第四章地下水的赋存.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,是一个系统，不要孤立研究某一水层(岩组),第四章,根据地下水的埋藏/赋存条件对地下水展开研究，分为包气带水(上层滞水)、潜水、承压水。赋存条件划分研究是水文地质学研究的根本、基础。,包气带水：指地下水面以上的水，是自然界水循环的重要部分。,潜水是上部没有隔水层(岩组)的地下水，表面为自由水面。,承压水是充满于两个隔水层(弱透水层)之间的含水层的水。,地下水面以上称为包气带，或非饱和带（unsaturated zone)。,地下水面以下称为饱水带，或饱和带（saturated zone）。,包气带的空隙中包含,空气,气态水,结合水,毛细水,包气带水,饱水带岩石空隙,全为液态水所充满,4.1 含水层、隔水层与弱透水层,4.2 含水系统,4.3 潜水,4.4 承压水,4.5 潜水与承压水的相互转换,4.6 上 层 滞 水,3弱透水层(aquitard),渗透性较差的岩层，相邻含水层通过其发生越流时，进行水量交换。,在相当长一个时期内，人们把隔水层看作是绝对不透水的，20世纪40年代雅可布（C.E.Jacob）提出越流概念后，人们才逐渐认识到,性质上介于隔水层与透水层之间,的弱透水层。,弱透水层往往过水断面较大交换水量也较大。,自然界中不存在绝对不发生渗透的岩层。同时还要考虑,时间尺度,，如在含水层中抽水时，有的岩层短期内透水性不明显，但长时间抽水时，水位下降，透水明显。含水层与整个弱透水层一起构成一个统一的含水系统。,有的岩石顺层透水，垂直层面隔水。如页岩与薄层石灰岩互层时，往往顺层透水，而垂直层面隔水。,a山前洪积平原含水系统 【4】,b基岩构成的独立的含水系统,c岩相变化导致隔水层尖灭,d多个含水层的水力联系,b、c多个含水层构成的含水系统 e.构造封闭的含水系统,只有通过各种途径查明含水层之间的水力联系状况后，才可能正确地圈划含水系统。,4.1 含水层、隔水层与弱透水层,4.2 含水系统,4.3 潜水,4.4 承压水,4.5 潜水与承压水的相互转换,4.6 上 层 滞 水,4.2 含水系统,1地下水系统概念的产生,系统的思想与方法渗入到水文地质领域地下水系统。,水文地质的发展：水量（稳定流非稳定流越流）水质生态环境问题。,研究范围：一口井附近整个含水层相邻的含水层和弱透水层地下水系统生态环境系统。,将若干个含水层连同期间的弱透水层（相对隔水层）合在一起看作一个完整的单元系统,含水层系统（含水系统）。,近年来，随着地下水的污染、水环境的恶化，人们愈来愈重视地下水中溶质运移的研究，与此相关，提出了,地下水流动系统。,2地下水系统的概念,地下水含水系统是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系。,（含水层组）,含水系统是包容的容器。赋存于含水系统中的地下水是一个整体，含水系统任一部分加入水量(接受补给)或减少(天然排泄和人为开采)水量，影响将波及此整体的各个部分。由此可见，具有统一水力联系的含水系统，是一个对外界激励作出整体响应的系统，是相对独立而又统一的水量、盐量和热量均衡单元，是下水资源评价、开发和管理的功能单元。,a山前洪积平原含水系统,b基岩构成的独立的含水系统,c岩相变化导致隔水层尖灭,d多个含水层的水力联系,b、c多个含水层构成的含水系统 e.构造封闭的含水系统,只有通过各种途径查明含水层之间的水力联系状况后，才可能正确地圈划含水系统。此外，含水系统存在级次性。,地下水这一名词有广义与狭义之分：,a.广义地下水,指赋存于地面以下岩土空隙中的水，包括包气带及饱水带岩石空隙中的水（subsurface water包括soil water和ground water）。,b.狭义地下水,指赋存于饱水带岩土空隙中的水（ground water）。,长期以来水文地质学着重研究饱水带中的重力水。现在开始重视包气带水的研究。