水文地质第三章幻灯片.ppt

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1、水文地水文地质第三章第三章第1页，共27页，编辑于2022年，星期日本章内容本章内容3.3地下水分类地下水分类3.2含水层含水层 隔水层隔水层 弱透水层弱透水层 含水系统含水系统3.1包气带与饱水带包气带与饱水带3.4潜水与潜水含水层潜水与潜水含水层3.5承压水与承压含水层承压水与承压含水层第2页，共27页，编辑于2022年，星期日3.1包气带与饱水带包气带与饱水带3.1.1包气带与饱水带的划分包气带与饱水带的划分地下水面（水位）地下水面（水位）：地下一定深度岩石中的空隙被地下一定深度岩石中的空隙被重力水所充满，形成一个自由水重力水所充满，形成一个自由水面，以海拔高度表示称之面，以海拔高度表示

2、称之地下水地下水位。位。地下水面，一般通过打井或地下地下水面，一般通过打井或地下开挖来确定。开挖来确定。地下水位地下水位第3页，共27页，编辑于2022年，星期日3.1.2包气带包气带包气带包气带（zone of aeration or zone of unsaturation）特点：特点：岩石空隙未被水充满岩石空隙未被水充满 是固、液、气三相介质并存介质是固、液、气三相介质并存介质水的存在形式（多样）水的存在形式（多样）结合水、毛细水（各种）、重力水、气态水结合水、毛细水（各种）、重力水、气态水包气带水的垂直分带包气带水的垂直分带土壤水带土壤水带中间带（过渡带）中间带（过渡带）支持毛细水带，

3、毛细饱和水带支持毛细水带，毛细饱和水带包气带是饱水带中地下水参与水文循环的一个重要包气带是饱水带中地下水参与水文循环的一个重要通道通道；“重力水重力水”通过包气带获得降水、地表水的入渗通过包气带获得降水、地表水的入渗补给补给（补充），部分水又通过包气（补充），部分水又通过包气带将水分传输、带将水分传输、蒸发蒸发，消耗出去。，消耗出去。第4页，共27页，编辑于2022年，星期日3.1.3饱水带饱水带饱水带饱水带（saturation zone）岩石空隙被水完全充满岩石空隙被水完全充满 是二相介质（固相是二相介质（固相+液相水）液相水）空隙中水的存在形式：空隙中水的存在形式：重力水重力水 结合水结

4、合水饱水带中饱水带中重力水：连续分布（孔隙是连通）重力水：连续分布（孔隙是连通）传递压力传递压力在水头差作用下，地下水（空隙中的水）可以连续运动。在水头差作用下，地下水（空隙中的水）可以连续运动。地下开挖，坑道，巷道，基坑，打井在此带均有重力水地下开挖，坑道，巷道，基坑，打井在此带均有重力水涌出来！涌出来！第5页，共27页，编辑于2022年，星期日3.2含水层含水层 隔水层隔水层 弱透水层和含水系统弱透水层和含水系统3.2.1基本概念基本概念饱水岩层中，根据岩层饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力给水与透水能力给水与透水能力给水与透水能力而进行的划分而进行的划分含水层含水层（Aquifer）：）

5、：是能够是能够透过透过并并给出给出相当数量水的岩层相当数量水的岩层各类砂土，砂岩等各类砂土，砂岩等隔水层隔水层（Aquifuge)：不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层裂隙裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密）不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密）弱透水层弱透水层（Aquitard）：）：渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层一定的透水能力的岩层各种粘土，泥质粉砂岩各种粘土，泥质粉砂岩第6页，共27页，编辑于2022年，星期日上述

6、定义中的模糊概念上述定义中的模糊概念“相当水量，微不足道，较大水力梯度相当水量，微不足道，较大水力梯度”等等严格的严格的“是与非是与非”的逻辑思维，在很多情况下是的逻辑思维，在很多情况下是相对的和模糊相对的和模糊的概念相对的概念相对性的意义：性的意义：从实际应用角度来看从实际应用角度来看划分的相对的性划分的相对的性相当水量相当水量满足需要就可以了。如在某处一口井出水量满足需要就可以了。如在某处一口井出水量80m3/d，作为万人的供，作为万人的供水源可能不足；作为饮料厂、装瓶生产则为含水层。又如一个小泉水源可能不足；作为饮料厂、装瓶生产则为含水层。又如一个小泉水流量水流量0.11/s8.6m3/

