地下水资源及其基本特征

1、7.1 7.1 地下水系统的组成与结构地下水系统的组成与结构 7.1.1 7.1.1 地下水的存储空间地下水的存储空间 1.1.含水介质、含水层和隔水层含水介质、含水层和隔水层 (1)(1)含水介质：含水介质： 自然界的岩石、土壤均是多孔介质，在他们的固体骨架间自然界的岩石、土壤均是多孔介质，在他们的固体骨架间 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。水，有的不含水，有的虽然含水却难以透水。 通常把通常把既能透水，又饱含水的多孔介质既能透水，又饱含水的多孔介质称为含水介质称为含水介质

2、(2)含水层： 指储存地下水，并在自然状态或人为条件下，能够流出地 下水的岩体。由于这类含水的岩体大多成层状，故名含水层。 如砂层、砂砾石层等。 第1页/共59页 (3)隔水层： 指那些既不能给出又不能透过水的岩层，或者它给出或透过 的水量都很少。如质地致密的火成岩、变质岩，以及孔隙细小的 页岩和粘土层均可成为良好的隔水层。 (4)构成含水层的条件： l 储水空间（前提条件）：空隙储水空间（前提条件）：空隙 l 储水构造：保存住地下水的地质构造，即下部有隔水层托储水构造：保存住地下水的地质构造，即下部有隔水层托 住重力水，并在水平方向上具有某种隔水边界住重力水，并在水平方向上具有某种隔水边界

3、l 良好的补给来源良好的补给来源 第2页/共59页 2.2.含水介质的空隙性和水理性含水介质的空隙性和水理性 (1)(1)含水介质的空隙性含水介质的空隙性 空隙的多少、大小、均匀程度及其连通情况，直接决定了地空隙的多少、大小、均匀程度及其连通情况，直接决定了地 下水的埋藏、分布和运动特性下水的埋藏、分布和运动特性 l 松散沉积物颗粒松散沉积物颗粒之间的空隙称为之间的空隙称为孔隙孔隙 l 坚硬岩石坚硬岩石因破裂产生的空隙称为因破裂产生的空隙称为裂隙裂隙( (成岩裂隙、构造裂隙等成岩裂隙、构造裂隙等) ) l 可溶性岩石可溶性岩石中的空隙称为中的空隙称为溶隙溶隙 -孔隙率孔隙率( (孔隙度孔隙度)

4、 ) 孔隙体积与包括孔隙在内的岩土体积之比孔隙体积与包括孔隙在内的岩土体积之比. .它是反映含水它是反映含水 介质特性的重要指标介质特性的重要指标, ,孔隙率只有孔隙数量多少的概念孔隙率只有孔隙数量多少的概念, ,并不说并不说 明孔隙本身的大小明孔隙本身的大小 第3页/共59页 -岩溶率岩溶率 溶隙的体积与包括溶隙在内的岩石体积之比溶隙的体积与包括溶隙在内的岩石体积之比 溶隙与裂隙相比较溶隙与裂隙相比较, ,在形状、大小等方面显得更加在形状、大小等方面显得更加千变万千变万 化化 -裂隙率裂隙率 裂隙体积与包括裂隙在内的岩土体积之比裂隙体积与包括裂隙在内的岩土体积之比. .与孔隙相比裂与孔隙相比

5、裂 隙的分布具有隙的分布具有明显的不均匀性明显的不均匀性. . 岩土的空隙，虽然为地下水提供了存在的空间，岩土的空隙，虽然为地下水提供了存在的空间， 但水能否自由的进出这些空间，以及岩土保持水的能但水能否自由的进出这些空间，以及岩土保持水的能 力，却与岩土表面控制水分活动的条件、性质有很大力，却与岩土表面控制水分活动的条件、性质有很大 的关系。这些与水分的储容、运移有关的岩石性质，的关系。这些与水分的储容、运移有关的岩石性质， 称为称为含水介质的水理性质含水介质的水理性质 第4页/共59页 (2)(2)含水介质的水理性质（含水介质的水理性质（容水性、持水性、给水性、透水性容水性、持水性、给水性

