第4章地下水的形成

地下水的形成來源：大氣降水冰雪融水地表水參與全球水的循環(huán)地下水的來源地下水概述地殼巖石中的水液態(tài)水固態(tài)水氣態(tài)水巖石骨架中的水（礦物結(jié)合水）沸石水結(jié)晶水結(jié)構(gòu)水巖石空隙中的水結(jié)合水（礦物表面）強結(jié)合水弱結(jié)合水重力水毛細水地下水的形成地下水概述地下水的形成地下水概述巖土的水理性質(zhì)巖土的水理性質(zhì)主要有：含水性、給水性和透水性。◆巖土的含水性——巖土含水的性質(zhì)1)容水度指巖石完全飽水時所能容納的最大的水體積與巖石總體積的比值。一般地，容水度在數(shù)值上與孔隙度（裂隙率、巖溶率）相當。對于膨脹土，容水度可大于孔隙度。地下水的形成巖土的水理性質(zhì)巖土的水理性質(zhì)主要有：含水性、給水性和透水性?！魩r土的含水性——巖土含水的性質(zhì)2)持水度地下水位下降一個單位深度，單位水平面積巖石柱體中反抗重力而保持于巖石空隙中的水量。

持水度實際上說明巖土中結(jié)合水含量的多少。地下水的形成巖土的水理性質(zhì)巖土的水理性質(zhì)主要有：含水性、給水性和透水性。◆巖土的給水度

飽和巖土在重力作用下排出水的體積與巖土體積之比給水度=容水度-持水度

巖性對給水度的影響主要表現(xiàn)在孔隙的大小與多少。顆粒粗大的松散巖石、裂隙寬大的堅硬巖石：大空隙細?。盒【|(zhì)顆粒細小松散巖石：滯后粗細顆粒層次相間分布：小常見的松散巖石給水度P75地下水的形成巖土的水理性質(zhì)巖土的水理性質(zhì)主要有：含水性、給水性和透水性?！魩r土的透水性—巖石允許重力水滲透的能力（滲透系數(shù)）。影響巖石透水性的因素：孔隙直徑，小于兩倍結(jié)合水層厚度；孔隙直徑達到一定大小，孔隙度因素；透水性－孔隙最小直徑（非平均孔隙直徑）。

空隙的大小與多少決定著巖石透水性的好壞，但兩者的影響并不相等，空隙大小經(jīng)常起主要作用。地下水的形成巖土的水理性質(zhì)◆達西定律水力梯度i：在含水層中沿水流方向每單位距離的水頭下降值。在大多數(shù)情況下，土中水的滲流基本處于層流狀態(tài)，即地下水的形成巖土的水理性質(zhì)◆達西定律或式中：q—單位滲水量，cm3/s；

v—斷面平均滲流速度，cm/s；

i—水力梯度或水力坡降；

k—土的滲透系數(shù)，cm/sΔh1

h2

達西根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)，單位時間內(nèi)的滲出水量q與圓筒斷面積A和水力梯度i成正比，且與土的透水性質(zhì)有關(guān)寫成等式（達西定律表達式）地下水的形成地下水類型及其主要特征

