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1、绪绪 言言研究对象：研究对象：研究内容研究内容研究研究地下水地下水的科学的科学研究与岩石圈、研究与岩石圈、地幔地幔、水圈、大气圈、生、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水物圈以及人类活动相互作用下地下水水量水量和水质和水质的的时空变化规律，以及对各个圈层时空变化规律，以及对各个圈层所产生的影响所产生的影响；并研究如何运用这些规律和影响去并研究如何运用这些规律和影响去兴利除兴利除害害，为人类服务，为人类服务赋存于赋存于地面以下地面以下岩石岩石空隙空隙中的水中的水水水文文地地质质学学概概念念（土层）（土层）（任务）（任务）第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.1 岩石中

2、的空隙岩石中的空隙意义意义：岩石空隙是地下水岩石空隙是地下水储存场所储存场所和和运动通道运动通道。空隙的。空隙的多多少、大小、形状、连通情况和分布规律少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地下水的，对地下水的分布分布和和运动运动具有重要影响。具有重要影响。松散岩石中的松散岩石中的孔隙孔隙分类分类：将岩石空隙作为地下水将岩石空隙作为地下水储存场所储存场所和和运动通道运动通道研究时，研究时，可分为可分为三类三类，即，即：可溶岩石中的可溶岩石中的溶穴溶穴坚硬岩石中的坚硬岩石中的裂隙裂隙第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.1.1 孔隙孔隙 定义定义：松散岩石是由大小不等的颗粒组成的松

3、散岩石是由大小不等的颗粒组成的，颗粒或颗粒或颗颗粒集合体粒集合体之间的之间的空隙空隙，称为孔隙。，称为孔隙。意义意义：孔隙孔隙体积的多少体积的多少是影响是影响岩石岩石储容地下水能力大小储容地下水能力大小的重要因素的重要因素。孔隙度孔隙度：指某一体积岩石指某一体积岩石（包括孔隙在内包括孔隙在内）中孔隙体积中孔隙体积所占的比例所占的比例。其中，其中，n n 表示岩石的表示岩石的孔隙度孔隙度，V V 表示表示包括孔隙在内的包括孔隙在内的岩石体积岩石体积，V Vn n 表示表示岩石中孔隙的体积岩石中孔隙的体积。第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.1.1 孔隙孔隙 次生孔隙次生孔隙：在

4、碳酸盐岩层中，除粒间孔隙或晶粒间孔隙：在碳酸盐岩层中，除粒间孔隙或晶粒间孔隙所构成的所构成的原生孔隙外原生孔隙外，还有由，还有由孔洞、裂隙、白云岩化所构孔洞、裂隙、白云岩化所构成成的次生孔隙。的次生孔隙。颗粒形状颗粒形状结构孔隙结构孔隙：粘性土颗粒表面带：粘性土颗粒表面带有的电荷，在沉积过程中粘粒聚有的电荷，在沉积过程中粘粒聚合，构成颗粒集合体，形成直径合，构成颗粒集合体，形成直径比颗粒本身还大的结构孔隙。比颗粒本身还大的结构孔隙。第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.1.1 孔隙孔隙 孔隙度的影响因素孔隙度的影响因素：孔隙度的大小主要取决于孔隙度的大小主要取决于分选程度分选程

5、度及及颗粒排列颗粒排列情况，情况，另外另外颗粒形状颗粒形状及及胶结充填情况胶结充填情况也影响孔隙度也影响孔隙度。对于粘性土，对于粘性土，结构结构及及次生孔隙次生孔隙常是影响孔隙度的重要因素常是影响孔隙度的重要因素。岩石名称岩石名称砾砾石石砂砂粉砂粉砂粘土粘土孔隙度孔隙度变变化区化区间间25%40%25%50%35%50%40%70%松散岩石孔隙度参考数松散岩石孔隙度参考数值值 第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.1.2 裂隙裂隙 固固结的结的坚硬岩石坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，一般，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，而主要发育不存在

6、或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各各种应力作用下种应力作用下岩石破裂变形产生的岩石破裂变形产生的裂隙裂隙。成岩成岩裂隙裂隙构造构造裂隙裂隙风化风化裂隙裂隙裂隙率裂隙率：体体裂隙率、裂隙率、面面裂隙率、裂隙率、线线裂隙率裂隙率卸荷卸荷裂隙裂隙第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分 野外研究裂隙时，应注意测定裂隙的野外研究裂隙时，应注意测定裂隙的方向方向、宽度宽度、延伸长延伸长度度、充填情况充填情况等等。因为这些都对因为这些都对地下地下水的运动水的运动具有重要影响。具有重要影响。2.1.3 溶穴溶穴 可可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等，在地溶的沉积岩，如岩盐、石膏、

