水文地质学ppt课件

水文地质学,第四讲 地下水的赋存,1,OUTLINE,包气带与饱水带 含水层、隔水层与弱透水层 地下水的分类及特点 各类地下水的相互关系与转化 上层滞水,2,包气带与饱水带,地表以下一定深度上，岩石中的空隙被水所充满，形成一个地下水面。以此面划分，地下水面以上的称为包气带；以下的称为饱水带。图3-1。,包气带含有水吗？,含有哪些水？,Standard answer:包气带从上到下可以划分为：土壤水带、中间带和毛细水带。包气带含有水。有气态水和液态水，其中液态水包括：毛细水、结合水、上层滞水和过路重力水。,3,包气带与饱水带,包气带水的来源：大气降水的入渗，地表水的渗漏，通过毛细作用饱水带向上输送的地下水，地下水蒸发而成的气态水。 包气带的液态水同时受毛细力和重力的共同作用。重力使水分向下位移；毛细力则将水分输送到含水量较低的空隙细小部位。 包气带是饱水带与大气圈、地表水联系的必经通道，包气带又受大气圈状况（气象因素）的显著影响，因此研究和认识包气带及包气带水的性质有助于正确理解饱水带地下水的储存和运移规律。,饱水带岩土空隙全部被液态水所充满，其中的水体是连续分布的，能够传递静水压力，在水头差的作用下可以发生连续的运动。,4,含水层、隔水层 与弱透水层,5,含水层、隔水层 与弱透水层,岩石按照其渗透性（允许水透过的性质）可以划分为含水层和隔水层。 含水层是指能够透过并给出相当数量水的岩层。 隔水层是指不能透过与给出水，或者透过与给出的水量微不足道的岩层。 含水层与隔水层的划分是相对的，在一定条件下是可以互相转换的。在不同的情况下，所指的含水层与隔水层在涵义上是不同的。 岩性相同、渗透性完全一样的岩层，在不同的地区可能会被看作含水层，或者隔水层；拟或在同一地区，在研究处理不同问题是，有时看作含水层，有时会当作隔水层。,Example one : 某一岩层能够给出的水量较小，对于水量多且需求大 的地区，被视为隔水层；而对于水源匮乏且需水量 不高的地区，这一岩层能够满足要求，就会被看作 含水层。,Example two: 对于渗透性较低的某一岩层，从供水的角度来讲，被看作是 隔水层；而从防渗的角度，如大坝的防渗漏，就有必要将其 视为含水层，对渗漏量进行计算。,6,含水层、隔水层 与弱透水层,7,弱透水层,1940s，Jacob提出越流概念之后，打破了含水层与隔水层之间的绝对化分，认识到原来归入“隔水层”的一部分岩层，实际上是弱透水层。 弱透水层是指那些渗透性相对差的、且能透过少量水的岩层。 松散沉积物中的粘性土层，以及坚硬岩石中裂隙发育稀少的地层都可归为弱透水层。,何谓越流？ 是指上下相邻的两个含水层之间在水头差的作用下，从一个含水层向另一个含水层渗透的现象。由于水头差一般较大，而且发生渗透的过水面积非常大，因此交换的水量也相当可观。,8,小 结,严格地讲，自然界不存在绝对不发生渗透的岩层，即不存在绝对的隔水层，只是其渗透系数非常小罢了！ 岩层是否透水，还取决于时间尺度。当所研究的水文地质问题的时间跨度非常大，任何岩层都是透水的。图3-2。,在讨论时间尺度很大的水文地质过程时，流体能够穿过所有地层；从总体上说，地层具有水力连续性（Toth, 1980）,9,地下水的分类,地下水的概念存在广义与狭义之分 广义的地下水（subsurface water）是指赋存于地面以下岩石空隙中的水。包括包气带中的水。 狭义的地下水（groundwater）是特指赋存于饱水带岩层中的水。不涉及包气带的水。,本课程是以广义地下水的角度进行分类。,10,地下水的分类,地下水的赋存特征对地下水的水量、水质、时空分布及动态具有重要意义。其中最重要的是埋藏条件和含水介质类型。 按埋藏条件，地下水分为包气带水、潜水和承压水 按含水介质类型，地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水 地下水的埋藏条件是指含水层在地质剖面中所处的部位以及被隔水层（包括弱透水层）限制的情况。,11,地下水分类,12,潜 水,定义：饱水带中第一个具有自由水面的含水层中的水称为潜水。 特点： 补给：主要是大气降水，潜水在整个分布范围内都可以接受降水，其次是地表水的补给； 径流：在重力作用下由高处向低处径流； 排泄：一是径流排泄到地表或地表水体；二是蒸发排泄到大气。