1、第第二二章章 水文水文地质地质n第一节第一节 概述概述n第二节第二节 地下水的赋存环境与赋存特征地下水的赋存环境与赋存特征n第三节第三节 地下水分类地下水分类n第四节第四节 地下水的补给、径流与排泄地下水的补给、径流与排泄一、研究任务一、研究任务水文地质水文地质是研究是研究地下水地下水的科学。的科学。 它的任务是研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以它的任务是研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空分布特征及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空分布特征和迁移转化规律，并研究如何运用这些特征和规律去兴利和迁移转化规律，并研究如何运用这些特征和规律去兴利除害
2、，为人类服务。除害，为人类服务。第一节第一节 概述概述二、水文地质在国民经济建设中的作用二、水文地质在国民经济建设中的作用 水文地质学在国民经济发展中的作用是与地下水水文地质学在国民经济发展中的作用是与地下水及其赋存的介质的功能有关。及其赋存的介质的功能有关。1 1、宝贵的资源、宝贵的资源 理想的供水水源理想的供水水源重要的矿水资源重要的矿水资源2 2、敏感的环境因子、敏感的环境因子地下水的变化往往地下水的变化往往会打破原有的环境平衡状态，使环境发生变化会打破原有的环境平衡状态，使环境发生变化可能是可能是有益的，也可能是有害的。有益的，也可能是有害的。 地下水污染人类活动对地下水的影响污染物进
3、入地下水过量补充地下水过量抽取地下水水岩力学平衡破坏渗流场破坏水文循环平衡破坏与地下水有关的环境退化人类活动主要通过三种方式干扰地下水，造成一系列不良后果人类活动主要通过三种方式干扰地下水，造成一系列不良后果 过量开发与排除地下水过量开发与排除地下水地下水位下降地下水位下降地表径流衰地表径流衰减减、沼泽湿地消失沼泽湿地消失、土地沙化土地沙化、海海( (咸咸) )水入侵水入侵等；等； 过量补充地下水过量补充地下水地下水位升高地下水位升高土地的土地的次生盐渍化次生盐渍化、次生沼泽化次生沼泽化； 地下水位下降导致的粘土地下水位下降导致的粘土压密释水释放有害离子压密释水释放有害离子、化、化肥农药的不适
4、当使用、废弃物的无序排放肥农药的不适当使用、废弃物的无序排放 地下水恶化地下水恶化、污染、污染； 地下水位的变动会破坏其与周围岩土构成的统一的力地下水位的变动会破坏其与周围岩土构成的统一的力学平衡，而产生某种效应学平衡，而产生某种效应地面沉降与地裂缝地面沉降与地裂缝、岩溶塌岩溶塌陷陷、地下洞室垮塌或突水地下洞室垮塌或突水、滑坡、岩崩、水库诱发地震滑坡、岩崩、水库诱发地震、渗透变形渗透变形。 这些地质灾害与地质环境问题严重地危及了人民的这些地质灾害与地质环境问题严重地危及了人民的生命财产安全，大大降低了我们的生活质量，极大地增生命财产安全，大大降低了我们的生活质量，极大地增加了社会经济发展的成本
5、。加了社会经济发展的成本。 可见，地下水与其周围的环境，是相互依存的、有可见，地下水与其周围的环境，是相互依存的、有着内在联系的统一体，打破一个环节就会引起或正或负着内在联系的统一体，打破一个环节就会引起或正或负的反馈的反馈( (报复报复) )。 因此，与地下水有关的地质灾害与地质环境问题都因此，与地下水有关的地质灾害与地质环境问题都需要水文地质学知识来解决！需要水文地质学知识来解决！3 3、活跃的地质营力、活跃的地质营力 水是一种最常见的溶剂与载体。因而，分布于地表水是一种最常见的溶剂与载体。因而，分布于地表以下各层圈中的地下水在其活动过程中广泛地与周围物以下各层圈中的地下水在其活动过程中广
