水文地质学地下水的赋存.pptx

第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存第1页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存1）包气带的分层 土壤水带：接近地表，植物根系发育，微生物活动较频繁 毛细水带：包气带底部由地下水面支持的毛细水构成毛细水带 中间带：包气带厚度较大时，在土壤水带与毛细水带之间还存在中间带3.1 包气带与饱水带3.1.1 包气带第2页/共52页2）包气带水的成分 空隙壁面吸附的结合水 细小空隙中含有毛细水 未被液态水占据的空隙中包含空气及气态水第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存第3页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存3）包气带水的补给与排泄补给大气降水补给地表水体的渗漏地下水面（饱水带）通过毛细上升输送的水分地下水蒸发形成的气态水 包气带水的赋存与运移受毛细力与重力的共同影响。毛细力将水分输向空隙细小与含水量较低的部位，在蒸发影响下，毛细力常将水分由包气带下部输向上部；重力则使水分下移。降雨以后，一定深度以下的包气带水下渗补给饱水带。排泄第4页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存4）影响包气带厚度、含水量及其水盐运动的因素气象水文因素：气温；降水，蒸发 影响包气带的含水量及其水、盐运动植被：天然的湿地、森林、人工草坪。一方面，滞留地表坡流，有利于降水入渗；另一方面，植物蒸腾消耗包气带水。人类活动：灌溉、人工抽取地下水岩性：控制毛细上升高度与速度从而影响潜水蒸发第5页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存5）研究包气带的意义通道作用：包气带是饱水带与大气圈、地表水圈联系必经的通道。饱水带通过包气带获得大气降水和地表水的补给，又通过包气带蒸发与蒸腾排泄到大气圈。意义：研究包气带水盐的形成及运动规律对阐明饱水带水的形成具有重要意义；对研究农作物的需水、环境地质等问题也有重要意义第6页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存3.1.2 饱水带特征：岩石空隙全部为液态水所充满。饱水带中的水体是连续分布的，能够传递静水压力，在水头差的作用下，可以发生连续运动。饱水带岩层按其透过和给出水的能力，可分为含水层和隔水层。岩层渗透性透水层不透水层饱含水含水层隔水层第7页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存3.2 含水层、隔水层（弱透水层）含水层隔水层 透水性能好空隙大的岩层。【代表】卵石、砾石、粗砂的沉积物（孔隙）；富含裂隙的岩层；岩溶发育的岩层aquifer kwif 定义：能够透过并给出相当数量水的岩层定义：不能透过与给出水，或者透过给出的水量微不足道的岩层【代表】致密的基岩；压实性强的粘性土层。aquiclude kwiklu:d第8页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存3.2 含水层、隔水层（弱透水层）对于一些渗透性相当差的岩层，在一般的供水排水中他们所能提供的水量微不足道，视乎可以看作隔水层；但是，当发生越流（相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换）时，由于驱动水流的水力梯度大且发生渗透的过水断面很大，越流交换的水量相当可观，此时，再称作隔水层就不合适了。【代表】在平原区：粉质粘土层，粉质亚粘土层，淤泥质粉质粘土层和亚砂土层等；在坚硬岩石地区：一些微裂隙、节理发育的泥岩层、页岩层、砂砾岩层等。弱透水层（相对隔水层）第9页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存含水层、隔水层概念的相对性（岩层渗透性能的相对性）利用地下水的工作供水水源（需要水量）A）在利用地下水供水时，某一岩层能够给出的水量较小，对于水源丰沛、需水量很大的地区，由于远不能满足供水需求，而被视为隔水层；B）在水资源匮乏、需水量较小的地区，就可以被视为含水层。排除地下水的工作工程防渗（杜绝水量）如某种岩层的渗透性较低，从供水的角度来说，它被视作隔水层；但是从水库渗漏的角度出发，这种渗漏量就不容忽视，依旧视作隔水层就不合适了。第10页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存时间尺度：m3m3/sm/sm/sm2ssm2s第11页/共52页 在讨论油气二次运移这种时间尺度很大的水文地质过程时，流体能够穿越所有的地层。从整体上说，地层具有水力连续性。如上图：有5个含水层被4个弱透水层所阻隔。当在含水层3中抽水时，短期内相邻的含水层2与4的水位均未变动，图中所示a的范围构成一个有水力联系的单元。