资源描述
第一节第一节 概述概述第二节第二节 地下水的运动地下水的运动第三节第三节 地下水的理化性质地下水的理化性质第四节第四节 地下水的主要类型地下水的主要类型一、地下水的定义及其用途一、地下水的定义及其用途二、地下水的形成条件二、地下水的形成条件三、岩石的空隙三、岩石的空隙四、岩石的水理性质四、岩石的水理性质1 1、定义：、定义：存蓄于岩石和土壤空隙中的水存蓄于岩石和土壤空隙中的水, ,统称为地下水。统称为地下水。地下水垂向结构基本模式图地下水垂向结构基本模式图 )(冻土层中的水固态水液态水气态水地下水)狭义(重力水毛管水结合水薄膜水结合水吸着水地下水弱强 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) ) subsurface-water,under groundwater, groundwater 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库地下水库调蓄补给量调蓄补给量输入输入补给补给流流量量时间时间输出输出利用利用流流量量时间时间2 2、地下水的用途、地下水的用途1 1、地质条件（提供蓄水空间、地质条件（提供蓄水空间 ) )2 2、水源条件、水源条件3 3、影响地下水补充的因素、影响地下水补充的因素 岩石岩石: : 水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层。水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层。 空隙空隙: : 岩、土中各种类型的岩、土中各种类型的空洞空洞的总称；的总称； 是 地 下 水 赋 存 场 所 （是 地 下 水 赋 存 场 所 （p l a c e sp l a c e s） 和 运 移 通 道） 和 运 移 通 道（conduitsconduits）。）。空隙分为空隙分为: :孔隙（孔隙（porepore）（第四纪地质学）（第四纪地质学）裂隙（裂隙（fissurefissure）（构造地质学）（构造地质学）溶隙溶隙( (穴穴) )（cavitycavity）（岩溶地貌学）（岩溶地貌学）三、岩石的空隙（孔隙、裂隙、溶隙）三、岩石的空隙（孔隙、裂隙、溶隙）800孔隙（孔隙（pore, voidpore, void）：）： 岩石、土壤颗粒之间的空隙岩石、土壤颗粒之间的空隙 。 孔隙的描述有：孔隙的孔隙的描述有：孔隙的大小大小，多少多少，形状，连通，形状，连通与分布；与分布；1 1、孔隙度、孔隙度（porosityporosity）%100%1000VVn岩石总体积孔隙体积 （1 1）排列方式：）排列方式：（指同样大小和形（指同样大小和形状的岩石颗粒排列）状的岩石颗粒排列）A A、正方体正方体 ，48. 0611)21(34333dddnd21 （1 1）排列方式：）排列方式： B B、菱形体、菱形体( (四面体排列四面体排列) )n=0.26 （2 2）d2136240800 （3 3）颗粒的分选度：）颗粒的分选度： 大小不等的岩石组合在一起，小颗粒能填充大颗粒之大小不等的岩石组合在一起，小颗粒能填充大颗粒之间的空隙，所以分选度越大，孔隙度就越小。间的空隙，所以分选度越大，孔隙度就越小。 （4 4）胶结和压实程度）胶结和压实程度 ： 岩石中有岩石中有SiOSiO2 2（二氧化硅）和（二氧化硅）和FeFe（铁）作为胶结剂，（铁）作为胶结剂，使岩石粘结在一起，另外一定压力条件下被压实，这都会使岩石粘结在一起，另外一定压力条件下被压实，这都会使孔隙度变小。使孔隙度变小。 1 1、定义：、定义： 岩石中的各种裂缝统称为裂隙。岩石中的各种裂缝统称为裂隙。 构造裂隙构造裂隙 成岩裂隙成岩裂隙 风化裂隙风化裂隙 2 2、裂隙度、裂隙度( (率率) )（K KT T）：）： %100%100VVKTT岩石总体积裂隙体积%100%100FbLFFKT 1 1、定义：、定义： 可溶性岩石中的溶蚀空间，可溶性岩石中的溶蚀空间，有溶孔、溶隙、溶洞等有溶孔、溶隙、溶洞等。 溶隙溶隙是在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用是在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果的结果是是扩大了的裂隙扩大了的裂隙 http:/ 邓肯%100%100VVKKk岩石体积溶隙体积%100%100)(VVSn岩石总体积总空隙体积空隙度 岩石岩石( (包括包括骨架骨架与与空隙空隙) )具有的与水相关的性具有的与水相关的性质叫水理性质质叫水理性质, ,主要包括与水分主要包括与水分储容储容、释出释出与与运运移移有关的性质。有关的性质。岩石能岩石能容纳水的性能容纳水的性能称为容水性。