6、泛地与周围物质进行各种物理和化学作用，从而不断地改造着周围的质进行各种物理和化学作用，从而不断地改造着周围的地质环境，同时也改造着地下水本身，这种水与环境介地质环境，同时也改造着地下水本身，这种水与环境介质相互作用的过程及结果即是地下水的地质作用。质相互作用的过程及结果即是地下水的地质作用。 地下水的主要作用是地下水的主要作用是传递应力传递应力、传输热量传输热量和和化学组化学组分分、溶蚀和潜蚀等溶蚀和潜蚀等。4 4、重要的信息载体、重要的信息载体 由于地下水是应力传递者，同时又是在流动，所以由于地下水是应力传递者，同时又是在流动，所以地下水水位，水量，水温，水化学等的变化或异常可以地下水水位，
7、水量，水温，水化学等的变化或异常可以提供埋藏在地下的许多信息，如提供埋藏在地下的许多信息，如找矿找矿、地震预报地震预报、地质地质演变演变。1 1、地球上的水、地球上的水地球的结构示意图地球的结构示意图莫霍面莫霍面谷登堡面谷登堡面 整个地球不是一个均质体，而是具有明显的圈层结构整个地球不是一个均质体，而是具有明显的圈层结构。地球每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。地球每个圈层的成分、密度、温度等各不相同。 三、地球上的水及其循环三、地球上的水及其循环（1 1）地球上水的来源）地球上水的来源 地球上的水源来自太空和地球内部：地球上的水源来自太空和地球内部： 水从太空来到地球有三个途径：一是来自落
8、在地球上水从太空来到地球有三个途径：一是来自落在地球上的陨石；二是来自太阳的质子形成的水分子；三是来自太的陨石；二是来自太阳的质子形成的水分子；三是来自太空频繁光顾地球携带有水的彗星和小行星。空频繁光顾地球携带有水的彗星和小行星。 地球上的水是在原始地壳形成以后，在整个地质时期地球上的水是在原始地壳形成以后，在整个地质时期内从地球内部不断逸出而起源的。内从地球内部不断逸出而起源的。（2 2）地球上水的分布）地球上水的分布p地球是个富水行星，赋存于各个层圈。地球是个富水行星，赋存于各个层圈。p根据地球各层圈水的分布及其存在状态，地球上的水可分为根据地球各层圈水的分布及其存在状态，地球上的水可分为
9、浅部层圈水浅部层圈水、深层圈水深层圈水两大类。两大类。p 深层圈水分布于地壳下半部直到下地幔这一范围。在地壳下深层圈水分布于地壳下半部直到下地幔这一范围。在地壳下部深约部深约15-35km处，地温高达处，地温高达400以上，压力也非常大，这里以上，压力也非常大，这里的水不可能以普通液态水或气态水形式存在，而以非自由态的的水不可能以普通液态水或气态水形式存在，而以非自由态的形式存在，为被压密的气水溶液。形式存在，为被压密的气水溶液。p浅部层圈：水从大气圈到地壳上半部属于浅部层圈水，其中浅部层圈：水从大气圈到地壳上半部属于浅部层圈水，其中分布有大气水、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水以分布有
10、大气水、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水以自由态形式存在，液态为主，气态、固态也存在。地球浅部层自由态形式存在，液态为主，气态、固态也存在。地球浅部层圈中水的体积约为圈中水的体积约为13.86108km3。2 2、自然界的水循环、自然界的水循环地球深层圈的水和矿物结合水与地球浅层圈中自由态地球深层圈的水和矿物结合水与地球浅层圈中自由态的水相互转化，地球各圈层中以各种形式存在的水是的水相互转化，地球各圈层中以各种形式存在的水是一个相互联系、相互转化的整体，即一个相互联系、相互转化的整体，即水圈水圈或或水系统水系统。在这个整体内的水相互联系、相互转化的过程即是自在这个整体内的水相互联系、相互
