水文地质第六讲.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Company Logo,*,Click to edit Master title style,第六讲 地下水类型,11 地下水类型-,裂隙水,11.1 裂隙水的特点,11.2 构造裂隙水,11.3 断层带的水文地质意义,11.4 裂隙介质的研究方法(略),Company Logo,11.1 裂隙水的特点,坚硬基岩受各种应力作用，产生不同类型的裂隙,成岩裂隙（original fracture,如玄武岩的柱状节理,）,构造裂隙（tectonic fracture,断层裂带,）,风化裂隙（weathering fracture）,分布较广的构造裂隙水的特点：,分布不均匀 有的地方打井有水，有的地方无水,水力联系不统一性 裂水含水系统的迭置与独立,渗透的各向异性 K,X,K,Y,裂隙水的分类,脉状裂隙水（veiny water）,层状裂隙水（stratiform water）,成岩裂隙发育的，风化裂隙层,裂隙水特点,风化裂隙水,转下页,Company Logo,分布不均匀 ,有的地方打井有水，有的地方无水,水力联系不统一性,裂水含水系统的迭置与独立,渗透的各向异性,K,X,K,Y,裂隙水的特点、裂隙水含水系统,Company Logo,风化裂隙深度有限,局部形成层状裂隙含水层,动态变化大,风化裂隙水示意图层状裂隙水（局部性）,Company Logo,11.2 构造裂隙水,11.2.1 裂隙发育规律的控制因素,岩石（层）力学性质,受力后的破坏（脆，塑）,结构（厚层，互层等）,构造应力,大小，,应力频率，,性质（张，拉）,构造部位,层状破坏,层状受力,Company Logo,11.2.1 层状夹层脆性岩层裂隙发育特征,Company Logo,1-横裂隙;2-斜裂隙;,3-纵裂隙;4-层面裂隙;5-顺层裂隙,11.2.1 层状岩层构造裂隙示意图,Company Logo,11.2.2 裂隙含水系统,是指一定范围内相互连通的不同级次的裂隙所构成的空隙网络,裂隙级次：,微小裂隙（原生和次生的）几十十几条/m 隙宽小,中裂隙（顺层的）几条/m 隙宽达 几 mm,大裂隙（巨裂隙）空间一定延伸，宽度大，,正断层，1条/几米,中大裂隙,裂隙网络,Company Logo,11.2.3 不同级次裂隙的作用,作用,微裂隙,储水，裂隙率较大,中裂隙,连通作用，储水导水作用,大,裂隙,传输地下水中起控制作用,应用：,矿坑基坑排水、洞室开挖文物保护、供水,Company Logo,11.2.4 裂隙渗流场与孔隙渗流场的比较,裂隙渗流场：,等效多孔介质,裂隙水运动平面图,裂隙水运动剖面图,裂隙水流动系统与孔隙水流动系统,裂隙介质小结：,(1)空隙网络是复合的树状结构(脉、枝、干构成),(2)打在脉上只能抽取或排出有限的水,(3)打在干上才能抽取或排出大量的水,Company Logo,裂隙渗流场等效多孔介质,(a)-(c),平面,等效,(b)-(d),剖面,等效,Company Logo,裂隙水流系统与孔隙水流系统的比较,裂隙水流系统,孔隙水流系统,Company Logo,12 地下水类型-,岩溶水,12.1,岩溶发育的基本条件,12.2,岩溶水系统的演变,12.3 岩溶水的特征,Company Logo,岩溶对大多数人来说都不陌生，,岩溶现象,对许多人来说是很神密的（含部分专业人员），岩溶现象的壮观奇特，岩溶水的神出鬼末，有着,积极的一面,：,济南泉城世界著名：,蕴育滋养了该城文明与发展,山西自北向南沿太行山脉的名泉：,晋祠泉，娘子关泉，洪山泉，郭庄泉，广胜寺胜泉，龙子祠泉，是山西盆地的工农业发展的主要支柱,广西桂林山水甲天下，奇特岩溶景观,云南的路南石林，壮观与气势，让游人流涟忘返,第十一章,岩溶水（Karst water）,Company Logo,山水甲天下的桂林,九马山,烟雨漓江,塔山,象鼻山,Company Logo,岩溶水的奇特又使人无可耐何,消积不利,华北的大多数煤层，下伏O,2,灰岩水承压水头之高，带来开采风险巨大,云南、广西、贵州省岩溶山区，缺水严重，阻碍发展，生活赤贫现象,岩溶区的库水渗漏，处理困难,在基本建设中，地下施工，燧道施工困难重重,金沙江溪洛渡,水电站库区,岩 溶 洞 穴,Company Logo,12.1 岩溶发育的基本条件,岩溶：是水与可溶岩发生化学作用和岩土机械破坏的结果,（思考：与溶滤作用的不同与区别？）,发育的基本条件,（,水与岩土两大类）,1、可溶岩层的存在,：,碳酸盐岩：,灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩；,结构：,豹皮灰岩，生物碎屑灰岩，厚层状，薄层状,2、可溶岩必须透水,裂隙发育（初始裂隙）,岩溶系统,断层发育决定了,溶洞形成,3、水具侵蚀性,？