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1、第三篇矿床水文地质hydrogeology,第 11章 地下水基本知识,11.3地下水分类及各类地下水的特征 1.概述 2. 按埋藏条件分类的各类地下水特征 (1)上层滞水 (2) 潜水 (3) 承压水 3.按含水层空隙性质分类的各类地下水特征 (1) 孔隙水 (2) 裂隙水 (3) 岩溶水,黄河壶口瀑布,1. 概述,地下水存在和运动于岩石的空隙中。由于各地区自然地理和地质条件的差异，导致地下水在成分、物性、循环条件及动态变化等方面会有所不同。 为了在生产实践中合理地利用地下水，有效地防治地下水，在对地下水各方面特征进行综合分析的基础上，对其进行科学合理的分类是非常必要的。,1. 概述,地下水

2、受诸多因素的影响，各种因素的组合错综复杂，因此，出于不同的目的或角度，人们提出了各种各样的地下水分类。,概括起来主要有两种：,不论哪种类型的地下水，均可按其含水层的空隙性质分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。,1. 概述,1.1,1. 概述,1.2 地下水质量分类 依据我国地下水水质现状、人体健康基准值及地下水质量保护目标，并参照了生活饮用水、工业、农业用水水质最低要求，将地下水质量划分为五类。,类：反映地下水化学组分的天然低背景含量。适于各种用途。 类：反映地下水化学组分的天然背景含量。适于各种用途。 类：以人体健康基准值为依据。主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水。 类：以农业和工业用水要

3、求为依据。除适用于农业和部分工业用水外，适当处理后可作生活饮用水。 类：不宜饮用，其他用水可根据使用目的选用。,1. 概述,地下水质量分类指标,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,含水层和隔水层 所谓含水层是指储存有地下水并在自然条件或人为条件下，能流出水来的岩石，由于这种含水的岩石大多呈层状，所以叫做含水层，如砂层、砂卵石层等等。,有些岩层虽然含水但几乎不透水或透水很弱，称为隔水层，如粘土、页岩等。 隔水层通常可分两种： 一为致密岩石，其中没有空隙，既不含水，也不透水； 另一种是孔隙度很大，但孔隙直径很小，孔隙中存在的水绝大部分是结合水，在常压下不能靠重力自由流出，因此也不能透水。,2.按埋

4、藏条件分类的各类地下水特征,含水层存在的条件： 岩层有储水空间：即有孔隙、裂隙和溶隙等空隙。 有储存和聚集地下水的地质构造：即下部要有隔水层托住重力水，并在水平方向上具有某种隔水边界，使之不致完全流失，水能在岩层空隙中保存住，从而形成含水层。 亦即透水岩层与隔水岩层组合起来，才能成为含水层。如单斜岩层不利于地下水聚集和埋藏，只能是透水层。而向斜构造能大量聚集地下水。 要有足够的水源，使储水空间能不断地获得补给，方能成为含水层。,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,是埋藏在离地表不深，包气带中局部隔水层上的重力水。上层滞水一般分布不广。季节性存在，雨季出现，干旱季节即告消失，其动态变化与气候及水

5、文因素的变化密切相关。,(1)上层滞水（perched water）,上层滞水,补给来源 分布范围 可利用性 采矿影响,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,(2)潜水(ground water) 1）概念 埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水。 潜水在自然界分布极广，埋藏于第四纪松散沉积层的孔隙、坚硬基岩的裂隙及可溶岩的岩溶溶洞内。,潜水面b-b 潜水的自由表面; 潜水埋藏深度h1 潜水面至地表的距离; 潜水含水层厚度 M 自潜水面至隔水层顶面的距离 潜水位H 潜水面上任一点的标高,2) 潜水的特征,补给：大气降水、凝结水、地表水 分布：比较大，与补给区基本一致，潜水在自然界

6、分布极广，埋藏于第四纪松散沉积层的孔隙、坚硬基岩的裂隙及可溶岩的岩溶溶洞内。 性质：无压水 运移：重力作用下高水位向低水位 利用与防治：,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,(2) 潜水 3）潜水面形状,在自然界中，潜水面的形状因时因地而异，它受地形、地质、气象、水文等各种自然因素和人为因素的影响。 一般情况下，潜水面不是水平的，而是向着邻近洼地（如冲沟、河流、湖泊等）倾斜的曲面，这种曲面与地形有一定程度的一致性。只有当盆地或洼地中潜水集聚而潜水面呈水平状态时，则形成潜水湖。,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,(2) 潜水 3）潜水面形状 潜水流 潜水湖,4）潜水等水位线图,确定潜水流向：地

7、下水的流向为垂直等水位线的方向,由高水位流向低水位。,确定潜水埋藏深度：将地形等高线和等水位线绘于同一张图纸上，等水位线与地形等高线相交之点，二者高度之差即为该点潜水的埋藏深度。,潜水等水位线图,确定潜水与地表水间的关系：,确定引水和排水工程位置：如水井应布置在地下水流汇集的地方，排水沟(截水沟)应布置在垂直水流的方向上。,(2) 潜水,5）潜水的补给、排泄、径流,在天然条件下，潜水由大气降水获得补给，通过非饱和带渗入地下饱和带；地下水的补给也可以通过地表水体获得。,饱和带的地下水以泉、溪流、湖泊、湿地和植物蒸发蒸腾等形式进行排泄。,潜水的补给、排泄、径流,潜水等水位线图练习,潜水等水位线,地

