供水水文地质学教程_第3章地下水的基本概念.ppt

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1、3.2 不同埋藏条件的地下水3.2.1 上层滞水地下水面以上称为包气带；包气带中有局部隔水层存在时，降雨入渗的重力水可在局部隔水层上积聚起来，形成具有自由水面的重力水称为上层滞水。上层滞水一般不能作为供水水源。但在缺水地区往往成为有意义的小型水源。 3.2.2 潜水饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称为潜水。 1.潜水的埋藏特点（1）潜水面的上部没有一个连续完整的隔水顶板，因此它的表面是一个自由水面，叫潜水面。潜水面与隔水底板之间的整个地下部分全是潜水含水层。从潜水面到隔水底板的垂直距离即为含水层厚度。潜水面到地面的距离为潜水位埋藏深度。,第3章地下水的基本概念,有时潜水面上有局部的隔水

2、层，且潜水充满两隔水层之间，在此范围内的潜水将承受静水压力，而呈现局部的承压现象。（2）由于潜水含水层上部一般不存在隔水层，它直接与包气带相接，所以潜水在其全部分布范围内都可以通过包气带接受大气降水、地表水或凝结水的补给，即潜水的分布区与补给区一致。（3）潜水面一般不承受除大气压外的其他压力，通常在重力作用下总体上由位置高的地方向位置低的地方流动，其流动的快慢取决于含水层的渗透性能和水力坡度。潜水的排泄方式有两种：一种是径流到适当地形处以泉、渗流等形式泄出地表或流入地表水中，这便是径流排泄；另一种是通过包气带或植物蒸发进入大气，这是蒸发排泄。潜水向排泄处流动时，其水位逐渐下降，形成曲面形表面。

3、,（4）潜水的水位、流量和化学成分都随着地区和时间的不同而变化。潜水面下降，含水层变薄，埋藏深度加大。因此，潜水的动态有明显的季节变化。潜水积极参与水循环，水资源易于补充恢复。潜水的水质变化很大，主要取决于气候、地形及岩性条件。湿润气候及地形切割强烈的地区利于潜水的径流排泄而不利于蒸发排泄，往往形成含盐量不高的淡水。干旱气候与低平地形区，潜水以蒸发排泄为主，常形成含盐量相当高的咸水。潜水容易受到污染，对潜水水源应注意卫生保护。山区地形强烈切割，潜水埋藏深度较大，一般达几十米甚至百余米。平原地区地形平坦，潜水埋藏一般仅几米，有些地区甚至出露地表形成沼泽。,2.潜水面的形状潜水在重力作用下经常处于

4、流动状态，在流动过程中受到周围各种因素的影响，从而形成了不同形状的潜水面。潜水面倾斜的总趋势是指向排泄区。潜水面的起伏与地形往往是一致的，只是它的轮廓比地形要圆滑得多、平缓得多。又由于大气降水的补给，使潜水面在远离排泄区的地方隆起。潜水在重力作用下，由潜水位较高的地方流向潜水位较低的地方。其流动过程中，由于消耗能量，使其水位逐渐下降，其水力坡度或,3.潜水等水位线图潜水等水位线图就是潜水面的等高线图，见图3.1。根据潜水等水位线图可以了解以下问题：决定潜水流向：潜水总是沿着潜水面坡度最大的方向流动，垂直于等水位线的方向就是潜水的流向，如图3.1中箭头所指的方向即为流向。 求潜水的水力坡度。确定

5、潜水埋藏深度：俯视图中等水位线与地形等高线相交之点的二者高程差即为该点潜水的埋藏深度。,图3.1 潜水等水位线图1地形等高线；2潜水等水位线； 3地下水流向；4河流及流向；5泉水,确定潜水与地表水的关系：在经过水文地质分析，确定潜水与地表水存在着水力联系的前提下，根据上述求潜水流向的方法绘出其流向箭头。如果在地表水体附近潜水的流向箭头指向地表水体，说明潜水补给地表水。相反，则说明地表水补给潜水。提供合理的取水位置：取水点常设在地下水流汇集的地方，取水构筑物排列的方向往往与地下水的流向垂直。 推断含水层岩性或厚度的变化：当地形坡度变化不大，而等水位线间距有明显的疏密不等时，一种可能是含水层岩性发

