地下水按含水空间、分类、特征及地下水物化性质与国民经济发展的关系.doc

地下水按含水空间、分类、特征及地下水物化性质与国民经济发展的关系摘要：简述了地下水的物理性质与化学成分，地下水一般的分类方法及按含水空间划分类型，地下水与国民经济的关系及个人学习水文地质学的感想。Abstract：Introduction to the physical properties and chemical compositions of groundwather,the general classification，the fellowship between groundwater and National economy，and personal impression of Hydrogeology lessons.关键词：地下水 物理性质 化学成分 分类 国民经济Key words：groundwater；physical properties；chemical compositions；classification；National economy第一章 水文地质学的研究对象与任务水文地质学是研究地下水的科学。地下水是埋藏在地表以下土层或岩石空隙中的水。我们常见的井水和泉水都是地下水。水文地质学的任务是研究地下水的形成、运动、水质、水量、埋藏和分布的规律同时还研究如何合理地开发利用地下水，以及如何有效地防治地下水危害的各种实际问题。第二章 地下水的物理性质地下水的物理性质反映了溶解和悬浮在水中的物质成分以及水所处的地质环境，也是水质评价的直接指标。地下水的物理性质有：温度、颜色、嗅（气味）、味（口味）、透明度、放射性、导电性等几方面。一、温度自然界中，地下水的温度变化很大。其随时间而变化，它受气候、地球内热、地下水运动速度、为类活动等因素影响。地下水的温度随深度而变化，表层水温变化最大，越向深度温度变化越小，而到常温带时，温度变幅近于0。二、颜色地下水一般是无色的，有时由于含有某种离子较多，或者富集悬浮物质和胶体物质，可以显示出各种各样的颜色（表21）。水中存在物质与水的颜色关系 表21水中存在物质硬水低价铁高价铁硫化氢硫细菌锰的化合物腐植酸盐水的颜色浅兰灰兰黄褐暗绿红色暗红暗黄或灰黑三、透明度地下水一般是透明的，水中若含有泥砂、腐植质等能使水混浊。悬浮物质的含量越大，则透明度越小。四、嗅（气味）地下水通常是无气味的，水中的气味取决于所含的气体成分与有机物质。硫化氢气体使水具有臭鸡蛋味，腐植质使水具有霉味，亚铁离子使水具有铁腥味。五、味（口味）纯水淡而无味，地下水的味道取决于水中溶解的盐类和有机质（44）。含水较高的二氧化碳时，水清凉可口；含重碳酸钙、镁的水味美适口；氯化钠的水具咸味；硫酸钠的水具涩味；氯化镁或硫酸镁的水具苦味；氧化亚铁的水具墨水味；氧化铁的水具铁锈味；有机质或腐植质较高时水具甜味，但不宜饮用。六、比重水在各种温度下的比重是不同的，纯水在4时比重为1。地下水的比重取决于溶解盐类的含量，溶解的盐类越多，比重就越大，一般地下水的比重常接近1，海水、卤水、油田水的比重大于1。七、导电性地下水的导电性取决于其中所含电解质的数量及性质（即各种离子的含量及离子价）。离子含量越高，离子价越高，导电性越强。八、放射性水的放射性取决于其中放射性物质的含量，通常以铀、镭、氡为最多。地下水按放射性可分为强放射性水、中等放射性水和弱放射性水三级。第三章 地下水的主要化学成分地下水是由各种无机物和有机物组成的天然溶液，从化学成分来看，它是溶解的气体、离子以及来源于矿物和生物胶体物质的复杂综合体。