第6章 不同介质中的地下水课件

第六章不同介质中的地下水第6章不同介质中的地下水2本章内容6.1

孔隙水6.2裂隙水6.3

岩溶水第6章不同介质中的地下水36.1孔隙水（porewater）6.1.1洪积物中的地下水6.1.2冲积物中的地下水6.1.3黄土高原中的地下水第6章不同介质中的地下水4孔隙介质：6.1.1洪积物中的地下水松散岩土体是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。孔隙水赋存于松散沉积物颗粒构成的孔隙网络之中。胶结或半胶结的松散沉积物，赋存孔隙地下水。第6章不同介质中的地下水5河流的空间形态第6章不同介质中的地下水6山口沉积作用山口沉积作用河口沉积作用河流的沉积作用第6章不同介质中的地下水7第6章不同介质中的地下水8洪积扇（裙）洪水沉积作用的结果——洪积扇（裙）洪积裙洪积扇：洪流携带大量泥沙、石块到沟口，由于坡度减小，洪流无侧壁约束，水流分散，动能迅速减弱，所搬运的碎屑物在沟口大量沉积，形成扇形堆积地貌。洪积扇第6章不同介质中的地下水9第6章不同介质中的地下水10第6章不同介质中的地下水11第6章不同介质中的地下水12第6章不同介质中的地下水13孔隙水的特点：水量空间分布均匀，连续性好一般呈层状分布（与岩层分布一致）同一含水层中的孔隙水具有密切的水力联系，并具有统一的地下水位孔隙水的流动通常呈层流流态，符合达西定律第6章不同介质中的地下水14典型地区洪积扇(Alluvialfan)的形成第6章不同介质中的地下水15第6章不同介质中的地下水16典型地区洪积扇沉积物的分带性第6章不同介质中的地下水17地下水赋存条件与特征第6章不同介质中的地下水18地下水的特征具明显的分带性—赋存第6章不同介质中的地下水19地下水赋存条件与特征—补给与排泄第6章不同介质中的地下水20地下水赋存条件与特征—水化学第6章不同介质中的地下水21地下水赋存条件与特征—动态与均衡第6章不同介质中的地下水22第6章不同介质中的地下水23松散沉积物地下水赋存条件——小结综合上述分析：

分析不同沉积物类型的地下水赋存、运动和水化学特征等（简称水文地质条件），应从沉积物形成时的水动力场到沉积物沉积规律，再到地下水的分带性特征来进行。掌握分析问题的思路与方法比死记更重要，即：普通地质作用---地质地貌---水文地质条件第6章不同介质中的地下水某些新构造运动影响的洪积扇

山前水位埋深深

浅

深浅

第6章不同介质中的地下水25新构造运动引起的洪积扇地下水位异常1—隔水基岩；2—砾石；3—砂；4—粘性土；5—潜水位；6—泉山前水位埋深深浅深浅

第6章不同介质中的地下水26河流沉积物（冲积物）的特征

以机械碎屑为主

砾石的磨圆好

发育二元结构

常发育层理

沉积物分选性好

从上游到下游沉积物逐渐变细6.1.2冲积平原中的地下水（fluvialplain）第6章不同介质中的地下水27上游

中游

下游地质作用侵蚀作用

堆积作用水量大、流速快

水量小、流速慢粒度粗（砾，粗砂）

细（细砂，粘土）沉积特征分选差

好

结构单一

二元结构透水性（K）

好

较差补给少

多排泄方式径流排泄

径流蒸发排泄水质好

较差第6章不同介质中的地下水28河流沉积物与洪积物相比①经常性水流作用的结果②河流是线状或带状的，横向与纵向差异大，在冲积平原区往往发育有多条河流，交织改道长期作用（以河流下游冲积平原为例）第6章不同介质中的地下水29冲积平原中的河道变迁及砂层的几何形态第6章不同介质中的地下水30郑州黄河中下游剖面—水文地质剖面第6章不同介质中的地下水31古河道现代河道河间洼地古河道——河间洼地：地形与岩性第6章不同介质中的地下水32古河道现代河道河间洼地古河道——河间洼地：地下水赋存、补给与排泄第6章不同介质中的地下水33古河道现代河道河间洼地古河道——河间洼地：地下水化学特征第6章不同介质中的地下水34地下水的分带性：古河道（现代河道）—