7、d，可以供村民用，可以供村民用是。是。从理论意义来看从理论意义来看微不足道微不足道微不足道，有时空尺度的制约。微不足道，有时空尺度的制约。如华北平原早期地下水开采就是典型的例子，深层水与浅层水的开采有如华北平原早期地下水开采就是典型的例子，深层水与浅层水的开采有一粘土隔水层；在开采深层水时，短时间水量大，水位降低快，浅层水向一粘土隔水层；在开采深层水时，短时间水量大，水位降低快，浅层水向深层深层“越流越流”-粘土层成为粘土层成为“透水层透水层”。现在进行水文地质模拟现在进行水文地质模拟计算计算时，不再简单二分了，而是用模糊学的研究时，不再简单二分了，而是用模糊学的研究方法，给个隶属度方法，给个

8、隶属度10之间，用之间，用 0.8,0.7,0.01等等,表示岩层的表示岩层的“透水性透水性”了了3.2.2概念的相对性概念的相对性参见时间相对性图第7页，共27页，编辑于2022年，星期日时时间间的的相相对对性性3.2.2概念的相对性（续概念的相对性（续1）54321第8页，共27页，编辑于2022年，星期日3.2.2概念的相对性（续概念的相对性（续2）AB大坝大坝1.这组地层是含水层还是隔水层？这组地层是含水层还是隔水层？2.煤层开采，巷道（矿坑）会否有水？煤层开采，巷道（矿坑）会否有水？3.如果需要修水库，建坝后库水是否渗漏？如果需要修水库，建坝后库水是否渗漏？4.如供水的需要如供水的需

9、要如何布置勘探？如何布置勘探？概念的思考？概念的思考？第9页，共27页，编辑于2022年，星期日含水系统含水系统Groundwater aquifer system地下水含水系统：地下水含水系统：是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系岩系含水系统：包含多个含水层和弱透水层，或局部隔水层含水系统：包含多个含水层和弱透水层，或局部隔水层含水系统：可以进行子系统划分含水系统：可以进行子系统划分 含水系统的定义是从大的空间尺度研究含水层、隔水层、与弱透含水系统的定义是从大的空间尺度研究含水层、隔水层、与弱透水层的组合关系，是从地

10、质成因角度对岩层的水文地质特征进行划分水层的组合关系，是从地质成因角度对岩层的水文地质特征进行划分的分析方法的分析方法(或给出的概念或给出的概念)3.2.3含水系统含水系统参见含水系统的划分图第10页，共27页，编辑于2022年，星期日3.2.3含水系统（续含水系统（续1）AB含水系统层次划分含水系统层次划分系统与子系统系统与子系统第11页，共27页，编辑于2022年，星期日3.2.3含水系统（续含水系统（续2）丘陵丘陵倾斜平原区倾斜平原区低平原低平原冲洪积平原地下水含水系统冲洪积平原地下水含水系统第12页，共27页，编辑于2022年，星期日3.3地下水分类地下水分类孔隙水孔隙水裂隙水裂隙水岩

11、溶水岩溶水包气带包气带上层滞水上层滞水上层滞水上层滞水上层滞水上层滞水潜水潜水孔隙潜水孔隙潜水裂隙潜水裂隙潜水岩溶潜水岩溶潜水承压水承压水孔隙承压水孔隙承压水裂隙承压水裂隙承压水岩溶承压水岩溶承压水 广义地下水广义地下水：地表以下岩石空隙中的水地表以下岩石空隙中的水(包气带、饱水带中的水包气带、饱水带中的水狭义地下水狭义地下水：地表以下饱水带岩层空隙中的水地表以下饱水带岩层空隙中的水重力水重力水地下水分类地下水分类：主要依据：主要依据含水介质的类型（赋存空间）含水介质的类型（赋存空间）埋藏条件（赋存部位）埋藏条件（赋存部位）表表3-1含水介质三类，埋藏三分，组合共分为含水介质三类，埋藏三分，组