11、转化的过程即是自然界的水循环。然界的水循环。（1 1） 水文循环水文循环 水文循环是发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙水文循环是发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的循环。中的地下水之间的循环。水文循环通常发生于地球浅层水文循环通常发生于地球浅层圈中，是圈中，是H H2 2O O分子态水的转换、更替较快；水文循环对地分子态水的转换、更替较快；水文循环对地球的气候、水资源、生态环境等影响显著，与人类的生球的气候、水资源、生态环境等影响显著，与人类的生存环境有直接的密切联系；水文循环是水文学与水文地存环境有直接的密切联系；水文循环是水文学与水文地质学研究的重点。质学研究的重点。自然界的
12、水循环根据循环途径长短、循环速度的快慢以自然界的水循环根据循环途径长短、循环速度的快慢以及涉及层圈的范围，分为水文循环、地质循环两类。及涉及层圈的范围，分为水文循环、地质循环两类。(2) (2) 地质循环地质循环 水的地质循环即地球浅部与深部层圈之间水的相互转化水的地质循环即地球浅部与深部层圈之间水的相互转化过程。过程。在软流圈上升流区，上地幔熔融物质进入地壳或喷出地在软流圈上升流区，上地幔熔融物质进入地壳或喷出地表时，地幔岩中的水分也随之上升与分异，转化为地球表时，地幔岩中的水分也随之上升与分异，转化为地球浅层圈的水。由地幔熔岩物质直接分异出来的水，称为浅层圈的水。由地幔熔岩物质直接分异出来
13、的水，称为初生水。初生水。在软流圈下降流区，含有大量水的地壳岩块俯冲沉入地在软流圈下降流区，含有大量水的地壳岩块俯冲沉入地幔，使地幔得到浅层圈水的补充。幔，使地幔得到浅层圈水的补充。矿物结合水的形成和脱出也是水地质循环的一部分。矿物结合水的形成和脱出也是水地质循环的一部分。在成岩、变质、风化作用等地质过程中，不仅有分子态在成岩、变质、风化作用等地质过程中，不仅有分子态的水进入矿物或从矿物中脱出，同时还有伴有水分子的的水进入矿物或从矿物中脱出，同时还有伴有水分子的分解和合成。分解和合成。一、岩石中的空隙一、岩石中的空隙岩石岩石是天然产出的具有一定结构构造的矿物集合体，是天然产出的具有一定结构构造
14、的矿物集合体，是地质作用的产物。在水文地质学中，指自然界中各类岩是地质作用的产物。在水文地质学中，指自然界中各类岩土体，包括坚硬的岩石及松散的沉积物。土体，包括坚硬的岩石及松散的沉积物。空隙空隙岩、土中各种类型的空洞的总称。自然界中不岩、土中各种类型的空洞的总称。自然界中不含空隙的岩石是不存在的。含空隙的岩石是不存在的。介质介质一种物质存在于另一种物质之中，后者就是前一种物质存在于另一种物质之中，后者就是前者的介质。者的介质。第二节第二节 地下水的赋存环境与赋存特征地下水的赋存环境与赋存特征3 3、岩石空隙的分类、岩石空隙的分类 各类岩石中的空隙千差万别，空隙性质也极不相同各类岩石中的空隙千差
15、万别，空隙性质也极不相同，其本质决定因素是岩石空隙的成因。，其本质决定因素是岩石空隙的成因。 根据空隙成因，可把岩石中的空隙分为三类：根据空隙成因，可把岩石中的空隙分为三类： 孔隙孔隙(pore)(pore)主要主要存在于各种成因的松散沉积物存在于各种成因的松散沉积物； 裂隙裂隙(fissure)(fissure)主要主要存在于各种非溶性坚硬岩石存在于各种非溶性坚硬岩石； 溶隙溶隙(cavity)(cavity)主要主要存在于各种可溶性坚硬岩石存在于各种可溶性坚硬岩石。 4 4、孔隙、孔隙 松散岩石是由大小不等的颗粒组成。颗粒和颗粒集松散岩石是由大小不等的颗粒组成。颗粒和颗粒集合体之间的空隙，
