水文地质学基础第三章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,水文地质学根底,Fundamentals of Hydrogeology,第二章 地下水的赋存,3.1,包气带与饱水带,3.2,含水层、隔水层与弱透水层,3.3,地下水分类,3.4,潜水,3.5,承压水,3.6,潜水与承压水的相互转化,3.7,上层滞水,3.1,包气带与饱水带,包气带与饱水带的划分,地下水面水位：地下一定深度岩石中的空隙被重力水所充满，形成一个自由水面，称为地下水面，以海拔高度表示称之地下水位。,一般通过打井，地下开挖来确定,地下水面以上局部，包括毛细水带、中间带和土壤水带，岩石中的空隙未被水充满，称为包气带。,地下水面以下局部，岩石中的空隙被水充满，称为饱水带。,包气带与饱水带,Company Logo,包气带与饱水带,地下水位,Company Logo,3.1,包气带与饱水带,包气带zone of aeration or zone of unsaturation,特点：岩石空隙未被水充满,是固、液、气三相介质并存介质,水的存在形式多样,结合水、毛细水各种、气态水、过路重力水,包气带的垂直分带,土壤水带,毛细水带支持毛细水带、毛细饱和水带,中间带过渡带,包气带水的来源,大气降水的入渗、地表水体的渗漏、饱水带水分上移毛细水进入包气带、地下水蒸发进入包气带,Company Logo,3.1,包气带与饱水带,包气带zone of aeration or zone of unsaturation,包气带水的赋存与运移,受毛细力与重力的共同影响,雨季及雨后的影响,包气带水的影响因素,除受包气带岩性、地下水位埋深、植被发育情况及人类生活与生产活动影响外，气象因素的影响极为显著。,研究包气带水的重要意义,包气带是饱水带中地下水参与水文循环的一个重要通道；“重力水通过包气带获得降水、地表水的入渗补给补充，局部水又通过包气带将水分传输，蒸发，消耗出去。研究包气带水盐的形成及其运动规律对说明饱水带水的形成具有重要意义。,Company Logo,饱水带saturation zone,岩石空隙被水完全充满 是二相介质固相+液相水,空隙中水的存在形式：,重力水 结合水,重力水：连续分布孔隙是连通传递静水压力在水头差作用下，地下水空隙中的水可以连续运动。,饱水带中的重力水是开发利用或者排除的主要对象，是水文地质学研究的重点。,地下开挖，坑道，巷道，基坑，打井在此带均有重力水涌出来,3.1,包气带与饱水带,Company Logo,3.2,含水层 隔水层 弱透水层,一、根本概念,饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力而进行的划分：,含水层Aquifer：,是能够透过并给出相当数量水的岩层各类砂土，砂岩等,隔水层Aquifuge)：,不能透过与给出水或透过与给出的水量微缺乏道的岩层裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土致密,弱透水层Aquitard：,渗透性很差，给出的水量微缺乏道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层各种粘土，泥质粉砂岩、砂质页岩,Company Logo,定义中的模糊概念“相当水量，微缺乏道，较大水力梯度等,严格的“是与非的逻辑思维，在很多情况下是相对的和模糊的概念相对性的意义：,从实际应用角度来看划分的相对性相当水量,满足需要就可以了。如在某处一口井出水量80m3/d，作为1万人的供水，非含水层；作为饮料厂、装瓶生产那么为含水层。又如一个小泉水流量0.11/s8.6m3/d，大厂非，村用是。,从理论意义来看微缺乏道,微缺乏道，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一粘土隔水层；开采深层，水量大，水位降低快，浅层水向深层“越流-粘土层成为“透水层。,现在进行水文地质计算、模拟时，不再简单二分了，而是用模糊学的研究方法，给个隶属度1，0之间，可以为 0.8,0.7,0.3,表示“透水性？