12、合共分为9类类第13页，共27页，编辑于2022年，星期日3.3地下水分类（续）地下水分类（续）abc潜水潜水(b)、承压水、承压水(c)、上层滞水、上层滞水(a)第14页，共27页，编辑于2022年，星期日3.4潜水与潜水含水层潜水与潜水含水层3.4.1潜水与潜水含水层概念潜水与潜水含水层概念潜水潜水：地表以下，第一个具有地表以下，第一个具有自由表面自由表面的的稳定含水层稳定含水层中的水中的水自由表自由表面面即设有隔水层限制，与大气直接相通，除大气压强外不即设有隔水层限制，与大气直接相通，除大气压强外不受其它力。受其它力。稳定含水层稳定含水层指具有一定的空间连续性（范围）以示区分上层滞水指具

13、有一定的空间连续性（范围）以示区分上层滞水潜水含水层潜水含水层赋存潜水的岩层赋存潜水的岩层屋建筑时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水）屋建筑时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水）第15页，共27页，编辑于2022年，星期日2345678D1M3.4.2基本要素（专业术语）基本要素（专业术语）1-潜水含水层潜水含水层 2-隔水层隔水层 3、4 潜水面潜水面 潜水位潜水位 M-含水层厚度含水层厚度D-潜水埋深潜水埋深 5-大气降水入渗大气降水入渗 6-蒸发蒸发 7-流向流向 8-泉泉潜水与潜水含水层图潜水与潜水含水层图第16页，共27页，编辑于2022年，星期日3.4.3主要特征主要特征学

14、习学习P3031，总结，总结 补给补给(来源来源)：降水入渗，河湖入渗降水入渗，河湖入渗排泄排泄(汇汇)：泉，（河）泄流，蒸发泉，（河）泄流，蒸发补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！动态动态：受气象，水文因素影响明显，变化快（水量、水位季：受气象，水文因素影响明显，变化快（水量、水位季节性变化）受人为因素影响也显著，易污染节性变化）受人为因素影响也显著，易污染水循环交替迅速水循环交替迅速：水循环周期短，更新恢复快：水循环周期短，更新恢复快潜水研究基本方法潜水研究基本方法绘制潜水等水位线图绘制潜水等水位线图获取信息获取信息-资料的资料的手段手段通过

15、调查、通过调查、勘探勘探和分析绘制和分析绘制 实习一实习一：编制潜水等水位线图：编制潜水等水位线图第17页，共27页，编辑于2022年，星期日3.4.3主要特征主要特征（续）（续）河河河河流流流流某地潜水等水位线图（平面）某地潜水等水位线图（平面）第18页，共27页，编辑于2022年，星期日3.5承压水与承压含水层承压水与承压含水层 Confined aquifer.3.5.1承压水定义承压水定义充满于充满于2个隔水层（或弱透水层）之间的含水层中的水，个隔水层（或弱透水层）之间的含水层中的水，称之。（图称之。（图 P31，图，图3-6）第19页，共27页，编辑于2022年，星期日3.5.2基本

16、要素与特征基本要素与特征承压含水层承压含水层隔水顶板隔水顶板隔水底板隔水底板承压含水层厚度承压含水层厚度（M）埋深（埋深（D）测压水位线（面）：测压水位线（面）：承压高度承压高度-H补给区补给区承压区承压区排泄区排泄区自溢区自溢区基岩自流盆地中的承压水基岩自流盆地中的承压水第20页，共27页，编辑于2022年，星期日3.5.2基本要素与特征（续基本要素与特征（续1）特征特征：补给与排泄补给与排泄:有限区域与外界联系，水循环迟缓些，水交替慢有限区域与外界联系，水循环迟缓些，水交替慢,平均滞留时间长（年龄老或长）平均滞留时间长（年龄老或长）恢复性差恢复性差水化学水化学变化较大，矿化度一般要高点，可