8、形等高线,85,73,试求: (1)A、B、C点的潜水埋藏深度 (2)A-B间的平均水力坡度。,潜水等水位线图练习,潜水等水位线,地形等高线,85,73,A B C h1 7 7 2 IA-B=(78-73)/1000 = 0.005,练习答案,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,（3）承压水（pressure water) 1）概念 承压水是充满于两个隔水层间的重力水，又称为自流水。,含水层,补给区,承压区,（3）承压水,美国黄石公园的间歇泉 （由承压水排泄形成的上升泉）,（3）承压水,西藏羊八井热喷泉（由承压水排泄形成的上升泉）,（3）承压水,2）特征 补给区 排泄区 承压区,初见水位（H

9、0） 数值上等于含水层顶板标高。 测压水位 (静止水位,H) 钻孔打穿含水层顶板，水位上升后稳定的水位标高。 承压水头（hp） 某点测压水位到初见水位的垂距。 含水层厚度（M） 含水层顶面与底面的垂直距离。,补给区,排泄区,承压区,（3）承压水 3）承压水的形成条件-构造条件,自流盆地,断块构造 岩性变化,自流斜地,水量、水质 采 矿 危 害,（3）承压水 4）承压水等水压线图,1) 确定承压水流向 2) 确定初见水位 H0 3) 确定测压水位 H 4) 确定水力坡度I 5) 确定承压水埋藏深度 h1=Z-H0 6) 确定承压水头 hp =H-H0,试求右图中: A、B、C三点的初见水位 H0

10、； 测压水位 H； 承压水埋藏深度h1； 承压水头hp； 水力坡度I；,承压水等水压线图,A B C 初见水位 H0 19.7 25 19 测压水位 H 36 43 37 承压水头 hp 16.3 18 18 地表标高 Z 65 69 64 埋藏深度 h1 45.3 44 45 水力坡度 I 0.08 0.05 0.053,练习答案,各类地下水的补给、排泄、径流关系,小结：潜水、承压水的区别,埋藏位置不同。 潜水的补给主要是当地的大气降水和部分河湖水。 承压水则是依靠大气降水与河湖水通过潜水补给的。,小结：潜水、承压水的区别,潜水埋藏较浅，受气候特别是降水的影响较大，流量不稳定，容易受污染，水

11、质较差； 承压水埋藏较深，直接受气候的影响较小，流量稳定，不易受污染，水质比较好。,小结：潜水、承压水的区别,钻到潜水中的井是潜水井。潜水井的水位一般应该是和当地的潜水位一致的，如过量抽取，潜水井的水位就会逐渐低于当地的潜水位，形成地下水漏斗区。 打穿隔水层顶板，钻到承压水中的井叫承压井，承压井中的水因受到静水压力的影响，可以沿钻孔上涌至相当于当地承压水位的高度。在有利的地形条件下，即地面低于承压水位时，承压水会涌出地表，形成自流井。虽有上涌，但不能喷出地面者叫半自流井。,3.按含水层空隙性质分类的各类地下水特征,(1)孔隙水 void water (2)裂隙水 crevice water 风

12、化裂隙水 成岩裂隙水 构造裂隙水 (3)岩溶水 karst water 岩溶发育条件 岩溶水特点 岩溶水分带规律,砂砾层孔隙水 黄土层孔隙水 沙漠孔隙水 岩溶裂隙溶洞水 基岩裂隙水 冻土区孔隙裂隙水 高原冻土孔隙裂隙水,(1)孔隙水,1）含水层 第四系松散沉积物、部分第三系沉积岩和坚硬基岩的风化壳。,2）水量、水质与岩土的透水性有关 孔隙水的存在条件和特征取决于岩土的孔隙情况。 岩土孔隙的大小和多少，关系到岩土透水性的好坏，也直接影响到岩土中地下水量的多少，以及地下水在岩土中的运动条件和地下水的水质。 孔隙含水层一般含水比较均匀。在第四纪的冲积、洪积、湖积及冰水沉积的砂层或砂砾石层中，常有水量

13、大、水质好、可作供水水源的孔隙水。,3）与季节、地理位置有关 孔隙水由于埋藏条件的不同，可形成上层滞水、潜水或承压水，分别称为孔隙上层滞水、孔隙潜水和孔隙承压水。,(2)裂隙水发育在坚硬基岩裂隙中的水,秦岭山区由裂隙水汇集形成的瀑布,(2)裂隙水,1)风化裂隙水 2)成岩裂隙水 3)构造裂隙水,玄武岩的柱状节理(成岩裂隙)与红土化形成的风化裂隙，巴西,玄武岩的柱状节理(成岩裂隙)，内蒙古赤峰地区,1）风化裂隙水：分布在风化裂隙中的地下水。 多数为层状裂隙水，由于风化裂隙彼此相连通，因此在一定范围内形成的地下水也是相互连通的水体，水平方向透水性均匀，垂直方向随深度而减弱，多属潜水，有时也存在上层

