢地流動稱為滲透，或稱滲透水流。,：一般幾m/d，甚至 1m/d,返回,（1）層流運動：在巖石空隙中滲透時，水質點有秩序的、互不混雜的流動稱作層流運動(a) （2）紊流運動：水流質點無秩序地、互相混雜的流動，稱為紊流運動(b)。,3、地下水運動的基本狀

22、態(tài),大孔隙，大裂隙，大溶洞，取水構筑物附近,返回,4、地下水運動隨時間的變化規(guī)律,穩(wěn)定流：流量(Q)、流速（V）和水位（S）不隨時間變化 非穩(wěn)定流：流量(Q)、流速（V）和水位（S）隨時間變化,返回,二、 地下水運動基本規(guī)律,1、線性滲透定律（達西定律） Q=K = K I = （層流運動） 2、非線性滲透定律 （1）哲才公式： 或 （紊流運動） （2）斯姆萊公式： （1m2） （混合運動）,返回,1、線性滲透定律,達西定律 地下水作雷諾數很?。≧e110）的層流運動時滿足達西定律，即： Q=K =KI=,Re= 其中u為地下水實際流速，d為孔隙的直徑，為地下水地運動粘滯系數m2/d）,Q滲流量（m3/d）；L滲流途徑長度（m）；h在滲流途徑L長度上的水頭損失（m）；滲流的過水斷面面積（m2）；K滲透系數（m/d）；I水力坡度，單位滲流途徑上的水頭損失（無量綱）；滲透速度；,返回,地下水在孔隙中的實際流速： U = n巖石的孔隙度 地下水在實際運動過程中，水力坡度常是變化的，I可用微分式表示為： dx沿水流方向無窮小的距離；dH相對dx水流微分段上的水頭損失。 大多數情