按埋藏條件：包氣帶水、潛水、承壓水；根據(jù)含水層的空隙性質(zhì)：孔隙水、裂隙水、巖溶水。地下水的形成地下水類型及其主要特征地下水綜合分類

介質(zhì)類型孔隙水裂隙水巖溶水包氣帶水

孔隙上層滯水裂隙上層滯水巖溶上層滯水潛水

孔隙潛水承壓水

裂隙承壓水

巖溶承壓水埋藏條件地下水的形成包氣帶水包氣帶、地下水面、飽水帶；包氣帶水：結(jié)合水、毛細水、空氣、氣態(tài)水、過路重力水、上層滯水。地下水的形成地下水類型及其主要特征包氣帶水包氣帶水來源：大氣降水、地表水、地下水毛細上升、地下水蒸發(fā)；包氣帶水運動：重力向下、蒸發(fā)毛細力上升、雨季下滲、雨后蒸發(fā)（深部下滲）。包氣帶水（鹽）運動影響因素：氣候、天然及人工植被、人類生活與生產(chǎn)。飽水帶：巖石空隙全部為液態(tài)水充滿。特點：水體連續(xù)分布、能傳遞靜水壓力、在水頭差作用下發(fā)生連續(xù)運動。地下水的形成地下水類型及其主要特征潛水指埋藏于地表以下，第一個穩(wěn)定隔水層之上具有自由水面的飽水帶中的重力水。潛水沒有隔水頂板，或只有局部的隔水頂板。潛水的自由表面為潛水面地下水的形成地下水類型及其主要特征潛水潛水的特征基本特點：與大氣圈、地表水圈聯(lián)系密切，積極參與水循環(huán)；根本原因是埋藏淺，且上部沒有連續(xù)隔水層。動態(tài)特點：季節(jié)變化明顯。潛水積極參與水循環(huán)，資源易于恢復補充，但受氣候影響，且含水層厚度一般比較有限，其資源通常缺乏多年調(diào)節(jié)性。易受污染。水質(zhì)主要取決于氣候、地形、巖性條件。地下水的形成大氣降水地下水類型及其主要特征潛水潛水的補給補給方式⑴大氣降水;⑵地表水的補給；⑶含水層之間的補給；⑷凝結(jié)水；⑸人工補給地表水的補給地下水的形成地下水類型及其主要特征潛水潛水的排泄⑴蒸發(fā);⑵泉的排泄；⑶向地表水排泄；⑷人為排泄。潛水的排泄——泉潛水補給河流地下水的形成地下水類型及其主要特征潛水潛水的特征⑴潛水面一般呈傾斜的各種形態(tài)的曲面。地下水的形成地下水類型及其主要特征潛水潛水的特征⑵潛水面的起伏經(jīng)常與地形一致，只是比地形起伏平緩一些；潛水面與地表面的形態(tài)具有相似性。地下水的形成地下水類型及其主要特征潛水潛水的特征⑶當含水層厚度變大時，潛水面坡度變緩；地下水的形成地下水類型及其主要特征潛水潛水的特征⑷當巖層透水性變好，潛水面坡度變緩。地下水的形成地下水類型及其主要特征承壓水埋藏并充滿在兩個隔水層（弱透水層）之間的含水層中的地下水，是一種有壓重力水。兩個隔水層稱為隔水頂板和隔水底板地下水的形成地下水類型及其主要特征承壓水承壓水特征