6、、透水性） -容水性容水性 指在常压下岩土空隙能够容纳一定水量的性能指在常压下岩土空隙能够容纳一定水量的性能, ,以容水度以容水度 来表示来表示 容水度容水度: :岩土空隙能够容纳水量的体积与岩土总体积之比岩土空隙能够容纳水量的体积与岩土总体积之比 容水度和空隙度的关系？容水度和空隙度的关系？ -持水性持水性 饱和岩土在重力作用下释水时饱和岩土在重力作用下释水时, ,在分子力和毛管力的作用在分子力和毛管力的作用 下下, ,能在其空隙中保持一定水量的性能能在其空隙中保持一定水量的性能, ,用持水度来衡量用持水度来衡量. . 持水度持水度: :饱和岩土经重力排水后所保持水的体积与岩石体饱和岩土经重

7、力排水后所保持水的体积与岩石体 积之比积之比. . 岩石颗粒越细岩石颗粒越细, ,空隙越小空隙越小, ,持水度越大持水度越大. . 第5页/共59页 -给水性给水性 饱和岩土在重力作用下饱和岩土在重力作用下, ,能自由排出水的性能能自由排出水的性能, ,用给水度来用给水度来 衡量衡量. . 给水度给水度: :饱水岩土在重力作用下能排出水的体积与岩石体饱水岩土在重力作用下能排出水的体积与岩石体 积之比（积之比（给水度与容水度、持水度的关系？给水度与容水度、持水度的关系？） -透水性透水性 在一定条件下在一定条件下, ,岩土允许水透过的能力岩土允许水透过的能力, ,用渗透系数用渗透系数(K)(K)

8、表表 示示. .岩石透水性能主要取决于岩石空隙的大小和连通程度岩石透水性能主要取决于岩石空隙的大小和连通程度, ,其次其次 才和空隙的多少有关才和空隙的多少有关. . 渗透系数渗透系数具有与渗透速度相同的量钢具有与渗透速度相同的量钢(m/d,cm/s). (m/d,cm/s). 渗透系渗透系 数数K K值小于值小于0.001m/d0.001m/d的岩土的岩土, ,列入隔水层列入隔水层, , 0.001m/d0.001m/d的岩土的岩土 属透水层属透水层 渗透性好的岩层渗透性好的岩层, ,一定能形成含水层一定能形成含水层? ? 第6页/共59页 1.1.地下水流系统的基本特征地下水流系统的基本特

9、征 7.1.2 7.1.2 地下水流系统地下水流系统 (1) (1) 空间上的立体性空间上的立体性 地下水流系统往往自地表面起可直指地下几百米上千米地下水流系统往往自地表面起可直指地下几百米上千米 处处, ,形成空间立体分布形成空间立体分布, ,并自上到下呈现多层次的结构并自上到下呈现多层次的结构 (2)(2)流线组合的复杂性和不稳定性流线组合的复杂性和不稳定性 地下水流系统由众多的流线组合而成的复杂的动态系统地下水流系统由众多的流线组合而成的复杂的动态系统, , 在系统内部不仅难以区别主流和支流在系统内部不仅难以区别主流和支流, ,而且具有多变形和不而且具有多变形和不 稳定性稳定性 (3)(

10、3)流动方向上的下降与上升的并存性流动方向上的下降与上升的并存性 地下水流方向在补给区表现为下降地下水流方向在补给区表现为下降, ,但在排泄区则往往但在排泄区则往往 表现为上升表现为上升 第7页/共59页 2.2.地下水域地下水域 l 地下水域就是地下水域就是地下水系统的集水区域地下水系统的集水区域. . l 地下水域受地下水域受岩性地质构造岩性地质构造的控制的控制, ,并以地下的隔水边界并以地下的隔水边界 及水流系统之间的分水界面为界及水流系统之间的分水界面为界, ,往往涉及很大深度往往涉及很大深度, ,表现为表现为立立 体的集水空间体的集水空间 l 与地表水流域相比与地表水流域相比, ,地

11、下水域范围的地下水域范围的变化要快速的多变化要快速的多. . l 每一个地下水域在地表上均存在相应的每一个地下水域在地表上均存在相应的补给区补给区与与排泄区排泄区, , 其中其中, ,补给区由于地表水不断地渗入地下补给区由于地表水不断地渗入地下, ,地面常呈现干旱缺水地面常呈现干旱缺水 状态状态, ,而在排泄区则由于地下水的流出而在排泄区则由于地下水的流出, ,增加了地面上的水量增加了地面上的水量, , 因而呈现相对湿润的状态因而呈现相对湿润的状态 第8页/共59页 7.1.3 7.1.3 地下水系统垂向结构地下水系统垂向结构 1.1.地下水垂向层次结构的基本模式地下水垂向层次结构的基本模式

