微專題|地下水

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(biāo)準《水文地質(zhì)術(shù)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。

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(guān)的巖石性質(zhì)

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

01

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(guān)孔隙度的幾個基本概念

• 孔隙：組成松散巖石顆粒或顆粒集合體之間的間隙；

• 裂隙：應(yīng)力作用下堅硬巖石破裂變形產(chǎn)生的。可分為成巖裂隙、構(gòu)造裂隙和 風(fēng)化裂隙；

• 溶孔（洞）：可溶的沉積巖在地下水溶蝕下產(chǎn)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(nèi)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(guī)則--排列松散--孔隙度大 粘性土的結(jié)構(gòu)和次生孔隙：帶電粘粒--聚合--結(jié)構(gòu)孔隙--孔隙度增大--次生孔隙（蟲洞、根孔、干裂縫）發(fā)育--孔隙度增大。

孔隙的特點

4. 巖石中的各種裂隙

三

巖石中水存在的形式

1. 氣態(tài)水：以水蒸氣的形式儲存在地下的水；

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)性和永久性結(jié)冰的地區(qū)；

3. 結(jié)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(tài)表面，不能在自身重力影響想運動的那部分水。

• 強結(jié)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(jié)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(dǎo)靜水壓力，不導(dǎo)電；

E. 很難用機械的方法把它與顆粒分開，只有當(dāng)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(jié)合水（薄膜水）：結(jié)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(jié)合水的抗剪強度時能夠運移。

特點：

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

B.外層被植物吸收利用；

C.不受重力支配，不能導(dǎo)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(nèi)層重力--層流運動--外層重力水--易轉(zhuǎn)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；

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。

  
  

6. 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。

巖石骨架中的水分類：

• 結(jié)晶水：當(dāng)?shù)V物中的水組成比例固定不對稱結(jié)晶水。

  如石膏（)、芒硝();

• 費石水：當(dāng)所含水比例可變且易脫出時稱費石水。

  如蛋白質(zhì)（） 、方沸石();

• 結(jié)構(gòu)水：以O(shè)H或H的形成參與礦物組合，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℃時才能分離出來的，這種水成為結(jié)構(gòu)水。 如水鋁石（） 、白云母（）。

四

與水分的儲存和運移有關(guān)的巖石性質(zhì)

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?dāng)?shù)值上與孔隙度相當(dāng)。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(nèi)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(yīng)）

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(dāng)孔隙直徑小于兩倍結(jié)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。

02

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孔隙中的水；

2. 狹義地下水：賦存于飽水帶巖石孔隙中的水；

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）

03

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；孔隙細小的巖層（如致密黏土、頁巖）含的幾乎是結(jié)合水，結(jié)合水在尋常條件下是不能移動吃的，這類巖層。

4. 隔水層：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(jié)合水，結(jié)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。

二

含水層類型劃分

三

上層滯水和潛水

1. 上層滯水：當(dāng)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。

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。

3. 潛水面：潛水的水面為自由水面，稱為潛水面。

• 從潛水面到隔水底板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）。

• 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；

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(dāng)?shù)匦翁帲匀B流等形式泄出地表或匯入地表水。

• 蒸發(fā)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(fā)生聯(lián)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(jié)（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(jié)：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(tài)有明顯的的季節(jié)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(qū)（如河谷、沖溝）等排泄。

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(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。

根據(jù)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(guī)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(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.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(dāng)?shù)母叨龋籑.含水層

1. 層間水（承壓水）

特點：

• 有穩(wěn)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(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是理想的供水水源；

• 具有補給區(qū)、承壓企業(yè)區(qū)和排泄區(qū)；

• 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(zhì)構(gòu)造

• 向斜盆地

• 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. 侵入體阻截承壓斜地

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。

A.補給區(qū) B.承壓區(qū) C.排泄區(qū) a.潛水區(qū) b.自流水區(qū)

五

潛水和承壓水（層間水）比較