特點：參與水循環(huán)較潛水差，循環(huán)慢，受氣象、水文條件變化影響較小，動態(tài)較穩(wěn)定。水資源不易補充、恢復，因含水層厚度大，往往具有多年調(diào)節(jié)性。不易受污染，一旦污染，難以凈化。水質(zhì)：取決于埋藏條件、與外界聯(lián)系程度。地下水的形成地下水類型及其主要特征承壓水承壓水的形成最適宜形成承壓水的巖石組合有：（1）厚層砂巖、礫巖的上下為不透水的泥質(zhì)巖層；（2）裂隙、融穴發(fā)育的較純的碳酸鹽層上下為不透水的泥質(zhì)巖石或泥灰?guī)r；（3）裂隙發(fā)育的噴出巖層上下為不透水的泥質(zhì)巖石或或致密裂隙少的噴出巖層。地下水的形成地下水類型及其主要特征承壓水承壓水的形成最適宜形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造有：向斜構(gòu)造單斜構(gòu)造承壓盆地承壓斜地斷裂構(gòu)造形成承壓斜地承壓盆地地下水的形成地下水類型及其主要特征承壓水承壓水的形成大山區(qū)的山前地帶有大量洪—沖積物堆積形成的扇形斜地，向遠處過度為洪—沖積物平原。地下水的形成自基巖基底向上，經(jīng)常出現(xiàn)多層粗中碎屑層與粉砂—泥質(zhì)層交錯。夾在泥質(zhì)層中間的厚層碎屑層與粉砂層在飽水之后成為承壓斜地。，其補給水源為山口附近的潛水。P79圖3-9地下水類型及其主要特征承壓水承壓含水層在同一區(qū)域內(nèi)均可在不同深度有著若干層同時存在的情況，它們之間的水頭高度與地形和構(gòu)造二者有關(guān)。地下水的形成地表水補給地下水類型及其主要特征承壓水承壓水的補給⑴大氣降水；⑵地表水；⑶潛水。大氣降水補給潛水補給地下水的形成地下水類型及其主要特征承壓水承壓水的排泄⑴向潛水排泄；⑵泉的排泄；⑶向地表水排泄。向潛水排泄向泉排泄向地表水排泄地下水的形成地下水類型及其主要特征泉——地下水的天然露頭上升泉：由承壓水補給，包括侵蝕（上升）泉、斷層泉、接觸帶泉下降泉：由潛水或上層滯水補給，包括侵蝕（下降）泉、接觸泉、溢流泉（泉城－濟南）。水下泉：地下水集中排泄于河、湖或海底時，便形成水下泉。按補給源可分為：1)包氣帶泉，2)潛水泉，3)自流水泉地下水的形成地下水類型及其主要特征泉——地下水的天然露頭地下水的形成地下水的循環(huán)地下水的補給（一）大氣降水

其數(shù)量受降水強度、地形、植被、包氣帶巖性、含水層埋藏條件影響。地下水的形成（二）地表水的補給

江、河、湖、海積水洼地下滲部分為補給源。（三）凝結(jié)水的補給

主要發(fā)生在沙漠地區(qū)，沙漠晝夜溫差大，夜間溫度降低使得空氣中水的含量呈過飽和狀態(tài)。（四）人工補給

水利工程水量的調(diào)配。地下水的循環(huán)地下水的補給地下水的形成（二）地表水于地下之間的補給

山區(qū)，河流深切，河水位常年低于地下水位，起排泄地下水的作用；山前，堆積作用加強，河床抬高，地下水埋深大，則河水經(jīng)常補給地下水；

沖積平原中上游，河水位與地下水位接近，汛期河水補給地下水，非汛期河水排泄地下水；沖積平原中下游，堆積作用強烈，才“地上河”（尤其在北方），如黃河下游，此時，河水常年補給地下水。地下水的循環(huán)地下水的排泄（一）泉的排泄地下水的形成（二）向地表水排泄（三）蒸發(fā)排泄

潛水、上層滯水通過包氣帶蒸發(fā)及植物根系蒸發(fā)。（四）含水層之間的排泄相鄰含水層之間有水頭差，水頭高的含水層通過聯(lián)通通道向水頭低的含水層排泄。地下水的徑流地下水在巖土中流動的過程稱為地下水的徑流地下水徑流的方向、速度、類型、徑流量受到多種因素影響地下水的形成1含水層的空隙性大，透水能力強，流速快。2地下水的埋藏條件承壓水流既在重力作用下有向下運動的趨勢，也有水壓作用向水頭較低部位的向上運動趨勢。3補給量的多少直接影響徑流量。4地形上，山區(qū)地形陡峻，其徑流速度較快，平原地區(qū)靜流速度較慢。5地質(zhì)構(gòu)造，基巖中的水力坡度取決于地質(zhì)構(gòu)造特征，與地面地形無關(guān)。6人為因素。地下水的物理性質(zhì)與化學成分1地下水的物理性質(zhì)1)溫度:受氣候和地質(zhì)條件控制；

02042100°C過冷水冷水溫水熱水過熱水2)顏色：決定于化學成分及懸浮物；3)透明度：含有礦物質(zhì)、機械混合物、有機質(zhì)及膠體；透明的、微渾的、渾濁的、極渾濁的；4)嗅味：含有氣體或有機質(zhì)；沼澤味－－腐殖質(zhì)、臭雞蛋味－－硫化氫5)味道：取決于地下水的化學成分；