12、自地表起至地下某一深度出现不透水层基岩为止自地表起至地下某一深度出现不透水层基岩为止, ,可区分为可区分为 包气带包气带和和饱和带饱和带两大部分两大部分 (1)(1)包气带包气带 -土壤水带土壤水带 从地表向下直到植物的主根带从地表向下直到植物的主根带, ,厚度随土壤和植物类型厚度随土壤和植物类型 而变化而变化. .土壤水是农作物根系供水的来源土壤水是农作物根系供水的来源. . 土壤水带中的水分形式主要有土壤水带中的水分形式主要有结合水结合水、毛管水毛管水和一些和一些过过 路的性质的重力水路的性质的重力水。 第9页/共59页 -中间带中间带 界于土壤水带的下界与毛细水带之间界于土壤水带的下界与

13、毛细水带之间 中间水带的水分形式主要有气态水、结合水和毛管水中间水带的水分形式主要有气态水、结合水和毛管水 -毛管水带毛管水带 自潜水面向上扩展，其厚度取决于岩土的性质和空隙自潜水面向上扩展，其厚度取决于岩土的性质和空隙 大小大小 第10页/共59页 (2)(2)饱和带饱和带 饱和带岩石的所有空隙空间均为水所充满，有重力水、结合饱和带岩石的所有空隙空间均为水所充满，有重力水、结合 水：水：潜水潜水和和承压水承压水 以上是地下水层次结构的基本模式以上是地下水层次结构的基本模式, ,在具体的水文地质条件下在具体的水文地质条件下, ,各地区各地区 地下水的实际层次结构不尽一致地下水的实际层次结构不尽

14、一致. .有的层次可能充分发育有的层次可能充分发育, ,有的则不发育有的则不发育 第11页/共59页 2.2.地下水不同层次的力学结构地下水不同层次的力学结构 （1 1）结合水：）结合水：分子力分子力 （2 2）毛管水（岩土中的空隙小于）毛管水（岩土中的空隙小于1mm1mm）：）：重力和毛管重力和毛管 力力 （3 3）重力水）重力水: : l 发生渗透移动时，形成渗透重力水发生渗透移动时，形成渗透重力水 l 饱和带中的重力水：饱和带中的重力水： 7.1.3 7.1.3 地下水系统垂向结构地下水系统垂向结构 第12页/共59页 7.2 7.2 地下水的基本类型地下水的基本类型 7.2.1 7.2

15、.1 地下水基本类型的划分地下水基本类型的划分 1.1.按地下水的储存条件分类按地下水的储存条件分类 (1)(1)包气带水包气带水 l 结合水结合水( (吸湿水、薄膜水吸湿水、薄膜水) ) l 毛管水（悬着毛管水、上升毛管水）毛管水（悬着毛管水、上升毛管水） l 重力水（上层滞水、渗透重力水）重力水（上层滞水、渗透重力水） (2)(2)饱和带水饱和带水 l 潜水潜水 l 承压水承压水 第13页/共59页 2.2.按岩石的储水空隙的差异分类按岩石的储水空隙的差异分类 l孔隙水孔隙水 l裂隙水裂隙水 l岩溶水岩溶水( (重庆市喀斯特水占地下水总量的重庆市喀斯特水占地下水总量的78%78% ) )

16、第14页/共59页 7.2.2 7.2.2 包气带水包气带水 1.1.土壤水土壤水 l 位置：地表附近（位置：地表附近（0.5m 0.5m 左右）土壤层中的水左右）土壤层中的水 l 类型：结合水、毛管水类型：结合水、毛管水 l 补给来源：降水入渗、水汽凝结和地下潜水的补给补给来源：降水入渗、水汽凝结和地下潜水的补给 2.2.上层滞水上层滞水 （1 1）顶界面）顶界面: :上层滞水的水面上层滞水的水面 （2 2）季节变化强烈）季节变化强烈 （3 3）分布区与补给区一致）分布区与补给区一致 第15页/共59页 7.2.3 7.2.3 饱和带水饱和带水 1.1.潜水潜水 (1)(1)潜水的概念和主要

