第三章地下水的赋存

1、第三章地下水的赋存 第一节包气带与饱水带 一、包气带与饱水带的划分   地下水面：岩石中的空隙被重力水所充满，形成一个自由水面，称为地下水面。   地下水位：地下水面至基准面的高度，一般用海拔高程来表示。   地下水面通过打井或地下开挖来确定（图3-1）。   包气带：地表以下到地下水面之上，岩石中的空隙未被重力水所充满。   饱水带：地下水面以下，岩石中的空隙被重力水所充满的带。 二、包气带   特点：岩石空隙未被水充满，是固、液、气三相介质并存   水

2、的存在形式多样：结合水、毛细水（各种）、重力水、气态水     土层含水量垂直分带：          图31 包气带与饱水带   作用：包气带是饱水带中地下水参与水文循环的一个重要通道；“重力水”通过包气带获得降水，地表水的入渗补给（补充），部分水又通过包气带将水分传输，蒸发，消耗出去。 三、饱水带   特点：岩石空隙被水完全充满是二相介质（固相+液相水）   空隙中水的存在形式：重力水，结合水  

3、60;重力水：连续分布（孔隙是连续的） 传递压力 在水头差作用下，地下水（空隙中的水）可以连续运动。   意义：地下开挖，坑道，巷道，基坑，打井在此带均有重力水涌出来！ 第二节含水层，隔水层与弱透水层 一、基本概念   划分原则：在地下水位以下，饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力而进行划分   含水层：是能够透过并给出相当数量水的岩层，如各类砂土、砂岩等。   隔水层：不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层，如裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密）   弱透水层：渗透性很差，给出的

4、水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层（驱动），如各种粘土，泥质粉砂岩。 二、概念的相对性   上述的含水层、隔水层与弱透水层的划分，有几个模糊概念“相当水量，微不足道，较大水力梯度”等。   在“地质学”思考问题中，通常很难用严格的“是与非”的逻辑思维很多情况下是相对的和模糊的概念，这样更切合实际。   （1）从理论意义来看   微不足道，有时空尺度的制约。如华北平原早期地下水开采就是典型的例子，深层水与浅层水的开采与评价，以中间的粘性土层视为“隔水层”，分别使用与开采深层水与浅层水；在最

5、先开采深层水时发现，深层水水量大、水位高（部分自流），开采一段时间后，深层水位下降很快，浅层水开始向深层水“越流”。显然，在时间空间足够长和大时，被视为隔水的粘土层变为了“透水层”。   （2）从概念应用来看，相对性的意义在于   从实际应用角度来看划分是相对的，满足需要就可以了，在某处打一口井，出水量80，作为小规模的供水，不能满足需要，地层定为隔水层；但作为饮料厂的装瓶生产，水量又能够满足需要，该地层就会定为含水层。再如，某种岩层的渗透性比较低，从供水的角度，它可能被看作隔水层，而从水库渗漏的角度，由于水库的周界长，渗漏时间长，此类岩层的渗漏水量不能

6、忽视，这时又必须将它看作含水层。   严格地说，自然界中并不存在绝对不发生渗透的岩层，只不过某些岩层(如缺少裂隙的致密结晶岩)的渗透性特别低罢了。从这个角度说，岩层之是否透水（即地下水在其中是否发生具有实际意义的运移）还取决于时间尺度。当我们所研究的某些水文地质过程涉及的时间尺度相当长时，任何岩层都可视为可渗透的。   随着模拟技术的发展，现代水文地质学在分析与模拟时，不再将地层简单的划分为“含水或隔水层”的了，采用模糊数学的研究方法，给个相当于隶属度的1和0之间的任一个数，如0.8，0.75，0.7，0.3等等；引用地层的“透水性”描述地层，具有重要的

7、理论意义。 第三节地下水分类  广义地下水：地表以下岩石空隙中的水称之，包括包气带中和饱水带中的所有水。   狭义地下水：地表以下饱水岩层空隙中的水（饱水带中重力水）。   地下水分类依据   含水介质的类型（赋存空间）：孔隙水、裂隙水和岩溶水   埋藏条件（赋存部位）：包气带（上层滞水）、饱水带（潜水和承压水）   表3-1是根据含水介质三类与埋藏条件（三类）划分的9类地下水。 表31 地下水分类表       图

8、33是按含水介质（空隙）类型与埋藏条件划分地下水的图示。          图33潜水、承压水及上层滞水     1隔水层；2透水层；3饱水部分；4潜水位；5承压水测压水位；6泉（上升泉）；7水井，实线表示井壁不进水；a上层滞水；b承压水 第四节潜水与潜水含水层 一、潜水与潜水含水层概念   潜水：地表以下，第一个具有自由表面的稳定含水层中的水   自由表面即没有隔水层限制，与大气直接相通，水面不承受大气压强以外的任何附加压强。