因为人们认识到在“三水”（大气水、地表水、地下水）转化过程中包气带是必经之路。,补充内容 地下水分类,由于,埋藏条件,，,含水介质类型,对地下水水量、水质的时空分布有决定意义，所以按埋藏条件和含水介质（空隙）类型对地下水进行划分：,1按埋藏条件：,包气带水、潜水、承压水；,2按含水介质（空隙类型）：,孔隙水、裂隙水、岩溶水；,3综合分类,如：孔隙潜水，孔隙承压水。,地下水分类,地下水分类表,含水介质类型,埋藏条件,孔 隙 水,裂 隙 水,岩 溶 水,包 气 带 水,土壤水,局部粘性土隔水层上季节性存在的重力水（上层滞水）过路及悬留毛细水及重力水,裂隙岩层浅部季节性存在的重力水及毛细水,裸露岩溶化岩层上部岩溶通道中季节性存在的重力水,潜 水,各类松散沉积物浅部的水,裸露于地表的各类裂隙岩层中的水,裸露于地表的岩溶化岩层中的水,承 压 水,山间盆地及平原松散沉积物深部的水,组成构造盆地、向斜构造或单斜断块的被掩覆的各类裂隙岩层中的水,组成构造盆地、向斜构造或单斜断块的被掩覆的岩溶化岩层中的水,地下水分类,4.根据地下水的理化性质进行分类，,如：根据温度来划分；,根据水中矿化度来划分；,还有综合划分方法等；,上述几个分类方法最重要的是那一种？,根据埋藏条件划分的方法，,也即包气带水、潜水、承压水。,4.1 含水层、隔水层与弱透水层,4.2 含水系统,4.3 潜水,4.4 承压水,4.5 潜水与承压水的相互转换,4.6 上 层 滞 水,1概念,潜水饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称作潜水。,因此，潜水积极参加水循环，与大气紧密联系。,1.必须有饱水带；2.第一个具有自由水面的含水层。,赋存潜水的含水层称为潜水含水层。(承压水形成漏斗后便转换成潜水),4.3 潜水,【1】,特征：,a.潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板；,b.潜水面（water table）为自由水面（不承受除大气压以外的附加压力）；,c.从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度（M）；,d.潜水面到地面的距离为潜水埋藏深度（D）；,e.潜水含水层厚度与潜水面埋藏深度随潜水面的升降而发生相应的变化。,f.潜水只承受大气压、重力的作用，因此，地下水从高处向低处流动。,4.3 潜水,潜水面是一个客观实体，形态变化大。,潜水面跟地形坡度相似，但要缓，并向外倾斜(与坡面同方向倾斜),潜水面可以是平面，也可以是曲面，跟岩土体性质有关，也是地下水能量的一种反应。,4.3 潜水,潜水位(h)：,相对于某一基准面的距离，是一个标量(无方向的),h=z+h,z:底板到基准面的距离；,h:底板到水位顶点(水面)的距离,说明：更多的时候直接把底板作为一个基准面，但实际中h=h(x,y)，也即潜水位随空间会发生变化，即一个曲面。同时潜水位还会随时间发生变化。因此，h=h(x,y,t)来表示。也即等水位线图要明确时间概念。,4.3 潜水,潜水含水层的厚度(M),M=h=z,饱水空间内，最高水位点与底板的距离。这样潜水含水层厚度与水位便统一起来，地下水动力学中会涉及到该点。即M=M(x,y,t)，也与空间，时间有关。,潜水位埋藏深度/埋深(D),某一点的水位与地表的距离。,D0 水位在地下；,D=0 水位与地表一致，易形成沼泽；,D排泄量，水位上升，埋藏深度变小；,b.干旱季节：补给量排泄量，水位下降，埋藏深度变大。,4资源特点,1）水量易于补充恢复，由于厚度有限，通常缺乏多年调节性；,2）水质：,a.湿润气候及地形切割强烈地区，有利于径流排泄，为含盐量不高的淡水；,b.干旱气候下的盆地、平原，以蒸发排泄为主，常形成含盐量高的咸水；,3）易受污染，对水源应注意卫生防护。,4.3 潜水,5潜水的基本特点,上面没有连续的隔水层，与大气圈、地表水圈联系密切，埋藏浅，积极参与水循环。