一、地下水中的主要气体成分（一）氧（O2）、氮（N2）氧是地壳中分布最广的元素，地下水中氧主要来源于大气，在高度25km大气圈中氧的含量占20.95%。其次，植物光合作用也能析出氧。氮在空气中占78.09%，地下水中的氮气主要来源于大气，结晶岩地区一些构造破碎带的低矿化度含氮温泉，以及火山热液气体成分中，经常含有氮气。（二）硫化氢（H2S）天然水中硫化氢的含量很少，能够呈溶解气体和硫氢酸盐的离解形式存在。地下水中硫化氢来源于硫酸盐的还原、硫化物的分解以及火山喷发物质。（三）二氧化碳（CO2）二氧化碳的来源很复杂，它可能来自大气（空气中二氧化碳占0.03%）；土壤中生物化学作用（土壤中每年形成 13.51010吨CO2）；火山岩浆活动地带碳酸盐遇热分解：二、地下水中的主要离子成分地下水中离子成分是水溶解矿物盐分的产物。一般地下水中分布最广泛的离子有CI-、SO2-4、HCO-3、Na+、Mg2+、Ca2+以及K+等七种。这七种离子在很大程度上决定了地下水化学的基本特性。三、地下水中的主要微量元素在水中元素含量小于10mg/L时称为微量元素，但在个别情况下可以超过此值。微量元素有：溴（Br）、碘（I）、氟（F）、硼（B）、磷（P）、铅（Pb）、锌（Zn）、锂（Li）、铷（Rb）、锶（Sr）、钡（Ba）、砷（As）、钼（Mo）、铜（Cu）、钴（Co）、镍（Ni）、银（Ag）、铍（Be）、汞（Hg）、锑（Sb）、铋（Bi）、钒（V）、钨（W）、铬（Cr）、锰（Mn）及放射性元素：铀（U）、镭（Ra）、氡（Rn）、钍（Th）等。水中微量元素呈胶体，分子和离子形式存在。它们的含量一般低于1mg/L，因此，常用g/L表示（1g =0.001mg）。四、地下水中的其他成分（一）地下水中的胶体成分纯水一般呈真溶液状态，由于溶解某些盐类或含有固体悬浮物质往往形成胶体溶液或悬浊液。组成地下水中胶体的成分很多，但由于许多胶体成分不稳定，易生成次生矿物而沉淀。地下水中胶体成分主要有硅酸、氢氧化铁、氢氧化铝。（二）地下水中的有机质有机质的化学成分十分复杂，构成有机质的主要元素碳、氢、氧占98.5%，此外还有少量的氮、磷、硫、钾、钙等元素。（三）地下水中的细菌成分地下水细菌成分来自生活污水，生物制品、制纸等各种工业废水，这些污水中往往含有各种病原菌，流入水体后会传染各种疾病。此外，人类及动物的排泄物也能产生致病菌，污染地下水。第四章 地下水的分类方法一、概述地下水赋存于各种自然条件下，其聚集、运移的过程各不相同。因而在埋藏条件、分布规律、水力特征、物理性质、化学成分、动态变化等方面都具有不同的特点。为了便于研究和利用地下水，人们通过对地下水特征及赋存条件的分析，将某些基本特征相同的地下水加以归纳合并，划分成简明的类型，这就是地下水的分类。目前地下水的分类原则和方法虽有许多种，但总的可分为两大类，一类是根据地下水的某一特征进行单一因素分类；另一类则是考虑地下水的几个特征或赋存的某些条件进行综合因素分类。二、地下水类型的划分（一）单一因素分类常见的类型有以下几种。但根据工作的需要可以划分更多的类型。1.根据地下水起源的分类按地下水起源的不同，可将地下水分为渗入水、凝结水、埋藏水、再生水、初生水。2.根据化学成分，可把地下水分为不同化学类型和矿化程度的水。如前章所述，按苏卡列夫分类法，把地下水分为49种化学类型。按地下水矿化度的不同，分为淡水、微咸水、咸水、盐水、卤水等。3.根据地下水温的不同，分为过冷水、冷水、热水、过热水等。单一因素分类还可分很多，不一一叙述了。这种分类的优点简单明了、目的性强。