16、分布均匀、相互连通成小孔状，称为合体之间的空隙，分布均匀、相互连通成小孔状，称为孔隙。孔隙。描述孔隙性质的术语主要有描述孔隙性质的术语主要有分布分布大小大小形状形状多少多少连通连通风化风化( (卸荷卸荷) )裂隙裂隙构造裂隙构造裂隙成岩裂隙成岩裂隙裂隙按成因可分为裂隙按成因可分为：5 5、裂隙、裂隙( (fissure, fracture)fissure, fracture) 固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，而固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，而主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙裂隙。 裂隙的多少以裂隙的多少以裂隙率裂隙率表示
17、：表示：体积裂隙率体积裂隙率面裂隙率面裂隙率线裂隙率线裂隙率 可溶岩，在地下水的溶蚀作用下会产生空洞，这种可溶岩，在地下水的溶蚀作用下会产生空洞，这种空洞称为空洞称为溶隙溶隙。 溶隙的多少以岩溶率表示。溶隙的多少以岩溶率表示。 溶隙形态：溶隙形态：溶蚀裂隙、溶孔、溶洞、落水洞、地下溶蚀裂隙、溶孔、溶洞、落水洞、地下暗河、地下湖，等等。暗河、地下湖，等等。 溶隙特征溶隙特征：规模十分悬殊，分布极不均匀。规模十分悬殊，分布极不均匀。从水的赋存与运移角度来看，调查岩溶岩体：从水的赋存与运移角度来看，调查岩溶岩体： 描述岩溶发育特征描述岩溶发育特征( (溶洞溶洞形态、规模、形态、规模、充填情况、充填情
18、况、连通程度、数量、分布特征等连通程度、数量、分布特征等) )； 岩溶率。岩溶率。地壳岩石中的水地壳岩石中的水固态水固态水气态水气态水结晶水结晶水岩石岩石“骨架骨架”中的水中的水（矿物结合水）（矿物结合水）结构水结构水沸石水沸石水岩石空隙中的水岩石空隙中的水( (矿物表面矿物表面) )结合水结合水液态水液态水强结合水强结合水弱结合水弱结合水毛细水毛细水重力水重力水二、岩石中水的存在形式二、岩石中水的存在形式重力水重力水(gravitational water，bulk water) 岩石颗粒表面的水分子增大到一定厚度，岩石颗粒表面的水分子增大到一定厚度，水分子受固相水分子受固相表面吸引力的影响
19、极其微弱，而主要受重力影响，因此在重表面吸引力的影响极其微弱，而主要受重力影响，因此在重力影响下可以自由运动，这部分水就是重力水。力影响下可以自由运动，这部分水就是重力水。 重力水存在于较大的岩石空隙中，具有液态水的一重力水存在于较大的岩石空隙中，具有液态水的一般特征，可自由流动，能够传递静水压力，并具有溶解般特征，可自由流动，能够传递静水压力，并具有溶解岩石中可溶盐的能力。岩石中可溶盐的能力。 地层内岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可以地层内岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通过泉或井流出通过泉或井流出( (抽出抽出) )。 重力水是水文地质学研究的主要对象。重力水是水文地质学研究的主