17、特征潜水的概念和主要特征 -潜水潜水: :赋存于地表之下第一个稳赋存于地表之下第一个稳 定隔水层之上定隔水层之上, ,具有自由水面的含水具有自由水面的含水 层中的重力水层中的重力水 -表征潜水特征的参数表征潜水特征的参数: : l 潜水位潜水位: :潜水面上任一点的潜水面上任一点的海拔高程海拔高程(H(HA A) ) l 潜水埋深潜水埋深: :潜水面距潜水面距地表的垂直距离地表的垂直距离(h)(h) l 潜水含水层厚度潜水含水层厚度: :潜水面至隔水底板的距离潜水面至隔水底板的距离(m(mA A) ) l 潜水面的水力坡度潜水面的水力坡度: :潜水流动方向上单位距离的水位差潜水流动方向上单位距

18、离的水位差 第16页/共59页 -潜水的主要特征潜水的主要特征 l潜水面是一个仅潜水面是一个仅承受大气压力承受大气压力的自由水面的自由水面 l潜水在潜水在重力重力作用下作用下, ,形成形成潜水流潜水流 l潜水的潜水的排泄方式排泄方式有有径流排泄径流排泄和和蒸发排泄蒸发排泄 l大多数情况下大多数情况下, ,潜水的分布区与补给区一致潜水的分布区与补给区一致 l潜水动态具有潜水动态具有季节性变化季节性变化的特点的特点 第17页/共59页 (2)(2)潜水面的形状潜水面的形状 潜水面虽然是一个自由水面潜水面虽然是一个自由水面, ,但由于受到埋藏地区的但由于受到埋藏地区的地形、地形、 岩性和水文岩性和水

19、文等条件的制约和影响，可以呈现等条件的制约和影响，可以呈现倾斜、抛物线和倾斜、抛物线和 水平水平等多种形状等多种形状 -潜水面与地形的关系潜水面与地形的关系 一般情况一般情况, ,潜水面的形状潜水面的形状 与地形有一定程度的一与地形有一定程度的一 致性致性, ,二者二者起伏一致起伏一致, ,但但 潜水面的坡度比地面起潜水面的坡度比地面起 伏要伏要平缓得多平缓得多. . 第18页/共59页 -潜水面与含水层渗透性能及厚度的关系潜水面与含水层渗透性能及厚度的关系 一般规律是若岩性颗粒一般规律是若岩性颗粒 变粗变粗, ,则含水层透水性则含水层透水性增增 强强, ,潜水面坡度趋向潜水面坡度趋向平缓平缓

20、, , 当含水层沿潜水流向当含水层沿潜水流向增增 厚厚, ,潜水面坡度也潜水面坡度也变缓变缓, ,反反 之则变陡之则变陡 第19页/共59页 -潜水湖与潜水流潜水湖与潜水流 第20页/共59页 地表水体附近潜水面的形状地表水体附近潜水面的形状 -大气降水、蒸发对潜水面的影响（大气降水、蒸发对潜水面的影响（图图7-117-11） 第21页/共59页 (3)(3)潜水面表示方法潜水面表示方法 -绘制水文地质剖面图绘制水文地质剖面图 在研究区域内选择代表性剖面线，在地质剖面图上，将已在研究区域内选择代表性剖面线，在地质剖面图上，将已 知各点的潜水位联接而成知各点的潜水位联接而成, ,它可以反映它可以

21、反映潜水面形状潜水面形状与与地貌地貌、含含 水层岩性水层岩性及及隔水底板隔水底板的关系等。的关系等。 -绘制潜水等水位线图 潜水等水位线图就是潜水面的等高线图 第22页/共59页 -潜水等水位线图潜水等水位线图 潜水等水位线图的绘制潜水等水位线图的绘制: : 计算各点水位计算各点水位 各点水位各点水位= =孔口标高孔口标高- -潜水埋深潜水埋深 利用内插法利用内插法, ,按一定间距内插各点按一定间距内插各点 将水位相同的各点连成圆滑曲线将水位相同的各点连成圆滑曲线, ,即潜水等水位线即潜水等水位线 第23页/共59页 -潜水等水位线图 潜水等水位线图的应用: 确定潜水流向确定潜水流向: :等水