NaCl－－咸、CaCO3－－清涼爽口、

Ca(OH)2和Mg(HCO3)2－－甜味、

MgCl2和MgSO4－－苦味6)導電性：電解質(zhì)的含量；7)放射性：深層地下水。地下水的物理性質(zhì)與化學成分1地下水的物理性質(zhì)地下水的化學成分N2、O2、CO2、CH4、H2S及放射性氣體等離子陽離子:H+、Na+、K+、NH4+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+等陰離子:OH-、Cl-、HCO3-、NO2-、SO42-、CO32-、SiO32-、PO43-等Fe2O3、Al2O3、H2SiO3等化合物氣體地下水的物理性質(zhì)與化學成分地下水的常見氣體成分地下水的物理性質(zhì)與化學成分表明地下水以大氣降水滲入到地下補給為主。地下水為封閉構(gòu)造中的油田水。O2H2CH4CO2來自于碳酸鹽巖地區(qū)。地下水的常見離子成分地下水的物理性質(zhì)與化學成分Cl-幾乎存在所有的地下水中，其含量變化較大，每升水中含有幾毫克至幾百克不等。主要來源于含鹽巖和含氯氧化物的沉積巖，少量來自海水入侵的松散堆積物。SO42-廣泛存在地下水中，其含量幾毫克至幾克，主要來自含石膏和其他硫酸鹽的沉積巖，少量來自硫化物的風化物。常見的地下水評價指標地下水的物理性質(zhì)與化學成分工業(yè)發(fā)展，城市發(fā)展離不開水，地下水的科學利用為了工業(yè)及城市發(fā)展提供保障，為解決地下水能否利用及如何利用，因此有必要對地下水進行評價。地下水進行評價指標主要包括：總礦化度、硬度、氫離子濃度、有害成分及若干衛(wèi)生條件。常見的地下水評價指標地下水的物理性質(zhì)與化學成分總礦化度總礦化度：指地下水中所含的各種離子、分子及化合物的總和，以mg/L表示。包括所有的溶解狀態(tài)和膠體狀態(tài)的成分，不包括游離狀態(tài)的氣體成分。水的礦化度高，說明水中含鹽量高。一般低礦化度的淡水中主要離子成分為碳酸氫根，中等礦化度的鹽質(zhì)水的主要離子為硫酸根，高礦化度的鹽水和鹵水以氯離子為主。常見的地下水評價指標地下水的物理性質(zhì)與化學成分總礦化度一般采用105°~110°時將水蒸干得到的干涸殘余物重量代表總礦化度，也可以將水分析得到的陰陽離子含量相加，但是其中的碳酸氫根含量以一半來計。地下水的物理性質(zhì)與化學成分常見的地下水評價指標硬度大量的鈣、鎂離子對生活及工業(yè)上的使用都是不利的，為此把水中的鈣鎂離子的總量定義為水的總硬度。將水加熱沸騰，部分鈣鎂離子形成難溶碳酸沉淀，而被排除，這一被排除部分的鈣鎂離子的數(shù)量稱為水的暫時硬度。殘余的部分為水的永久硬度。地下水的常見離子成分地下水的物理性質(zhì)與化學成分硬度我國采用德國硬度（H°）來計量水的硬度。1H°相當于1L水中含有7.1mg鈣離子或4.3mg鎂離子的量。地下水的常見離子成分地下水的物理性質(zhì)與化學成分酸堿度地下水的酸堿度取決于水中氫離子的濃度大小。純水中PH值為7，地下水按PH值可分為5類：強酸性水PH<5弱酸性水PH:5~7中性水PH=7弱堿性水PH:7~9強堿性水PH>9地下水的化學成分表示與分類地下水的物理性質(zhì)與化學成分地下水的化學成分表示方法地下水的化學成分分析結(jié)果常采用庫爾洛夫表示式。采用分式的形式，將毫克當量大于10%的陰離子從大到小的次序排列在分子上。同樣次序?qū)㈥栯x子則排列在分母的位置上，地下水總礦化度（M）和特殊元素以g/L為單位排列在分式前，水溫（℃）附在分式后。式中各成分含量一律標于該成分符號的右下角。地下水的化學成分表示與分類地下水的物理性質(zhì)與化學成分地下水的化學成分分類舒卡列夫分類法：地下水中常見的Na＋

