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第二章 岩石中的空隙与水分2.1.1 孔隙 定义：松散岩石是由大小不等的颗粒组成的，颗粒或颗粒集合体之间的空隙空隙，称为孔隙。意义：孔隙体积的多少体积的多少是影响岩石储容地下水能力大小的重要因素。孔隙度：指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。其中，n n 表示岩石的孔隙度，V V 表示包括孔隙在内的岩石体积，V Vn n 表示岩石中孔隙的体积。第1页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分2.1.1 孔隙 次生孔隙：在碳酸盐岩层中，除粒间孔隙或晶粒间孔隙所构成的原生孔隙外，还有由孔洞、裂隙、白云岩化所构成的次生孔隙。颗粒形状结构孔隙：粘性土颗粒表面带有的电荷，在沉积过程中粘粒聚合，构成颗粒集合体，形成直径比颗粒本身还大的结构孔隙。第2页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分2.1.1 孔隙 孔隙度的影响因素：孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。对于粘性土，结构及次生孔隙常是影响孔隙度的重要因素。岩石名称岩石名称砾石砾石砂砂粉砂粉砂粘土粘土孔隙度孔隙度变化区间变化区间25%40%25%50%35%50%40%70%松散岩石孔隙度参考数值 第3页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分2.1.2 裂隙 固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，一般不存在或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。成岩裂隙构造裂隙风化裂隙裂隙率：体裂隙率、面裂隙率、线裂隙率卸荷裂隙第4页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分 野外研究裂隙时，应注意测定裂隙的方向、宽度、延伸长度、充填情况等。因为这些都对地下水的运动具有重要影响。2.1.3 溶穴 可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等，在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为溶穴（隙）。岩溶率录像图片第5页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分 孔隙、裂隙、溶穴不是独立存在。自然界岩石中空隙的发育状况远较上面所说的复杂。总结与比较总结与比较 松散岩石固然以孔隙为主，但某些粘土干缩后可产生裂隙，而这些裂隙的水文地质意义，甚至远远超过其原有的孔隙。第6页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分 因此，在研究岩石空隙时，必须注意观察，收集实际资料，在事实的基础上分析空隙的形成原因及控制因素，查明其发育规律。岩石中的空隙，必须以一定方式连接起来构成空隙、网络，才能成为地下水有效的运移通道（）和储容空间和。松散岩石、坚硬基岩和可溶岩石中的空隙网络具有不同的特点。赋存于不同岩层中的地下水，具有不同的分布与运动特点。孔隙水、裂隙水和岩溶水固结程度不高的沉积岩，往往既有孔隙，又有裂隙。可溶岩石，由于溶蚀不均一，有的部分发育溶穴，而有的部分则为裂隙，有时还可保留原生的孔隙与裂缝。第7页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分2.3.3 给水度定义：我们把地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积，称为给水度。例如，地下水位下降 2m，1m2水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积为0.2m3（相当于水柱高度0.2m），则给水度为 0.1或 10。影响因素：对于均质的松散岩石，给水度的大小与岩性、初始地下水位埋藏深度以及地下水位下降速率等因素有关。单位体积饱水岩石体在重力作用下自由释出的水的体积第8页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分2.3.3 给水度岩性对给水度的影响主要表现为空隙的大小与多少。例如，颗粒粗大的松散岩石，裂隙比较宽大的坚硬岩石，以及具有溶穴的可溶岩，空隙宽大，重力释水时，滞留于岩石空隙中的结合水与孔角毛细水较少，理想条件下给水度的值接近孔隙度、裂隙率与岩溶率。相反，若空隙细小（如粘性土），重力释水时大部分水以结合水与悬挂毛细水形式滞留于空隙中，给水度往往很小。第9页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分2.3.3 给水度当初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上升高度时，地下水位下降后，重力水的一部分将转化为支持毛细水而保留于地下水面之上，从而使给水度偏小。