7、石灰岩和白云岩等，在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为溶穴溶穴（隙隙）。岩溶率岩溶率录像录像图片图片第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分 孔隙、裂隙、溶穴不是独立存在。孔隙、裂隙、溶穴不是独立存在。自然界岩石中空隙自然界岩石中空隙的发育状况远较上面所说的复杂。的发育状况远较上面所说的复杂。总结与比较总结与比较 松散岩石松散岩石固然以固然以孔隙为主孔隙为主，但某些，但某些粘土粘土干缩后干缩后可产生可产生裂隙裂隙，而这些裂隙的水文地质意义，甚至，而这些裂隙的水文地质意义，甚至远远超过其原有的孔隙。远远超过其原有的孔隙。第二章第二章 岩石中的空隙与水

8、分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资料，在事实的基础上分析空隙空隙的的形成原因形成原因及及控制因素控制因素，查明其查明其发育规律发育规律。岩岩石中的空隙，必须以一定方式连接起来构成石中的空隙，必须以一定方式连接起来构成空隙空隙、网络网络，才能成为地下水有效的，才能成为地下水有效的运移通道运移通道（）和）和储容空间储容空间和。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，具有不同的分布同的特点。赋存于不同岩层

9、中的地下水，具有不同的分布与运动特点与运动特点。孔隙水孔隙水、裂隙水裂隙水和和岩溶水岩溶水固结程度不高的固结程度不高的沉积岩沉积岩，往往，往往既有孔隙既有孔隙，又有裂隙又有裂隙。可溶岩石，由于溶蚀不均一，有的部分可溶岩石，由于溶蚀不均一，有的部分发育溶穴发育溶穴，而有，而有的部分则为的部分则为裂隙裂隙，有时还可保留，有时还可保留原生的孔隙与裂缝原生的孔隙与裂缝。第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.3.3 给给水度水度定定义义：我我们们把地下水位下降一个把地下水位下降一个单单位深度，从地下水位位深度，从地下水位延伸到地表面的延伸到地表面的单单位水平面位水平面积积岩石柱体，岩石柱

10、体，在重力作用下在重力作用下释释出的水的体出的水的体积积，称称为给为给水度水度。例如，地下水位下降例如，地下水位下降 2m，1m2水平面水平面积积岩石柱体，在重力作岩石柱体，在重力作用下用下释释出的水的体出的水的体积为积为0.2m3（相当于水柱高度（相当于水柱高度0.2m），），则给则给水水度度为为 0.1或或 10。影响因素影响因素：对对于均于均质质的松散岩石，的松散岩石，给给水度的大小与水度的大小与岩性岩性、初初始地下水位埋藏深度始地下水位埋藏深度以及以及地下水位下降速率地下水位下降速率等因素有关。等因素有关。单单位位体体积积饱饱水水岩石体在重力作用下自由岩石体在重力作用下自由释释出的水的

11、体出的水的体积积第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.3.3 给给水度水度岩性岩性对给对给水度的影响主要表水度的影响主要表现为现为空隙的大小与多少空隙的大小与多少。例如，例如，颗颗粒粒粗粗大大的的松散松散岩石，岩石，裂隙裂隙比比较宽较宽大大的的坚坚硬硬岩石，以及具有溶穴的岩石，以及具有溶穴的可溶岩可溶岩，空隙空隙宽宽大大，重力，重力释释水水时时，滞留滞留于岩石空隙中的于岩石空隙中的结结合水合水与与孔角毛孔角毛细细水水较较少少，理想条理想条件下件下给给水度的水度的值值接接近孔近孔隙度、隙度、裂隙率与岩溶率。裂隙率与岩溶率。相反，相反，若若空隙空隙细细小小（如粘性土），重力（如粘性

12、土），重力释释水水时时大大部分水以部分水以结结合水与合水与悬悬挂毛挂毛细细水形式滞留于空隙中，水形式滞留于空隙中，给给水度往往很小。水度往往很小。第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.3.3 给给水度水度当当初始地下水位埋藏初始地下水位埋藏深度深度小于小于最大毛最大毛细细上上升高度升高度时时，地下水位，地下水位下降后，重力水的一下降后，重力水的一部分将部分将转转化化为为支持毛支持毛细细水而保留于地下水水而保留于地下水面之上，从而使面之上，从而使给给水水度偏小。度偏小。第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.3.3 给给水度水度可能的原因可能的原因 1）重力重力释释