,3.2.2,概念的相对性,岩层渗透性与时间尺度的关系,5,4,3,2,1,Company Logo,概念的思考？,A,B,大坝,1.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？3.如果需要修水库，建坝后库水是否渗漏？4.从供水的需要如何布置勘探？,3.2.3,含水系统,含水系统,Groundwater aquifer system,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：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,(,或给出的概念,),含水系统的划分,Company Logo,含水系统层次划分,系统与子系统,A,B,Company Logo,冲洪积平原地下水含水系统,丘陵,倾斜平原区,低平原,广义地下水：,赋存于地面以下岩石空隙中的水(包气带、饱水带中的水),狭义地下水：地表以下饱水带岩层空隙中的水重力水,地下水分类：,主要依据含水介质的类型赋存空间,埋藏条件赋存部位,地下水的埋藏条件：指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔水层弱透水层限制的情况。,表3-1含水介质三类，埋藏三分，组合共分为9类,3.3,地下水分类,孔隙水,裂隙水,岩溶水,包气带,上层滞水,上层滞水,上层滞水,潜水,孔隙潜水,裂隙潜水,岩溶潜水,承压水,孔隙承压水,裂隙承压水,岩溶承压水,上层滞水,(a),、潜水,(b),、承压水,(c),a,b,c,Company Logo,一、潜水与潜水含水层概念,潜水：饱水带中第一个具有自由外表的稳定含水层中的水。,自由外表没有隔水顶板或只有局部隔水顶板，与大气直接相通，除大气压强外不受其它任何附加压强。,稳定具有一定的空间连续性范围，以与上层滞水区分。,潜水含水层：赋存潜水的岩层。,建筑房屋时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏潜水,3.4,潜水与潜水含水层,Company Logo,二、根本要素专业术语,潜水面(water table)：潜水外表是一个自由的水面。,潜水位(water level)：潜水面上任一点的海拔高程。,潜水含水层厚度：从潜水面到隔水底板的垂直距离。,潜水埋藏深度：潜水面到地面的垂直距离。,潜水含水层厚度与潜水埋藏深度随潜水面的升降而发生相应的变化。,3.4,潜水与潜水含水层,潜水要素图,Company Logo,2,3,4,5,6,7,8,D,1,M,潜水与潜水含水层图,1-,潜水含水层,2-,隔水层,3,、,4,潜水面 潜水面,M-,含水层厚度,D-,潜水埋深,5-,大气降水入渗,6-,蒸发,7-,流向,8-,泉,三、主要特征学习P30，总结,分布特征：分布广泛、均匀，埋藏深度小、水面自由。,运动特点：在重力作用下，由水位高的地方向水位低的地方径流。,补给(源)：分布区与补给区一致，大气降水入渗、地表水补给。,排泄(汇)：除流入其它含水层外，排泄入大气圈与地表水圈的方式，一是径流排泄、一是蒸发排泄。,潜水补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！,动态：受气象、水文因素影响明显，变化快,水量、水位季节性变化,受人为因素影响显著，易污染,水量与水质：水量易于补充恢复，但缺乏多年调节性；,水质主要取决于气候、地形及岩性条件。,水循环：水循环交替迅速、周期短，更新恢复快,3.4,潜水与潜水含水层,四、潜水研究根本方法潜水等水位线图,潜水等水位线图：由某时刻潜水位相等的各点连线组成的图件。某时刻潜水面的等高线图,潜水流向：垂直等水位线由高到低为潜水的流向。,潜水面坡度：相邻两条等水位线的水位差除以其水平距离。,当潜水面坡度不大时，即可视为潜水水力梯度。,3.4,潜水与潜水含水层,Company Logo,某地潜水等水位线图平面,河,河,流,流,由于潜水在重力作用下由高处向低处流动，一般情况下，潜水面不水平，是一个向排泄区微微倾斜的曲面。