第10页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分2.3.3 给水度可能的原因可能的原因 1）重力释水并非瞬时完成，而往往滞后于水位下降；2）迅速释水时大、小孔道释水不同步，大的孔道优先释水，在小孔道中形成悬挂毛细水而不能释出。地下水位下降速率第11页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分2.3.4 持水度定义：地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石柱体反抗重力而保持于岩石空隙中的水量，称作持水度。包气带充分重力释水而又未受到蒸发、蒸腾消耗时的含水量称作残留含水量数值上相当于最大的持水度。给水度、持水度与孔隙度的关系p影响因素第12页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分2.3.5 透水性岩石允许水透过的能力以松散岩石为例，分析一个一个理想孔隙通道中水的运动情况第13页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分2.3.5 透水性岩石允许水透过的能力 圆管状孔隙通道的纵断面，孔隙的边缘上分布着在寻常条件下不运动的结合水，其余部分是重力水。由于附着于隙壁的结合水层对于重力水，以及重力水质点之间存在着摩擦阻力，最近边缘的重力水流速趋于零，中心部分流速最大。结论：孔隙直径愈小，结合水所占据的无效空间愈大，实际渗流断面就愈小；同时，孔隙直径愈小，可能达到的最大流速愈小。因此，孔隙直径愈小，透水性就愈差。当孔隙直径小于两倍结合水层厚度时，在寻常条件下就不透水。第14页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分2.3.5 透水性 把松散岩石中的全部孔隙全部孔隙通道概化为一束相互平行的等径圆管，则不难推知：当孔隙度一定孔隙度一定而孔隙直径愈大，则圆管通道的数量愈少，但有效渗流断面愈大，透水能力就愈强；反之反之，孔隙直径愈小，透水能力就愈弱。由此可见，决定透水性好坏的主要主要因素是孔隙大小；只有在孔隙大小达到一定程度，孔隙度才对岩石的透水性起作用，孔隙度愈大，透水性愈好。第15页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分b概化为沿程等经的圆管a孔隙通道原型c概化为沿程不等径圆管第16页/共82页第二章 岩石中的空隙与水分 实际的孔隙通道并不是直径均一的圆管，而是直径变化、断面形状复杂的管道系统（图a）。岩石的透水能力并不取决于平均孔隙直径（图b），而在很大程度上取决于最小的孔隙直径（图c）（木桶原理）（木桶原理）实际的孔隙通道也不是直线的，而是曲折的（图a）。孔隙通道愈弯曲，水质点实际流程就愈长，克服摩擦阻力所消耗的能量就愈大。孔隙大小孔隙通道沿程直径的变化和曲折性颗粒分选程度孔隙度第17页/共82页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存3.2 含水层、隔水层含水层、隔水层（弱透水层）（弱透水层）含水层含水层隔水层隔水层 透水性能好空隙大的岩层。【代表】代表】卵石、砾石、粗砂的沉积物（孔隙孔隙）；富含裂隙裂隙的岩层；岩溶岩溶发育的岩层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】【代表】致密的基岩；压实性强的粘性土层。aquiclude kwiklu:d第18页/共82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（含水层、隔水层（弱透水层弱透水层）对于一些渗透性相当差的岩层，在一般的供水排水供水排水中他们所能提供的水量提供的水量微不足道，视乎可以看作隔水层隔水层；但是，当发生越流越流（相邻含水层通过其间的弱透水层发生水相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换量交换）时，由于驱动水流的水力梯度大水力梯度大且发生渗透的过水过水断面断面很大，越流交换的水量相当可观水量相当可观，此时，再称作隔水层就不合适了。【代表】在平原区：粉质粘土层粉质粘土层，粉质亚粘土层粉质亚粘土层，淤淤泥质粉质粘土层泥质粉质粘土层和亚砂土层亚砂土层等；在坚硬岩石地区：一些微裂隙、节理发育微裂隙、节理发育的泥岩层泥岩层、页岩层、砂砾岩层页岩层、砂砾岩层等。弱透水层（相对隔水层）弱透水层（相对隔水层）第19页/共82页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存含水层、隔水层概念的含水层、隔水层概念的相对性相对性（岩层（岩层渗透性能渗透性能的相对性）的相对性）利用利用地下水的工作供水水源供水水源（需要需要水量）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，而被视为隔水层视为隔水层；B）在水资源匮乏、需水量较小的地区水资源匮乏、需水量较小的地区，就可以被视视为含水层为含水层。