14、滞水。 如果风化壳上部的覆盖层透水性很差时，其下部的裂隙带有一定的承压性。 风化裂隙水主要受大气降水的补给，有明显季节性循环交替性，常以泉的形式排泄于河流中。,2）成岩裂隙水：成岩裂隙为岩石在形成过程中所产生的空隙，成岩裂隙水即赋存在这种空隙中的地下水。 岩浆岩中成岩裂隙水较为发育。玄武岩经常发育柱状节理及层面节理，裂隙均匀密集，张开性好，贯穿连通，常形成贮水丰富、导水畅通的潜水含水层。 成岩裂隙水多呈层状，在一定范围内相互连通。具有成岩裂隙的岩体为后期地层覆盖时，也可构成承压含水层。在一定条件下可以具有很大的承压性。,3）构造裂隙水：构造裂隙是由于岩石受构造运动应力作用所形成的，而赋存于其中

15、的地下水就称为构造裂隙水。 构造裂隙发育很不均匀，因而构造裂隙水分布和运动相当复杂。 当构造应力分布比较均匀且强度足够时，则在岩体中形成比较密集均匀且相互连通的张开性构造裂隙，赋存层状构造裂隙水。层状构造裂隙水可以是潜水，也可以是承压水。 当构造应力分布相当不均匀时，岩体中张开性构造裂隙分布不连续，互不沟通，则赋存脉状构造裂隙水。,(3)岩溶水,岩溶 Karst 发育在可溶性岩石地区的一系列独特的地质作用(地下水的溶蚀作用和冲蚀作用)和现象(各种溶洞和溶蚀地形等)的总称。埋藏于溶洞中的重力水称为岩溶水或称喀斯特水。,路南石林,1)岩溶发育条件,a) 可溶性岩石 岩性石灰岩、大理岩和白云岩等,广

16、西都安 地下暗河,可溶岩中地质构造 导水的断层破碎带 褶皱转折端 可溶岩与非可溶岩接触 带,b) 水具有侵蚀性 c) 流动的地下水,可溶性岩石 CaO含量越高，岩溶率越大； 酸不溶物（SiO2/RO2)越高，岩溶率越低,岩溶分布地质图,2)岩溶水特点,水量丰富而集中、富水程度不均、与地表水联系密切和具有较大的动态变化幅度。 在可溶性岩层与非可溶性岩层相互成层的地区，则主要是层状岩溶承压水。它与一般承压水的特点不同的是水量大和含水均匀。 岩溶水是良好的供水水源，但对矿坑和地下建筑工程施工，常造成灾害性突然涌水。大量抽取岩溶水时要注意防治地面坍陷。,Q=X F 1000 m3/a Q-大气降水入渗

17、补给量 X-年降水量 -入渗系数（0.8-南方；0.40.5-北方） F-补给区面积,11.4 矿区(矿床)水文地质图（MineHydrogeological Map）,概念 反映矿区地下水埋藏、分布、形成条件，含水层富水性等特征的水文地质图。 规格矿区(矿床)水文地质图的比例尺与一般的矿区地质图比例尺相同，为1/20001/10000。该图主要内容有：,11.4 矿区(矿床)水文地质图,3. 内容,1)地层：突出矿层、顶底板隔水层和主要含水层的埋藏及其水文地质特征、含(蓄)水构造(汇水条件)；地下水类型及其补给、迳流和排泄情况。,2)构造：地下水形成和运动的各种断裂构造形迹及其透水与富水特征

18、；有关的自然地理和构造地质现象，岩溶发育规律及其含水情况。,3)与矿床地下水有关的问题：如河水漏失或河道衬砌地段；供水淹没及排水影响范围等；动态观测点的位置及其特征值；坍陷范围的预测。,11.4 矿区(矿床)水文地质图,4)矿坑充水(因素)预测分区:可依据主要充水因素、极限涌水量、可能突水地段及防止改造措施等进行划分。,5)必要的探、防水与疏干措施:如生产矿区主要坑道的分布，突(涌)水点及出水量、疏干范围、崩落及地表坍陷、水质变化、老窿充水情况等。,6)必要的水化学成分资料 7)地形地物,矿区(矿床)水文地质图实例,1-冲积砂砾石层 2-冲积亚粘土 3-坡积含碎石亚粘土，埋藏潜水 4-灰绿色灰质页岩，裂隙发育 5-泥质页岩、油页岩，裂隙不发育；6-矿层； 7-玄武岩，裂隙发育；8-凝灰质砂岩、砾岩和页岩，裂隙发育； 9-片麻岩，露头风化裂隙发育； 10-断层角砾岩充水带；11-潜水等水位线；12-水文地质分界线；13-地形等高线；14-河流及流向；15-带状泉；16-露天采坑,矿区(矿床)水文地质图实例,1 图内一般内容的阅读 (1) 自然地理状况 (2) 地层、岩性和地