,潜水位等水位线图：以基准线为基础。(与地表水体垂直),潜水位等埋深图：以地表为基准。,4.3 潜水,6.潜水面影响因素,潜水面是向排泄区倾斜的曲面，但比地形坡度要缓，特殊情形可成水平面。(大江、大河的下游冲洪积平原区的地下水位即可形成水平面，地下水平稳),【3】,1)水文网(地表水系),河流对地下水的补给与接收，在平原，山区的不同，及补、排的转换。,2)地形,3)含水层的过水断面及透水性,过水断面大，透水性大的地区，地下水位平缓，水力梯度小。反之则较陡。,【4】,4)气候气象因素的影响,5)人为的取、排、灌、拦的影响,7潜水等水位线图,潜水面特点：潜水面是向排泄区倾斜的曲面，起伏大体与地形一致而较缓和。,潜水位潜水面上任一点的高程称为潜水位。,等水位线图潜水位相等的各点的连线。,作图：a.内插法：线性插值公式（数值分析），或平面几何的直线方程，由已知两点坐标求第三点坐标的方法来作图；b.修正：根据水文地质条件和原理对不符合实际的点进行相应的修正。,资料来源：1).已有的水位资料(泉点、坝塘、明井、人工勘探井，越多越好)2).时段(数据所代表的时段),4.3 潜水,式中：,两孔间的水平距离；插值点与k,1,孔（低水位孔）间的水平距离；,两孔间的水位差；插值点与k,1,孔（低水位孔）间的水位差。,4.3 潜水,从等水位线图可得：,1）潜水面的形态(与等高线类似),2）,潜水流向垂直等水位线，由高到低为潜水流向；,3）,潜水面坡度相邻两等水位线的水位差,y除以其水平距离,x（,用比例尺换算,），当坡度不大时，水力梯度I：,4）,潜水埋藏深度，根据等水位线图和地形图；,5）潜水与地表水体的补给关系：,【5】,a.地下水补给地表水流向箭头指向地表水；,b.地下水排泄地表水流向箭头离开地表水。,4.3 潜水,6）渗透性：,等水位线密，渗透性弱，,K,小；,b.,等水位线稀，渗透性强，,K,大。,7).,确定水利工程的位置,8).,可以反推含水层的特性,(,如透水性特征,),9).,计算水量,即使用达西定律：,Q=KIW,K,：透水系数,(,实验测得,),I,：水力梯度,(,利用图纸读出,),W,：过水断面,(,可从图上读出,),潜水等水位线图只是水文地质图中很小的一部分。,图中线条为等水位线，数字为潜水位标高(m)，箭头为潜水流向,4.1 含水层、隔水层与弱透水层,4.2 含水系统,4.3 潜水,4.4 承压水,4.5 潜水与承压水的相互转换,4.6 上 层 滞 水,1概念,承压水充满于两个隔水层（或弱透水层）之间的含水层中的水叫做承压水。除大气压外，还有其它的压力，静水压力对其产生影响。,隔水顶板：承压含水层上部的隔水层；,隔水底板：下部的隔水层。,承压含水层厚度（,M,）：隔水顶、底板之间的距离为承压含水层的厚度（不变）。,如果含水层没有饱水的话还是承压水吗？1,2基本特点,1）承压性，P29图4.5为一个基岩向斜盆地，中部埋没于隔水层之下的是承压区，两端出露于地表为非承压区；,4.4 承压水,2）含水层从出露位置较高的补给区获得补给，向另一侧出露位置较低的排泄区排泄；,3）钻孔揭穿隔水顶板时，钻孔中的水位上升；,4）承受大气压强以外的附加压强；,附加压强钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离（或叫承压高度,H,）。,测压水位（水位）井中静止水位的高程称为测压水位。,4.4 承压水,补充概念：,1.初见水位(H)：,是指隔水顶板的底面高程。实际中就是钻孔中水量突然变大的位置。,2.静止(稳定)水位(H),承压水的水位(是一个平面，并且是一个定值)。,承压水的H基本一致，变化较小，大范围内可能会有少量变化。H面是一个虚构面。,3.承压含水层的厚度(M),M=H,顶,-H,底,(定值X在一点时，水位变化不影响。),4.承压水埋深(D)：顶板底面距地表距离。(使用较多),承压水位的埋深(D)：静止水位到地表距离。,D和D两个值变化不大。