-地下水的分類及其特征

3.3地下水的類型類型潛水承壓水埋藏條件

埋藏在第一個隔水層之上的地下水埋藏在上下兩個隔水層之間，承受一定壓力的地下水補給來源大氣降水和地表水滲入補給大氣降水和地表水通過潛水補給承壓水排泄方式露出地表成泉或直接補給地表水或蒸發(fā)

補給潛水或補給地表水或露出地表成泉主要特點1.具有自由水面2.受制于地形的坡度，在重力作用下，順著傾斜方向從高處流向低處3.分布區(qū)與補給區(qū)基本一致

4.埋藏較淺，流量不穩(wěn)定

5.受氣候因素影響大，易受污染1.受隔水層頂?shù)南拗疲惺莒o水壓力

2.水的運動取決于靜水壓力

3.分布區(qū)、補給區(qū)、排泄區(qū)基本不在同一地區(qū)

4.埋藏較深，直接受氣候影響較小，流量穩(wěn)定

5.不易受污染，水質(zhì)比較好地下水類型abc1—隔水層；2—透水層；3—飽水部分；4—潛水位；5—承壓水測壓水位；6—泉（上升泉）；7—水井，實線表示井壁不進(jìn)水；上層滯水、潛水及承壓水地下水分類上層滯水承壓水潛水上層滯水——自學(xué)埋藏在離地表不深、包氣帶中局部隔水層之上的重力水。這是包氣帶中唯一有實際利用價值的重力水

3.3.1.2潛水與潛水含水層一、潛水與潛水含水層概念潛水：地表以下，第一個具有自由表面的穩(wěn)定含水層中的重力水自由表面—即沒有隔水層限制，與大氣直接相通，除大氣壓強外不受其它力。穩(wěn)定含水層—指具有一定的空間連續(xù)性（范圍）以示區(qū)分上層滯水潛水含水層——賦存潛水的巖層屋建筑時的基坑排水，大堤堤角處的散浸滲漏（潛水）二、基本要素（專業(yè)術(shù)語）隔水層

潛水面大氣降水入滲蒸發(fā)

流向

泉潛水埋深

h1

潛水含水層含水層厚度

h

潛水位H基準(zhǔn)面潛水面潛水位潛水含水層-含水層厚度-潛水埋深-8/65武漢市（漢口）水文地質(zhì)剖面長江一級階地土層厚30～50m典型二元結(jié)構(gòu)K隨深度呈對數(shù)增大上部黏性土中潛水下部砂礫石中承壓水三、主要特征A）潛水直接接受大氣降水和比它水位高的地表水的滲入補給；B）潛水面不承受靜水壓力；C）潛水的埋深因地而異，與水位、水量變化有關(guān)；D）在重力作用下，由高向底流動，稱潛水流。隔水層

潛水面大氣降水入滲蒸發(fā)

流向

泉潛水埋深

h1

潛水含水層含水層厚度

h

潛水位H基準(zhǔn)面三、主要特征

補給(來源)：降水入滲，河湖入滲排泄(匯)：泉，（河）泄流，蒸發(fā)補給或排泄通過含水層厚度變化而儲水與釋水！動態(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）受人為因素影響也顯著，易污染水循環(huán)交替迅速：水循環(huán)周期短，更新恢復(fù)快潛水研究基本方法—繪制潛水等水位線圖—獲取信息-資料的手段——通過調(diào)查、勘探和分析繪制三、主要特征河河流流某地潛水等水位線圖（平面）利用潛水等水位線圖，可以解決以下實際問題：

（1）確定潛水流向（2）確定潛水面的水力坡度（3）判斷地表水與潛水的相互補給關(guān)系（4）確定潛水埋藏深度（5）推斷含水層巖性或厚度的變化（6）確定引水工程的位置河河流流潛水面的形狀含水層厚度增大等水位線由密變疏巖石顆粒由細(xì)變粗3.3.1.3承壓水與承壓含水層充滿于2個穩(wěn)定隔水層（或弱透水層）之間的含水層中的重力水，稱之承壓水

。一、基本要素與特征一、基本要素與特征①承壓含水層②隔水頂板③隔水底板④承壓含水層厚度（M）⑤測壓水位線（面）：⑥承壓水頭-H⑦補給區(qū)⑧承壓區(qū)⑨排泄區(qū)⑩自溢區(qū)主要特征：（1）承受靜水壓（2）補給區(qū)與分布區(qū)不一致（3）動態(tài)變化不顯著（4）其運動方式是在靜水壓力的作用下，以水交替的形式進(jìn)行運動一、基本要素與特征補給與排泄:

有限區(qū)域與外界聯(lián)系，水循環(huán)遲緩些，水交替慢,平均滯留時間長（年齡老或長）——恢復(fù)性差水化學(xué)變化較大，礦化度一般要高點，可以保留“古老”的水動態(tài)

