第二章地下水的賦存地下水的來(lái)源包氣帶和飽水帶含水層與隔水層地下水分類潛水和承壓水(層間水)的基本特點(diǎn)

巖石中的空隙和水分第一節(jié)地下水的來(lái)源和賦存形式一、地下水的來(lái)源—滲入水—沉積水—再生水—初生水—有機(jī)成因水二、巖石中的孔隙和水分巖石中的孔隙可分為三類：

孔隙、裂隙和溶孔1、巖石中的孔隙3、影響孔隙度大小的因素（1）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，孔隙度小。（2）顆粒分選程度 分選好，孔隙度大；分選差，顆粒大小懸殊，細(xì)小顆粒充填于粗大顆粒之間，孔隙度降低。（3）顆粒形狀 顆粒形狀不規(guī)則→→排列松散→→孔隙度大（4）粘性土的結(jié)構(gòu)和次生孔隙 帶電粘?！酆稀Y(jié)構(gòu)孔隙→→孔隙度增大 次生孔隙（蟲(chóng)洞、根孔、干裂縫）發(fā)育→→孔隙度增大

4、空隙的特點(diǎn)

特點(diǎn)孔隙連通良好，分布均勻，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少都很接近，賦存于其中的地下水分布與流動(dòng)比較均勻。裂隙主要為線狀縫隙，寬窄不等，長(zhǎng)度有限，往往具有一定方向性。連通性較孔隙為差。賦存于其中的地下水相互聯(lián)系較差分布與流動(dòng)往往是不均勻的。溶洞（孔）大小懸殊，分布較不均勻，賦存于其中的地下水分布與流動(dòng)也極不均勻。巖石中的各種空隙孔隙、裂隙和溶穴②固態(tài)水：指巖石中溫度在0℃以下的重力水。即以冰的形態(tài)出現(xiàn)的重力水，常分布在季節(jié)性和永久性冰結(jié)地區(qū)。

①氣態(tài)水：以水蒸氣的形成儲(chǔ)存在地下的水。

③結(jié)合水：

指受固相表面的引力大于水分子自身重力，束縛于固相表面，不能在自身重力影響下運(yùn)動(dòng)的那部分水。

強(qiáng)結(jié)合水：也稱吸附水或吸著水.

以單獨(dú)的水分子狀態(tài)包圍在巖石顆粒表面的水。這種水靠水分子對(duì)巖石的吸附力而停留在巖石的顆粒上，其吸附力可達(dá)101325Mpa。只能在加熱時(shí)才能被排出。a水分子排列緊密，不能流動(dòng)；b密度大，2.0g/㎝3,在零下78℃時(shí)尚不能結(jié)冰；c沒(méi)有溶解能力，不能溶解鹽類;d不受重力作用,不傳遞導(dǎo)靜水壓力,不導(dǎo)電；

e很難用機(jī)械的方法把它與顆粒分開(kāi)，只有當(dāng)空氣中的飽和差很大或105℃才能將他們分開(kāi)f具有極大的粘滯性和彈性。強(qiáng)結(jié)合水特點(diǎn)：結(jié)合水與重力水③

重力水亦稱自由水在重力作用下能自由運(yùn)動(dòng)的地下水稱為重力水。特點(diǎn)內(nèi)層重力水→層流運(yùn)動(dòng)外層重力水→易轉(zhuǎn)為紊流運(yùn)動(dòng)④毛細(xì)水

在巖石毛細(xì)孔隙中或孔道狹窄部分的水。

巖石中的細(xì)小孔隙有如自然界的毛細(xì)管，水在其中能產(chǎn)生毛細(xì)運(yùn)動(dòng)。因此在地下水面以上便形成了一個(gè)普遍的毛細(xì)上升帶。支持毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水毛細(xì)水的類型Δ支持毛細(xì)水是在毛細(xì)力作用下，水從地下水面沿著小孔隙上升到一定高度，形成一個(gè)毛細(xì)水帶，此帶中的毛細(xì)水下部有地下水支持。Δ懸掛毛細(xì)水