河间洼地地形高

低岩性（粒度）

粗

细地下水埋深深

浅补给条件好

差排泄径流

蒸发排泄水化学（水型）溶滤作用

浓缩作用矿化度（TDS）

HCO3,

TDS↓

Cl,TDS↑第6章不同介质中的地下水35冲积平原地下水的分带性的特点第6章不同介质中的地下水36黄土是特定地质历史时期的沉积物在我国西部广泛、大面积分布，而西部地区又是我国干旱半干旱气候区，水资源严重匮乏，基本上无常年性河流（或地表水），地下水水量也不丰富，赋存于黄土孔隙与裂隙中的地下水是当地人民生活的主要水源黄土特征：厚度大，结构疏松，粉土含量大于60%，含钙质结合，呈棕黄，微红，棕黑色，黄土形成时期：第四纪中、下更新世（Q2与Q3黄土）6.3黄土高原的地下水（风成作用）第6章不同介质中的地下水37黄土地区的地貌形态：塬、梁峁，黄土杖（撑）地6.3黄土高原的地下水（风成作用）第6章不同介质中的地下水38第6章不同介质中的地下水39塬中塬边（杖地）水位埋深大（塬中部较小）

小补给：有利于

不利于排泄：弱

较强，强水化学溶滤

浓缩矿化度中

矿化度大有利打井取水区为塬中心，或边坡地带第6章不同介质中的地下水40黄土梁、峁地面起伏大，不利于降水入渗和地下水的赋存，水位埋深大黄土杖地赋存有水量较小，水位较浅的地下水，可供少量居民用水或畜牧用水6.3黄土高原的地下水（风成作用）第6章不同介质中的地下水请自学教材P94-P103内容(湖积物、滨海三角洲沉积物、冰川沉积物、多年冻土区的地下水)掌握分析问题的方法：沉积环境

水动力条件

沉积规律

地下水特征从沉积物的沉积环境（水动力条件）出发，分析沉积物的沉积规律，进一步分析地下水的特征的思路与方法。本章的重点是掌握洪积物和冲积物中地下水的赋存、运动、水化学和水动态的分带性特点。第6章不同介质中的地下水42思考题（1）洪积扇中地下水分布的一般规律（即赋存条件与特征）有哪些？（2）分析冲洪积平原中地下水的分带性特征。第6章不同介质中的地下水436.2裂隙水（fracturewater）6.2.1裂隙介质6.2.2裂隙水的特点6.2.3构造裂隙水6.2.4断层带的水文地质意义6.2.5裂隙介质的研究方法第6章不同介质中的地下水446.2.1裂隙介质坚硬基岩在应力作用下产生各种裂隙：

成岩过程中形成成岩裂隙； 经历构造变动产生构造裂隙; 风化作用可形成风化裂隙。花岗岩冷凝过程中形成裂隙（originalfracture)

（tectonicfracture)（weatheringfracture）

第6章不同介质中的地下水45台湾澎湖列岛柱状节理玄武岩

成岩裂隙峨眉山柱状节理玄武岩

砂岩中的沉积成岩裂隙灰岩中的沉积成岩裂隙第6章不同介质中的地下水46穹隆构造隆起中心在丫口后山，水系从隆起中心向四周呈放射状分布。穹隆构造火大坝2100m澜沧江黑河烧寨沟丫口后山构造裂隙穹隆构造的隆升形成了环状和放射状张裂隙。第6章不同介质中的地下水47风化(卸荷）裂隙第6章不同介质中的地下水48裂隙的调查与统计开挖边坡的精细素描第6章不同介质中的地下水49

开挖边坡地质展示图第6章不同介质中的地下水50主要发育方向的评价裂隙极点图裂隙等密度图裂隙玫瑰图裂隙间距与密度裂隙率岩石完整性系数发育程度的评价裂隙的调查与统计第6章不同介质中的地下水51裂隙及裂隙网络单个裂隙裂隙网络第6章不同介质中的地下水52断层破碎带宽度10m～20m，构造岩为角砾岩、糜棱岩及断层泥，胶结差，其两侧影响带宽度约10m～50m。大断层微小裂隙中裂隙第6章不同介质中的地下水53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——KX≠KY坚硬基岩的裂隙率较低——比松散岩石的孔隙率小一到两个数量级6.2.2裂隙水的特点定义：贮存并运动在基岩裂隙系统中的地下水，称为裂隙水。第6章不同介质中的地下水54裂隙水按其介质中空隙的成因可分为：（1）成岩裂隙水（2）风化裂隙水（3）构造裂隙水层状裂隙水（stratiformwater）

脉状裂隙水（veinywater）

第6章不同介质中的地下水55风化裂隙水示意图——层状裂隙水（局部性）风化裂隙深度有限局部形成层状裂隙含水层动态变化大第6章不同介质中的地下水56(1)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）间一定延伸，宽度大，如正断层，1条/几米裂隙水的渗流特征裂隙网络裂隙大小第6章不同介质中的地下水57裂隙含水系统的特点：