要穩(wěn)定些，如果分布面積大，厚度穩(wěn)定—則調(diào)節(jié)能力很強二、地質(zhì)構(gòu)造條件與承壓水形成的關(guān)系1、承壓盆地二、地質(zhì)構(gòu)造條件與承壓水形成的關(guān)系按地下水的排泄方式開放型承壓盆地封閉型承壓盆地二、地質(zhì)構(gòu)造條件與承壓水形成的關(guān)系根據(jù)地形與構(gòu)造的關(guān)系：正地形盆地負(fù)地形盆地2、承壓斜地等水壓線圖（1）判斷含水層巖性和厚度的變化

（2）確定測壓水位的埋藏深度和承壓水的水頭

（3）確定潛水與承壓水間的相互關(guān)系地形等高線（m）等測壓水位線含水層頂板等高線（m）三、承壓含水層的儲水與釋水問題：

承壓含水層的變化：在儲水與釋水時，含水層厚度是不變的，承壓含水層的儲水與釋水是如何進(jìn)行的？！彈性給水度μe

承壓含水層中當(dāng)測壓水位下降(或上升)1個單位，單位水平面積含水層柱體所釋放(或儲存)的水量測壓水位降低導(dǎo)致（1）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（2）孔隙水壓力降低，巖層顆粒間承受壓力增加—骨架被壓縮，當(dāng)顆粒不變時，骨架壓縮=空隙體積減?。ㄅ帕懈淖儯l(fā)生釋水（擠出來）水

這兩部水很有限，所以μe

很小；與重力給水度μd相比要小10-1~10-3承壓含水層的貯水系數(shù)與潛水含水層給水度的比較承壓水含水層潛水含水層三、承壓含水層的儲水與釋水承壓含水層的彈性給水度從理論上來看：彈性給水度是可以恢復(fù)的實際上彈性是有限恢復(fù)的越過含水層彈性范圍（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)致含水層的彈性給水與釋水能力降低在自然或?qū)嶋H條件下，潛水與承壓水的劃分也是相對的在復(fù)雜條件下，很難將某些含水層中的水劃定為潛水或承壓水幾個例子：山區(qū)基巖互層一個較厚的含水層一個封閉的含水層—潛水？

開采前—潛水含水層

開采后—承壓含水層四、潛水與承壓水的相互轉(zhuǎn)化開采潛水與承壓水的轉(zhuǎn)化例：潛水與承壓水的轉(zhuǎn)化地下水分類地下水分類表

巖溶水

32/65上游河床中砂礫石，是良好的含水層。中游河漫灘沉積有上細(xì)（粉細(xì)砂、黏性土）下粗（砂礫）的二元結(jié)構(gòu)，上層構(gòu)成隔水層，下層為承壓含水層。下游濱海平原上為潛水，埋藏淺不利于工程建設(shè)，下部多層承壓含水層。不同含水層空隙中的地下水

沖積物中的孔隙水33/65

洪積物中的孔隙水潛水深埋帶潛水溢出帶潛水下沉帶34/65裂隙水按成因：風(fēng)化裂隙水成巖裂隙水構(gòu)造裂隙水按埋藏條件：面狀裂隙水層間裂隙水脈狀裂隙水35/65巖溶水特點：空間分布極不均勻，動態(tài)變化強烈，流動迅速，排泄集中。地下水的搬運與沉積作用

一、地下水的機械搬運與沉積作用

由于地下水是在土壤、巖石裂隙中流動，流速極慢，因此搬運力極弱，沉積作用也極弱，一般僅形成小規(guī)模的洞穴碎屑沉積。二、地下水的溶運與化學(xué)沉積作用

地下水流速慢，與巖石的接觸面積大，作用時間長，能充分的溶解其流經(jīng)區(qū)的可溶性物質(zhì)，因此地下水中含有較多的溶解物質(zhì)，并隨著地下水的運動而被搬運。

石灰?guī)r地區(qū)中龐大的洞穴系統(tǒng)就是被地下水溶蝕搬運而形成的。

地下水的化學(xué)沉積主要分布在洞穴內(nèi)、裂隙中和泉的出口處。常見的有以下幾類：1.石鐘乳、石筍、石柱、石幔2.泉華3.模樹石（假化石）、巖脈、礦脈二、化學(xué)溶蝕作用與巖溶現(xiàn)象—地下水對可溶性巖石的溶解破壞作用，稱為化學(xué)溶蝕作用。（一）巖溶現(xiàn)象

1.巖溶（喀斯特）——是指可溶性巖石在地下水和地表水的共同破壞作用下，所形成的特殊地貌和水文網(wǎng)的總稱。2.典型的巖溶地貌有：①溶溝與石芽（婆婆臉）；②漏斗與落水洞；③溶洞與地下河；④巖溶谷地與天生橋；⑤峰林。

