地下水的结构与运动优秀课件.ppt
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1、地下水的结构与运动第1页,本讲稿共36页5.1 5.1 地下水系统的组成与结构地下水系统的组成与结构地下水的贮存空间地下水的贮存空间地下水流系统地下水流系统地下水系统垂向结构地下水系统垂向结构第2页,本讲稿共36页 地下水是存在于地表以下岩地下水是存在于地表以下岩(土土)层空隙中的各种不同形式层空隙中的各种不同形式水的统称。水的统称。一、地下水的贮存空间一、地下水的贮存空间 1.1.含水介质、含水层和隔水层含水介质、含水层和隔水层 通常把既能透水,又饱含水的多孔介质称为含水介质通常把既能透水,又饱含水的多孔介质称为含水介质,这是这是地下水存在的首要条件。所谓含水层是指贮存有地下水,并地下水存在
2、的首要条件。所谓含水层是指贮存有地下水,并在自然状态或人为条件下,能够流出地下水来的岩体。对于在自然状态或人为条件下,能够流出地下水来的岩体。对于那些虽然含水,但几乎不透水或透水能力很弱的岩体,称为那些虽然含水,但几乎不透水或透水能力很弱的岩体,称为隔水层。隔水层。2.2.含水介质的空隙性与水理性含水介质的空隙性与水理性 含水介质的空隙性含水介质的空隙性:裂隙率裂隙率(K(KT T)、岩溶率、岩溶率(K(Kk k)与孔隙率与孔隙率(n)(n)。含水介质的水理性质。含水介质的水理性质 :与水分的贮容、运移有关的岩石性与水分的贮容、运移有关的岩石性质称为含水介质的水理性质,包括岩土的容水性、持水性
3、、质称为含水介质的水理性质,包括岩土的容水性、持水性、给水性、贮水性、透水性及毛细性等。给水性、贮水性、透水性及毛细性等。第3页,本讲稿共36页 3.3.蓄水构造蓄水构造 指由透水岩层与隔水层相互结合而构成的能够富集和贮存地下指由透水岩层与隔水层相互结合而构成的能够富集和贮存地下水的地质构造体。主要有:单斜蓄水结构、背斜蓄水结构、向斜蓄水的地质构造体。主要有:单斜蓄水结构、背斜蓄水结构、向斜蓄水结构、断裂型蓄水结构、岩溶型蓄水结构等。水结构、断裂型蓄水结构、岩溶型蓄水结构等。二、地下水流系统二、地下水流系统 地下水虽然埋藏于地下,难以用肉眼观察,但它象地表上河流地下水虽然埋藏于地下,难以用肉眼
4、观察,但它象地表上河流湖泊一样,存在集水区域,在同一集水区域内的地下水流,构成相湖泊一样,存在集水区域,在同一集水区域内的地下水流,构成相对独立的地下水流系统。对独立的地下水流系统。1.1.地下水流系统的基本特征地下水流系统的基本特征 在一定的水文地质条件下,汇集于某一排泄区的全部水流,自在一定的水文地质条件下,汇集于某一排泄区的全部水流,自成一个相对独立的地下水流系统,又称地下水流动系。与地表水系成一个相对独立的地下水流系统,又称地下水流动系。与地表水系相比较具有如下的特征相比较具有如下的特征:空间上的立体性空间上的立体性;流线组合的复杂性和不流线组合的复杂性和不稳定性稳定性;流动方向上的下
5、降与上升的并存性流动方向上的下降与上升的并存性;区域范围一般比较区域范围一般比较小。小。第4页,本讲稿共36页 2.2.地下水域地下水域 地下水流系统的集水区域地下水流系统的集水区域,为立体的集水空间。地下水为立体的集水空间。地下水域范围变化快域范围变化快,在地表上均存在相应的补给区与排泄区在地表上均存在相应的补给区与排泄区.三、地下水系统垂向结构三、地下水系统垂向结构 1.1.地下水垂向层次结构的基本模式地下水垂向层次结构的基本模式 包气带包气带:土壤水带、中间过渡带及毛细水带等土壤水带、中间过渡带及毛细水带等3 3个亚带个亚带;存在存在结合水结合水(包括吸湿水和薄膜水包括吸湿水和薄膜水)和