22、位线的垂直方向等水位线的垂直方向 确定水力坡度确定水力坡度 求任一点潜水埋深求任一点潜水埋深: : 确定地表水和潜水的相互补排关系确定地表水和潜水的相互补排关系 分析推断含水层岩性或厚度变化分析推断含水层岩性或厚度变化 第24页/共59页 2.2.承压水承压水 (1)(1)承压水的概念和主要特征承压水的概念和主要特征 -表证承压水特征的参数表证承压水特征的参数 l承压含水层的厚度承压含水层的厚度(M)(M) l初见水位初见水位 l承压水位（测压水位）承压水位（测压水位） l承压水头承压水头(H)(H) -承压水承压水: :充满在两个稳定不透水层充满在两个稳定不透水层( (或弱透水层或弱透水层)

23、 )之间的之间的 重力水称为承压水重力水称为承压水 第25页/共59页 -承压水的主要特征 l承压性承压性 l分布区和补给区不一致分布区和补给区不一致 l受外界影响相对较小，动态变化相对稳定受外界影响相对较小，动态变化相对稳定 l承压含水层厚度变化较小，不受降水季节变化的支配承压含水层厚度变化较小，不受降水季节变化的支配 l承压水水质类型多样承压水水质类型多样 第26页/共59页 (2)(2)承压水的形成承压水的形成 承压水的形成主要取决于承压水的形成主要取决于地质构造条件地质构造条件, ,最适宜于承压水形最适宜于承压水形 成的地质构造是成的地质构造是向斜构造向斜构造和和单斜构造单斜构造 -向

24、斜盆地构造向斜盆地构造 典型的向斜盆地蓄水构造典型的向斜盆地蓄水构造 这种盆地又称这种盆地又称 承压盆地承压盆地或或自流盆自流盆 地地, ,它可以是大型的它可以是大型的 复式结构复式结构, ,亦可以是亦可以是 单一的向斜构造单一的向斜构造 第27页/共59页 -承压斜地构造承压斜地构造： 又称自流斜地又称自流斜地, ,它主要由单斜岩层组所组成它主要由单斜岩层组所组成. .它的重要特征是它的重要特征是 含水层的倾末端具有阻水条件含水层的倾末端具有阻水条件 其一其一, ,是透水层和隔水是透水层和隔水 层相间分布层相间分布, ,并向一个并向一个 方向倾斜方向倾斜, ,地下水充满地下水充满 在两个隔水

25、层之间的在两个隔水层之间的 透水层中透水层中, ,便形成承压便形成承压 水水. .最常见的是图最常见的是图7-157-15 所示的所示的山前承压斜地山前承压斜地 第28页/共59页 其二其二, ,是含水层发生相变或尖是含水层发生相变或尖 灭形成承压斜地灭形成承压斜地 含水层上部出露地表含水层上部出露地表, ,下部在下部在 某一深度处尖灭某一深度处尖灭, ,既岩性发生既岩性发生 变化变化, ,由透水层逐渐转化为不由透水层逐渐转化为不 透水层透水层, ,形成承压条件形成承压条件( (图图7-7- 16)16) -承压斜地构造承压斜地构造： 其三其三, ,是由于含水层倾末端被阻水断层或阻水岩体封闭是

26、由于含水层倾末端被阻水断层或阻水岩体封闭( (图图 7-7)7-7) 第29页/共59页 7.2.4 7.2.4 空隙水空隙水 1.1.孔隙水孔隙水 孔隙水是指埋藏于松散岩层孔隙中的水孔隙水是指埋藏于松散岩层孔隙中的水, ,即可形成承压水即可形成承压水, ,也也 可以形成无压水在我国可以形成无压水在我国, ,孔隙水主要储存于第四纪和第三纪孔隙水主要储存于第四纪和第三纪 末胶结的松散岩土层中末胶结的松散岩土层中 (1)(1)孔隙水的特点孔隙水的特点 l孔隙水分布及水量相对比较均匀孔隙水分布及水量相对比较均匀, ,连续性好连续性好, ,具有统一的地下具有统一的地下 水面水面 l孔隙水多呈层状分布孔