6、生了变化；另一种可能性是岩性未变而含水层厚度有了改变。,岩性结构由细变粗时，即透水性由差变好，其潜水等水位线之间的距离相应变疏，反之则变密；当含水层厚度增大时，等水位线间距则加大，反之则缩小。确定泉水出露点和沼泽化的范围：在潜水等水位线和地形等高线相等处，是潜水面达到地表面的标志，也就是泉水出露和形成沼泽的地点。潜水在自然界分布范围大，补给来源广，所以水量一般较丰富，特别是潜水与地表常年性河流相连通时，水量更为丰富。加之潜水埋藏深度一般不大，因而是便于开采的供水水源。但由于含水层之上无连续的隔水层分布，水体易受污染和蒸发，水质容易变坏，选作供水水源时应全面考虑。,3.2.3承压水充满于两个隔水

7、层之间的含水层中的重力水，叫做承压水。最适宜形成承压水的地质构造条件1.向斜盆地中的承压水。2.单斜地层中的承压水。初见水位和测压水位由于水的承压性，故用钻孔揭露含水层时，水位将上升到含水层顶板以上一定高度才静止下来，形成静止水位。静止水位也称为承压水位或称测压水位。而含水层刚被揭露时的水位叫做初见水位，此水位就是隔水顶板底面的高程。测压水位高于初见水位，这是承压水的重要特征之一。测压水位高出含水层顶板底面的高程差便是承压水头。测压水位高于地表时，钻孔就能够自喷出水。,承压水作为供水水源的优缺点 承压水动态比较稳定。虽然承压含水层的埋藏深度较大，但其测压水位常常接近或高于地表，故为开采利用创造

8、了有利条件。3.承压水等水压线图承压等水线图是承压含水层测压水位的等高线图。 根据承压等水压线图可以判断承压水的流向、含水层岩性和厚度的变化、水压面的倾斜坡度等，以确定合理的取水地段。对照等水压线和地形等高线就可得知承压区的范围及承压水位的埋深。若再与顶板等高线对照可了解各地区压力水头及承压含水层的埋藏深度。,图3.2 承压水等水压线图,4.承压含水层的储水与释水* P =PS +PW 当承压含水层接受补给时，水量增加，孔隙水压力PW加大，上覆岩层的总压力P并未改变，从上式可知，为了达到新的平衡，必将引起粒间应力的降低，从而导致含水层骨架膨胀，空隙扩大，与此同时，由于水的压力增大，测压水位上升

9、，水本身则被压密。由此可见，承压含水层在接受补给时，主要表现为测压水位上升，增加的水量通过空隙的扩大及水的压密而储容于含水层之中；与此相反，因排泄而减少水量时，承压含水层的测压水位降低，这时，上覆岩层的压力并无改变，为了恢复平衡，粒间应力将要增大，含水层骨架被压缩，空隙变小。同时由于减压，水的体积相应膨胀，这就是承压含水层释放水量的过程。,承压含水层弹性储容（或释放）水量的度量指标是储水系数，或叫弹性给水度。其物理涵义为：当测压水位改变一个单位时，单位面积含水层柱体所增加或释放出的水量。储水系数是一个比值，无量纲。例如，当测压水位下降10m时，1m2面积含水层柱体释放出的水量为10-4m3，则

10、储水系数为10-5。对于潜水含水层储水系数与給水度相同。综上所述，上层滞水、潜水和承压水，它们的补给排泄条件、与外界联系程度、动态变化、水资源形成、水质变化以及储水和释水机制等方面均有极明显的差别，其根本原因是由于它们埋藏条件不同。,3.3 地下水的循环,补给、径流、排泄无限往复进行构成了地下水的循环。 3.3.1地下水的补给具有一定水头差的相邻含水层，通过弱透水层发生的渗透，称为越流。 3.3.2 地下水排泄3.3.3 地下水的径流地下水径流的方向、速度、类型、径流量主要受到下列因素的影响：（1）含水层的空隙性：空隙发育且空隙大的含水层透水能力强，地下水流动速度就快。如细砂层中的地下水在天然

11、条件下一般流动的很缓慢；但溶洞中的地下水流速高达每日数千米，这种流动与地表河水相差不多，成为地下河系。,（2）地下水的埋藏条件：潜水流动只能在重力作用下由高水位向低水位流动；而深层地下水多为承压流动，它们不单有下降运动，因承受压力也会产生上升运动。（3）补给量：补给量的多少，直接影响到地下径流量的大小。（4）地形：地下水的径流量和流速同地形关系很密切，山区地形陡峻，地下水的水力坡度大，径流速度快，补给条件好，径流量也大；平原区多堆积细颗粒物质，地形平缓，水力坡度小，径流速度和流量都变小。（5）地下水的化学成分：地下水中的化学成分和含盐量不同，其粘滞性也随之改变，粘滞性愈大，流速愈慢。（6）人为因素：如人工抽水等都可促使地下水的径流条件发生变化。,