6、毛管水;和毛管水;饱和水带饱和水带:潜水带和承压水带两个亚带潜水带和承压水带两个亚带,存在重力水存在重力水(包括包括潜水和承压水潜水和承压水)。2.2.地下水不同层次的力学结构地下水不同层次的力学结构 分子力、毛细力和重力。分子力、毛细力和重力。3.3.地下水体系作用势地下水体系作用势 重力势、静水压势、渗透压势、吸附势等分势组合为总水势。重力势、静水压势、渗透压势、吸附势等分势组合为总水势。第5页,本讲稿共36页第6页,本讲稿共36页5.2地下水类型地下水类型地下水基本类型的划分地下水基本类型的划分包气带水包气带水饱水带水饱水带水(潜水和承压水潜水和承压水)空隙水空隙水(孔隙水、裂隙水和岩溶
7、水孔隙水、裂隙水和岩溶水)第7页,本讲稿共36页一、地下水基本类型的划分一、地下水基本类型的划分从地理水文学角度来说,特别重视如下的分类:从地理水文学角度来说,特别重视如下的分类:1.1.按地下水的贮存埋藏条件分类按地下水的贮存埋藏条件分类 (1)(1)包气带水包气带水 结合水(分吸湿水、薄膜水)结合水(分吸湿水、薄膜水)毛管水(分毛管悬着水与毛管上升水)毛管水(分毛管悬着水与毛管上升水)重力水(分上层滞水与渗透重力水)重力水(分上层滞水与渗透重力水)(2)(2)饱水带水饱水带水 潜水潜水 承压水(分自流溢水与非自流溢水)承压水(分自流溢水与非自流溢水)2.2.按岩土的贮水空隙的差异分类按岩土
8、的贮水空隙的差异分类 (1)(1)孔隙水孔隙水 (2)(2)裂隙水裂隙水 (3)(3)岩溶水岩溶水第8页,本讲稿共36页第9页,本讲稿共36页 二二 包气带水包气带水 1.1.包气带水的特征与包气带的类型包气带水的特征与包气带的类型 (1)(1)包气带水的主要特征包气带水的主要特征 包气带含水率和剖面分布最容易受外界条件的影响;包气带含水率和剖面分布最容易受外界条件的影响;包气带在空间上的变化主要体现在垂直剖面上的差异包气带在空间上的变化主要体现在垂直剖面上的差异;包气带含水率变化与岩土层本身、岩土颗粒的机械组成有关包气带含水率变化与岩土层本身、岩土颗粒的机械组成有关;(2)(2)包气带的类型
9、包气带的类型 厚型厚型:土壤、中间和毛管带土壤、中间和毛管带.薄型薄型:厚度不到厚度不到1 1米米 过渡型过渡型:2.2.包气带的水分交换与动态包气带的水分交换与动态外界水分交换和内部水分的再分配及内排水过程外界水分交换和内部水分的再分配及内排水过程,发生在发生在上、下界面上上、下界面上.第10页,本讲稿共36页 三、潜水三、潜水 1.1.潜水的概念和主要特征潜水的概念和主要特征 饱水带中自地表向下第一个具有自由水面的含水层中的重力饱水带中自地表向下第一个具有自由水面的含水层中的重力水,称为潜水水,称为潜水.潜水位潜水位(h)(h)是指潜水面上任一点的海拔高程是指潜水面上任一点的海拔高程(m)
10、(m);潜水埋深潜水埋深(T)(T)是指潜水面距地表的铅直距离是指潜水面距地表的铅直距离(m)(m);含水层厚度含水层厚度(H)(H)指潜水面至隔水底板的距离指潜水面至隔水底板的距离(m)(m);潜水流水力坡度潜水流水力坡度:是指潜水面上任意两点的水位差与该两是指潜水面上任意两点的水位差与该两点的渗透距离之比。点的渗透距离之比。潜水面上无隔水层潜水面上无隔水层,与大气相通与大气相通,压强等于大气压强压强等于大气压强,不承受不承受静水压力静水压力,潜水分布区与补给区基本一致。潜水分布区与补给区基本一致。潜水含水层通过包气带与地表水及大气圈之间存在密切潜水含水层通过包气带与地表水及大气圈之间存在密
11、切联系联系,因此深受外界气象、水文因素的影响因此深受外界气象、水文因素的影响,动态变化比较大动态变化比较大,呈现呈现明显的季节变化。明显的季节变化。第11页,本讲稿共36页 2.2.潜水面形状及其表示方法潜水面形状及其表示方法 (1)(1)潜水面的形状潜水面的形状:倾斜、抛物线形和水平等多种形状倾斜、抛物线形和水平等多种形状;(2)(2)潜水面表示方法潜水面表示方法:水文地质剖面图和平面图。水文地质剖面图和平面图。3.3.潜水与地表水之间的互补关系潜水与地表水之间的互补关系 潜水与地表水之间的这种相互补给和排泄关系,称为水力潜水与地表水之间的这种相互补给和排泄关系,称为水力联系。联系。(1)(