27、隙水多呈层状分布 l孔隙水的运动大多属于层流运动孔隙水的运动大多属于层流运动 第30页/共59页 ( () )孔隙水的类型孔隙水的类型 根据沉积物的成因类型和地貌条件分为根据沉积物的成因类型和地貌条件分为 l山前倾斜平原孔隙水山前倾斜平原孔隙水 l河谷地区孔隙水河谷地区孔隙水 l冲积平原孔隙水冲积平原孔隙水 l山间盆地孔隙水山间盆地孔隙水 l黄土地区孔隙水黄土地区孔隙水 l沙漠地区孔隙水沙漠地区孔隙水 第31页/共59页 -山前倾斜平原孔隙水山前倾斜平原孔隙水 山前倾斜平原常由冲积洪积物和山麓的坡积物形成的冲山前倾斜平原常由冲积洪积物和山麓的坡积物形成的冲- -洪洪 积扇和洪积裙组成积扇和洪积

28、裙组成 根据地下水埋深、径流条件和水化学特征，一般可分为根据地下水埋深、径流条件和水化学特征，一般可分为3 3个水个水 文地质带：文地质带： 深埋带（深埋带（）；浅埋溢出带（）；浅埋溢出带（）；垂直交替带（）；垂直交替带（） 位置位置; ; 坡度坡度; ; 沉积物特点沉积物特点; ; 地下水埋深地下水埋深; ; 岩层的透水性和给水性岩层的透水性和给水性; ; 水质特点水质特点; ; 径流特点径流特点 第32页/共59页 7.2.4 7.2.4 空隙水空隙水 2.2.裂隙水裂隙水 裂隙水是指赋存于坚硬岩石裂隙中的地下水裂隙水主要受裂隙水是指赋存于坚硬岩石裂隙中的地下水裂隙水主要受地地 质构造质构

29、造的控制，裂隙的类型、性质和发育程度等直接影响裂隙的控制，裂隙的类型、性质和发育程度等直接影响裂隙 水的埋藏、分布和运动规律水的埋藏、分布和运动规律 (1)(1)裂隙水的特点裂隙水的特点 l裂隙水分布不均及水力联系裂隙水分布不均及水力联系 各向异性各向异性 l裂隙水的分布形式可呈层状、裂隙水的分布形式可呈层状、 脉状或带状分布脉状或带状分布 l孔隙水的运动大多呈层流状孔隙水的运动大多呈层流状 态，也可呈紊流状态态，也可呈紊流状态 第33页/共59页 ( () )裂隙水的类型（按裂隙成因）裂隙水的类型（按裂隙成因） l风化裂隙水风化裂隙水 l成岩裂隙水成岩裂隙水 l构造裂隙水构造裂隙水 第34页

30、/共59页 . .岩溶水岩溶水 赋存和运移于岩溶空隙中的地下水便是岩溶水。岩溶水不仅是赋存和运移于岩溶空隙中的地下水便是岩溶水。岩溶水不仅是 一种具有特殊性质的地下水，而且也是一种活跃的地质营力。一种具有特殊性质的地下水，而且也是一种活跃的地质营力。 l岩溶水的分布极不均匀，地下径流动态不稳定岩溶水的分布极不均匀，地下径流动态不稳定, ,透水性能各向透水性能各向 异性异性 l岩溶含水层的水量往往比较丰富岩溶含水层的水量往往比较丰富 l层流和紊流并存层流和紊流并存 岩溶水的特征岩溶水的特征 第35页/共59页 7.3 7.3 地下水运动的基本规律地下水运动的基本规律 7.3.1 7.3.1 概述

31、概述 (1)(1)基本概念基本概念: : 渗流渗流: :地下水在岩石空隙中的运动地下水在岩石空隙中的运动 渗流场渗流场: :渗流所占据的空间渗流所占据的空间 (2)(2)渗流的运动要素渗流的运动要素: : 渗流速度、渗流量、渗流渗流速度、渗流量、渗流 压强、水头等压强、水头等 (3)(3)渗流的类型渗流的类型: : 稳定运动和非稳定运动稳定运动和非稳定运动 第36页/共59页 7.3.2 7.3.2 重力水运动的基本规律重力水运动的基本规律 7.3.2.1 7.3.2.1 线性渗透定律线性渗透定律 线性渗透定律是描述重力水渗流现象的基本方程线性渗透定律是描述重力水渗流现象的基本方程. .最早是