按地下水起源分类只适用于从理论上探索研究地下水的成因。而后几种分类一般适用于专项研究，其缺点是只能反映地下水的一个特征。（二）综合因素分类地下水的赋存特征对其水量、水质和时空分布等有决定意义，其中最重要的是埋藏条件与含水层的空隙性质。所谓地下水的埋藏条件，是指含水岩层在地质剖面中所处的位置及受隔水层限制的情况。目前，我国常根据地下水的埋藏条件和含水岩层的空隙性，将地下水分别分为包气带水、潜水、及承压水；和孔隙水、裂隙水及岩溶水。将二者组合可分为九种复合类型的地下水（如表4-1）。 地下水分类表 表4-1按空间性质按埋藏条件孔隙水裂隙水岩溶水包气带水土壤水，存在局部隔水层上的季节性重力水（上层滞水）、过路重力水及悬挂毛细水裸露裂隙岩层中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存在的重力水潜水各种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松散沉积物构成的山间盆地、自流斜地、及堆积平原深部的水构造盆地、向斜或单斜断裂被掩覆的各类裂隙岩层中的水构造盆地、向斜或单斜断裂被掩覆的岩溶化岩层中的水这种分类适合于综合性调查研究工作。借此分类能反映出一个地区的水文地质规律，但应当看到，任何分类都不可能不带有某些人为性，因而它也不可能完全概括纷繁复杂的自然现象。第五章 地下水按含水空间分类特征地下水按照含水空间分类可分为孔隙水、裂隙水、岩溶水三种类型。一 、孔隙水孔隙水指赋存于松散沉积物颗粒构成的孔隙网络之中的地下水。 分布 第四纪松散沉积物 部分第三纪胶结程度差的沉积岩 基岩风化壳特点 在空间上呈连续、均匀和层状分布，同一含水层中的水具有统一的地下水面 自然条件下呈层流，符合达西定律 不同地貌单元和成因类型的第四纪沉积物中有不同的地下水特征。其优点是：分布普遍，埋藏较浅，易于开采等（一）洪积物中的地下水洪积物：暂时性集中洪流在山前出山口地带堆积 形成的一种堆积物，广泛分布于山间盆地和山前倾斜平原地带。总体规律： 由山口向平原（盆地），由于水动力条件控制着沉积作用，洪积扇显示良好的地貌岩性分带：地貌上坡度由陡变缓，岩性上由粗变细。从而决定了岩层透水性由好到差，地下水位埋深由大到小，补给条件由好到差；随之，排泄由径流为主转化到以蒸发为主，水化学作用由溶滤到浓缩，矿化度由小到大，水化学类型产生相应变化；地下水位的变动也由大到小。（二）冲击物中的地下水冲积物：经常性水流形成的堆积物。即河流沉积作用形成的堆积物。河流上、中、下游沉积特征不同，因而冲积物的水文地质特征也不同。特点埋藏浅，上部潜水，下部微承压水。大气降水、边缘山区基岩裂隙水和洪水期的地表水补给；蒸发和泄流排泄。水量丰富，水质好，为HCO3Ca型水。北方冲积平原：如黄河下游冲积平原（三）湖积物中的地下水l 地下水特点滨湖沉积层中的地下水赋存潜水水量一般不大湖盆沉积层中的地下水赋存承压水，但富水性差；水质差，有淤泥质臭味，且有时富含Fe2+，使用价值不大。但在盐湖地区的下部，有机质和Fe2+含量低，可用于小型供水。滨湖三角洲沉积层中地下水赋存承压水水量丰富，并可自流湖泊沉积层之下的承压 水常有更早期的冲积冰积等成因的砂砾石层，其中有较丰富的承压水（四）黄土中的地下水黄土特点一般呈棕黄色，有的地区微显红色 岩性：以粉土为主（粉土含量大于60% ）厚度： Q1+2几m200m； Q3几m十几m质地均一，富含钙质（结核）具多孔性和大孔性（虫孔、根孔等）崩解性和湿陷性垂直节理发育，垂向渗透系数比水平向大几倍到几十倍地下水特点及影响因素地下水总体特征水量不丰富，埋深大，水质差二 裂隙水裂隙水指赋存在坚硬岩石裂隙之中的水。