排除排除地下水的工作工程防渗工程防渗（杜绝杜绝水量）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20页/共82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21页/共82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：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22页/共82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。下为下为示意示意图图第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存第23页/共82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构成含水层必须具备的3 3个条件个条件岩层必须有储水空间 即应有孔隙、裂隙和溶隙（穴）等空隙空隙。这是储存地下水的前提条件。第24页/共82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25页/共82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26页/共82页第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存3.4 潜水潜水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27页/共82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28页/共82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29页/共82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30页/共82页第三章 地下水的赋存确定潜水的流向第31页/共82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当潜水面坡度不大坡度不大时，潜时，潜水面坡度水面坡度可视为潜水可视为潜水水力梯度水力梯度确定潜水面的水面坡度第32页/共82页第三章 地下水的赋存第33页/共82页第三章 地下水的赋存判断潜水和地表水的补排关系第34页/共82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35页/共82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36页/共82页第三章 地下水的赋存推断含水层岩性或厚度的变化第37页/共82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38页/共82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 承压水承压水1）概念第39页/共82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40页/共82页第四章 地下水运动的基本规律4.1 重力水运动的基本规律重力水运动的基本规律4.1.1 达西定律线性渗透定律达西试验示意图A第41页/共82页第四章 地下水运动的基本规律第42页/共82页第四章 地下水运动的基本规律第43页/共82页第四章 地下水运动的基本规律4）信手流网绘制例2第44页/共82页第四章 地下水运动的基本规律第45页/共82页第四章 地下水运动的基本规律 1 1）已知某向斜盆地中，有一承压砂岩含水层，由大气降水补给，以泉群形式呈线状排泄，水位稳定。含水层等厚均质各向同性，平面上流线平行，其剖面如图所示。点A、B、C、D、E、F分别在同一铅直面上。A、C、E是沿隔水顶板流线上的三个点；B、D、F是沿隔水底板流线上的三个点。画出向斜盆地的流网图。第46页/共82页第四章 地下水运动的基本规律第47页/共82页第四章 地下水运动的基本规律第48页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变6.3 地下水的化学特征地下水的化学特征6.3.1 地下水中主要气体成分 各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等 主要的气体组分：O2、N2、CO2、H2S、CH4、H2、碳氢化合物及少量的惰性气体。来源：空气（O2、N2、CO2）、生物化学（H2S、CH4、N2、CO2），化学及核反应（He、Rn）气体成分存在的意义：气体成分能够说明地下水所处的地球化学环境；地下水中的有些气体会增加水溶解盐类的能力，促进某些化学反应。