20、要对象。含水层含水层(Aquifer)(Aquifer)：能够透过并给出相当数量水的岩层：能够透过并给出相当数量水的岩层。如各类砂土、砂岩、裂隙或岩溶发育的岩层等。如各类砂土、砂岩、裂隙或岩溶发育的岩层等。 隔水层隔水层( (AquicludeAquiclude) )：不能透过与给出水，或透过与给：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、出的水量微不足道的岩层。如裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、致密粘土等。板岩、致密粘土等。弱透水层弱透水层( (AquitardAquitard) )：渗透性相当差，在一般的供排水：渗透性相当差，在一般的供排水中所能给出的水量
21、微不足道；但在较大水力梯度作用下，中所能给出的水量微不足道；但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层。松散沉积物中的粘性土，坚具有一定的透水能力的岩层。松散沉积物中的粘性土，坚硬基岩中裂隙稀少而狭小的岩层硬基岩中裂隙稀少而狭小的岩层( (如砂质页岩、泥质粉砂如砂质页岩、泥质粉砂岩等岩等) )都可以归入弱透水层之列。都可以归入弱透水层之列。三、含水层与隔水层三、含水层与隔水层岩层按其渗透性可分为岩层按其渗透性可分为透水层透水层 含水层含水层弱透水层弱透水层不透水层不透水层 隔水层隔水层n含水层依赖隔水层的存在，没有隔水层的滞水作用，含含水层依赖隔水层的存在，没有隔水层的滞水作用，含水层是
22、不能构成的水层是不能构成的! !n定义中定义中“相当水量，微不足道，较大水力梯度相当水量，微不足道，较大水力梯度”是模糊是模糊的。这说明含水层与隔水层的划分是相对的。的。这说明含水层与隔水层的划分是相对的。n实际工作中，区分含水层与隔水层应考虑岩层给出水的实际工作中，区分含水层与隔水层应考虑岩层给出水的数量是否具有实际意义。数量是否具有实际意义。n从理论意义来看，岩层是否透水还取决于时间尺度。从理论意义来看，岩层是否透水还取决于时间尺度。埋藏条件埋藏条件含水介质类型含水介质类型孔隙水孔隙水裂隙水裂隙水岩溶水岩溶水包气带水包气带水土壤水、局部粘土壤水、局部粘性土隔水层上季性土隔水层上季节性存在的
23、重力节性存在的重力水、悬留毛细水水、悬留毛细水及重力水及重力水裂隙岩层浅部季节裂隙岩层浅部季节性存在的重力水及性存在的重力水及毛细水毛细水裸露岩溶化岩层裸露岩溶化岩层上部岩溶通道中上部岩溶通道中季节性存在的重季节性存在的重力水力水饱水带饱水带水水潜水潜水各类松散沉积物各类松散沉积物浅部的水浅部的水裸露于地表的各类裸露于地表的各类裂隙岩层中的水裂隙岩层中的水裸露于地表的岩裸露于地表的岩溶化岩层中的水溶化岩层中的水承压水承压水层间无层间无压水压水山间盆地及平原山间盆地及平原松散沉积物深部松散沉积物深部的水的水组成构造盆地、向组成构造盆地、向斜构造或单斜断块斜构造或单斜断块的被掩覆的各类裂的被掩覆的
24、各类裂隙岩层中的水隙岩层中的水组成构造盆地、组成构造盆地、向斜构造或单斜向斜构造或单斜断块的被掩覆的断块的被掩覆的岩溶化岩层中的岩溶化岩层中的水水第三节第三节 地下水分类地下水分类一、按含水介质类型分类一、按含水介质类型分类按按含水介质类型含水介质类型将地下水分为将地下水分为孔隙水孔隙水、裂隙水裂隙水、岩溶水岩溶水。1 1、孔隙水：指赋存于第四系松散沉积物孔隙中的地下水。、孔隙水：指赋存于第四系松散沉积物孔隙中的地下水。扇顶部扇顶部过渡带过渡带扇缘扇缘砾石、卵石、漂砾砾石、卵石、漂砾砾石、砂为主，并出现粘土层砾石、砂为主，并出现粘土层砂和粘土互层砂和粘土互层分选性差分选性差有一定的分选性有一定