称为容水性。、容水度、容水度( )( ) 岩石完全岩石完全饱水饱水时，所能容纳的时，所能容纳的最大水体积最大水体积与岩石总体与岩石总体积之比。积之比。0W0W0W0W%100%100)(0VVWW岩面总体积容水体积容水度%100%100)(0VVWW岩面总体积容水体积容水度%100%100)(0VVWW岩石总体积容水体积容水度SW 02 2、相对含水量、相对含水量( ( ) )0W0W0W%100%100)(0VVWW岩面总体积容水体积容水度%100%100nwwVVK总空隙体积实际含水量1 1、定义、定义 给水性：给水性： 在在重力重力作用下，饱和含水的岩体能排出水的性能。作用下，饱和含水的岩体能排出水的性能。 持水性：持水性： 在在分子力分子力和和毛管力毛管力的作用下，岩体能保持水的性能。的作用下，岩体能保持水的性能。2 2、给水度、持水度、给水度、持水度 rrgWVVVV%100%100岩石总保持水的体积持水度%100%100岩石总排出水的体积给水度体积体积1 1、定义：、定义： 岩石、土壤允许水透过的性能称透水性。岩石、土壤允许水透过的性能称透水性。 用用渗透系数渗透系数“K K”表示，单位为（表示，单位为（cm/hcm/h，m/hm/h，或或m/dm/d）。）。2 2、影响、影响“K K”值的因素值的因素1 1、给水性与持水性的区别、给水性与持水性的区别 （1 1）作用力作用力不一样。不一样。 给水性主要是重力作用，排出的是重力水，持水性给水性主要是重力作用，排出的是重力水，持水性主要是分子力和毛管力的作用，保持的是毛管水和分子主要是分子力和毛管力的作用，保持的是毛管水和分子水，薄膜水。水，薄膜水。图图 （2 2）空隙直径空隙直径的大小对二者的影响相反。的大小对二者的影响相反。 空隙大则有利于给水，给水性好，但持水性差。空空隙大则有利于给水，给水性好，但持水性差。空隙小则不利于给水，即给水性差，持水性强隙小则不利于给水，即给水性差，持水性强。 表面引力表面引力服从库仑定律，随固体表服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱面的距离加大而减弱)(15.0cmrH H H：毛管上升高度，：毛管上升高度，r:r:毛管直径毛管直径2 2、容水性、给水性、持水性三者的关系、容水性、给水性、持水性三者的关系 容水度容水度 = = 持水度持水度 + + 给水度给水度 当容水度一定时，持水度越大，给水度就小，如粘土层。当容水度一定时，持水度越大，给水度就小，如粘土层。 当容水度一定时，给水度好，持水度就差，如沙土层。当容水度一定时，给水度好，持水度就差，如沙土层。3 3、容水性、持水性的区别、容水性、持水性的区别 （1 1）水的作用力：）水的作用力： 容水性是指容纳各种水的性质，其水体包括了容水性是指容纳各种水的性质，其水体包括了分子水分子水（吸着水、薄膜水）毛管水和重力水（吸着水、薄膜水）毛管水和重力水。而持水性是指保持。而持水性是指保持的的非重力水非重力水的性质（不包括重力水）。的性质（不包括重力水）。 （2 2）影响因素）影响因素: : 容水性主要取决于空隙度的大小，持水性主要受空隙容水性主要取决于空隙度的大小，持水性主要受空隙（或孔隙）直径的大小的影响。（或孔隙）直径的大小的影响。4 4、给水性、透水性的区别、给水性、透水性的区别 （1 1）在定义上：）在定义上： 给水性是饱和容水的情况下，能给水性是饱和容水的情况下，能排出多少水排出多少水的性能，的性能，与时间无关。透水性是能让地下水与时间无关。透水性是能让地下水通过通过的性能，与含水量的性能，与含水量无关。无关。 （2 2）计量单位：）计量单位： 给水量是给水量是m m3 3，是体积单位，与时间无关。透水性的单，是体积单位，与时间无关。透水性的单位是每天能透过的距离（位是每天能透过的距离（m/hm/h），是速度单位。），是速度单位。一、地下水的定义及其用途一、地下水的定义及其用途二、地下水的形成条件二、地下水的形成条件三、岩石的空隙三、岩石的空隙四、岩石的水理性质四、岩石的水理性质 地下水与地表水运动的区别地下水与地表水运动的区别： 地下水是在地下水是在岩石介质岩石介质中运动，要受到岩石的阻滞，中运动，要受到岩石的阻滞，其运动形式是其运动形式是渗透和渗流渗透和渗流。而河水是明流。而河水是明流。 地下水为暗流，地表水为明流。地下水为暗流，地表水为明流。 流速比地表水小得多，多是层流。地表水是紊流。流速比地表水小得多，多是层流。地表水是紊流。 流量比河水稳定，变化慢。流量比河水稳定，变化慢。一、线性渗透定律一、线性渗透定律二、非线性渗透定律二、非线性渗透定律三、渗流速度与实际流速的关系三、渗流速度与实际流速的关系四、渗透系数四、渗透系数K值的确定值的确定1 1、基本原理、基本原理 线性线性渗透定律渗透定律（linear law）达西定律达西定律（Darcys law） H.Darcy 法国水力学家，法国水力学家，18561856年（以实验为基础研究时期）年（以实验为基础研究时期）通过大量的室内实验得出的。