第49页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变 6.3.2 地下水中的主要离子成分 一般情况下，随着总矿化度（溶解性总固体/TDS）的变化，地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化。低矿化水中常以HCO3-及Ca2+、Mg2+为主；高矿化水则以C1-及Na+为主；中等矿化的地下水中，阴离子常以SO42-为主，主要阳离子则可以是Na+，也可以是Ca2+。这是因为：地下水中常见盐类的溶解度（0，单位g/L）盐类盐类溶解度溶解度盐类盐类溶解度溶解度盐类盐类溶解度溶解度NaClKClMgCl2CaCl2350290558.1（18）731.9（18）Na2SO4MgSO4CaSO4502701.9Na2CO3MgCO3193.9（18）0.1第50页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变6.4 地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用6.4.1 溶滤作用1）定义：水与岩土相互作用下，岩土中一部分物质转入地下水中2）结果：岩土失去一部分可溶物质，地下水则补充了新的组分3）溶解的过程4）溶解与结晶同时进行溶解度5）不同盐类具有不同的溶解度（原因）水是偶极分子结晶格架中的盐类离子不同盐类，结晶格架中离子间的吸引力不同第51页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变6）温度对溶解度的影响 随着温度上升，结晶格架内离子的振荡运动加剧，离子间引力削弱，水的极化分子易于将离子从结晶格架上拉出。因此，盐类溶解度通常随温度上升而增大。但是，某些盐类例外，如 Na2SO4 在温度上升时，由于矿物结晶中的水分子逸出，离子间引力增大，溶解度反而降低；CaCO3 及 MgCO3的溶解度也随温度上升而降低，这与下面所说的脱碳酸作用有关。第52页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变7）溶滤作用的强度（岩土中的组分转入水中的速率）与下列因素有关：组成岩土的矿物盐类的溶解度 NaCl与SiO2比较岩土的空隙特征 缺乏裂隙的致密基岩，水难以与矿物盐类接触，溶滤作用便也无从发生。水的溶解能力决定着溶滤作用的强度 总的说来，低矿化水溶解能力强而高矿化水弱。水中CO2、O2等气体成分的含量决定着某些盐类的溶解能力 如水中CO2含量愈高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强。O2的含量愈高，水溶解硫化物的能力愈强。水的流动状况第53页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变水的流动状况 流动停滞的地下水，最终将失去溶解能力，溶滤作用便告终止。地下水流动迅速，矿化度低的、含有大量CO2、O2的大气降水和地表水，不断更新含水层中原有的溶解能力已经趋于饱和的水，溶滤作用便持续地强烈发育。地下水的径流与交替强度地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用强度的是决定溶滤作用强度的最活最活跃最关键的因素跃最关键的因素8）溶滤作用与纯化学的溶解作用的区别溶滤作用时间上的阶段性时间上的阶段性 溶滤作用是一种与一定的自然地理与地质环境相联系的历史过程。第54页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变 经受构造变动与剥蚀作用的岩层，接受来自大气圈及地表水圈的入渗水补给而开始其溶滤过程。设想岩层中原来含有包括氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐等各种矿物盐类。开始阶段，氯化物最易于由岩层转入水中，而成为地下水中主要化学组分。随着溶滤作用延续，岩层含有的氯化物由于不断转入水中并被水流带走而贫化，相对易溶的硫酸盐成为迁入水中的主要组分。溶滤作用长期持续，岩层中保留下来的几乎只是难溶的碳酸盐及硅酸盐，地下水的化学成分当然也就以碳酸盐及硅酸盐为主了。因此，一个地区经受溶滤愈强烈，时间愈长久，地下水的矿化度愈低，愈是以难溶离子为其主要成分。第55页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变溶滤作用空间上的差异性空间上的差异性难溶离子的相对含量也就愈高 气候愈是潮湿多雨地质构造的开启性愈好岩层的导水能力愈强地形切割愈强烈地下径流与水交替愈迅速岩岩层层经经受受的的溶溶滤滤便便愈愈充充分分保留的易溶盐类便愈贫乏地下水的矿化度愈低8）溶滤作用与纯化学的溶解作用的区别第56页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变6.4.2 浓缩作用 溶滤作用将岩土中的某些成分溶入水中，地下水的流动又把这些溶解物质带到排泄区。