9、60; 稳定具有一定的空间连续性（范围），以区分上层滞水。   潜水含水层：赋存潜水的岩层。一般地，房屋建筑时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏多为潜水。 二、基本要素（专业术语）   潜水含水层的基本构成：（参见图3-4）（以下要素结合图制作动画）   图34 潜水    1含水层；2隔水层；3高水位期潜水面；4低水位期潜水面；5大气降水入渗；6蒸发；7潜水流向；8泉 三、主要特征   潜水的基本特征：   1）补给：降水入渗，河湖入渗 

10、0; 2）排泄：泉，河，蒸发   3）动态：补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！   4）水循环交替迅速：水循环周期短，更新恢复快   5）影响因素：   受气象，水文因素影响明显，变化快（水量、水位季节性变化）   受人为因素影响也显著，易污染   潜水的基本特点是与大气圈、地表水圈联系密切，积极参与水循环；决定这一特点的根本原因是其埋藏特征位置浅且上面没有连续的隔水层。 第五节承压水与承压含水层一、定义   承压水：充满于两个隔水层（弱

11、透水层）之间的含水层中的水。   承压含水层：赋存承压水的岩层。图3-6 图36 基岩自流盆地中的承压水1隔水层；2含水层；3潜水位及承压水测压水位；4地下水流向；5泉；6钻孔，虚线为进水部分；7自喷井；8大气降水补给；H承压高度；M含水层厚度 二、基本要素与特征   结合图3-6，认真理解承压水和承压含水层的组成要素：  承压含水层：赋存承压水的岩层   隔水顶板   隔水底板   承压含水层厚度（H）   埋深（D）   测压水位线

12、（面）：测压水位线的连线（面），此线是虚拟的（如图有压管）   承压高度：含水层某点的承压高度数值上等于该点的测压高度   补给区：仅分布于出露区   承压区：含水层中具有承压高度的分布区   排泄区：   自溢区测压水位线与地形等高线的交点连接区   主要特征（与潜水相比）：   补给与排泄：有限区域与外界联系，水循环迟缓，水交替慢，平均滞留时间长（年龄老或长）恢复性差。   水化学：变化较大，一般矿化度较高，可以保存很“古老”的水。

13、   动态：要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定，则调节能力很强。承压含水层的厚度不变，储水与释水时，厚度是如何进行的？！   研究方法之一：绘制承压含水层的等测压水位线图（加地形等高线）   承压水的基本特征是由于上部受到隔水层或弱透水层的隔离，承压水与大气圈、地表水圈的联系较差，水循环也缓慢得多。承压水不像潜水那样容易污染，但是一旦污染后则很难使其净化。 三、承压含水层的贮水与释水   与潜水不同，承压含水层接受补给与排泄时，由于隔水顶板的限制，不通过增加或减少含水层厚度而容纳或排除增减的水量。  &#

14、160;补给增加水量：通过水的密度加大及含水介质空隙的增加而容纳。   排泄减少水量：表现为含水层中水的密度变小及含水介质空隙缩减。   比照潜水含水层的给水度定义，承压含水层定义为贮水系数。   贮水系数：是指其测压水位下降（或上升）一个单位深度，单位水平面积含水层释出（或储存）的水的体积（图38）。          图38 承压含水层的贮水系数与潜水含水层给水度的比较Ferris， 1962     （a）承压

15、水含水层； （b）潜水含水层   承压含水层的贮水系数，在形式上，潜水含水层的给水度（也有人称之为潜水含水层的贮水系数）与承压含水层的贮水系数（也有人称之为弹性给水度）非常相似，但是在释出（或储存）水的机理方面是很不相同的。   水位下降时，潜水含水层所释出的水来自部分空隙的排水。   测压水位下降时，承压含水层所释出的水来自含水层体积的膨胀及含水介质的压密（从而与承压含水层厚度有关）。   测压水位下降时承压含水层释出的水，远较潜水含水层水位下降时释出的小。   一般，承压含水层的贮水系数为0

16、.0050.00005，常较潜水含水层小l3个数量级。由此不难理解，开采承压含水层往往会形成大面积测压水位大幅度下降。 第六节潜水与承压水的相互转化  在自然或实际条件下，潜水与承压水的划分也是相对的。有时在复杂条件下很难将某些含水层中的水划定为潜水或承压水。   如在山区多层地层结构时，强烈的切割作用，往往会形成多个地下水面   在厚度很大的含水层中，部分地段可能为承压水，部分段就会出现无压水（也有称层间水）   一个封闭的含水层有时也很难给出是潜水？还是承压水？的划分，如图3-9。开采前为潜水含水层；开采后转变为承压含水层。          图39 潜水与承压水的转化 1含水层；2隔水层；3阻水断层；4天然地下水位；5开采后的地下水位；6潜水流线； 7承压水流线；8泉；9开采钻孔 第七节上层滞水&