我國廣西、貴州、云南等地是喀斯特十分發(fā)育的地區(qū)。3.巖溶發(fā)育的條件①有可溶性巖石的存在，特別是產(chǎn)狀平緩、裂隙發(fā)育的厚層石灰?guī)r是巖溶發(fā)育的有利條件。②濕熱的氣候條件（水量豐富、具有流動性），尤其是在水中含有一定數(shù)量的CO2時，有較強的溶蝕能力。39/65按水頭性質(zhì)分：上升泉下降泉按出露原因分：侵蝕泉接觸泉斷層泉泉：地下水在地表的天然露頭40/65

水力坡降J＝－dH/dL41/65

流網(wǎng)：由等水頭線與流線正交組成的網(wǎng)格42/65均勻流：滲流速度沿流程不變。非均勻流：滲流速度沿流程變化。層流：水質(zhì)點有秩序地呈相互平行而互不干擾的運動。紊流：水質(zhì)點相互干擾而呈無秩序的運動。穩(wěn)定流：滲流要素不隨時間變化的運動。非穩(wěn)定流：滲流要素隨時間變化的運動。滲流分類43/65Darcy定律：Q＝KAJ

或V＝KJ(線性)式中

Q－滲流量m3/d或cm3/s；

A－過水?dāng)嗝?/p>

K－滲透系數(shù)m/d或cm/s，

表征巖土透水性能大小的指標(biāo)。還與水的粘滯性有關(guān)。

V－滲透流速m/d或cm/sDarcy定律適合于層流（砂土）。

地下水運動的基本規(guī)律44/65紊流（礫石土）運動規(guī)律：V＝KJ1/2(非線性)黏性土運動規(guī)律：V＝K（J-Jo）式中Jo為起始水力坡降45/65滲透系數(shù)的確定：據(jù)土的粒度分析資料計算.室內(nèi)測定

1)常水頭試驗（適用于砂土）

2)變水頭試驗（適用于黏性土）3.現(xiàn)場測定

1)滲水試驗

2)抽水試驗46/65

室內(nèi)常水頭滲透試驗

由達(dá)西公式：得土樣的滲透系數(shù)為：圖6—19常水頭滲透試驗47/65

室內(nèi)變水頭滲透試驗

圖6—20變水頭滲透試驗48/65地下水涌水量的計算Q＝2KAJ＝2KL地下水向完整滲溝的流動：49/65地下水向不完整滲溝的流動：1)含水層厚度有限單側(cè)流量:分離變量并積分，x從c至c+R，y從0至H，得：2)含水層厚度無限計算同上,但50/65井的類型：按其揭露含水層的類型分：潛水井、承壓井按進(jìn)水條件分：完整井、非完整井地下水向井的穩(wěn)定流動

圖6—24井的類型示意圖

a—潛水完整井；b、c、d—潛水非完整井；e—承壓水完整井；f、g—

承壓水非完整井51/65潛水完整井Q＝KAJ＝2πKxy分離變量并積分，x從rw至R，y從hw至H，得：52/65基坑涌水量計算:把基坑假想為圓形大井,其引用半徑:

F－基坑面積53/653.5地下水與工程建設(shè)地面沉降地面塌陷流砂管涌浮托作用基坑突涌對混凝土的侵蝕性

地面沉降的危害抽水時在水周圍形成降水漏斗，導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生不均勻沉降，致使建筑物或地下管網(wǎng)開裂破壞。抽水時因為施工質(zhì)量差，細(xì)小顆粒同地下水一起帶出地面造成地面建筑物損壞。橋梁凈空減小，影響通航。造成地面標(biāo)高下降，雨季內(nèi)澇積水，防洪能力降低。造成地表積水，毀壞良田。注意如何防治開采地下水引起的地面沉降大量實踐證明，最有效的措施是限制地下水開采量，人工補給地下水（回灌）。例如：西安市1990年逐步停止沉降量較大地段承壓水井的開采，1990年8月引進(jìn)黑水河回灌．砂土粘土水位恢復(fù)后，砂層大體上能恢復(fù)原狀釋水壓密的過程中，即使水位恢復(fù)，粘性土不會完全恢復(fù)原狀。57/63地面塌陷是松散土層中所發(fā)生的突發(fā)性陷落，多發(fā)生于巖溶地區(qū)。危害破壞農(nóng)田、水利工程、交通線路引起房屋破裂倒塌、地下管道斷裂防治措施在重大工程附近應(yīng)嚴(yán)格禁止能引起地下水位大幅度改變的工程施工，如必須施工，應(yīng)進(jìn)行回灌。地面塌陷流砂流砂：在向上的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。任何類型的土，只要水力坡降達(dá)到一定的大小，都可發(fā)生流土破壞。粘性土k1<<k2砂性土k2壩體滲流流砂——土體松動——地表塌陷或建筑物的地基破壞。