是細(xì)粒層次與粗粒層次交互成層時(shí)，在一定條件下，由于上下彎液面毛細(xì)力的作用，在細(xì)土層中保留下的與地下水面不相連接的毛細(xì)水。⑤

巖石骨架中的水。保存于礦物結(jié)晶格架中，已成為礦物組成部分的水.結(jié)晶水－

當(dāng)?shù)V物中水的組成比例固定不變時(shí)稱結(jié)晶水。如石膏（CaSO4?2H2O）芒硝(Na2SO4?10H2O)

結(jié)構(gòu)水－以O(shè)H或H的形成參與礦物組分，彼此結(jié)合緊密。只有當(dāng)?shù)V物結(jié)構(gòu)破壞后，并加熱到400℃至500℃時(shí)才能分離出來(lái)的，這種水稱為結(jié)構(gòu)水如水鋁石（AlO?OH），白云母[K·H]2Al2Si2O3）等礦物。沸石水－當(dāng)所含水比例可變且易脫出時(shí)稱沸石水如蛋白石（SiO2?nH2O）、方沸石（NaAl2Si4O2?nH2O）。四、與水分的儲(chǔ)容和運(yùn)移有關(guān)的巖石性質(zhì)1．基本概念（1）容水度－指巖石完全飽水時(shí)所能容納的最大的水體積與巖石總體積比值。一般說(shuō)來(lái)容水?dāng)?shù)值上與孔隙度相當(dāng)?？紫扼w積的多少可用孔隙來(lái)表示。對(duì)于具有膨脹性的粘土，充水后體積擴(kuò)大，容水度可大于孔隙度（4）持水度

指飽水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。

這部分滯流在巖石空隙中不能自由釋出的水包括結(jié)合水及孔角毛細(xì)水，有時(shí)也可能包括一部分懸掛毛細(xì)水。

顆粒細(xì)小的粘土砂的持水度礫石和具有寬大裂隙或溶穴的巖石（5）給水度

指地下水位下降一個(gè)單位深度，單位水平面積巖石柱體在重力作用下釋放的水的體積。

地下水面下降時(shí)，水位變動(dòng)范圍原先飽水巖石及毛細(xì)水帶中的水，將因重力作用而下移，并部分釋出。例：地下水位下降2m，1m2水平面積巖石柱體，在重力作用下釋出的水為0.2m3（換算為水柱高度為0.2m），則給水度=0.2/2×100%=10%(0.1)。最大給水度等于巖石的容水度減去持水度2．影響巖石給水度的因素

（1）空隙多少和大小粗粒松散巖石具寬大裂隙及溶穴的堅(jiān)硬巖石給水度接近容水度（2）均質(zhì)松散巖層中地下水位埋深及水位下降速率地下水位埋深<最大毛細(xì)保持高度→給水度?。ㄒ徊糠种亓λD(zhuǎn)成毛細(xì)水）

水位下降速率大→給水度小（釋水滯后效應(yīng)）第二節(jié)地下水及其分類1.基本概念（1）廣義地下水：賦存于地面以下巖石空隙中的水；（2）狹義地下水：賦存于飽水帶巖石空隙中的水；（3）地下水埋藏條件：含水巖層在地質(zhì)剖面中所處的部位及受隔水層限制的情況。2.地下水分類地下水按埋藏條件可分:

上層滯水潛水承壓水（層間水）按其儲(chǔ)存空隙的種類又可分:孔隙水裂隙水巖溶水。二、含水層和隔水層

1、根據(jù)巖層透過(guò)和給出水的能力，飽水帶巖層可劃分為含水層和隔水層。（1）隔水層―起著阻隔水透過(guò)作用的細(xì)小的巖層，稱為隔水層

空隙細(xì)小的巖層（如致密粘土、頁(yè)巖）含的幾乎是結(jié)合水，結(jié)合水在尋常條件下是不能移動(dòng)的，這類巖層實(shí)際上起著阻隔水透過(guò)的作用，所以是隔水層。（2）含水層--在水頭差作用下能夠透過(guò)和給出水的巖層稱為含水層。

空隙較大的巖層（如砂礫巖，發(fā)育溶洞的可溶巖），主要含有自由水，在水頭差作用下能夠透過(guò)和給出水則構(gòu)成了含水層。2、含水層與隔水層劃分還要就實(shí)際需要來(lái)定（需求大小）。