13、水水并非瞬并非瞬时时完成，而往往完成，而往往滞后滞后于水位下于水位下降；降；2）迅速迅速释释水水时时大大、小小孔道孔道释释水不同步水不同步，大的孔道，大的孔道优优先先释释水，在小孔道中形成水，在小孔道中形成悬悬挂毛挂毛细细水而不能水而不能释释出。出。地下水位下降速率地下水位下降速率第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.3.4 持水度持水度定定义义：地下水位下降一个地下水位下降一个单单位深度，位深度，单单位水平面位水平面积积岩岩石柱体反抗重力而保持于岩石空隙中的水量，称作持石柱体反抗重力而保持于岩石空隙中的水量，称作持水度水度。包气包气带带充分重力充分重力释释水而又未受到蒸水而又

14、未受到蒸发发、蒸、蒸腾腾消耗消耗时时的含水量称作的含水量称作残留含水量残留含水量数数值值上相当于最大的持水上相当于最大的持水度。度。给给水度、持水度与孔隙度的水度、持水度与孔隙度的关系关系p影响因素影响因素第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.3.5 透水性透水性岩石允岩石允许许水透水透过过的能力的能力以松散岩石以松散岩石为为例，分析例，分析一个一个理想孔隙通道理想孔隙通道中水的运中水的运动动情况情况第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.3.5 透水性透水性岩石允岩石允许许水透水透过过的能力的能力 圆圆管状孔隙通道的管状孔隙通道的纵纵断面，孔隙的断面，孔隙的边缘

15、边缘上上分布着在分布着在寻寻常条件下不运常条件下不运动动的的结结合水合水，其余部分是重力水其余部分是重力水。由于附着。由于附着于隙壁的于隙壁的结结合水合水层对层对于重力水，以及重力水于重力水，以及重力水质质点之点之间间存在存在着着摩擦阻力摩擦阻力，最近，最近边缘边缘的重力水流速的重力水流速趋趋于零，中心部分流于零，中心部分流速最大。速最大。结论结论：孔隙直径愈小，：孔隙直径愈小，结结合水所占据的无效空合水所占据的无效空间间愈大，愈大，实际实际渗流断面就愈小；同渗流断面就愈小；同时时，孔隙直径愈小，可能达到的，孔隙直径愈小，可能达到的最大流速最大流速愈小。愈小。因此因此，孔隙直径愈小，透水性就愈

16、差孔隙直径愈小，透水性就愈差。当孔隙直径小。当孔隙直径小于两倍于两倍结结合水合水层层厚度厚度时时，在，在寻寻常条件下就不透水。常条件下就不透水。第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分2.3.5 透水性透水性 把松散岩石中的把松散岩石中的全部孔隙全部孔隙通通道道概化概化为为一束相互平行的等径一束相互平行的等径圆圆管管，则则不不难难推知推知：当当孔隙度一定孔隙度一定而而孔隙直径愈大孔隙直径愈大，则圆则圆管通道的数量愈少，管通道的数量愈少，但有但有效渗流断面愈大，效渗流断面愈大，透水能力就愈透水能力就愈强强；反之反之，孔隙直径愈小，透水能力就，孔隙直径愈小，透水能力就愈弱。愈弱。由此可由

17、此可见见，决定透水性好坏的决定透水性好坏的主要主要因素因素是孔隙大小；是孔隙大小；只有在孔隙大小达到一定程度，孔隙度才只有在孔隙大小达到一定程度，孔隙度才对对岩石的透水岩石的透水性起作用，孔隙度愈大，透水性愈好。性起作用，孔隙度愈大，透水性愈好。第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分b概化概化为为沿程等沿程等经经的的圆圆管管a孔隙通道原型孔隙通道原型c概化概化为为沿程不等径沿程不等径圆圆管管第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分 实际实际的孔隙通道并不是直径均一的的孔隙通道并不是直径均一的圆圆管，而是直径管，而是直径变变化、断面形状复化、断面形状复杂杂的管道系的管道系统

18、统（图图a）。岩石的透水能力）。岩石的透水能力并并不取决不取决于平均孔隙直径（于平均孔隙直径（图图b），而在很大程度上取决），而在很大程度上取决于最小的孔隙直径（于最小的孔隙直径（图图c）（木桶原理）（木桶原理）实际实际的孔隙通道也不是直的孔隙通道也不是直线线的，而是曲折的（的，而是曲折的（图图a）。）。孔隙通道愈弯曲，水孔隙通道愈弯曲，水质质点点实际实际流程就愈流程就愈长长，克服摩擦阻，克服摩擦阻力所消耗的能量就愈大。力所消耗的能量就愈大。孔隙孔隙大小大小孔隙通道沿程直径的孔隙通道沿程直径的变变化化和曲折性和曲折性颗颗粒粒分分选选程程度度孔孔隙隙度度第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存3.