流砂產(chǎn)生流砂的條件：1）地下水動水力大于土粒的浮重度2）地下水水力坡度大于臨界水力坡度動水力：地下水在滲流時作用于單位體積土骨架上的力，亦稱動水壓力。水力坡度：水流通過某一長度滲流途徑時，為克服阻力，保持一定流速所消耗的以水頭形式表現(xiàn)的能量。是一個矢量，方向與流向一致，大小等于單位流徑長度上的水位下降值。A/B兩點間的平均水利坡度為

流砂防治:防——在易產(chǎn)生流砂的地區(qū)應(yīng)盡可能的避免開挖。治：（1）人工降低地下水位

（2）打板樁

打板樁加固坑壁，增長地下水滲流途徑。（3）凍結(jié)法

使地下水和土層一起凍結(jié)，（4）水下挖掘。地下水的潛蝕作用

——地下水在緩慢的運動過程中，不斷對周圍的巖石進(jìn)行著破壞和改造，稱為地下水的潛蝕作用。

可以分為：機械潛蝕作用和化學(xué)溶蝕作用。一、機械潛蝕作用

地下水對巖石的沖刷破壞作用稱為機械潛蝕作用。

由黃土、砂巖組成的地殼表層，經(jīng)地下水長期機械潛蝕作用，形成與下面將要闡述的“巖溶”地區(qū)相似的地質(zhì)發(fā)展過程，如黃土濕陷、丹霞地貌。稱為“假巖溶”作用過程潛蝕的防治方法：1）堵截地表水流入土層；2）阻止地下水在土層中流動，或減小流速和水力坡度值；3）設(shè)置反濾層，改造土的性質(zhì)。地下水的搬運與沉積作用

由于地下水是在土壤、巖石裂隙中流動，流速極慢，因此搬運力極弱，沉積作用也極弱，一般僅形成小規(guī)模的洞穴碎屑沉積。二、地下水的溶運與化學(xué)沉積作用

地下水流速慢，與巖石的接觸面積大，作用時間長，能充分的溶解其流經(jīng)區(qū)的可溶性物質(zhì)，因此地下水中含有較多的溶解物質(zhì)，并隨著地下水的運動而被搬運。

石灰?guī)r地區(qū)中龐大的洞穴系統(tǒng)就是被地下水溶蝕搬運而形成的。

地下水的化學(xué)沉積主要分布在洞穴內(nèi)、裂隙中和泉的出口處。常見的有以下幾類：

1.石鐘乳、石筍、石柱、石幔2.泉華3.模樹石（假化石）、巖脈、礦脈化學(xué)溶蝕作用與巖溶現(xiàn)象—地下水對可溶性巖石的溶解破壞作用，稱為化學(xué)溶蝕作用。（一）巖溶現(xiàn)象

1.巖溶（喀斯特）——是指可溶性巖石在地下水和地表水的共同破壞作用下，所形成的特殊地貌和水文網(wǎng)的總稱。2.典型的巖溶地貌有：①溶溝與石芽（婆婆臉）；②漏斗與落水洞；③溶洞與地下河；④巖溶谷地與天生橋；⑤峰林。

我國廣西、貴州、云南等地是喀斯特十分發(fā)育的地區(qū)。3.巖溶發(fā)育的條件①有可溶性巖石的存在，特別是產(chǎn)狀平緩、裂隙發(fā)育的厚層石灰?guī)r是巖溶發(fā)育的有利條件。②濕熱的氣候條件（水量豐富、具有流動性），尤其是在水中含有一定數(shù)量的CO2時，有較強的溶蝕能力。66/65基坑突涌隔水層的安全厚度：據(jù)得若不滿足上述厚度，需降水，使基坑中心承壓水位降深滿足：則：67/65

滲透變形(seepagedeformation)管涌：單個土顆粒發(fā)生獨立移動的現(xiàn)象。多發(fā)生在不均勻的砂礫土中。流土：一定體積的土粒同時發(fā)生移動的現(xiàn)象。多發(fā)生在均質(zhì)砂土層和粉土層中。68/651998洪水1998年洪水中各種險情6000余處69/6570/65武漢丹水池堤防搶險71/65上海軌道交通4號線事故2003年7月1日凌晨4點，正在施工中的上海市地鐵四號線區(qū)間隧道浦西聯(lián)絡(luò)通道發(fā)現(xiàn)滲水，隨后出現(xiàn)大量流沙涌入，引起地面大幅沉降；上午九點左右，地面建筑八層樓房發(fā)生傾斜，其裙房部分倒塌。由于報警及時，所有人員均已提前撤出，因而無人員傷亡，受其影響的周圍樓房里的市民們也已全部撤出。臨江花園大廈（傾斜10°）

裙房倒塌72/