3、相對(duì)性

劃分依據(jù)含水層類型特征空隙類型孔隙含水層空隙介質(zhì)中裂隙含水層裂隙介質(zhì)中巖溶含水層溶隙介質(zhì)中埋藏條件潛水含水層含水層上無(wú)隔水層，承壓含水層含水層上有隔水層，滲透性能空間變化均質(zhì)含水層滲透系均質(zhì)各向同性非均質(zhì)含水層滲透系非均質(zhì)各向異性4含水層的類型1、上層滯水--當(dāng)包氣帶中存在局部隔水層時(shí)，在局部隔水層上積聚具有自由水面的自由水，這便是上層滯水。

三、上層滯水和潛水2、潛水潛水：飽水帶中第一個(gè)具有自由表面的含水層中的水稱為潛水。潛水沒(méi)有隔水頂板，或只有局部的隔水頂板。3、潛水面：潛水的水面為自由水面，稱為潛水面。（1）從潛水面到隔水底板的距離為潛水含水層厚度（H）。

（2）潛水面到地面的距離為潛水埋深（T）。（3）潛水流動(dòng)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。泉水流和泉水湖有兩種：徑流排泄—徑流到適當(dāng)?shù)匦翁?，以泉、滲流等形式泄出地表或匯入地表水，這是蒸發(fā)排泄—通過(guò)包氣帶進(jìn)入大氣。砂含水砂粘土泉（4）潛水的排泄方式潛水直接通過(guò)包氣帶與大氣圈及地表水圈發(fā)生聯(lián)系。所以氣象、水文因素的變動(dòng)對(duì)它影響較明顯。豐水季節(jié)（年份）：補(bǔ)給量>排泄量，則潛水面上升，含水層厚度上升，埋藏深度變淺。干旱季節(jié)：排泄量>補(bǔ)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(dòng)態(tài)有明顯的季節(jié)性變化。（5）潛水面的變化（6）潛水面的形狀可以是水平、傾斜的或拋物線等，或者也可以是各種形狀的組合。最常見(jiàn)的潛水面形狀為傾斜的曲面。受重力影響，潛水由潛水面高處向低處滲流形成“潛水流”（或稱潛流），向地處的低凹地區(qū)（如河谷、沖溝）等排泄。（7）潛水面的表示方法a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(zhì)剖面圖，其中，應(yīng)表示出潛水位、含水層、隔水層厚度、巖性及其變化等。b平面圖：即潛水勢(shì)（頭）和潛水等水勢(shì)（頭）線圖：潛水面上各點(diǎn)的高程稱作潛水勢(shì)（頭），將潛水勢(shì)（頭）相等的各點(diǎn)連線，即得潛水等水勢(shì)（頭）線圖。該圖可反映潛水面形狀。c潛水等水勢(shì)（頭）線圖的用途：1）確定潛水流向

2）確定水力坡度

水力坡度是指單位滲透途經(jīng)（水平距離）上的水頭損失。或者說(shuō)，水力坡度是沿滲透途經(jīng)的水頭降與滲透途經(jīng)長(zhǎng)度的比值：

I=h/l

I－水力坡度，無(wú)因次量

h-滲透途經(jīng)上兩點(diǎn)的水位差（或落差），m

l-滲透途經(jīng)上兩點(diǎn)的水平距離，m（8）潛水流量和流速的測(cè)定自然界中潛水運(yùn)動(dòng)緩慢，一般作層流運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律服從達(dá)西定律，即潛水的運(yùn)動(dòng)速度與水力坡度成正比。