①裂隙岩层一般并不形成具有统一水力联系、水量分布均匀的含水层，而通常由部分裂隙在岩层中某些局部范围内连通构成若干带状或脉状裂隙含水系统；

②岩层中各裂隙含水系统内部具有统一的水力联系，水位受该系统最低出露点控制；

③各个系统与系统之间没有或仅有微弱的水力联系，各有自己的补给范围、排泄点及动态特征，其水量的大小取决于自身的规模；

④规模大的系统贮容能力大，补给范围广，水量丰富，动态比较稳定。

第6章不同介质中的地下水58(2)不同级次裂隙的作用微裂隙→储水作用，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空隙网络：是复合的树状结构（脉、枝、干构成）打在脉上只能抽取或排出有限的水打在干上才能抽取或排出大量的水应用：矿坑排水、基坑排水、洞室开挖、在文物保护中、供水第6章不同介质中的地下水59(3)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第6章不同介质中的地下水60(a)-(c)平面等效(b)-(d)剖面等效第6章不同介质中的地下水61裂隙水流系统孔隙水流系统第6章不同介质中的地下水626.2.2裂隙水的特点——小结裂隙渗流场：——等效多孔介质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第6章不同介质中的地下水63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，压）构造部位

背斜核部、断层带附近等构造应力集中部位6.2.3构造裂隙水第6章不同介质中的地下水64夹于塑性岩层中的脆性岩层裂隙发育特征ABABA.脉状裂隙水B.层状裂隙水图中-岩层：脆性岩层（厚层状与薄层状）；塑性岩层；张开裂隙；井及地下水位；无水干井；第6章不同介质中的地下水651-横裂隙;2-斜裂隙;3-纵裂隙;4-层面裂隙;5-顺层裂隙层状岩层构造裂隙示意图第6章不同介质中的地下水66（1）断裂带的导水性——影响因素断层两盘岩性：（张性断层）脆/脆——导水

发育于脆性岩层中的张性断裂，断裂带为疏松多孔的构造角砾岩，两侧为张开度及裂隙率都增大的裂隙增强带，具良好的导水能力。

脆/塑——部分导水塑/塑——不导水

发育于塑性岩层中的张性断裂，构造岩夹有大量泥质，两侧的裂隙增强不明显，往往导水不良甚至隔水。

断层的力学性质：

张性断裂带导水（与断层两盘岩性有关）压性断裂带不导水6.2.4断裂带的水文地质意义第6章不同介质中的地下水67（2）断裂带的水文地质意义贮水空间作用集水廓道作用导水通道作用隔水屏障作用（隔水边界）断裂带的水文地质意义第6章不同介质中的地下水686.2裂隙水——小结（1）裂隙水的特征与不同类型的裂隙成因有关。（2）风化裂隙与成岩裂隙的分布具有局限性。风化裂隙近地表一定深度，规模有限；有水文地质意义的成岩裂隙，一般限于火成岩的侵入或喷发岩类，也包括岩脉接触带。（3）构造裂隙由于其分布广、规模大，为裂隙水中最有意义的类型。构造裂隙的发育与岩性和构造应力有关。（4）裂隙网络的构成与空间分布，是研究裂隙水特征的基础。（5）断裂带的特殊水文地质作用，使其在利用与排除地下水的实际中有着极为重要的意义。第6章不同介质中的地下水69思考：下图中断层的水文地质意义如何？第6章不同介质中的地下水70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6.3岩溶水第6章不同介质中的地下水71第6章不同介质中的地下水72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O2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，隧道施工困难重重第6章不同介质中的地下水736.3.2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？？）一、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（CO2）-从开放体系中的平衡（碳酸）过程来分析

第6章不同介质中的地下水74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：H2CO3,HCO3-CO32-

第一条途径：水与气

第二条途径：水与固

第6章不同介质中的地下水75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CO32-

结果：增加Ca2+HCO3-CO2的参与是岩溶发育的另一重要前提，也是影响因素之一

[CO2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?第6章不同介质中的地下水766.3.3岩溶水系统的演变

1地下水流对介质的改造（机理）岩溶水与孔隙水裂隙水最大的不同，就是其介质可以被改造，水流特征不断变化，介质特征也不断变化初始介质场K0——

V0

K1——

V1K2——V2……….………Kn——Vn

K小V小水流分散

K大V大水流集中

从系统动力学角度-----正反馈过程第6章不同介质中的地下水77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第6章不同介质中的地下水78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---第6章不同介质中的地下水79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第6章不同介质中的地下水80岩溶水系统演变过程A)岩溶发育初期B)局部岩溶水系统发育阶段甲河乙河甲河乙河第6章不同介质中的地下水81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第6章不同介质中的地下水82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6.3.4岩溶水的特征第6章不同介质中的地下水83

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

第6章不同介质中的地下水84典型岩溶水系统结构概化图由表层岩溶带、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。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

第6章不同介质中的地下水85岩溶介质中的地下水流动旱季情况下雨季情况下第6章不同介质中的地下水866.3.5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、