Ca2＋

Mg2＋

Cl-

SO42-

CO3-為基礎(chǔ)，含量超過25%毫克當量的離子進行組合，其結(jié)果有49種化學類型。>25%毫克當量HCO3HCO3+SO4HCO3+SO4+ClHCO3+ClSO4SO4+ClCl

Ca181522293643

Ca+Mg291623303744

Mg3101724313845

Na+Ca4111825323946

Na+Ca+Mg5121926334047

Na+Mg6132027344148

Na7142128354249

例如：第1類為自然界中廣泛分布的重碳酸鈣(HCO3-—Ca)型水，是沉積巖地區(qū)典型的溶濾水；

第49類為氯化鈉（Cl—Na)型水，則可能是與海水及海相沉積有關(guān)的地下水，或者是干旱地區(qū)埋藏不深的鹽化地下水。地下水的物理性質(zhì)與化學成分、舒卡列夫分類的優(yōu)缺點

優(yōu)點：非常簡單，可以大致推斷水質(zhì)的成因，所以只能叫水化學分類。缺點：

①以25%毫克當量劃分的依據(jù)帶有人為性，②對大于25%毫克當量的離子未反映其大小的次序，反映水質(zhì)變化成因不夠細致。③分類中有些水型意義不大，如17，18，19，在自然界中極少見到或見不到的。地下水的物理性質(zhì)與化學成分地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分凡天然條件下形成的水質(zhì)符合生活和工業(yè)用水要求的地下水，由于人為的影響而使水質(zhì)量變壞，以致不能為生活或者工農(nóng)業(yè)直接使用，稱為地下水的污染。地下水污染的概念我國制定的《水污染防治法（草案）》的定義為：水污染是指水體因某種物質(zhì)或能量介入而導致其物理、化學、生物與放射性等方面的特性的改變，從而影響對水的有效利用，危害人體健康或破壞生態(tài)平衡等水質(zhì)變化的現(xiàn)象。地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分能為人類利用的地下水賦存在地下較深處，其上具有一定厚度的包氣帶水作為天然屏障，地下水是在多孔或具有裂隙的巖石中緩慢的流動。使得地下水與地表水的污染情況有較大差別。地下水污染的特點（1）隱蔽性地下水被污染難以觀測。（2）頑固性地下水流速慢，且孔隙介質(zhì)對許多污染物有吸附作用，水質(zhì)恢復很難。（3）延緩性地面污染物從地表向地下擴散，經(jīng)過包氣帶土壤和松散堆積物層，碎屑對污染物吸附。隔水層間的承壓水層污染更加緩慢。地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分（一）地下水的污染源。污染源與污染途徑（1）工業(yè)生產(chǎn)引起的污染源工業(yè)生產(chǎn)的污染源廢水、廢氣、廢渣不加處理或處理不當。（2）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)引起的污染農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廣泛使用有機肥、化肥和農(nóng)藥。部分被農(nóng)作物吸收、部分揮發(fā)，部分長期存在于土壤中。（3）居民生活引起的污染居民生活污水、污物和廢氣部分進入包氣帶和含水層，造成地下水污染。地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分（4）礦物油引起的污染石油勘探和開采過程中，鉆井密封不嚴，高壓石油從井壁裂縫中進入到含水層，開采過程中排放或回灌廢水也可能進入含水層。（5）海水入侵引起的污染濱海地帶的居民區(qū)或工業(yè)區(qū)，由于過度抽取地下水，引發(fā)海水與大陸地下淡水間的分界線向陸地方向推移，引起淡水咸化。污染源與污染途徑地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分（一）地下水的污染途徑。污染源與污染途徑（1）通過包氣帶水連續(xù)滲入廢水坑、沉淀池、化糞池、排污溝渠、輸油管道的壞露出等地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分（一）地下水的污染途徑。污染源與污染途徑（2）通過包氣帶水斷續(xù)滲入堆放在地表的垃圾和工業(yè)廢物地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分（一）地下水的污染途徑。污染源與污染途徑（3）通過井、孔、坑道及巖溶滲入地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分（一）地下水的污染途徑。污染源與污染途徑（4）隨地表水側(cè)向滲入地下水地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分（一）地下水的污染途徑。污染源與污染途徑（5）含水層間垂向越流地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分地下水使用廣泛，對其質(zhì)量要求各有不同，水質(zhì)評價標準各異，一般采用飲用水標準作為評判標準。地下水污染的評價一、飲用水的水質(zhì)評價