由于坚硬岩石裂隙发育和分布的复杂性，使得裂隙水呈现出与孔隙水相差甚远的赋存特征。坚硬岩石在多种地质营力的作用下，产生各种裂隙 ：成岩裂隙；风化裂隙；构造裂隙。赋存并运动在这些裂隙中的水，统称为裂隙水。裂隙水的富水程度、分布特点、埋藏规律以及水动态状况，均受裂隙发育特点的控制。所以裂隙水具有与裂隙发育类似的特点，即分布不均匀、各向异性，水力联系不佳。（一）构造裂隙水构造裂隙水是指赋存在由地质构造运动而产生的裂隙之中的水。裂隙的发育情况决定着裂隙水的分布。一般情况下，在构造应力集中之部位裂隙发育；坚硬的脆性岩石容易形成裂隙。所以在背斜轴部，穹窿核部，枢纽的倾伏端处裂隙发育而富水；脆性岩石易破裂也富水，断裂带也富水。（二）成岩裂隙水岩石在形成过程中受内部应力作用而产生的原生裂隙中赋存的地下水称为成岩裂隙水。沉积岩和深成岩浆岩的成岩裂隙通常是闭合的，含水意义不大。最有意义是玄武岩成岩裂隙。陆地喷发的玄武岩岩浆，在冷凝收缩过程中产生的六方柱状节理属于成岩裂隙（还有气孔）。此类裂隙张开性一般较好，且分布均匀、密集，连通性好，常构成贮水丰富、导水通畅的层状裂隙含水系统。（三）风化裂隙水在风化营力作用下形成的裂隙中的水。风化裂隙多分布于地表附近，它是暴露于大气的岩石，在湿度、水、空气、生物等风化营力的共同作用下形成的裂隙。由于风化作用首先在地表岩石的薄弱部位进行，所以风化裂隙常在成岩裂隙和构造裂隙的基础上进一步发展。三、岩溶水岩溶水指赋存于各种岩溶空间之中的水。岩溶是指可溶性岩层（主要是石灰岩、白云岩及其他可溶性盐类岩石）分布地区，岩石长期受水的淋漓、冲刷、溶蚀等地质作用而形成的一些独特的地貌景观，属于一种综合地质作用。岩溶作用包括化学过程（溶蚀和沉淀）和机械过程（流水的侵蚀和沉积，重力崩塌、坍陷和堆积等）。 形态如：溶洞、溶孔、落水洞、溶沟、石林、石笋、钟乳石、暗河等。 岩溶形态示意图 1石林；2溶沟；3漏斗；4落水洞；5溶洞；6暗河；7钟乳石；8石笋第六章 地下水与国民经济发展的关系水资源是人类生产和生活不可缺少的自然资源，也是生物赖以生纯的环境资源。地下水是水资源的重要组成部分，在保障我国城乡居民用水，支持社会经济发展和维持生态平衡等方面发挥了重要作用，尤其是在地表水相对贫乏的干旱半干旱地区，地下水资源具有不可替代的作用。 地下水在我们生产生活中起着不可替代作用：（一）地下水是城市供水的重要水源我国西安，成都等61个大城市也以地下水作为供水水源。（二）工业生产需要大量用水，通常地下水能满足要求。（三）地下水是我国农业的基本保障，我国干旱半干旱地区占总面积1/3以上，这些地区的生活和灌溉用水主要取用山前和山间盆地内丰富的地下水。（四）地下水是良好的载热物质，可将热能源源不断地输送到地表供人们使用。地热已广泛应用于发电、工业锅炉、农业灌溉和医疗卫生等方面。（五）某些地区的地下水含有碘等特殊化学成分，可治疗某些疾病。（六）近年来利用地下水化学成分作为找矿标志寻找某些有用矿产的工作得到了很大的发展。（七）地下水的合理开发利用，在南水北调中起着改造咸水，改变土壤盐碱化等作用。同时，地下水的超采对农业灌溉和生态环境造成了严重影响。主要表现在：1)地下水持续下降，形成大面积地下水漏斗，部分地区含水层被疏；干；2）海水入侵与水质恶化；3）超采区发生地面沉降，裂缝和塌陷；4）提水费用增加，含水层枯竭，机井报废；5）天然植被衰退，生态环境恶化；6）由于超采区地下水位于邻近地区，不仅灌区地表水带来的盐分