,从开放体系中的平衡（碳酸）过程来分析,Company Logo,开放体系中的方解石溶解的基本物理化学模式,水中碳酸平衡：H,2,CO,3,HCO,3,-,CO,3,2-,CO,2,CO,2,(eq),H,2,O,H,2,CO,3,HCO,3,-,H,+,CO,3,2-,Ca,2+,HCO,3,-,大气,液相,固相,第一条途径：,水与气,第二条途径：,水与固,Company Logo,12.1 岩溶发育的基本条件,在上述模式中：,第一条途径（水与气）增加,H,+,第二条途径则产生 CO,3,2-,结果：增加 Ca,2+,HCO,3,-,CO,2,的参与是岩溶发育的另一重要前提，也是影响因素之,CO,2,来源：浅层大气与土壤层，深部来源尚无定论,4.水的流动性,地下水的循环交替是岩溶发育的充分必要条件,其作用,：,不断更替补充具侵蚀性的水；将溶解与侵蚀的物质带走-留下空洞（岩溶）,二、影响因素（略）,自学 P126-127,Company Logo,12.2.1 地下水流对介质的改造,过程,水流愈来愈集中在少数通道中，少数通道则优先发展为溶洞,介质改造过程也称为差异性溶蚀改造过程，其结果水流不断集中从而构造成为岩溶水系统地下河系化,在这样的过程中，中后期伴随着机械破坏过程,溶蚀破坏与失稳破坏-,垮塌物质部分由水流携带而走,大型溶洞形成中机械破坏起重要作用,岩溶洞穴形成,Company Logo,溶洞的扩张示意图,介质改造过程,差异性溶蚀,地下河系化,溶蚀破坏与失稳破坏-Company Logo,12.2.1 地下水流对介质的改造,结果,1、介质改造愈强烈，机械破坏也愈强,2、介质改造后，地下岩体中出现各种规模洞穴,3、地表形成溶斗，落水洞以及各种规模的洼地，汇集降水,4、介质导水能力增加，地下水位总体下降，水面以上岩体或洞穴失去进一步发展的水动力条件,5、地下河系发生袭夺，河系归并，地下河系的流域不断扩大,Company Logo,12.2.2 岩溶水系统演变过程,与介质改造同步四个过程,1、,岩溶发育初期流动系统,2、,局部岩溶水系统形成,3、,岩溶水系统的袭夺,4、,统一的地下水河系的形成,发育：,垂直落水洞，溶斗，过水溶洞（无水）,常年有水地下河道,演变过程图示,Company Logo,岩溶水系统演变过程,甲河,乙河,甲河,乙河,A),岩溶发育初期,B),局部,岩溶水,系统发育阶段,Company Logo,岩溶水系统演变过程,乙河,甲河,乙河,甲河,乙河,C),岩溶水系统,的袭夺,D),统一,地下河系,的形成,Company Logo,12.3 岩溶水的特征,岩溶水系统是一个能够通过水与介质相互作用,不断自我演化,的动力系统；,演化初期快速发展停滞衰亡阶段；,不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征；,岩溶水的运动特征,岩溶水的补给、排泄与动态特征,岩溶水系统的边界特征,Company Logo,12.3.1,岩溶水的运动特征,岩溶水系统空隙网络的,强烈非均质,的特性所决定：,岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、,岩溶裂缝和岩溶孔隙等,层流与紊流共生,有压与无压共存,运动方向的不同步（局部与整体不一致）,缺乏统一的区域地下水水位,岩溶结构图示,运动特征图示,Company Logo,典型岩溶水系统结构概化图,土壤层,表层岩溶带,岩溶沟谷,地下河管道,岩溶漏斗,地表水系,由表层岩溶带、浅部的岩溶管道、岩溶洞穴、岩溶裂隙、岩溶裂缝和岩溶孔隙等多种岩溶空隙介质体组成的多重复合体系，具有高度的非均质性。,Company Logo,岩溶介质中的地下水流动,旱季情况下,雨季情况下,Company Logo,12.3.2 岩溶水的补给、排泄与动态,补给源,大气降水是岩溶水的主要、甚至是唯一的补给源，基本来自上边界的各种补给，但表现多种方式：,补给条件：,（1）面状补给或渗入式补给;,（2）点状集中补给灌入式；,入渗系数大（6080%南方，北方30%）,（3）南方岩溶,地下水与地表水常常互为一体,，互为转换，相互补给。,Company Logo,12.3.2 岩溶水的补给、排泄与动态,排泄,北方岩溶水集中以岩溶大泉形式排泄；,南方岩溶水主要以地下暗河、泉、基流形式排泄。,地苏地下河,出口,地苏地下河出口,附近落水洞,Company Logo,南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源,Company Logo,12.3.3 岩溶水的动态,南方岩溶水系统的几个其他特征：,不同地下河系统之间水位差异变化大，一般没有统一区域地下水位；,补给资源与储存资源难以区分；,地下河水量动态变化特征与地表水流具有很好的相似性；,水位埋深变化很大常常出现“结构性”缺水。,Company Logo,结构性缺水,资源型缺水；水质性缺水；,结构性缺水,天然水资源丰富、但因地质结构导致地表常年性缺水,地下水位埋深大，地表水基本漏失,Company Logo,岩溶山区的分布的落水洞,Company Logo,岩溶水特征产生的若干问题,西南岩溶地区的石漠化远景,Company Logo,岩溶水特征产生的若干问题,为解决当地饮用水修建的水柜,天旱季节时需要远徒跋涉运水,Company Logo,岩溶水特征产生的若干问题,Company Logo,