19、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透水性能好空隙大的岩层。【。【代表】代表】卵石、砾石、粗卵石、砾石、粗砂的沉积物砂的沉积物（孔隙孔隙）；）；富含富含裂隙裂隙的岩层的岩层；岩溶岩溶发育的岩层发育的岩层aquifer kwif 定定义义：能：能够够透透过过并并给给出出相当数量相当数量水的岩水的岩层层定定义义：不能透不能透过过与与给给出水，或者透出水，或者透过给过给出的出的水量微不足道水量微不足道的岩的岩层层【代表】【代表】致密的致密的基岩；压实性强的粘性土层。基岩；压实性强的粘性土层。aquiclude kwiklu:d第三章第三

20、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）对于一些对于一些渗透性相当差的岩渗透性相当差的岩层层，在一般的，在一般的供水排水供水排水中中他他们们所能所能提供的水量提供的水量微不足道，微不足道，视视乎可以看作乎可以看作隔水层隔水层；但是，当但是，当发发生生越流越流（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）时时，由于，由于驱动驱动水流的水流的水力梯度大水力梯度大且且发发生渗透的生渗透的过水过水断面断面很大，越流交很大，越流交换换的的水量相当可观水量相当可观，此时，此时，再称作隔水再称作隔水层层就不合适了。就不合适了。

21、【代表】代表】在平原区：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和亚砂土层亚砂土层等；等；在坚硬岩石地区：一些在坚硬岩石地区：一些微裂隙微裂隙、节理发育节理发育的的泥岩层泥岩层、页岩层、砂砾岩层页岩层、砂砾岩层等。等。弱透水层（相对隔水层）弱透水层（相对隔水层）第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存含水层、隔水层含水层、隔水层概念的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地下水的工作供水水源供水水源（需要需要水量水量）A）在利用地下水供水时，某一岩层能够给出的水量在利用地下水供水时，某一岩层能够给

22、出的水量较小，对于较小，对于水源丰沛、水源丰沛、需需水量很大的地区水量很大的地区，由于远不能满，由于远不能满足供水需求，而被足供水需求，而被视为隔水层视为隔水层；B）在在水资源匮乏、水资源匮乏、需需水量较小的地区水量较小的地区，就可以被，就可以被视视为含水层为含水层。排除排除地下水的工作地下水的工作工程防渗工程防渗（杜绝杜绝水量）水量）如某种岩层的渗透性较低，从如某种岩层的渗透性较低，从供水的角度供水的角度来说，它被来说，它被视作隔水层；但是从视作隔水层；但是从水库渗漏的角度水库渗漏的角度出发，这种渗漏量就出发，这种渗漏量就不容忽视，依旧视作隔水层就不合适了。不容忽视，依旧视作隔水层就不合适了

23、。第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存时间尺度时间尺度：m3m3/sm/sm/sm2ssm2s 在讨论油气二次运移这种时间尺度很大的水文地质过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。程时，流体能够穿越所有的地层。从整体上说，地层具有从整体上说，地层具有水力连续性。水力连续性。如上图：如上图：有有5个含水层被个含水层被4个弱透水层所阻隔。个弱透水层所阻隔。当在含水层当在含水层3中抽水时，中抽水时，短期内短期内相邻的含水层相邻的含水层2与与4的的水位均未变动，图中所示水位均未变动，图中所示a的范围构成一个有水力联系的的范围构成一个有水力联系的单元。单元。当当抽

24、水持续抽水持续时，最终影响将波及图中时，最终影响将波及图中b所示范围，这所示范围，这时时5个含水层与个含水层与4个弱透水层构成一个发生统一水力联系的个弱透水层构成一个发生统一水力联系的单元。单元。第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存岩石的各向异性岩石的各向异性：以以沉积岩沉积岩为例为例，由于不同岩性层的互层，有的层次发，由于不同岩性层的互层，有的层次发育裂隙或溶穴，垂直方向上是育裂隙或溶穴，垂直方向上是隔水隔水的的，但在顺层的方向上，但在顺层的方向上都是透水的。都是透水的。例如，例如，薄层页岩薄层页岩和和石灰岩石灰岩互层时，页岩中互层时，页岩中裂隙接近闭裂隙接近闭合合，灰岩中，灰岩中裂隙与溶