標準：國家標準GB5749-85

飲用水對水質(zhì)的基本要求是：（1）水中必須無傳染疾病的微生物及病源菌存在；（2）水的化學成分對人的健康必須是無害的；（3）水應當有可口的味道，無不良的氣味及其它感覺地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分

1、物理性質(zhì)要求

無色、無特殊氣味、透明、可口，水的溫度為7—12℃。

2、化學成分評價基本情況第一，水中的某些化學成分達到一定濃度時，水的味道不好(苦、咸味等)或使水完全不能飲用；第二，水中某些組分本身無害，但它們是污染的標志，這些組分的存在，說明水中可能有引起發(fā)病的有機物存在。亞硝酸及磷酸等即屬于這些組分，在水中達到一定數(shù)量時說明水已被污染；第三，水中某些成分如銅、鉛、鋅、鉻(六價)、鎘等及其它化合物，本身就是有毒的，因此，飲用水中不應含有這些物質(zhì)，或者應在數(shù)量上加以嚴格限制。

3、細菌指標

以細菌總量和大腸桿菌的數(shù)量作標堆。地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分考慮到地下水污染的隱蔽性和延緩性，在評價地下水污染程度時，多采用地下水污染起始值作為標準進行評判。地下水污染的評價地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分由于城市、工業(yè)區(qū)難以測到自然環(huán)境背景值，實際中采用相對環(huán)境背景值，即一定區(qū)域遠離工礦城鎮(zhèn)和并沒有明顯受到“三廢”污染的地下水中某污染物的平均含量。地下水污染的評價地下水污染評價中多采用綜合指數(shù)法。根據(jù)各項污染指數(shù)，利用疊加法、尼姆諾法、均方根法或考慮加權(quán)重度求出綜合污染指數(shù)。尼姆諾指數(shù)P地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分該區(qū)選酚、氰、汞、鉻、砷為評價參數(shù)，以生活用水標準為評價指標，劃分污染等級。地下水污染的評價未污染P<0.5各污染物均未超標。輕度污染污染P=0.5~1.0個別污染物超標。中度污染污染P>1.0超標污染物多或嚴重超標。地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分該區(qū)選酚、氰、汞、鉻、砷為評價參數(shù)，以生活用水標準為評價指標，劃分污染等級。地下水污染的防治未污染P<0.5各污染物均未超標。輕度污染污染P=0.5~1.0個別污染物超標。中度污染污染P>1.0超標污染物多或嚴重超標。地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分地下水污染的防治地下水污染的防治措施可以分為兩個方面：一、防止和保護天然的優(yōu)質(zhì)地下水資源不受人為的污染；二、處理和凈化已經(jīng)受到污染的地下水源，使其重新恢復為清潔衛(wèi)生的水資源。地下水污染地下水的物理性質(zhì)與化學成分地下水污染的防治（一）保護地下水資源的主要措施1技術(shù)措施首先要減少污染