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16-地下水的布局与运动解析

  

16-地下水的布局与运动解析

16-地下水的布局与运动解析

16-地下水的布局与运动解析

  第五章 地下水的结构与运动 ? 地下水:存在于地 表以下岩(土)层 空隙中的各种不同 形式水的统称。 ? 地下水系统是自然 界水循环大系统的 重要亚系统。 第一节 第二节 地下水系统的组成与结构 地下水类型 第一节 地下水系统的组成与结构 ? 地下水由于埋藏于地下岩土的空隙之中,因 而其分布、运动和水的性质,要受到岩土的 特性以及贮存它的空间特性的深刻影响。 ? 与地表水系统相比,表现出立体结构的特点。 主要内容 一、地下水的贮存空间 二、地下水流系统 三、地下水系统垂向结构 一、地下水的贮存空间 (一)含水介质、含水层和隔水层 岩石、土壤的固体骨架间存在着形状不一、 大小不等的孔隙、裂隙或溶隙,其中有的含水, 有的不含水,有的虽然含水却难以透水。 ? 既能透水,又饱含水的多孔介质称为含水介质; ? 含水层:指贮存有地下水,在自然状态或人为条件 下,能够流出地下水来的岩体。 如砂层、砂砾石层等。 ? 含水带:有的含水岩体呈带状、脉状甚至是块状, 也称为含水体或含水岩组。 ? 隔水层:对于那些虽然含水,但几乎不透水或透水 能力很弱的岩体。 如质地致密的火成岩、变质岩,以及孔隙细小的页岩和粘土 层。 (二)含水介质的空隙性与水理性 1、含水介质的空隙性: 空隙的多少、大小、均匀程度、连通情况,直接 决定了地下水的埋藏、分布和运动特性。 连通性好 ① 孔隙——松散沉积物颗粒之间的空隙; 分布不均匀 ② 裂隙——坚硬岩石因破裂产生的空隙; 连通性差 ③ 溶隙——可溶性岩石中的空隙(包括巨大的溶穴, 溶洞等)。 ? 孔隙度——孔隙体积与岩土体积之比 ? 孔隙率—— 孔隙数量多少 (孔隙率大并不表示孔隙也大) ? 孔隙的大小与岩土颗粒粗细有关,通常颗粒粗则孔 隙大,颗粒细则孔隙小; ? 细颗粒岩土表面积大,孔隙率大: 如粘土孔隙率:45-55%;砾石平均孔隙率:27%。 2、含水介质的水理性质 1)容水性(容水度) ? 容水度——岩土空隙能够容纳一定水量的性能。 ? 容水度值的大小: ? 岩土空隙的多少 ? 水在空隙中充填的程度 如全部空隙被水充满,则容水度在数值上等于孔隙度;对 于具有膨胀性的粘土,充水后其体积会增大,所以容水度 可以大于孔隙度。 2)持水性(持水度) ? 饱水岩土在重力作用下排水后,依靠分子力和毛管力 仍然保持一定水分的能力。 ? 持水度大小取决于岩土颗粒表面对水分子的吸附能力。 3)给水性(给水度) ? 指饱水岩土在重力作用下能自由排出水的性能。 ? 岩土持水度 + 给水度 = 容水度(或孔隙度) 4)透水性(渗透系数) ? 渗透系数:在一定条件下岩土允许水通过的性能。职掌三大工程的冬季施工绝招——离总工就差这, ? K值:岩土空隙的直径大小、连通性,空隙多少。 ? 如:粘土孔隙度很大,但孔隙直径很小,水在这些 微孔中运动时,由于水与孔壁的摩阻力大而难以通 过,而且还由于粘土颗粒表面吸附形成一层结合水 膜,这种水膜几乎占满了整个孔隙,使水更难通过。 (三)蓄水构造 蓄水构造体需具备3个基本条件: 1、要有透水的岩层或岩体所构成的蓄水空间; 2、有相对的隔水岩层或岩体构成的隔水边界; 3、具有透水边界,补给水源和排泄出路。 二、地下水流系统 (一)地下水流系统的基本特征 与地表水系相比较,地下水流系统具有如下的特征: 1、空间上的立体性: ?地表江河水系:呈平面状态展布; ?地下水流系统:自地表面起可直指地下几百上千米 深处,形成空间立体分布,呈现自上到下多层次结构。 