25、穴发育裂隙与溶穴发育，便成为典型的顺层透水而垂，便成为典型的顺层透水而垂直层面隔水的岩层。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构成含水层必须具备的的3 3个条件个条件岩层必须有岩层必须有储水空间储水空间 即应有孔隙、裂隙和溶隙即应有孔隙、裂隙和溶隙（穴）（穴）等等空隙空隙。这是储存地下。这是储存地下水的前提条件。水的前提条件。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

26、水层）的存在，在透水性良好的岩层下有隔水层（弱透水层）的存在，以免重力水以免重力水向下向下全部漏失；全部漏失；或在或在水平方向水平方向上有隔水层阻挡，以免全部漏空。上有隔水层阻挡，以免全部漏空。要有足够的水源要有足够的水源（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。使储水空间能不断地获得补给，方能成为含水层。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广义：指赋存于地面以下岩土空隙中的水指赋存于地面以下岩土空隙中的水狭义狭义：指赋存于饱水带岩土空隙中的水指赋存于饱水带岩土空隙中的水重力水重力水包括：包括：包气带及饱水带中所有含于岩石

27、空隙中的水包气带及饱水带中所有含于岩石空隙中的水地下水地下水概念概念的从的从“狭义狭义”“广义广义”从只研究从只研究“重力水重力水”研究研究“包气包气带带水水&重力水重力水”水文地水文地质质学从研究学从研究“地壳浅地壳浅层层地下水地下水”研究研究“地下水圈地下水圈”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）概念 潜水潜水：饱饱水水带带中第中第一个具有一个具有自由表面自由表面且有且有一定规模一定规模的含水的含水层层中的中的水称作潜水。水称作潜水。潜水潜水没有隔水没有隔水顶顶板板，或只有局部的隔水或只有局部的隔水顶顶板板 潜水面潜水面：潜水的表面：潜水的表面为为自由水面，称作

28、潜水面自由水面，称作潜水面 潜水潜水含水含水层层厚度厚度：从：从潜水面潜水面到到隔水底板隔水底板的距离的距离 潜水潜水理藏深度理藏深度：潜水面潜水面到到地面地面的距离的距离第三章第三章 地下水的地下水的赋赋存存2）补给补给3）排泄：排泄：径流排泄径流排泄 蒸发排泄蒸发排泄 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素都影响潜水潜水。气象、水文因素对潜水影响显著。气象、水文因素对潜水影响显著。4）动态变化）动态变化第三章第三章 地下水的地下

29、水的赋赋存存5）潜水潜水特征特征没有隔水没有隔水顶顶板，具有自由的水面板，具有自由的水面潜水分布区与潜水分布区与补给补给区常常一致区常常一致 湿湿润润气候气候（补给补给丰富）及丰富）及地形切割地形切割强强烈烈（利于径流）的地区，有（利于径流）的地区，有利于潜水的径流排泄，往往形成含利于潜水的径流排泄，往往形成含盐盐量不高的淡水。量不高的淡水。干旱气候干旱气候下，由下，由细颗细颗粒粒组组成的成的盆地平原盆地平原，潜水的蒸，潜水的蒸发发排泄排泄为为主，主，常形成含常形成含盐盐高的咸水。高的咸水。易易污污染染潜水的水位、水量、水潜水的水位、水量、水质质等等动态动态变变化与气象水文、地形等因素密切化与

30、气象水文、地形等因素密切相关，相关，动态变动态变化明化明显显。埋藏浅，易于开埋藏浅，易于开发发，重要水源，重要水源7）潜水等水位线图潜水等水位线图潜水等水位线潜水等水位线图图：将潜水位相等的各点连线，得到潜水等水位线图：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位：潜水面上任一点的高程称为该点的潜水位：潜水面上任一点的高程称为该点的潜水位第三章第三章 地下水的地下水的赋赋存存确定潜水的流向确定潜水的流向第三章第三章 地下水的地下水的赋赋存存水面坡度水面坡度：相邻两条等水位线的

31、水位差除以其：相邻两条等水位线的水位差除以其水平距离水平距离水力梯度水力梯度：沿渗透途径水头损失与：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度相应渗透途径长度的比值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确定潜水面的水面坡度第三章第三章 地下水的地下水的赋赋存存第三章第三章 地下水的地下水的赋赋存存判断潜水和地表水的补排关系判断潜水和地表水的补排关系第三章第三章 地下水的地下水的赋赋存存确定泉水出露位置和沼泽化范围确定泉水出露位置和沼泽化范围侵蚀（下降）泉侵蚀（下降）泉接触泉接触泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉溢

32、流泉溢流泉侵蚀（上升）泉侵蚀（上升）泉断层泉断层泉接触带泉接触带泉第三章第三章 地下水的地下水的赋赋存存第三章第三章 地下水的地下水的赋赋存存推断含水层岩性或厚推断含水层岩性或厚度的变化度的变化第三章第三章 地下水的地下水的赋赋存存确定潜水埋藏深度（结合地形等高线图）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确定泉水出露位置和沼泽化范围 取水工程取水工程最好布置在潜水流汇合的地区（最好布置在潜水流汇合的地区（点点工程取水）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或潜水集中排泄的

33、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。（直地下水流向，即与等水位线相一致。（线状线状工程取水）工程取水）第三章第三章 地下水的地下水的赋赋存存 承承压压水水：充：充满满于于两个两个稳定稳定隔水隔水层层（弱透水（弱透水层层）之）之间间的的含水含水层层中的水中的水 隔水隔水顶顶板：承板：承压压含水含水层层上部的隔水上部的隔水层层（弱透水（弱透水层层）隔水隔水底底板：下部的隔水板：下部的隔水层层（弱透水（弱透水层层）承承压压含水含水层层厚度厚度：隔水：隔水顶顶板与隔水底板之板与隔水底板之间间的距离的距离 承承压压区与非承区与非承压压区区 承承压压高度高度：钻钻孔中静止水位

34、到含水孔中静止水位到含水层顶层顶面之面之间间的距离的距离成成为为承承压压高度高度 测压测压水位水位：井中：井中静止静止水位的高程就是承水位的高程就是承压压水在水在该该点的点的测压测压水位水位3.5 承压水承压水1）概念概念第三章第三章 地下水的地下水的赋赋存存2）补给与排泄补给与排泄方式方式补给：补给：大气降水及地表水体入渗；大气降水及地表水体入渗；从其它含水层从其它含水层越流越流补给补给排泄：排泄：泉；泉；径流；径流；向其它含水层向其它含水层越流越流排泄排泄3）水质：水质：取决于取决于埋藏条件埋藏条件及其及其与外界联系的程度与外界联系的程度 与外界联系愈密切，参加水循环愈积极，承压水的水与外

35、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。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难使其净化第四章第四章 地下水运地下水运动动的基本的基本规规律律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 达西定律达西定律线线性渗透定律性渗透定律达西试验示意图达西试验示意图A第四章第四章 地下水运地下水运动动的基本的基本规规律律第四章第

36、四章 地下水运地下水运动动的基本的基本规规律律第四章第四章 地下水运地下水运动动的基本的基本规规律律4）信手流网绘制）信手流网绘制例例2第四章第四章 地下水运地下水运动动的基本的基本规规律律第四章第四章 地下水运地下水运动动的基本的基本规规律律 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，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。点平面上流线平行，其剖面如图所示。点A、B、C、D、E、F分别在分别在同一铅直面上。同一铅直面

37、上。A、C、E是沿隔水顶板流线上的三个点；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。是沿隔水底板流线上的三个点。画出向斜盆地的流网图。第四章第四章 地下水运地下水运动动的基本的基本规规律律第四章第四章 地下水运地下水运动动的基本的基本规规律律第六章第六章 地下水的物理性地下水的物理性质质和化学成分及其演和化学成分及其演变变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地下水中主要气体成分 各种各种气体气体、离子离子、胶体物质胶体物质、有机质有机质以及以及微生物微生物等等 主要的主要的气体组分气体组分：O2、N2、CO2、H

38、2S、CH4、H2、碳氢化合物及少量的惰性气体。碳氢化合物及少量的惰性气体。来源来源：空气空气（O2、N2、CO2）、生物化学、生物化学（H2S、CH4、N2、CO2），化学及核反应（，化学及核反应（He、Rn）气体成分气体成分存在存在的意义的意义：气体成分能够说明气体成分能够说明地下水所地下水所处的地球化学环境处的地球化学环境；地下水中的有些气体会地下水中的有些气体会增加水溶解增加水溶解盐类的能力盐类的能力，促进某些化学反应促进某些化学反应。第六章第六章 地下水的物理性地下水的物理性质质和化学成分及其演和化学成分及其演变变 6.3.2 地下水中的主要离子成分地下水中的主要离子成分 一般情况下