,5,.自溢区,测压水位高于地表的范围是承压水的自溢（流）区（自喷出水）。,图3-3 潜水、承压水及上层滞水,注意：在a部分因为有隔水顶板，也可称局部承压水。,3补、径、排特点,1）顶、底板隔水，通过含水层出露于地表的补给区获得补给；通过范围有限的排泄区排泄以泉、径流等方式向地表或地表水体排泄；,2）顶、底板为弱透水层时：,除含水层出露的补给区补给外；,还可从上下含水层获得越流补给，也可向上下含水层越流排泄；,3）参与水循环不如潜水积极。,4动态特点,1）气象、水文因素对其影响较小；,2）动态比较稳定。,5资源特点,1）资源不易补充、恢复；,2）含水层厚度较大，资源具有多年调节性；,3）水质：,a.若,与外界联系密切参与水循环积极：含盐量较低的淡水；,b.,若与外界联系差水循环缓慢：水的含盐量高。,4.4 承压水,6等水压线图,将承压水含水层测压水位相等的各点连线等水压线图。从图：,a.确定流向；,b.水力梯度；,c.测压水面是一个虚构的面，通常要附加,含水层顶板,等高线。,7判断承压含水层和其它含水层的补给关系,a.,水位：水位高，则补给其它含水层；水位低则排泄其它含水层；,b.通道？有没有通道？,4.4 承压水,8潜水与承压水的不同,1,）接受补给时：,a.潜水：水位升高，厚度加大；,b.承压水：测压水位上升，孔隙水压力增加，受隔水顶板的限制，厚度增加不明显，水的密度加大，有效应力降低，空隙度增大。增加的水量通过水的密度加大及含水层空隙的增加而容纳。,2,）排泄时：,a.潜水：水位降低，厚度变小；,b.承压水：测压水位降低，水的密度变小，含水介质空隙减小。,4.4 承压水,3）参数,a.潜水给水度（,）；,b.承压水贮水系数（,S,或,*）（或弹性给水度）（见图38，P34）。,贮水系数指测压水位下降（或上升）一个单位深度，单位水平面积、高度等于含水层厚度的含水层柱体中释出（或储存）的水的体积。,4.4 承压水,4.4 承压水,测定：野外抽水试验。,与潜水相比，参数的定义相似，但释水的机理不同：,a.潜水：水位下降时，释出的水来自部分空隙的排水（水的疏干），含水层厚度变小，,：0.02 0.35；,b.承压水：测压水位下降时，释出的水来自水体积膨胀，含水介质的压密，参数与厚度有关，,S,：0.005 0.00005，较潜水小1 3个数量级。开采承压含水层往往会形成大面积的测压水位的大幅度下降甚至形成大范围的水位降落降漏斗。,4）由于上部受隔水层的限制，与大气圈、地表水圈联系较差，水循环也缓慢得多。,5）承压水不像潜水那样容易受污染，但，一旦污染后则很难使其净化。,（见课本上划出的承压水特点）,4.4 承压水,开采半承压含水层时，释出的水量来自几个方向：,(1)水体积弹性膨胀；,(2)含水层压密；,(3)相邻弱透水层(粘性土层)压密释水；,(4)相邻含水层通过弱透水层越流补给；,(5)含水层接受侧向补给。,(3)、(4)两项占有主要份额。,4.1 含水层、隔水层与弱透水层,4.2 含水系统,4.3 潜水,4.4 承压水,4.5 潜水与承压水的相互转换,4.6 上 层 滞 水,45 潜水与承压水的相互转换,如山前倾斜平原分布着潜水，进入平原后，弱透水的粘土层与砂层互层，形成承压水。,在这类孔隙水系统中：从山前平原（水平方向）；,潜水承压水潜水（排泄）。,平原区（垂向上）：承压性自上而下逐渐增强。,作为分类，潜水与承压水的界限是十分明确的，但自然界的情况是复杂的，具体问题要具体分析（有过度：微承压水）。,4.1 含水层、隔水层与弱透水层,4.2 含水系统,4.3 潜水,4.4 承压水,4.5 潜水与承压水的相互转换,4.6 上 层 滞 水,perched water,当包气带存在局部隔水层（或弱透水层）时，局部隔水层（弱透水层）上会积聚具有自由水面的重力水上层滞水。,补给：大气降水。,排泄：蒸发，通过隔水底板的边缘下渗排泄。,只有在缺水的地区才能成为小型供水水源或暂时性供水水源。,4.6 上层滞水,