17、以保留变化较大，矿化度一般要高点，可以保留“古老古老”的水的水动态动态要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定则调节能力很强则调节能力很强问题：问题：承压含水层的变化：在储水与释水时，含水层厚度是不变的，承压含承压含水层的变化：在储水与释水时，含水层厚度是不变的，承压含水层的储水与释水是如何进行的？！水层的储水与释水是如何进行的？！第21页，共27页，编辑于2022年，星期日3.5.3承压含水层的储水与释水承压含水层的储水与释水承压含水层的储水与释水承压含水层的储水与释水弹性给水度弹性给水度e 承压含水层中当测压水位下降承压含水层中当测压水位下降(或上升或上升)1个

18、单位，单位水平面积含个单位，单位水平面积含水层较体所释放水层较体所释放(或储存或储存)的水量的水量测压水位降低导致测压水位降低导致（1）含水层孔隙中水的压力降低）含水层孔隙中水的压力降低水体积膨胀水体积膨胀释水，水释水，水的膨胀系数约为的膨胀系数约为 1/20000（2）孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加）孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加骨架被骨架被压缩，压缩，当颗粒不变时，骨架压缩当颗粒不变时，骨架压缩=空隙体积减小（排列改变）空隙体积减小（排列改变）发生释水（挤出来）水发生释水（挤出来）水 这两部水很有限，所以这两部水很有限，所以e 很小很小；与重力给水度与重力给水度d相比要小相

19、比要小10-1 10-3第22页，共27页，编辑于2022年，星期日3.5.3承压含水层的储水与释水（续承压含水层的储水与释水（续1）承压水承压水潜水潜水承压含水层的释水承压含水层的释水第23页，共27页，编辑于2022年，星期日3.5.3承压含水层的储水与释水（续承压含水层的储水与释水（续2）承压含水层的弹性给水度承压含水层的弹性给水度从理论上来看：从理论上来看：弹性给水度是可以恢复的弹性给水度是可以恢复的实际上弹性是有限恢复的实际上弹性是有限恢复的越过含水层弹性范围（限定），将产生一次性的变形越过含水层弹性范围（限定），将产生一次性的变形即永久性不可恢复的变形即永久性不可恢复的变形最终导致

20、含水层的弹性给水与释水能力降低最终导致含水层的弹性给水与释水能力降低第24页，共27页，编辑于2022年，星期日在自然或实际条件下，潜水与承压水的划分也是相对在自然或实际条件下，潜水与承压水的划分也是相对的的在复杂条件下，很难将某些含水层中的水划定为潜水或承压在复杂条件下，很难将某些含水层中的水划定为潜水或承压水水几个例子几个例子：山区基岩互层山区基岩互层一个一个 较厚的含水层较厚的含水层一个封闭的含水层一个封闭的含水层潜水？潜水？开采前开采前潜水含水层潜水含水层开采后开采后承压含水层承压含水层3.5.4潜水与承压水的相互转化潜水与承压水的相互转化开采潜水与承压水的转化第25页，共27页，编辑

21、于2022年，星期日例：潜水与承压水的转化例：潜水与承压水的转化第26页，共27页，编辑于2022年，星期日上层滞水（上层滞水（perched water）要求自学要求自学P35这是包气带中唯一有实际利用价值的重力水这是包气带中唯一有实际利用价值的重力水前第一、二、三章，是水文地质学中常用的基本概念和术语，前第一、二、三章，是水文地质学中常用的基本概念和术语，要求掌握要求掌握后几章将着重介绍一些基本理论与方法后几章将着重介绍一些基本理论与方法有关地下水运动的内容，请参考学习有关地下水运动的内容，请参考学习水力学水力学中有关水头、水中有关水头、水力梯度的概念。力梯度的概念。第三章结束第三章结束3.6上层滞水时上层滞水时自学自学P35参见上层滞水图第27页，共27页，编辑于2022年，星期日