39、，随着一般情况下，随着总矿总矿化化度度（溶解性总溶解性总固体固体/TDS）的的变变化，地化，地下水中占主要地位的离子成分也随之下水中占主要地位的离子成分也随之发发生生变变化。化。低低矿矿化水化水中常以中常以HCO3-及及Ca2+、Mg2+为为主；主；高高矿矿化水化水则则以以C1-及及Na+为为主；主；中等中等矿矿化化的地下水中，阴离子常以的地下水中，阴离子常以SO42-为为主，主要阳离子主，主要阳离子则则可以是可以是Na+，也可以是，也可以是Ca2+。这是因为：这是因为：地下水中常地下水中常见盐类见盐类的溶解度（的溶解度（0，单单位位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

40、度溶解度NaClKClMgCl2CaCl2350290558.1（18）731.9（18）Na2SO4MgSO4CaSO4502701.9Na2CO3MgCO3193.9（18）0.1第六章第六章 地下水的物理性地下水的物理性质质和化学成分及其演和化学成分及其演变变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 溶溶滤滤作用作用1）定定义义：水与岩土相互作用下，水与岩土相互作用下，岩土岩土中一部分中一部分物物质转质转入地下水入地下水中中2）结结果果：岩土岩土失去失去一部分可溶物一部分可溶物质质，地下水，地下水则补则补充了新的充了新的组组分分3）溶解的）溶解的过过程程4）溶解

41、）溶解与与结结晶晶同同时进时进行行溶解度溶解度5）不同不同盐类盐类具有具有不同的溶解度不同的溶解度（原因）（原因）水是偶极分子水是偶极分子结晶格架中的盐类离子结晶格架中的盐类离子不同不同盐类盐类，结结晶格架中晶格架中离子离子间间的吸引力不同的吸引力不同第六章第六章 地下水的物理性地下水的物理性质质和化学成分及其演和化学成分及其演变变6）温度温度对对溶解度的溶解度的影响影响 随着随着温度上升温度上升，结结晶格架内离晶格架内离子的子的振振荡荡运运动动加加剧剧，离子离子间间引力削引力削弱弱，水的极化分子易于将离子从，水的极化分子易于将离子从结结晶格架上晶格架上拉出拉出。因此，。因此，盐类盐类溶解度溶

42、解度通常随温度上升而增大通常随温度上升而增大。但是但是，某些，某些盐类盐类例外，如例外，如 Na2SO4 在温度上升在温度上升时时，由于，由于矿矿物物结结晶中的水分子逸出，离子晶中的水分子逸出，离子间间引力引力增大，溶解度反而降低；增大，溶解度反而降低；CaCO3 及及 MgCO3的溶解度也的溶解度也随温度上升而降低，随温度上升而降低，这这与下面所与下面所说说的的脱碳酸作用脱碳酸作用有关。有关。第六章第六章 地下水的物理性地下水的物理性质质和化学成分及其演和化学成分及其演变变7）溶滤作用的溶滤作用的强度强度（岩土中的组分转入水中的（岩土中的组分转入水中的速率速率）与下）与下列因素有关：列因素有

43、关：组组成岩土的成岩土的矿矿物物盐类盐类的溶解度的溶解度 NaCl与与SiO2比比较较岩土的空隙特征岩土的空隙特征 缺乏裂隙的致密基岩，水缺乏裂隙的致密基岩，水难难以与以与矿矿物物盐类盐类接触，溶接触，溶滤滤作用作用便也无从便也无从发发生生。水的溶解能力决定着溶水的溶解能力决定着溶滤滤作用的作用的强强度度 总总的的说说来，来，低低矿矿化水溶解能力化水溶解能力强强而而高高矿矿化水弱化水弱。水中水中CO2、O2等气体成分的含量决定着某些等气体成分的含量决定着某些盐类盐类的溶解能力的溶解能力 如水中如水中CO2含量愈高，溶解含量愈高，溶解碳酸碳酸盐盐及硅酸及硅酸盐盐的能力愈的能力愈强强。O2的含量愈

44、高，水溶解的含量愈高，水溶解硫化物硫化物的能力愈的能力愈强强。水的流动状况水的流动状况第六章第六章 地下水的物理性地下水的物理性质质和化学成分及其演和化学成分及其演变变水的流水的流动动状况状况 流流动动停滞停滞的地下水，最的地下水，最终终将失去溶解能力，溶将失去溶解能力，溶滤滤作用便告作用便告终终止。止。地下水流地下水流动动迅速迅速，矿矿化度低的、含有大量化度低的、含有大量CO2、O2的大气降的大气降水和地表水，不断更新含水水和地表水，不断更新含水层层中原有的溶解能力已中原有的溶解能力已经趋经趋于于饱饱和的和的水，溶水，溶滤滤作用便持作用便持续续地地强强烈烈发发育。育。地下水的径流与交替强度地