当抽水持续时，最终影响将波及图中b所示范围，这时5个含水层与4个弱透水层构成一个发生统一水力联系的单元。第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存第12页/共52页岩石的各向异性：以沉积岩为例，由于不同岩性层的互层，有的层次发育裂隙或溶穴，垂直方向上是隔水的，但在顺层的方向上都是透水的。例如，薄层页岩和石灰岩互层时，页岩中裂隙接近闭合，灰岩中裂隙与溶穴发育，便成为典型的顺层透水而垂直层面隔水的岩层。下为示意图第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存第13页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存构成含水层必须具备的3个条件岩层必须有储水空间 即应有孔隙、裂隙和溶隙（穴）等空隙。这是储存地下水的前提条件。第14页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存含水层存在的意义具备保存住地下水的地质构造（储水构造）在透水性良好的岩层下有隔水层（弱透水层）的存在，以免重力水向下全部漏失；或在水平方向上有隔水层阻挡，以免全部漏空。要有足够的水源（良好的补、排条件）使储水空间能不断地获得补给，方能成为含水层。第15页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存3.3 地下水分类广义：指赋存于地面以下岩土空隙中的水狭义：指赋存于饱水带岩土空隙中的水重力水包括：包气带及饱水带中所有含于岩石空隙中的水地下水概念的从“狭义”“广义”从只研究“重力水”研究“包气带水&重力水”水文地质学从研究“地壳浅层地下水”研究“地下水圈”第16页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存埋藏条件：指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔水层（弱透水层）限制的情况。包气带水、潜水、承压水第17页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存含水介质（空隙）特征：孔隙水、裂隙水、岩溶水孔隙水孔隙水裂隙水裂隙水岩溶水岩溶水包气包气带水带水土壤水土壤水局部粘性土隔水层局部粘性土隔水层上上季节性季节性存在的重存在的重力水（上层滞水）力水（上层滞水）及悬留毛细水及重及悬留毛细水及重力水力水裂隙岩层浅部裂隙岩层浅部季节季节性性存在的重力水及存在的重力水及毛细水毛细水裸露岩溶化岩层上裸露岩溶化岩层上部岩溶通道中部岩溶通道中季节季节性性存在的重力水存在的重力水潜水潜水各类松散沉积物浅各类松散沉积物浅部的水部的水裸露于地表的裸露于地表的各类各类裂隙岩层裂隙岩层中的水中的水裸露于地表的裸露于地表的岩溶岩溶化岩层化岩层中的水中的水承压承压水水山间盆地及平原松山间盆地及平原松散沉积物深部的水散沉积物深部的水组成构造盆地、向组成构造盆地、向斜构造或单斜断块斜构造或单斜断块的被掩覆的的被掩覆的各类裂各类裂隙岩层隙岩层中的水中的水组成构造盆地、向组成构造盆地、向斜构造或单斜断块斜构造或单斜断块的被掩覆的的被掩覆的岩溶化岩溶化岩层岩层中的水中的水第18页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存3.4 潜水1）概念 潜水：饱水带中第一个具有自由表面且有一定规模的含水层中的水称作潜水。潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板 潜水面：潜水的表面为自由水面，称作潜水面 潜水含水层厚度：从潜水面到隔水底板的距离 潜水理藏深度：潜水面到地面的距离第19页/共52页第三章 地下水的赋存2）补给3）排泄：径流排泄 蒸发排泄 潜水与大气圈及地表水圈的密切联系性，潜水与大气圈及地表水圈的联系通道是包气带，影响包气带水分的因素都影响潜水。气象、水文因素对潜水影响显著。4）动态变化第20页/共52页第三章 地下水的赋存5）潜水特征没有隔水顶板，具有自由的水面潜水分布区与补给区常常一致 湿润气候（补给丰富）及地形切割强烈（利于径流）的地区，有利于潜水的径流排泄，往往形成含盐量不高的淡水。干旱气候下，由细颗粒组成的盆地平原，潜水的蒸发排泄为主，常形成含盐高的咸水。易污染潜水的水位、水量、水质等动态变化与气象水文、地形等因素密切相关，动态变化明显。埋藏浅，易于开发，重要水源第21页/共52页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存6）水文地质剖面图第22页/共52页第三章 地下水的赋存6）水文地质剖面图第23页/共52页7）潜水等水位线图潜水等水位线图：将潜水位相等的各点连线，得到潜水等水位线图。