V=IKV－滲流速度，cm/s或m/dI－水力坡度，無(wú)因次量K－滲透系數(shù)，cm/s或m/d

滲透系數(shù)取決于巖性、流體性質(zhì)（密度、粘度）、外界條件（溫度、壓力）。

四、層間水（承壓水）1、層間水——充滿于兩個(gè)隔層之間含水層中的水叫層間水，亦稱地層水、自流水、承壓水等。層間水層上部的隔水層稱作隔水頂板，下部的隔水層叫做隔水底板。HM含水層厚度：頂?shù)装逯g的距離為含水層厚度承壓水位埋深（H）承壓水初見(jiàn)水位（H1）承壓水位（測(cè)壓水位）(H2)特點(diǎn)：a、有穩(wěn)定的隔水頂板和底板，沒(méi)有自由水面，水體承受靜水壓力；b、與外界聯(lián)系較差，水位、水量、水質(zhì)等受氣候因素的影響較小，富水性好的承壓含水層是理想的供水水源；c、具有補(bǔ)給區(qū)、承壓區(qū)和排泄區(qū)；ｄ、地下水體充滿整個(gè)含水層，否則是潛水承壓水（層間水）主要特點(diǎn)2、最適宜形成承壓水的兩種地質(zhì)構(gòu)造（1）向斜盆地（2）單斜地層

a、透水層和隔水層相間分布的承壓斜地b、含水層發(fā)生變相或尖滅形成的承壓斜地c、含水層被斷層所阻形成承壓斜地

d、傾入體阻截承壓斜地3、水頭自測(cè)壓水位到含水層頂面的垂直距離（h）。水頭取決于供水區(qū)和泄水區(qū)的相對(duì)高差。正水頭負(fù)水頭正水頭：測(cè)壓水位高于該點(diǎn)的地形高程負(fù)水頭：測(cè)壓水位低于該點(diǎn)的地形高程★水頭大小用水柱高度來(lái)表示：h=10P/ρh:水頭,m；P:靜水壓力atm(按10m淡水柱＝1atm計(jì))；ρ：水的相對(duì)重度，無(wú)因次。層間水自溢區(qū)★等水頭圖等水頭線含水層頂板等高線地形等高線潛水含水層——潛水面變化。層間含水層——反映在水頭的變化。層間水的水質(zhì)變化很大，從淡水到含鹽量很高的鹵水。鹵水：含鹽量高于50g/l。五、潛水和承壓水（層間水）比較潛水承壓水（層間水）埋藏條件淺，上部沒(méi)有連續(xù)隔水層上部有連續(xù)穩(wěn)定的隔水頂板補(bǔ)給條件潛水含水層能在其全部分布范圍內(nèi)通過(guò)包氣帶獲得補(bǔ)給承壓水只能在其出露的補(bǔ)給區(qū)獲得補(bǔ)給徑流潛水面不承壓，在重力作用下由高水位處流向低水位處承壓水由補(bǔ)給區(qū)流向排泄區(qū)排泄?jié)撍袃煞N排泄方式：徑流與蒸發(fā)承壓水只有一種排泄方式：徑流與大氣圈地表水的聯(lián)系潛水與大氣圈、地表水聯(lián)系密切，積極參與水循環(huán)，動(dòng)態(tài)變化顯著與大氣圈、地表水的聯(lián)系較弱，動(dòng)態(tài)較穩(wěn)定潛水承壓水（層間水）等水位線潛水等水位線表示了潛水面及含水層頂面承壓水等側(cè)壓水位面是一個(gè)虛構(gòu)的面，鉆孔打到該高度上取不到水，必須打到含水層頂面才能見(jiàn)到水對(duì)水量增減的反映補(bǔ)給和排泄時(shí)，主要表現(xiàn)為潛水位和含水層厚度的變化厚度變化不明顯，主要表現(xiàn)為側(cè)壓水位變化資源補(bǔ)充與調(diào)節(jié)性潛水積極參與水循環(huán)，資源易恢復(fù)補(bǔ)充，但由于受氣候影響大，含水層厚度有限，資源缺乏多年調(diào)節(jié)性不易恢復(fù)補(bǔ)充，但含水層厚度一般較大，往往具有良好的多年調(diào)節(jié)性本章完作業(yè)：計(jì)算與回答以下問(wèn)題已知一個(gè)鉆孔A，井底含水層的深度為960米。已知該地區(qū)的地溫梯度為6℃／100m，年地表平均溫度15℃、年常溫帶深度(10m)（1）該熱水層的溫度大約為多少？（2）該鉆孔的水能噴出地表20m，請(qǐng)問(wèn)該地下水為潛