水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)共40頁(yè)P(yáng)PT課件

1、水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)Fundamentals of Hydrogeology石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院工程學(xué)院第二章 地下水的賦存3.1 包氣帶與飽水帶3.2 含水層、隔水層與弱透水層3.3 地下水分類(lèi)3.4 潛水3.5 承壓水3.6 潛水與承壓水的相互轉(zhuǎn)化3.7 上層滯水themegallery3.1 包氣帶與飽水帶 包氣帶與飽水帶的劃分 地下水面（水位）：地下一定深度巖石中的空隙被重力水所充滿(mǎn)，形成一個(gè)自由水面，稱(chēng)為地下水面，以海拔高度表示稱(chēng)之地下水位 。 （一般通過(guò)打井，地下開(kāi)挖來(lái)確定） 地下水面以上部分，包括毛細(xì)水帶、中間帶和土壤水帶，巖石中的空隙未被水充滿(mǎn)，稱(chēng)為包氣帶。 地下水面以下部分，巖石中的空隙

2、被水充滿(mǎn)，稱(chēng)為飽水帶。 包氣帶與飽水帶Company Logothemegallery包氣帶與飽水帶地下水位Company Logothemegallery3.1 包氣帶與飽水帶包氣帶（zone of aeration or zone of unsaturation） 特點(diǎn)： 巖石空隙未被水充滿(mǎn) 是固、液、氣三相介質(zhì)并存介質(zhì) 水的存在形式（多樣） 結(jié)合水、毛細(xì)水（各種）、氣態(tài)水、（過(guò)路）重力水包氣帶的垂直分帶 土壤水帶 毛細(xì)水帶（支持毛細(xì)水帶、毛細(xì)飽和水帶） 中間帶（過(guò)渡帶）包氣帶水的來(lái)源 大氣降水的入滲、地表水體的滲漏、飽水帶水分上移（毛細(xì)水進(jìn)入包氣帶、地下水蒸發(fā)進(jìn)入包氣帶） Company

3、 Logothemegallery3.1 包氣帶與飽水帶包氣帶（zone of aeration or zone of unsaturation） 包氣帶水的賦存與運(yùn)移 受毛細(xì)力與重力的共同影響 雨季及雨后的影響包氣帶水的影響因素 除受包氣帶巖性、地下水位埋深、植被發(fā)育情況及人類(lèi)生活與生產(chǎn)活動(dòng)影響外，氣象因素的影響極為顯著。研究包氣帶水的重要意義 包氣帶是飽水帶中地下水參與水文循環(huán)的一個(gè)重要通道；“重力水”通過(guò)包氣帶獲得降水、地表水的入滲補(bǔ)給（補(bǔ)充），部分水又通過(guò)包氣帶將水分傳輸，蒸發(fā)，消耗出去。研究包氣帶水鹽的形成及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)闡明飽水帶水的形成具有重要意義。Company Logothem

4、egallery飽水帶（saturation zone） 巖石空隙被水完全充滿(mǎn) 是二相介質(zhì)（固相+液相水） 空隙中水的存在形式： 重力水 結(jié)合水 重力水：連續(xù)分布（孔隙是連通）傳遞靜水壓力在水頭差作用下，地下水（空隙中的水）可以連續(xù)運(yùn)動(dòng)。飽水帶中的重力水是開(kāi)發(fā)利用或者排除的主要對(duì)象，是水文地質(zhì)學(xué)研究的重點(diǎn)。 地下開(kāi)挖，坑道，巷道，基坑，打井在此帶均有重力水涌出來(lái) 3.1 包氣帶與飽水帶Company Logothemegallery3.2 含水層 隔水層 弱透水層一、基本概念 飽水巖層中，根據(jù)巖層給水與透水能力而進(jìn)行的劃分： 含水層（Aquifer）： 是能夠透過(guò)并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層各類(lèi)砂土

5、，砂巖等 隔水層（Aquifuge)： 不能透過(guò)與給出水或透過(guò)與給出的水量微不足道的巖層裂隙不發(fā)育的基巖、頁(yè)巖、板巖、粘土（致密） 弱透水層（Aquitard）： 滲透性很差，給出的水量微不足道，但在較大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的巖層各種粘土，泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖Company Logothemegallery定義中的模糊概念“相當(dāng)水量，微不足道，較大水力梯度”等 嚴(yán)格的“是與非”的邏輯思維，在很多情況下是相對(duì)的和模糊的概念相對(duì)性的意義： 從實(shí)際應(yīng)用角度來(lái)看劃分的相對(duì)性相當(dāng)水量 滿(mǎn)足需要就可以了。如在某處一口井出水量80m3/d，作為1萬(wàn)人的供水，非含水層；作為飲料廠(chǎng)、裝瓶生產(chǎn)則為含