在干旱半干旱地区的平原与盆地的低洼处，地下水位埋藏不深，蒸发成为地下水的主要排泄去路。由于蒸发作用只排走水分，盐分仍保留在余下的地下水中，随着时间延续，地下水溶液逐渐浓缩，矿化度不断增大。1 1）浓缩作用的浓缩作用的过程（定义）过程（定义）第57页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变6.4.2 浓缩作用2 2）浓缩作用对地下水矿化度的影响）浓缩作用对地下水矿化度的影响 随着地下水矿化度上升，溶解度较小的盐类在水中相继达到饱和而沉淀析出，易溶盐类（如 NaCl）的离子逐渐成为水中主要成分。未经蒸发浓缩前随着蒸发浓缩继续浓缩水“走”盐“留”第58页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变3 3）产生浓缩作用必须同时具备的条件）产生浓缩作用必须同时具备的条件干旱或半干旱的气候；较浅的地下水位埋深；有利于毛细作用的颗粒细小的松散岩土；空间上位于地下水流动系统的势汇排泄处。干旱气候下，浓缩作用的规模从根本上说取决于地下水流动系统的空间尺度以及其持续的时间尺度。第59页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变思考：思考：纯粹的蒸发浓缩作用有什么不同之处？第60页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变6.4.8 人类活动在地下水化学成分形成中的作用 1 1）人类生活与生产活动产生的废弃物污染地下水；工业生产的废气、废水与废渣以及农业上大量使用化肥农药，使天然地下水富集了原来含量很低的有害元素，如酚、氰、汞、砷、铬、亚硝酸等；滨海地区过量开采地下水引起海水入侵；不合理的打井采水使咸水运移；干旱半干旱地区不合理地引入地表水灌溉，引起大面积次生盐渍化等。2 2）人为作用大规模地改变了地下水形成条件，从而使地下水化学成分发生变化。第61页/共82页第六章 地下水的物理性质和化学成分及其演变二、库尔洛夫式表示法二、库尔洛夫式表示法 库尔洛夫式是用分数的形式来表示水化学成分的，分子表示阴离子，分母表示阳离子，单位为毫克当量百分数，排列次序从左到右为含量减少方向。含量小于10%毫克当量的离子不列入示内。气体成分及特殊组分，矿化度（M），列在分式的左边，单位为g/L，右边列上水温（t），pH值等。表示式中各种含量一律标于该成分符合的右下角，将右下角的原子数移至右上角，例如：第62页/共82页第七章 地下水的补给与排泄7.1 地下水的补给地下水的补给定义：含水层或含水系统从外界获得水量（盐量、热量）的过程补给来源（人工）：灌溉回归水、水库渗漏水，以及专门性的人工补给研究内容：补给来源、补给条件、补给量。补给来源（自然）：大气降水、地表水、凝结水，来自其它含水层或含水系统的水等一、一、大气降水入渗机制大气降水入渗机制7.1.1 大气降水对地下水的补给第63页/共82页第七章 地下水的补给与排泄 目前认为，松散沉积物中的降水入渗存在活塞式与捷径式两种：第64页/共82页第七章 地下水的补给与排泄二、影响大气降水补给地下水的因素二、影响大气降水补给地下水的因素降水地表渗入地下蒸发地表径流渗入地面以下的水 补给含水层（潜水）的水土面蒸发叶面蒸腾土壤水大气水第65页/共82页第七章 地下水的补给与排泄 影响大气降水补给地下水的因素比较复杂，其中主要有年降水总量、降水特征、包气带的岩性和厚度、地形、植被等。降水特征也影响值的大小。间歇性的小雨 过分集中的暴雨 不超过地面入渗速率的连绵细雨降水量中相当一部分要补足水分亏缺，因此年降水量过小时，能够补给地下水的有效降水量就很小；年降水量大则有利于补给地下水，值较大。第66页/共82页第七章 地下水的补给与排泄7.1.2 地表水对地下水的补给一、河流与地下水的补给关系沿河流纵断面的变化一、河流与地下水的补给关系沿河流纵断面的变化第67页/共82页第七章 地下水的补给与排泄7.1.2 地表水对地下水的补给第68页/共82页第七章 地下水的补给与排泄 汛期开始，河水浸湿包气带并发生垂直下渗，使河下潜水面形成水丘（图a）。河水不断下渗，水丘逐渐抬高与扩大，与河水联成一体（图b）。汛期结束，河水撤走，水丘逐渐趋平，使一定范围内潜水位普遍抬高（图c）。二、间歇性河流对地下水的补给过程二、间歇性河流对地下水的补给过程第69页/共82页第七章 地下水的补给与排泄7.2 地下水的排泄地下水的排泄定义：含水层或含水系统失去水量的过程称作排泄。在排泄过程中，含水层与含水系统的水质也发生相应变化。研究内容：研究含水层（含水系统）的排泄包括排泄去路、排泄条件与排泄量等。排泄方式：地下水通过泉、向河流泄流及蒸发、蒸腾等方式向外界排泄。此外，还存在一个含水层（含水系统）向另一含水层（含水系统）的排泄。（越流）用井孔抽汲地下水，或用渠道、坑道等排除地下水，均属地下水的人工排泄。第70页/共82页第七章 地下水的补给与排泄7.2.1 泉定义：泉是地下水的天然露头，在地形面与含水层或含水通道相交点地下水出露成泉。