该图与各种等值线图，例如等高线图类似，能反映潜水面形状潜水位：潜水面上任一点的高程称为该点的潜水位第24页/共52页第三章 地下水的赋存确定潜水的流向第25页/共52页第三章 地下水的赋存水面坡度：相邻两条等水位线的水位差除以其水平距离水力梯度：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值当潜水面坡度不大时，潜水面坡度可视为潜水水力梯度确定潜水面的水面坡度第26页/共52页第三章 地下水的赋存第27页/共52页第三章 地下水的赋存判断潜水和地表水的补排关系第28页/共52页第三章 地下水的赋存确定泉水出露位置和沼泽化范围第29页/共52页侵蚀（下降）泉接触泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉侵蚀（上升）泉断层泉接触带泉第三章 地下水的赋存第30页/共52页第三章 地下水的赋存推断含水层岩性或厚度的变化第31页/共52页第三章 地下水的赋存确定潜水埋藏深度（结合地形等高线图）确定含水层厚度（结合隔水地板等高线图）确定泉水出露位置和沼泽化范围 取水工程最好布置在潜水流汇合的地区（点工程取水）;或潜水集中排泄的地段。取水建筑物排列方向一般应垂直地下水流向，即与等水位线相一致。（线状工程取水）第32页/共52页第三章 地下水的赋存3.5 承压水第33页/共52页第三章 地下水的赋存 承压水：充满于两个稳定隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水 隔水顶板：承压含水层上部的隔水层（弱透水层）隔水底板：下部的隔水层（弱透水层）承压含水层厚度：隔水顶板与隔水底板之间的距离 承压区与非承压区 承压高度：钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离成为承压高度 测压水位：井中静止水位的高程就是承压水在该点的测压水位3.5 承压水1）概念第34页/共52页第35页/共52页第三章 地下水的赋存承压盆地：向斜构造构成的向斜盆地蓄水构造。承压水的埋藏条件承压斜地：单斜构造构成的单斜蓄水构造。承压盆地类型：正地形负地形第36页/共52页第三章 地下水的赋存封闭型向斜储水构造第37页/共52页第三章 地下水的赋存开放型向斜储水构造第38页/共52页第三章 地下水的赋存承压斜地类型：断块构造承压区补给排泄区排泄区承压区补给区断层不导水断层导水第39页/共52页第三章 地下水的赋存承压斜地类型：含水层尖灭第40页/共52页第三章 地下水的赋存2）补给与排泄方式补给：大气降水及地表水体入渗；从其它含水层越流补给排泄：泉；径流；向其它含水层越流排泄3）水质：取决于埋藏条件及其与外界联系的程度 与外界联系愈密切，参加水循环愈积极，承压水的水质就愈接近于入渗的大气降水与地表水，通常为含盐量低的淡水。与外界联系差，水循环缓慢，水的含盐量就高。承压水不像潜水那样容易污染，但是一旦污染后则很难使其净化第41页/共52页4）等水压线图（等测压水位线图）确定承压水的流向和水力梯度等测压水位线图通常要附以含水层顶板等高线图，为了满足打井取水等目的定义：将某一承压含水层测压水位相等的各点连线第42页/共52页第三章 地下水的赋存5）判断承压含水层和其它水体的补给关系 任一承压含水层接受其它水体的补给必须同时具备两个条件：其它水体（地表水，潜水或其它承压含水层）的水位必须高出此承压含水层的测压水位其它水体与该含水层之间必须有联系通道反之第43页/共52页第三章 地下水的赋存6）潜水含水层与承压含水层在接受补给或进行排泄时对水量增减的反应不同之处水量增加（接受补给）水量增加（接受补给）水量减少水量减少（进行排泄）（进行排泄）潜水潜水含水层含水层潜水位抬高潜水位抬高、含水层厚度加大含水层厚度加大反之反之承压承压含水层含水层水的密度加大水的密度加大含水层骨架发生少量回弹，空含水层骨架发生少量回弹，空隙度增大隙度增大含水层厚度少量增加含水层厚度少量增加反之反之第44页/共52页第三章 地下水的赋存7）承压含水层的贮水系数 VS 潜水含水层的给水度定义：承压含水层测压水位下降（或上升）一个单位深度，单位水平面积含水层释出（或储存）的水的体积。弹性释水系数（弹性给水度）VS 重力给水度第45页/共52页第三章 地下水的赋存3.6 潜水与承压水的相互转化第46页/共52页山前孔隙含水系统第47页/共52页基岩组成的自流斜地第48页/共52页第三章 地下水的赋存3.7 上层滞水1）定义当包气带存在局部隔水层（弱透水层）时，局部隔水层（弱透水层）上会积聚具有自由水面的重力水，这便是上层滞水。第49页/共52页第三章 地下水的赋存3.7 上层滞水第50页/共52页第三章 地下水的赋存 在岩溶地区，上层滞水的出现主要是岩性变化的结果。当岩溶发育的岩层被被较厚的非岩溶化岩层所隔开时，上下两层岩溶化岩层可能各自发育一套溶洞系统。此时，上层的岩溶水就具有上层滞水的性质。2）补给排泄特点 上层滞水分布最接近地表，接受大气降水的补给，通过蒸发或向隔水底板（弱透水层底板）的边缘下渗排泄。雨季获得补充，积存一定水量。旱季水量逐渐耗失。3）存在意义（作为水源）4）工程问题 基坑开挖后，基坑涌水流砂现象，边坡坍塌，使得地基土很难处理，给施工造成了很大困难，给经济上造成了很大浪费。上层滞水易污染，污染后对建筑物钢筋及刚结构的腐蚀。第51页/共52页感谢您的观看！第52页/共52页