12、1)具有周期性水力联系具有周期性水力联系;(2)(2)具有单向的水力联系具有单向的水力联系;(3)(3)具有间歇性水力联系具有间歇性水力联系.四、承压水四、承压水 承压水是指充满于两个稳定隔水层之间的含水层中的地下承压水是指充满于两个稳定隔水层之间的含水层中的地下水。水。1.1.承压水的主要特征承压水的主要特征 承压性、分布区与补给区不同、动态变化相对稳定、水承压性、分布区与补给区不同、动态变化相对稳定、水质类型多样。质类型多样。第12页,本讲稿共36页2.2.承压水的形成承压水的形成主要取决于地质构造条件主要取决于地质构造条件,最适宜的是向斜构造和单斜最适宜的是向斜构造和单斜构造构造.3.3
13、.承压水等水压线承压水等水压线 某一含水层中承压水位相等的各点的连线。某一含水层中承压水位相等的各点的连线。五、空隙水五、空隙水 1.1.孔隙水孔隙水 埋藏于松散岩土孔隙中的重力水。埋藏于松散岩土孔隙中的重力水。透水性、给水性的透水性、给水性的变化小,运动呈层流状态。变化小,运动呈层流状态。2.2.裂隙水裂隙水 存在于岩石裂隙中的地下水。埋藏与分布极不均匀,动力存在于岩石裂隙中的地下水。埋藏与分布极不均匀,动力性质比较复杂,基岩裂隙的发育具有明显的分带性。性质比较复杂,基岩裂隙的发育具有明显的分带性。3.3.岩溶水岩溶水 在溶隙中贮存、运动的地下水称在溶隙中贮存、运动的地下水称.分布不均匀分布
14、不均匀,径流动态不径流动态不稳定稳定.地表与地下径流及无压流与有压流相互转化地表与地下径流及无压流与有压流相互转化。第13页,本讲稿共36页5.3地下水的补给与排泄地下水的补给与排泄地下水的补给来源地下水的补给来源地下水径流地下水径流地下水排泄地下水排泄第14页,本讲稿共36页一一地下水的补给来源地下水的补给来源 1.1.降水入渗补给降水入渗补给 2.2.地表水入渗补给地表水入渗补给 3.3.地下水的人工补给地下水的人工补给二二地下水径流地下水径流1.1.地下水径流方向与径流强度地下水径流方向与径流强度 方向呈平面式、放射式、纵向或横向运动方向呈平面式、放射式、纵向或横向运动;强度即地下水的流
15、动速度强度即地下水的流动速度,与透水性、水力坡度成正比与透水性、水力坡度成正比,承压水还与蓄水构造的开启与封闭程度有关。承压水还与蓄水构造的开启与封闭程度有关。2.2.地下水径流类型地下水径流类型(1)(1)畅流型畅流型;(2);(2)汇流型汇流型;(3);(3)散流型散流型;(4);(4)缓流型缓流型;(5);(5)滞流型滞流型.三三地下水的排泄地下水的排泄 1.1.泉排泄泉排泄 2.2.蒸发排泄蒸发排泄 3.3.泄流排泄泄流排泄第15页,本讲稿共36页5.4地下水运动地下水运动结合水运动结合水运动毛管水运动毛管水运动重力水运动重力水运动第16页,本讲稿共36页 地下水在岩土空隙中的运动现象
16、统称为地下水在岩土空隙中的运动现象统称为“渗流渗流”.分饱和渗分饱和渗流和非饱和渗流流和非饱和渗流.前者指饱水带的潜水和承压水在重力作用下运前者指饱水带的潜水和承压水在重力作用下运动动;后者是指包气带中的毛管水和结合水在毛管力和骨架吸引力的后者是指包气带中的毛管水和结合水在毛管力和骨架吸引力的控制运动控制运动,两种渗流的运动规律不同两种渗流的运动规律不同.一、结合水运动一、结合水运动 1.1.结合水运动基本规律结合水运动基本规律 结合水又分为强结合水结合水又分为强结合水(吸湿水吸湿水)和薄膜水和薄膜水(弱结合水弱结合水)两两种种.其中强结合水不能流动其中强结合水不能流动,所以结合水运动指的是属
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