通过大量的室内实验得出的。 实验条件实验条件：QOO断面断面1断面断面2hH2H1L1 1）等径圆筒装入均匀砂样）等径圆筒装入均匀砂样（uniform sanduniform sand），断面为），断面为F F。2 2）上下各置一个稳定的溢水装）上下各置一个稳定的溢水装置置保持稳定水流。保持稳定水流。3 3）实验时上端进水，下端出水。）实验时上端进水，下端出水。4 4）砂筒中安装了）砂筒中安装了2 2个测压管。个测压管。5 5）下端测出水量（）下端测出水量（outflowoutflow）Q 多次实验得出：出水端的流量多次实验得出：出水端的流量Q Q与砂柱、测压管水头与砂柱、测压管水头差之间的关系为：差之间的关系为：LhKFQ gradienthydraulicILh)(水力梯度 KFIQ hL 渗透流速渗透流速 V 称为称为渗透流速渗透流速（seepage velocity ） 为单位面积上的流量为单位面积上的流量-比流量比流量KFIQ FQV/KIV 达西定律中由此看出：达西定律中由此看出：渗透流速与水力梯度的渗透流速与水力梯度的一次方成正比一次方成正比故达西定律又称为故达西定律又称为线性渗透定律线性渗透定律砂样砂样VIO12V = K I2 2、线性渗透定律的使用线性渗透定律的使用 用达西定律测定地下水的流量用达西定律测定地下水的流量 要求：求出要求：求出h h断面的出水量。断面的出水量。 从从I I到到IIII断面的水力坡度为：断面的水力坡度为：dsdhIF取一个单位宽度的横断面面积取一个单位宽度的横断面面积 hhBhF1单宽流量单宽流量 dsdhKhKFIqhdhdsKq等式两端积分：等式两端积分：2211hhsshdhdsKq2121hhsshdhdskq2)(222112hhsskqLss12因为：因为：)(21212221hhhhhh渗流上下两断面间的距离渗流上下两断面间的距离所以：所以：2)(2121hhhhLkqLhhhhkq21212qBQ B：研究区宽度研究区宽度 LhhhhkBQ212123 3、适用条件适用条件 层流与紊流的流态与流速大小的关系层流与紊流的流态与流速大小的关系: : 层流：层流：Vcp 0.3cm / s，或，或Vcp 260m / d； 紊流：紊流：Vcp1.157cm/ s，或，或Vcp1000m / d； 过渡流：过渡流：0.3V1.157cm / s 2/1IRCV 2/1KIV 2/1FKIQ KRCRC )21 (1mKIVm 给水度给水度 FQV/实际过水断面面积实际过水断面面积 FF0VFQFQu/0这就表明：这就表明： ) 1( ,Vu 在实际工作中，可先求得在实际工作中，可先求得u，再求，再求V。TLu L:两井间的距离两井间的距离 T: :时间差时间差uV1 1、指示剂观测法、指示剂观测法2 2、达西定律实验法、达西定律实验法3 3、抽水试验法、抽水试验法( (裘布依公式，最常用）裘布依公式，最常用）1 1、指示剂观测法指示剂观测法TLu uV因为因为 KIV 则则 IVK LhhI122 2、达西定律实验达西定律实验法法LhKFQ 则：则： FhQLK 2 2、抽水试验抽水试验法法( (裘布依公式）裘布依公式） 此时，水井的最大影响半径为此时，水井的最大影响半径为R，井的动水位为，井的动水位为h，动态影响半径为动态影响半径为r。drdhI rhF2将将I、F代入达西定律（公式）代入达西定律（公式）rhdrdhKKFIQ2khdhdrrQ21从井壁从井壁r0至供水边界至供水边界R，从，从h0至至H积分积分 RrHhhdhkdrrQ002122ln2020hHkrRQ22ln2020hHkrRQ)/ln()()/ln(0000202rRhHhHkrRhHkQ0000,SHhhHS因为因为 0002SHSHHhH)/ln()2(000rRSSHkQ000000)2()/ln(73.0)2()/ln(SSHrRQSSHrRQk则则 000)2()/ln(73.0SSHrRQkQ：稳定抽水量：稳定抽水量R：漏斗半径漏斗半径r0：抽水井半径抽水井半径H：潜水层厚度（完整井可直接测定）潜水层厚度（完整井可直接测定）S0：井水位下降深度（抽水后可确定）井水位下降深度（抽水后可确定）一、线性渗透定律一、线性渗透定律二、非线性渗透定律二、非线性渗透定律三、渗流速度与实际流速的关系三、渗流速度与实际流速的关系四、渗透系数四、渗透系数K值的确定值的确定第一节第一节 概述概述第二节第二节 地下水的运动地下水的运动第三节第三节 地下水的理化性质地下水的理化性质第四节第四节 地下水的主要类型地下水的主要类型
展开阅读全文