2、流线组合的复杂性和不稳定性 : ? ? 地表水系:一般由一条主流和若干等级的支流组合而成; 地下水流系统:众多的流线组合而成,难以区别主流和支 流,具有多变性和不稳定性。 3、流动方向上的下降与上升的并存性: ? ? 地表江河水流:自高向低; 地下水流:补给区下降,排泄区常为上升,甚至形成喷泉。 4、地下水涉及的范围一般比较小,不像地表江河那样组 合成面积广大的大流域系统。 (二)地下水域 ? 地下水域——地下水流系统的集水区域。 ? 它与地表水的流域存在明显区别: ? 地表水:流动受地形控制,其流域范围以地形分 水岭为界,主要表现为平面形态; ? 地下水域:受岩性地质构造控制,并以地下的隔 水边界及水流系统之间的分水界面为界,往往涉 及很大深度,表现为立体的集水空间。 ? 通常,每一个地下水域在地表上均存在相应的补 给区与排泄区; ? 补给区——地表水不断地渗入地下,地面常 呈干旱缺水状态; ? 排泄区——地下水流出,增加了地面上的水 量,呈现相对湿润的状态。 三、地下水系统垂向结构 地下水垂向层次结构(空间立体性): ? 地下水层次结构的基本模式,各地区发育不一致: ? 包气带 土壤水带 结合水(吸湿水、薄膜水) ? 在严重干旱的沙漠地区,包气带很厚,饱和水带 中间过渡带 深埋在地下,甚至基本不存在; 毛管水 毛细水带 ? 在多雨的湿润地区,尤其是在地下水排泄不畅的 ? 饱和水带 潜水带 低洼易涝地带,包气带往往很薄,甚至地下潜水 重力水(潜水、承压水) 面出露地表,所以地下水层次结构不明显。 承压水带 第二节 地下水类型 (一)按地下水的贮存埋藏条件分类 1. 包气带水 结合水(吸湿水、薄膜水) 毛管水(毛管悬着水、毛管上升水) 重力水(上层滞水、渗透重力水) 2. 饱水带水 潜水 承压水 (二)按岩土的贮水空隙的差异分类 1. 孔隙水 2. 裂隙水 3. 岩溶水 二、包气带水 包气带水:贮存在地下自由水面以上包气带中的水。 ? 吸湿水、薄膜水、毛细水、汽态水、过路的重 力渗入水以及上层滞水。 1.包气带水的主要特征: (1)含水率和分布受气象因素影响,呈季节性变化。 ① ② 多雨季节,雨水大量入渗,包气带含水率显著增加; 干旱月分,土壤蒸发强烈,包气带含水量迅速减少。 (2)垂直剖面:愈近表层,含水率变化愈大,逐渐 向下,含水率变化趋于稳定而有规律。 (3)含水率变化与岩土结构,颗粒机械组成(岩土 孔隙大小和孔隙度)有关。 土壤水带: 地表到植物根系分布下限,几十厘米。 中间过渡带: 2.包气带的类型 毛管上升带 :水分蓄存及传送带。 潜水面以上,并以毛管上升高度为限。 水汽、结合水、悬着水 主要特点:含水率自下而上逐渐减小,由饱和含水率 主要特点:水分含量沿深度、时程变化小,运行缓慢, 逐步过渡到与中间过渡带下端相衔接的含水量。 主要特点: 受气象因素影响大,与外界水分交换强烈。 又称含水量稳定带 。 “田间持水量”。 1)厚型:即使在 地下水自由水 面较高的雨季, 带内毛管上升 高度亦不能到 达地表; 2)薄型 : 往往不到1米(几十厘米),只有毛细上升带的 存在,没有中间过渡带,强烈变化不明显。但薄 型包气带之下的潜水季节变化强烈。 ① 毛细上升水可直接到达地表,毛细管象无数的小 吸管,源源不断地将地下水吸至地表,所以地下 潜水蒸发迅速。 ② 包气带薄,降水入渗补给地下水的途径亦短,雨 后地下潜水面上升快。 3)过渡型: 厚度介 于上述两类之间, 存在明显季节性 变化。 ① 雨季,地下水面 上升,包气带变 薄,只存在毛细 上升带; ② 旱季,地下水面 下降,整个包气 带又可区分出3个 亚带。 我国东部平原地区的地下包气带大多属于这种类型。 三、潜水 (一)潜水的概念和主要特征: 饱水带中自地表向下第一个具有自由水面的含水层 中的重力水,称为潜水。 ? 潜水在重力作用下自水位高处向水位低处流动,形 成潜水流。 ? 如遇大面积的不透水底板呈下凹状态,潜水面坡度 近于零,潜水几乎静止不动,可形成潜水湖: 潜水有以下两大特点: (1)潜水面与大气相连通, 任一点压强等于大气压强。 (2)深受外界气象、水文因 素的影响,呈明显季节变 化: ? ? 丰水季潜水补给充足,水面上 升,厚度增大,水质冲淡; 枯水季补给量减少,潜水位下 降,水中矿化度提高。 (二)潜水面形状 1、潜水面可呈现倾斜、抛物线形和水平等多种形状。 2、潜水面随地形变化,上下起伏,形成向排泄区斜 倾的曲面,但曲面的坡度比地面平缓得多。 3、当含水层厚度变大时,潜水面坡度变缓; 4、当岩层透水性变好,潜水面坡度变缓。 2、潜水面表示方法 一般采用两种: (1)绘制水文地质剖面图: 将岩性相同的地层和各点的同一时期的潜水位相 连,就可得潜水面的形状与地貌、隔水层及含水 层岩性的关系等; (2)绘制等水位线图 将某一时间潜水位相同的各点联成等水位线。 高水位期和低水位期等水位线图 地表径流的河岸调节 (三)潜水与地表水之间的互补关系 ① 洪水期,江河水位高于地下潜水位时,潜水流的 水力坡度形成倒比降,于是河水向两岸松散沉积 ? 物中渗透,补给地下潜水。 靠近江河、湖(库)等地表水体的地区,地下潜 ② 水常以潜水流的形式向这些水体汇集,成为地表径 汛期一过,江河水位低落,贮存在河床两岸的地 流的重要补给水源。 下水,重又回归河流。 潜水与地表水相互补给和排泄,称为水力联系。 1. 具有周期性水力联系: 大中型河流的中下游冲积、 淤积平原上较多见。 a. 洪水时,河水渗入两岸 补给地下潜水,部分贮 存于河岸,消减洪水; b. 枯水期,潜水补给河流, 贮存于河岸的水量归流 入河,调节地表径流; 2.具有单向的水力联系: 常见于山前冲积扇地区、河网 灌区以及干旱沙漠区; ? 这些地区的地表江河水位常 年高于地下潜水位,河水常年 渗漏补给地下潜水,地下径流 均为负值。 3.具有间歇性水力联系 : 在丘陵和低山区潜水含水层 较厚的地区比较多见。 a. 洪水期河水位高于潜水位, 河流成为地下潜水的间歇性 补给源; b. 枯水期,地表水与地下水脱 离接触,此时仅在潜水出露 点以悬挂泉的形式出露地表。 4、无水力联系: 地下潜水位恒高于 江河水位,单向的 补给河流,与河流 水不发生水力联系 的关系。 四、承压水 ? 承压水:充满在两个隔水层之间的含水层中的地 下水,是一种有压重力水。 (一)承压水的主要特征 1、承压性 承压水由于存在隔水层顶板而承受静水压力。 ? 初见水位(H1) ? 地下水顺钻孔上升到 一定高度,称承压水 头(h) ? 承压水位(H2) ? 承压水位若高于地表, 自流水 ? 自流井和喷泉的成因: ? 钻通受压地下水带⑵顶部的不透水层⑶,便是普通水 井⑷,井内水面和地下水面⑴相平。 ? 当地下水面的延伸面⑹高于山坡地表时,井内的水受 压自动喷出地面,形成自流井⑸。地下水沿断层⑺流 出地面时,成为泉水⑻。 2、承压水的分布区与补给区不一致 3、受外界的影响相对要小,动态变化相对稳定 ? 隔水层顶板阻隔了外界气候、水文因素对地下水的 影响,水循环弱,补充和恢复缓慢。 4、水质类型多样 ? 从淡水到矿化度极高卤水都存在;甚至有保留着古 代的海相残留水。 (二)承压水的形成 最适宜于承压水形成: 1、向斜盆地构造 ? 向斜盆地构造:承压盆地或自流盆地,大型复式构 造或单一向斜构造。 ? 补给区、承压区及排泄区。 ? 承压区: 排泄区: 补给区: ? ? ? ? ? 位于被河谷切割的相对低洼的地区; 位于盆地中部,分布范围较大,厚度受构造影响; 通常处于盆地的边缘,地形相对较高,受大气降水和 上升泉,补给河流,出流过程稳定。 