6、水層。又如一個(gè)小泉水流量0.11/s8.6m3/d，大廠(chǎng)非，村用是。 從理論意義來(lái)看微不足道 微不足道，有時(shí)空尺度的制約。 如華北平原早期地下水開(kāi)采就是典型的例子，深層水與淺層水的開(kāi)采有一粘土隔水層；開(kāi)采深層，水量大，水位降低快，淺層水向深層“越流”-粘土層成為“透水層”。 現(xiàn)在進(jìn)行水文地質(zhì)計(jì)算、模擬時(shí)，不再簡(jiǎn)單二分了，而是用模糊學(xué)的研究方法，給個(gè)隸屬度1，0之間，可以為 0.8,0.7, 0.3,表示“透水性”？3.2.2 概念的相對(duì)性巖層滲透性與時(shí)間尺度的關(guān)系54321Company Logothemegallery概念的思考？ A B 大壩 1.這組地層是含水層還是隔水層？ 2.煤層開(kāi)采

7、，巷道（礦坑）會(huì)否有水？ 3.如果需要修水庫(kù)，建壩后庫(kù)水是否滲漏？ 4.從供水的需要如何布置勘探？3.2.3 含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)Groundwater aquifer system 地下水含水系統(tǒng)： 是指由隔水或相對(duì)隔水巖層圈閉的，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水巖系 含水系統(tǒng)：包含多個(gè)含水層和弱透水層，或局部隔水層 含水系統(tǒng)：可以進(jìn)行子系統(tǒng)劃分 含水系統(tǒng)的定義是從大的空間尺度研究含水層、隔水層、 與弱透水層的組合關(guān)系，是從地質(zhì)成因角度對(duì)巖層的水文地質(zhì)特征進(jìn)行劃分的分析方法(或給出的概念)含水系統(tǒng)的劃分Company Logothemegallery含水系統(tǒng)層次劃分系統(tǒng)與子系統(tǒng)ABCompany Logo

8、themegallery沖洪積平原地下水含水系統(tǒng)丘陵 傾斜平原區(qū) 低平原 themegallery 廣義地下水： 賦存于地面以下巖石空隙中的水(包氣帶、飽水帶中的水) 狹義地下水：地表以下飽水帶巖層空隙中的水重力水 地下水分類(lèi)： 主要依據(jù)含水介質(zhì)的類(lèi)型（賦存空間） 埋藏條件（賦存部位）地下水的埋藏條件：指含水巖層在地質(zhì)剖面中所處的部位及受隔水層（弱透水層）限制的情況。 表3-1含水介質(zhì)三類(lèi)，埋藏三分，組合共分為9類(lèi) 3.3 地下水分類(lèi)孔隙水裂隙水巖溶水包氣帶上層滯水上層滯水上層滯水潛水孔隙潛水裂隙潛水巖溶潛水承壓水孔隙承壓水裂隙承壓水巖溶承壓水 上層滯水(a) 、潛水(b)、承壓水(c)abc

9、Company Logothemegallery一、潛水與潛水含水層概念 潛水：飽水帶中第一個(gè)具有自由表面的穩(wěn)定含水層中的水。 自由表面沒(méi)有隔水頂板或只有局部隔水頂板，與大氣直接相通，除大氣壓強(qiáng)外不受其它任何附加壓強(qiáng)。穩(wěn)定具有一定的空間連續(xù)性（范圍），以與上層滯水區(qū)分。潛水含水層：賦存潛水的巖層。 建筑房屋時(shí)的基坑排水，大堤堤角處的散浸滲漏（潛水） 3.4 潛水與潛水含水層Company Logothemegallery二、基本要素（專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)） 潛水面 (water table) ：潛水表面是一個(gè)自由的水面。潛水位 (water level ) ：潛水面上任一點(diǎn)的海拔高程。潛水含水層厚度：從潛

10、水面到隔水底板的垂直距離。潛水埋藏深度：潛水面到地面的垂直距離。 潛水含水層厚度與潛水埋藏深度隨潛水面的升降而發(fā)生相應(yīng)的變化。3.4 潛水與潛水含水層潛水要素圖Company Logothemegallery2 3 4 5 6 7 8 D 1 M 潛水與潛水含水層圖1-潛水含水層 2-隔水層 3、4 潛水面 潛水面 M-含水層厚度 D-潛水埋深 5-大氣降水入滲 6-蒸發(fā) 7-流向 8-泉 三、主要特征學(xué)習(xí)P30，總結(jié) 分布特征：分布廣泛、均勻，埋藏深度小、水面自由。運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：在重力作用下，由水位高的地方向水位低的地方徑流。補(bǔ)給(源)：分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)一致，大氣降水入滲、地表水補(bǔ)給。排泄(匯)：