32、由法最早是由法 国水力学家达西通过均质沙粒的渗透实验得出的国水力学家达西通过均质沙粒的渗透实验得出的. . 渗透流量渗透流量Q Q与水位差与水位差(h(h1 1-h-h2 2) )成正比成正比: : -渗透系数渗透系数, ,米米/ /日日 A-A-实验管的横截面积实验管的横截面积, ,米米2 2 L-L-土样长度土样长度( (渗透路径长渗透路径长),),米米 k （7-17-1） （1 1）达西公式）达西公式 12 hh QkA L 第37页/共59页 根据根据Q Q、F F与与V V的关系的关系 Q V F （7-27-2） （2 2）达西定律的适用范围）达西定律的适用范围 l层流状态的水流

33、层流状态的水流 l流速比较小（雷诺系数流速比较小（雷诺系数Re10Re10） 式（式（7-17-1）和（）和（7-27-2）就是达西公式）就是达西公式 ReRe表示惯性力与粘滞力之比表示惯性力与粘滞力之比 12 hhQ VkkI AL 第38页/共59页 7.3.2.2 7.3.2.2 渗透流速渗透流速 F=FF=F1 1+F+F2 2 F F1 1=nF(n=nF(n为空隙度为空隙度) ) 地下水的实际流速是地下水流在岩石空隙中的实际平均流速：地下水的实际流速是地下水流在岩石空隙中的实际平均流速： 1 QQ u FnF Vnu 第39页/共59页 7.3.2.3 7.3.2.3 渗透压强与测

34、压管高度渗透压强与测压管高度 渗透压强渗透压强: :在静水中有静水压强在静水中有静水压强, ,动水中有动水压强动水中有动水压强, ,在地下在地下 水流中同样也有压强水流中同样也有压强( (动水压强动水压强),),水文地质学中称水文地质学中称 其为渗透压强其为渗透压强. . 测压高度测压高度: :用水柱高度表示渗透压强的大小用水柱高度表示渗透压强的大小 n P h P-P-渗透压强渗透压强; ; - -地下水的重率地下水的重率,n/m,n/m3 3 重率重率( (容重、重率容重、重率) )：液体液体 单位体积所具有的重量单位体积所具有的重量 第40页/共59页 7.3.2.4 7.3.2.4 水

35、头和水力坡度水头和水力坡度 ( (一一) )水头水头 1.1.水头的概念水头的概念: :单位重量水体所具有的能量单位重量水体所具有的能量 2.2.总水头的表达式总水头的表达式: : 2 2 Pau HZ g Z -Z -位置水头位置水头, ,代表单位重量液体所具有的位能代表单位重量液体所具有的位能( (位置高度位置高度) ) - -压力水头压力水头, ,空隙水压力的水柱高度空隙水压力的水柱高度 -流速水头流速水头, ,单位重量液体所具有的动能单位重量液体所具有的动能 -测管水头测管水头, ,代表单位重量液体所具有的总势能代表单位重量液体所具有的总势能 P 2 2 au g P Z 第41页/共

36、59页 3.3. 水头损失水头损失: : 地下水在渗透过程中地下水在渗透过程中, ,由于不断克服阻力而消耗机械能由于不断克服阻力而消耗机械能, ,出现水出现水 头损失头损失 沿渗流方向单位渗透途径上的水头损失叫水力坡度沿渗流方向单位渗透途径上的水头损失叫水力坡度 dH I dS 第42页/共59页 7.3.2.5 7.3.2.5 非线性渗透定律非线性渗透定律 m K 1 m -随随1/m1/m变化的含水层的渗透系数变化的含水层的渗透系数 -液态指数液态指数, ,其范围在其范围在0.5-10.5-1 1 m m QK FI 1 m m VK I 第43页/共59页 19121912年哲才提出适用