,13,潜 水（2）,潜水的动态特点： 动态具有明显的季节性变化特点，丰水季节补给量大于排泄量，水位上升，厚度变大，埋深变浅；干旱季节排泄量大于补给量，动态则正好相反。 潜水因无隔水层，与大气圈联系密切，交替迅速，水量易于获得补充而恢复，但消耗快，一般不具备多年调节能力。 水质主要受气候、地形与岩性的影响。且易于受到污染。,14,潜 水（3）,潜水面与潜水等水位线图： 潜水面是向排泄区倾斜的曲面，起伏大体与地形一致，但较缓和些。 将潜水位相等的各点连接起来，即得潜水的等水位线，由一系列等水位线组成的图即是等水位线图。,潜水的基本特征是与大气圈、地表水圈联系密切，积极参与水循环；决定这一特点的根本原因是潜水的埋藏条件，即位置浅，而且上面没有连续的隔水层。,15,承压水,定义：充满于两个隔水层（或者弱透水层）之间的含水层中的水，叫作承压水。 承压性是承压水的一个重要特征。 承压区内含水层不仅充满了水，而且水承受大气压强以外的附加压强，这一附加压强也同时作用于隔水顶板上。 补给：从出露位置较高的区域获得降水补给或地表水；或者通过越流从相邻含水层获得补给。 排泄：从出露位置较低的区域向地表（泉）、地表水体排泄，或者向邻近的含水层越流排泄。,16,承压水（2）,承压水的特点： 气象及水文因素对承压水影响较小，因此承压水动态比较稳定； 承压水资源不易获得补充和恢复； 承压水一般厚度较大，因此往往具有多年调节能力。 承压水的水质取决于埋藏条件和与外界联系的程度。联系越密切，循环越积极，则含盐量越低。反之亦然。,17,承压水（3）,承压水的等测压线图：将某一承压含水层 测压水位相等的点连成线，就是等测压线，由一组等测压线可组成等测压线图。 承压水的等测压面不是一个实际的曲面，而是一个虚构的面。只有钻孔揭穿隔水顶板，水位才上升到测压水位的高度。 仅从等测压线图上，无法判断承压含水层与其它水体之间的补给与排泄关系。Why?,18,从补给与排泄看潜水与承压水 储水、释水机制的区别,补给或排泄，储水或释水，都是含水层水量的变化，但潜水和承压水的反应存在本质的区别： 潜水含水层随着水量的增加或减少，潜水水位抬高或者降低，含水层的厚度加大或者变薄。机制是重力充填或者重力疏干。 承压含水层获得补给时，不是通过增加含水层的厚度来接纳更多的水量，而是表现在测压水位的上升，一方面压强增大使水压密；另一方面含水层骨架发生一定的少量的回弹，含水介质的空隙度增大。储水是通过水的压密和含水介质空隙度增大来完成的。相反，当承压含水层排泄而失去水时，减少的水量表现为水密度的变小和含水介质空隙缩减。,19,从补给与排泄看潜水与承压水 储水、释水机制的区别,对比潜水的给水度和承压水的释水系数 给水度的定义：把地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表的单位水平面积岩石柱体内，在重力作用下释出的水的体积，称为给水度。 储水系数的定义：当承压含水层的测压水位上升一个单位高度，单位水平面含水层（限制在隔水顶、底板之间）储存的水的体积。 释水系数的定义：当承压含水层的测压水位下降一个单位深度，单位水平面含水层（限制在隔水顶、底板之间）释出的水的体积。,20,上层滞水,当包气带存在局部隔水层（或弱透水层）时，局部隔水层（或弱透水层）上面会积聚具有自由水面的重力水，即是上层滞水。 上层滞水的位置比较特别，而且其隔水的底板分布面积有限，因此水文地质意义不大。,21,各类地下水的相互关系与转化,在自然和人为条件下，潜水与承压水之间常处于相互转化之中： 所有的承压水都是由潜水转换而来； 潜水与承压水之间往往存在一定的水力联系，二者之间的补给关系会随着季节变化（水位的变化）和位置的变化处于变动之中。如山前冲洪积平原中的潜水与承压含水层。,22,复习思考题,包气带的划分与包气带水 含水层、隔水层 与弱透水层的概念，为什么说“严格地讲，自然界并不存在绝对不透水的岩层”？ 地下水的埋藏条件与地下水分类 潜水与承压水的定义，二者的区别是什么？从储水与释水的角度，二者的机制有什么不同？对比潜水的给水度与承压水的释水系数。 为什么讲“测压水面是一个虚拟的面”？ 为什么只根据等测压线图无法判断承压水与其他水体之间的补排关系？,23,Any questions?,24,