11、除流入其它含水層外，排泄入大氣圈與地表水圈的方式，一是徑流排泄、一是蒸發(fā)排泄。潛水補(bǔ)給或排泄通過(guò)含水層厚度變化而儲(chǔ)水與釋水！ 動(dòng)態(tài)：受氣象、水文因素影響明顯，變化快 （水量、水位季節(jié)性變化） 受人為因素影響顯著，易污染 水量與水質(zhì)：水量易于補(bǔ)充恢復(fù)，但缺乏多年調(diào)節(jié)性； 水質(zhì)主要取決于氣候、地形及巖性條件。水循環(huán)：水循環(huán)交替迅速、周期短，更新恢復(fù)快 3.4 潛水與潛水含水層四、潛水研究基本方法潛水等水位線(xiàn)圖潛水等水位線(xiàn)圖：由某時(shí)刻潛水位相等的各點(diǎn)連線(xiàn)組成的圖件。（某時(shí)刻潛水面的等高線(xiàn)圖） 潛水流向：垂直等水位線(xiàn)由高到低為潛水的流向。潛水面坡度：相鄰兩條等水位線(xiàn)的水位差除以其水平距離。當(dāng)潛水面坡度

12、不大時(shí)，即可視為潛水水力梯度。3.4 潛水與潛水含水層Company Logothemegallery某地潛水等水位線(xiàn)圖（平面）河河流流由于潛水在重力作用下由高處向低處流動(dòng)，一般情況下，潛水面不水平，是一個(gè)向排泄區(qū)微微傾斜的曲面 。 該曲面往往與地表面一致，但起伏比較平緩 。潛水面首先受地表水文網(wǎng)密度和切割深度的控制。 在地形切割強(qiáng)烈地區(qū)，地下水補(bǔ)給河水，潛水面向河道傾斜；在河流的下游，河床往往高于地面，河水位高于潛水位，河水補(bǔ)給潛水，則潛水面向河流外側(cè)傾斜。 潛水面形狀還受含水層巖性及過(guò)水?dāng)嗝娲笮∮绊?含水介質(zhì)透水性越強(qiáng)，其中潛水水面越緩；介質(zhì)透水性越差，潛水面越陡。在均質(zhì)的介質(zhì)中，當(dāng)潛水流

13、經(jīng)較大的過(guò)水?dāng)嗝鏁r(shí)，其水力坡度變緩。 潛水面形狀根據(jù)什么繪制潛水等水位線(xiàn)圖？ 統(tǒng)一測(cè)得的均勻分布的各個(gè)水點(diǎn)（機(jī)井、民井、泉等）的地下水位數(shù)據(jù)。怎樣繪制潛水等水位線(xiàn)圖？ 在水文地質(zhì)學(xué)理論的指導(dǎo)下，按規(guī)定的水位差間隔用內(nèi)插法勾繪出各條等水位線(xiàn) 為什么繪制潛水等水位線(xiàn)圖？ 潛水等水位線(xiàn)圖可以揭示出一個(gè)地區(qū)的許多水文地質(zhì)信息 。如：潛水面的形狀、潛水流向、潛水水力梯度、潛水埋藏深度 、潛水與地表水的關(guān)系、潛水含水層厚度與滲透性等。繪制潛水等水位線(xiàn)圖Company Logothemegallery一、承壓水定義 充滿(mǎn)于兩個(gè)隔水層（弱透水層）之間的含水層中的水，稱(chēng)之為承壓水。二、基本要素 承壓含水層； 隔

14、水頂板； 隔水底板； 承壓含水層厚度（M）； 承壓高度（H） ：鉆孔中靜止水位到含水層頂面的距離；測(cè)壓水位：鉆孔中靜止水位的高程即為承壓水在該點(diǎn)的測(cè)壓水位；測(cè)壓水位線(xiàn)（面）：測(cè)壓水位的連線(xiàn)（面）此線(xiàn)是虛擬的； 補(bǔ)給區(qū)； 承壓區(qū)； 排泄區(qū) 自溢區(qū)測(cè)壓水位線(xiàn)與地形等高線(xiàn)的交點(diǎn)連接區(qū) 3.5 承壓水與承壓含水層承壓水要素Company Logothemegallery基巖自流盆地中的承壓水承壓含水層 隔水頂板 隔水底板 承壓含水層厚度（M） 承壓高度（H） 測(cè)壓水位線(xiàn)（面）： 補(bǔ)給區(qū) 承壓區(qū) 排泄區(qū) 自溢區(qū)三、特征 承壓性承壓性是受到了大氣壓以外的壓力。承壓區(qū)含水層的水受到了來(lái)自出露區(qū)地下水的靜水壓