37、于地下水呈紊流状态时运动规律的数学年哲才提出适用于地下水呈紊流状态时运动规律的数学 表达式表达式: : 1 2 c QK FI 1 2 c VK I 1 m m QK FI 1 m m VK I (1)(1)当当m=1m=1时时, ,流速很小的层流线性流流速很小的层流线性流, ,符合达西定律符合达西定律 (2)(2)当当1m21m2时时, ,速度较大的层流非线性流速度较大的层流非线性流, ,偏离达西定律偏离达西定律 第44页/共59页 7.4 7.4 地下水动态与均衡地下水动态与均衡 地下水动态地下水动态: :在各种因素影响下在各种因素影响下, ,地下水的水位、水量和水质地下水的水位、水量和水

38、质 随时间发生变化的现象和过程随时间发生变化的现象和过程 7.4.1 7.4.1 影响地下水动态的因素影响地下水动态的因素 (1)(1)自然因素自然因素 l气候因素气候因素 l水文因素水文因素 l地质因素地质因素 l土壤和生物因素土壤和生物因素 (2)(2)人为因素人为因素 第45页/共59页 7.4.2 7.4.2 地下水动态类型地下水动态类型 (1)(1)渗入渗入- -蒸发型蒸发型 l主要分布区主要分布区: :干旱、半干旱的平原和山间盆地干旱、半干旱的平原和山间盆地 l补给：降水和地表水补给：降水和地表水 l排泄：蒸发为主排泄：蒸发为主 (2)(2)渗入渗入- -径流型径流型 l主要分布区

39、主要分布区: :地形起伏大的山区及山前地区地形起伏大的山区及山前地区 l补给：降水和地表水补给：降水和地表水 l排泄：水平径流为主排泄：水平径流为主 (3)(3)过度型过度型 l主要分布区主要分布区: :气候湿润的平原地区气候湿润的平原地区 l补给：降水和地表水补给：降水和地表水 l排泄：径流和蒸发排泄：径流和蒸发 第46页/共59页 7.4.3 7.4.3 地下水均衡地下水均衡 (1)(1)基本概念基本概念 (2)(2)地下水均衡方程式地下水均衡方程式 地下水均衡地下水均衡：地下水的水量和盐分收支间的数量关系：地下水的水量和盐分收支间的数量关系 均衡区均衡区: :进行均衡研究的地区进行均衡研

40、究的地区 均衡期均衡期: :进行均衡研究的时间段进行均衡研究的时间段 (3)(3)潜水均衡方程式潜水均衡方程式 第47页/共59页 第48页/共59页 第49页/共59页 第50页/共59页 第51页/共59页 第52页/共59页 第53页/共59页 第54页/共59页 第55页/共59页 第56页/共59页 第57页/共59页 第58页/共59页 第59页/共59页 -岩溶率岩溶率 溶隙的体积与包括溶隙在内的岩石体积之比溶隙的体积与包括溶隙在内的岩石体积之比 溶隙与裂隙相比较溶隙与裂隙相比较, ,在形状、大小等方面显得更加在形状、大小等方面显得更加千变万千变万 化化 -裂隙率裂隙率 裂隙体积

41、与包括裂隙在内的岩土体积之比裂隙体积与包括裂隙在内的岩土体积之比. .与孔隙相比裂与孔隙相比裂 隙的分布具有隙的分布具有明显的不均匀性明显的不均匀性. . 岩土的空隙，虽然为地下水提供了存在的空间，岩土的空隙，虽然为地下水提供了存在的空间， 但水能否自由的进出这些空间，以及岩土保持水的能但水能否自由的进出这些空间，以及岩土保持水的能 力，却与岩土表面控制水分活动的条件、性质有很大力，却与岩土表面控制水分活动的条件、性质有很大 的关系。这些与水分的储容、运移有关的岩石性质，的关系。这些与水分的储容、运移有关的岩石性质， 称为称为含水介质的水理性质含水介质的水理性质 第4页/共59页 -岩溶率岩溶率 溶隙的体积与包括溶隙在内的岩石体积之比溶隙的体积与包括溶隙在内的岩石体积之比 溶隙与裂隙相比较溶隙与裂隙相比较, ,在形状、大小等方面显得更加在形状、大小等方面显得更加千变万千变万 化化 -裂隙率裂隙率 裂隙体积与包括裂隙在内的岩土体积之比裂隙体积与包括裂隙在内的岩土体积之比. .与孔隙相比裂与孔隙相比裂 隙的分