,该曲面往往与地外表一致，但起伏比较平缓。,潜水面首先受地表水文网密度和切割深度的控制。,在地形切割强烈地区，地下水补给河水，潜水面向河道倾斜；在河流的下游，河床往往高于地面，河水位高于潜水位，河水补给潜水，那么潜水面向河流外侧倾斜。,潜水面形状还受含水层岩性及过水断面大小影响,含水介质透水性越强，其中潜水水面越缓；介质透水性越差，潜水面越陡。在均质的介质中，当潜水流经较大的过水断面时，其水力坡度变缓。,潜水面形状,根据什么绘制潜水等水位线图？,统一测得的均匀分布的各个水点机井、民井、泉等的地下水位数据。,怎样绘制潜水等水位线图？,在水文地质学理论的指导下，按规定的水位差间隔用内插法勾绘出各条等水位线,为什么绘制潜水等水位线图？,潜水等水位线图可以揭示出一个地区的许多水文地质信息。如：潜水面的形状、潜水流向、潜水水力梯度、潜水埋藏深度、潜水与地表水的关系、潜水含水层厚度与渗透性等。,绘制,潜水等水位线图,Company Logo,一、承压水定义,充满于两个隔水层弱透水层之间的含水层中的水，称之为承压水。,二、根本要素,承压含水层；隔水顶板；隔水底板；,承压含水层厚度M；承压高度H：钻孔中静止水位到含水层顶面的距离；测压水位：钻孔中静止水位的高程即为承压水在该点的测压水位；,测压水位线面：测压水位的连线面此线是虚拟的；,补给区；承压区；排泄区,自溢区测压水位线与地形等高线的交点连接区,3.5,承压水与承压含水层,承压水要素,Company Logo,基岩自流盆地中的承压水,承压含水层,隔水顶板,隔水底板,承压含水层厚度M,承压高度H,测压水位线面：,补给区,承压区,排泄区,自溢区,三、特征,承压性,承压性是受到了大气压以外的压力。,承压区含水层的水受到了来自出露区地下水的静水压力作用，不但充满含水层，而且承受了附加压强。,概念：承压高度；测压水位。,补给与排泄,主要补给来源：大气降水入渗与地表水入渗,有限区域与外界联系，水循环缓慢些，水交替慢，平均滞留时间长年龄老或长恢复性差；,高补低排从高处获得补给，在低处排泄；,隔水顶底板对承压区补水的影响。,3.5,承压水与承压含水层,水质,承压水的水质取决于埋藏条件及其与外界联系的程度；,变化较大，矿化度一般要高点，可以保存“古老的水；,动态,水循环交替较弱，受气象、水文因素影响较小，动态稳定，不易污染。,动态要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定那么调节能力很强,3.5,承压水与承压含水层,四、承压含水层补给与排泄特点,承压含水层接受其它水体补给必须同时具备的两个条件：,a.其它水体地表水、潜水或其它承压含水层的水位必须高出承压含水层的测压水位；,b.其它水体与该含水层之间必须有联系通道。,当承压含水层测压水位高于其它水体水位且与其它水体有联系通道时，承压水向其它水体排泄。,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，承压含水层的储水与释水是如何进行的？！,承压含水层对水量增减的反响,由于隔水顶板的限制，不通过增加含水层厚度而容纳增加的水量，通过水的密度加大及含水介质空隙的增加而容纳；排泄时，减少的水量表现为水的密度变小及含水介质空隙缩减。,3.5,承压水与承压含水层,Company Logo,承压含水层的储水与释水机理,贮水系数S(弹性给水度e),承压含水层中当测压水位下降(或上升)1个单位深度，单位水平面积含水层所释出(或储存)的水的体积。,测压水位降低导致,含水层孔隙中水的压力降低水体积膨胀释水，水的膨胀系数约为 1/20000,孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加骨架被压缩,颗粒不变骨架压缩=空隙体积减小排列改变,发生释水挤出来水,这两部水很有限，所以 S很小；,一般，贮水系数S为0.0050.00005，与重力给水度 相比要 小10-1 10-3,3.5,承压水与承压含水层,Company Logo,承压含水层的贮水系数与潜水含水层给水度的比较,Company Logo,承压含水层的弹性给水度,从理论上来看：,弹性给水度是可以恢复的,实际上弹性是有限恢