15、力作用，不但充滿(mǎn)含水層，而且承受了附加壓強(qiáng)。概念：承壓高度；測(cè)壓水位。補(bǔ)給與排泄 主要補(bǔ)給來(lái)源：大氣降水入滲與地表水入滲有限區(qū)域與外界聯(lián)系，水循環(huán)遲緩些，水交替慢，平均滯留時(shí)間長(zhǎng)（年齡老或長(zhǎng)）恢復(fù)性差 ；高補(bǔ)低排（從高處獲得補(bǔ)給，在低處排泄）；隔水頂?shù)装鍖?duì)承壓區(qū)補(bǔ)水的影響。3.5 承壓水與承壓含水層水質(zhì) 承壓水的水質(zhì)取決于埋藏條件及其與外界聯(lián)系的程度；變化較大，礦化度一般要高點(diǎn)，可以保留“古老”的水 ；動(dòng)態(tài) 水循環(huán)交替較弱，受氣象、水文因素影響較小，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，不易污染。動(dòng)態(tài)要穩(wěn)定些，如果分布面積大，厚度穩(wěn)定則調(diào)節(jié)能力很強(qiáng) 3.5 承壓水與承壓含水層四、承壓含水層補(bǔ)給與排泄特點(diǎn)承壓含水層接受其它

16、水體補(bǔ)給必須同時(shí)具備的兩個(gè)條件：a.其它水體（地表水、潛水或其它承壓含水層）的水位必須高出承壓含水層的測(cè)壓水位；b.其它水體與該含水層之間必須有聯(lián)系通道。當(dāng)承壓含水層測(cè)壓水位高于其它水體水位且與其它水體有聯(lián)系通道時(shí)，承壓水向其它水體排泄。問(wèn)題？承壓含水層的變化：在儲(chǔ)水與釋水時(shí)，含水層厚度是不變的，承壓含水層的儲(chǔ)水與釋水是如何進(jìn)行的？！承壓含水層對(duì)水量增減的反應(yīng) 由于隔水頂板的限制，不通過(guò)增加含水層厚度而容納增加的水量，通過(guò)水的密度加大及含水介質(zhì)空隙的增加而容納；排泄時(shí)，減少的水量表現(xiàn)為水的密度變小及含水介質(zhì)空隙縮減。3.5 承壓水與承壓含水層Company Logothemegallery承壓

17、含水層的儲(chǔ)水與釋水機(jī)理 貯水系數(shù)S(彈性給水度e ) 承壓含水層中當(dāng)測(cè)壓水位下降(或上升)1個(gè)單位深度，單位水平面積含水層所釋出(或儲(chǔ)存)的水的體積。 測(cè)壓水位降低導(dǎo)致 含水層孔隙中水的壓力降低水體積膨脹釋水，水的膨脹系數(shù)約為 1/20000 孔隙水壓力降低，巖層顆粒間承受壓力增加骨架被壓縮 顆粒不變骨架壓縮 = 空隙體積減?。ㄅ帕懈淖儯?發(fā)生釋水（擠出來(lái)）水 這兩部水很有限，所以 S很小 ；一般， 貯水系數(shù)S為0.0050.00005，與重力給水度 相比要 小10-1 10-3 3.5 承壓水與承壓含水層Company Logothemegallery承壓含水層的貯水系數(shù)與潛水含水層給水度的

18、比較Company Logothemegallery承壓含水層的彈性給水度從理論上來(lái)看： 彈性給水度是可以恢復(fù)的 實(shí)際上彈性是有限恢復(fù)的 越過(guò)含水層彈性范圍（限定），將產(chǎn)生一次性的變形即永久性不可恢復(fù)的變形 最終導(dǎo)致含水層的彈性?xún)?chǔ)水與釋水能力降低 Company Logothemegallery等水壓線(xiàn)圖 等水壓線(xiàn) 承壓含水層測(cè)壓水位相等的各點(diǎn)連線(xiàn)。 等水壓線(xiàn)圖 根據(jù)承壓水測(cè)壓水位，按一定高差間距繪制的各條等水位線(xiàn)所構(gòu)成的圖。等水壓線(xiàn)圖反映的水文地質(zhì)信息 承壓水的流向、水力梯度。（方法同潛水流向、水力梯度） 測(cè)壓水位 靜止水位的海拔。 測(cè)壓水位的埋深 地表高程與測(cè)壓水位之差。 承壓高度 靜止水位（測(cè)壓水位）高出含水層頂板的距離。 含水層埋深 地表高程與隔水頂板高程