45、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）溶溶滤滤作用作用与与纯纯化学的化学的溶解作用溶解作用的区的区别别溶溶滤滤作用作用时间上的阶段性时间上的阶段性 溶溶滤滤作用是一种与一定的作用是一种与一定的自然地理自然地理与与地地质环质环境境相相联联系的系的历历史史过过程程。第六章第六章 地下水的物理性地下水的物理性质质和化学成分及其演和化学成分及其演变变 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的入渗水补给入渗水补给而而开始开始其溶滤过程其溶滤过程。设想岩层中原来含有包括设想

46、岩层中原来含有包括氯化物氯化物、硫酸盐硫酸盐、碳酸盐碳酸盐及及硅酸盐硅酸盐等等各种矿物盐类。各种矿物盐类。开始阶段开始阶段，氯化物氯化物最易于由岩层转入水中，而成为地下水中主最易于由岩层转入水中，而成为地下水中主要化学组分。要化学组分。随着溶滤作用延续随着溶滤作用延续，岩层含有的氯化物由于不断转入水中并被，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，相对易溶的水流带走而贫化，相对易溶的硫酸盐硫酸盐成为迁入水中的主要组分。成为迁入水中的主要组分。溶滤作用长期持续溶滤作用长期持续，岩层中保留下来的几乎只是难溶的，岩层中保留下来的几乎只是难溶的碳酸盐碳酸盐及硅酸盐及硅酸盐，地下水的化学成分当

47、然也就以碳酸盐及硅酸盐为主了。，地下水的化学成分当然也就以碳酸盐及硅酸盐为主了。因此因此，一个地区经受溶滤愈强烈，时间愈长久，地下水的矿化，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。度愈低，愈是以难溶离子为其主要成分。第六章第六章 地下水的物理性地下水的物理性质质和化学成分及其演和化学成分及其演变变溶溶滤滤作用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难溶离子的相对含量也就愈高也就愈高 气候愈是潮湿多雨气候愈是潮湿多雨地质构造的开启性愈好地质构造的开启性愈好岩层的导水能力愈强岩层的导水能力愈强地形切割愈强烈地形切割愈强烈地下径流与水交替地下径流

48、与水交替愈迅速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保留的易溶盐类便愈贫乏便愈贫乏地下水的矿化度愈低地下水的矿化度愈低8）溶溶滤滤作用作用与与纯纯化学的化学的溶解作用溶解作用的区的区别别第六章第六章 地下水的物理性地下水的物理性质质和化学成分及其演和化学成分及其演变变6.4.2 浓缩浓缩作用作用 溶滤作用溶滤作用将岩土中的某些成分溶入水中，地下水的流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动又把这些溶解物质带到排泄区排泄区。在干旱半干旱地区的平原与盆地的在干旱半干旱地区的平原与盆地的低洼处低洼处，地下水位，地下水位埋藏不深，埋藏不深，蒸发蒸发成为地

49、下水的主要排泄去路。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由于蒸发作用只排走水分，盐分仍保留在余下的地下水中，水中，随着时间延续随着时间延续，地下水溶液逐渐浓缩，矿化度不断，地下水溶液逐渐浓缩，矿化度不断增大。增大。1 1）浓缩作用浓缩作用的的过程（定义）过程（定义）第六章第六章 地下水的物理性地下水的物理性质质和化学成分及其演和化学成分及其演变变6.4.2 浓缩浓缩作用作用2 2）浓缩作用）浓缩作用对地下水矿化度的影响对地下水矿化度的影响 随着地下水随着地下水矿矿化度上升，溶解度化度上升，溶解度较较小的小的盐类盐类在水中相在水中相继继达达到到饱饱和而沉淀析出

50、，易溶和而沉淀析出，易溶盐类盐类（如（如 NaCl）的离子逐）的离子逐渐渐成成为为水中水中主要成分。主要成分。未未经经蒸蒸发浓缩发浓缩前前随着蒸随着蒸发浓缩发浓缩继续浓缩继续浓缩水水“走走”盐盐“留留”第六章第六章 地下水的物理性地下水的物理性质质和化学成分及其演和化学成分及其演变变3 3）产生浓缩作用）产生浓缩作用必须同时具备的条件必须同时具备的条件干旱或半干旱的干旱或半干旱的气候气候；较较浅的浅的地下水位埋深地下水位埋深；有利于毛有利于毛细细作用作用的的颗颗粒粒细细小的松散岩土；小的松散岩土；空空间间上位于地下水流上位于地下水流动动系系统统的的势汇势汇排泄排泄处处。干旱气候下，浓缩作用的干