泉补给泉的含水层的性质上升泉（承压水）下降泉（潜水）出露原因侵蚀泉接触泉溢流泉出露原因侵蚀（上升）泉断层泉接触带泉地下水集中排泄于河、湖或海的底部时，便形成水下泉第71页/共82页第七章 地下水的补给与排泄侵蚀（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72页/共82页第八章 地下水系统二、系统相关概念二、系统相关概念（钱学森，（钱学森，1978年）年）系统结构：系统内部各要素相互联系和作用的方式便是系统的结构。系统方法认为：不应当将系统理解为各组成部分（要素）的简单集合，而应将其理解为诸要素以一定规则组织起来并共同行动的整体。系统：由相互作用和相互依赖（联系）的若干组成部分结合而成的具有特定功能的（有机）整体。系统的概念所涉及的范围广泛1+1=21+121+12第73页/共82页第八章 地下水系统8.2.2 地下水含水系统与地下水流动系统的比较含水系统：超越单个含水层而将包含若干含水层与相对隔水层的整体作为所研究的系统。力求用系统的观点去考察、分析与处理地下水问题。摆脱了长期统治水文地质界的“含水层思维”，不再以含水层作为基本的功能单元。流动系统：摆脱了传统的地质边界的制约，而以地下水流作为研究实体。两者都属于地下水系统，两者虽然从不同角度出发，但却都揭示了地下水赋存与运动的系统性（整体系）。相同不同具体不同之处比较如下：第74页/共82页第九章 地下水的动态与均衡 蒸发型蒸发型动态出现于干旱半干旱地区地形切割微弱的平原或盆地。此类地区地下水径流微弱，以蒸发排泄为主。雨季接受入渗补给，潜水位普遍以不大的幅度（通常为13m）抬升，水质相应淡化。随着埋深变浅，旱季蒸发排泄加强，水位逐渐下降，水质逐步盐化。降到一定埋深后，蒸发微弱，水位趋于稳定。此类动态的特点是：年水位变幅小，各处变幅接近，水质季节变化明显，长期中地下水不断向盐化方向发展，并使土壤盐渍化。第75页/共82页第九章 地下水的动态与均衡 径流型径流型动态广泛分布于山区及山前。地形高差大，水位埋藏深，蒸发排泄可以忽略，以径流排泄为主。雨季接受入渗补给后，各处水位抬升幅度不等。接近排泄区的低地，水位上升幅度小；远离排泄点的高处，水位上升幅度大；因此，水力梯度增大，径流排泄加强。补给停止后，径流排泄使各处水位逐渐趋平。此类动态的特点是：年水位变幅大而不均（由分水岭到排泄区，年水位变幅由大到小），水质季节变化不明显，长期中则不断趋于淡化。第76页/共82页第九章 地下水的动态与均衡 气候湿润的平原与盆地中的地下水动态，可以归为弱径流型弱径流型。这种地区地形切割微弱，潜水埋藏深度小，但气候湿润，蒸发排泄有限，故仍以径流排泄为主，但径流微弱。此类动态的特征是：年水位变幅小，各处变幅接近，水质季节变化不明显，长期中向淡化方向发展。承压水均属径流型，动态变化的程度取决于构造封闭条件。构造开启程度愈好，水交替愈强烈，动态变化愈强烈，水质的淡化趋势愈明显。第77页/共82页第十章 孔隙水10.1.2 洪积扇中的地下水1）顶部 粗大的颗粒直接出露地表，或仅覆盖薄土层，十分有利于吸收降水及山区汇流的地表水，是主要补给区。地势高，潜水埋藏深（水位埋深十余米乃至数十米）。岩层透水性好，地形坡降大，地下径流强烈。蒸发微弱而溶滤强烈，故形成低矿化水（数十毫克升到数百毫克升）。属潜水深埋带或盐分溶滤带，其动态随气象和水文因素而变化，地下水水位动态变化大。地下水水质好，水量大，但水位埋藏深，取水不便。一、一般规律一、一般规律第78页/共82页第十章 孔隙水2）中部 随着地形变缓、颗粒变细，透水性变差，富水性降低，地下水位埋藏变浅，地下径流受阻减弱，潜水壅水而水位接近地表，形成泉与沼泽，故也称溢出带。地下水位埋藏浅，蒸发加强，径流途径加长，水的矿化度增高。水化学成分逐渐由HCO3-向HCO3SO4、SO4HCO3或SO42-转变，也称盐分过路带。潜水含水层之下，可构成多层承压含水层，它受上游潜水的补给，水位逐渐高于上游潜水，在溢出带外缘地形低洼处，可形成自流。承压水不易受到蒸发影响，一般为矿化度小于1g/L的淡水。因此，这一带地下水以浅部潜水溢出和深部承压为特征。第79页/共82页第十章 孔隙水3）下部 常与冲击、湖积物等形成复合堆积平原。沉积物主要有粉土、粘性土和一些细砂、粉砂的互层或夹层组成。此带由于地形平坦、透水性弱，径流缓慢使地下水趋于停滞状态。在河流排泄作用的影响下，潜水埋藏深度比溢出带稍有加深，故称潜水下沉带。水位埋深仍很浅，蒸发作用强烈，水以垂直交替为主，故又称潜水垂直交替带。潜水大量蒸发，矿化度急剧增加。一般3g/L,部分地区达到50g/L。水化学SO4Cl向ClSO4转变，最后为Cl-。地表常形成土壤盐滞化、故还称盐分堆积带。沉积厚度大，形成深部承压水。承压水经上覆弱透水层补给上部潜水，一定程度加剧潜水蒸发。第80页/共82页第十章 孔隙水坡度：陡缓岩性：粗细水动力条件控制着沉积作用，洪积扇显示良好的地貌、岩性分带透水性：好差富水性：强弱水位埋深：大小大径流条件：好差地下水排泄：径流为主蒸发为主水化学作用：溶滤浓缩矿化度：小大（水化学类型）地下水位的变动：大小（地表）水动力条件分带（地表）水动力条件分带沉积作用分带沉积作用分带地貌岩性分带地貌岩性分带地下水分带地下水分带潜水深埋带潜水溢出带盐分溶滤带盐分过路带潜水垂直交替带盐分堆积带第81页/共82页感谢您的观看！第82页/共82页