地表水的入渗补给。 “正水头”, “负水头”。 其上覆盖有隔水层, 从补给区当地来看,它是潜水,具有地下自由水面, 不受静水压力。 2、承压斜地构造 ? 重要特征:含水层的倾没端具有阻水条件。 1、透水层和隔水层相间分布,向一个方向倾斜,地下 水充满在两个隔水层之间的透水层中,形成承压水。 2、含水层上部出露地表,下部在某一深度处尖灭, 岩性由透水层逐渐转化为不透水层。 3、含水层倾没端被阻水断层或阻水岩体封闭,从而形 成承压斜地。 ? 山东济南附近石灰岩层被闪长岩侵入体所掩盖,迫使 岩溶水以泉的形式涌出地表,形成典型的承压水斜地。 ? 补给区、承压区、排泄区,相对位置视具体情况: (三)承压水等水压线 ? 等水压线——某一 含水层中承压水位 相等的各点的连线。 ? 承压水面不同于潜 水面,常与地形极 不吻合,甚至高于 地表面。 五、孔隙水 ? 埋藏于松散岩土孔隙中的重力水。 ? 既可以是承压的,也可以是非承压的。 ? 在我国,孔隙水主要贮存于第四纪和第三纪未胶结 的松散岩土层中。 ? 与裂隙水、岩溶水相比较, 孔隙水由于松散岩层一般连通性好,含水层内水力 联系密切,地下水具有统一水面,其透水性、给水 性的变化较小,孔隙水的运动大多呈层流状态。 据松散沉积物的成因类型及地貌条件上的差异, 分为: a. 山前倾斜平原孔隙水 ? ? 山区与平原相接的过渡地带。 通常由一连串冲积、洪积扇及山麓坡积相连而成。 a. b. c. d. e. 河谷地区的孔隙水 冲积平原孔隙水 山间盆地孔隙水 黄土地区孔隙水 沙漠地区孔隙水等 六、裂隙水 ? 存在于岩石裂隙中的地下水。 ? 裂隙水的埋藏、分布与运动规律,主要受岩 石的裂隙类型、裂隙性质、裂隙发育程度等 因素控制。 1、埋藏与分布极不均匀: ? 贮水裂隙在岩石中分布不均匀。 ? 一般粗粒坚硬岩石的裂隙率要高于细粒柔性的岩石。 2、裂隙水的动力性质比较复杂: ? 基岩裂隙发育程度、裂隙大小、形状以及充填情 况的不同,水在裂隙中的运动性质就不同; ? 水的运动沿裂隙渗流及网脉状流动; ? 透水性在各个方向上呈现向异性的特点。 3、基岩裂隙的发育具有明 显的分带性: ? 由地表向下,裂隙率迅速递 减,渗透系数迅速减小; ? 井孔的涌水量,先增大,到 一定深度后,急剧减少。 裂隙水主要分布于基岩广 布的山区,平原地区一般 仅埋藏于松散沉积物所覆 盖之下的基岩中,在地表 极少出露。 发育不同级次的裂隙岩体 七、岩溶水 ? 在可溶性岩石(如石灰岩、白云岩、石膏等)的溶 隙中贮存、运动的地下水称岩溶水。 ? 我国可溶性岩石广布,尤其是广大西南地区岩溶地 貌发育,岩溶水分布极为广泛,水文情势非常复杂。 1、分布上的不均匀性 ? 由于可溶性岩石的透水性,及岩溶空隙在空间分 布上的不均匀性造成。 ? 石灰岩的原始孔隙很小,透水性能差,但经溶蚀 后产生的溶隙,渗透性增大千万倍,一些巨大的 地下管道和洞穴,可成为地下暗河。 2、地下径流动态不稳定 (1)岩溶水的地下径流速度比其他类型的地下水 流要快,各向异性强; (2)水位与流量过程呈现季节性变化,相差甚远。 3、地表径流与地下径流、无压流与有压流相互转化 ? 一般均具有向地表径流迅速转化的趋势; ? 受岩溶程度差异、地貌构造形态等影响,地表明流与 地下暗河之间频繁交替转化; ? 当地下径流遇到非可溶性岩或阻水断层的阻隔时,常 以泉或冒水洞的形式转化为地表明流。

本站文章于2019-10-22 04:08,互联网采集,如有侵权请发邮件联系我们,我们在第一时间删除。 转载请注明:16-地下水的布局与运动解析

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