25、的分选性分选性好分选性好透水性好，透水性好，地形坡度大，地形坡度大，颗粒粗，透水性好，地下颗粒粗，透水性好，地下水径流强烈。地下水动态水径流强烈。地下水动态变化大。变化大。地形变缓，颗粒变细，透水性地形变缓，颗粒变细，透水性变差，地下水径流受阻，水位变差，地下水径流受阻，水位接近地表，成泉或沼泽。地下接近地表，成泉或沼泽。地下水动态变化小。水动态变化小。地形平坦，岩性地形平坦，岩性变细。蒸发等排变细。蒸发等排泄，水埋深有所泄，水埋深有所增加。增加。半半干旱地区洪积扇水文地质剖面图干旱地区洪积扇水文地质剖面图冲积平原中地下水的基本特征冲积平原中地下水的基本特征 由地势高、堆积粗粒沉积的现代河道与
26、近代河道，到由地势高、堆积粗粒沉积的现代河道与近代河道，到地势低洼、堆积粘性土的河间洼地，显示着良好的微地貌地势低洼、堆积粘性土的河间洼地，显示着良好的微地貌- -岩性岩性- -地下水分带。地下水分带。冲积平原水文地质剖面示意图冲积平原水文地质剖面示意图不同位置不同位置古河道、现代河道古河道、现代河道 河间洼地河间洼地地形地形高高低低岩性岩性(粒度粒度)粗粗细细地下水埋深地下水埋深深深 浅浅补给条件补给条件好好差差排泄方式排泄方式径流径流蒸发排泄蒸发排泄水化学作用水化学作用溶滤作用溶滤作用 浓缩作用浓缩作用矿化度矿化度(TDS)HCO3-、TDS Cl-、DS冲积平原中地下水的基本特征冲积平原
27、中地下水的基本特征2 2、裂隙水、裂隙水 赋存并运移于基岩裂隙系统中的水，称为裂隙水。赋存并运移于基岩裂隙系统中的水，称为裂隙水。基岩裂隙含水系统基岩裂隙含水系统裂隙水的特点：裂隙水的特点：n裂隙水空间展布具有方向性裂隙水空间展布具有方向性渗透性不均匀、各向异渗透性不均匀、各向异性：一般第三方向不发育，性：一般第三方向不发育，n裂隙水空间分布不均匀，局部发育，呈脉状分布，导致裂隙水空间分布不均匀，局部发育，呈脉状分布，导致同一岩层中相距很近的钻孔，水量悬殊；有的地方打井同一岩层中相距很近的钻孔，水量悬殊；有的地方打井有水，有的地方无水。有水，有的地方无水。n裂隙含水系统通常具有树状或脉状结构，
28、一些大的导水裂隙含水系统通常具有树状或脉状结构，一些大的导水通道作用突出，使裂隙水表现出明显的不均匀性，有时通道作用突出，使裂隙水表现出明显的不均匀性，有时表现突变性：表现突变性： n在整个岩体中，裂隙通道所占的比例很低，一般为千分在整个岩体中，裂隙通道所占的比例很低，一般为千分之几至千分之十几，水流只发生在组成导水网络的各裂之几至千分之十几，水流只发生在组成导水网络的各裂隙通道内，因此，渗流场实际上是不连续的隙通道内，因此，渗流场实际上是不连续的，很难形成，很难形成统一的含水层。统一的含水层。3 3、岩溶水、岩溶水 水对可溶岩石进行化学溶解，并伴随以冲蚀作用及水对可溶岩石进行化学溶解，并伴随
29、以冲蚀作用及重力坍塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各重力坍塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各种独特的地貌现象以及特殊的水文现象，上述作用及由种独特的地貌现象以及特殊的水文现象，上述作用及由此产生的各种现象称为此产生的各种现象称为岩溶岩溶( (喀斯特喀斯特) )。 赋存并运移于岩溶化岩层中的地下水称为赋存并运移于岩溶化岩层中的地下水称为岩溶水岩溶水。岩溶水的特征岩溶水的特征p岩溶含水介质具有很大的不均一性：既有规模巨大、岩溶含水介质具有很大的不均一性：既有规模巨大、延伸长达数十延伸长达数十km的管道溶洞，也有十分细小的裂隙和孔隙的管道溶洞，也有十分细小的裂隙和孔隙(包括沉积物中的
30、孔隙包括沉积物中的孔隙)。p岩溶水的岩溶水的补给：灌入式，入渗系数大补给：灌入式，入渗系数大(南方：南方：6080%，北方：北方：30%)；排泄：集中的排泄排泄：集中的排泄大泉；大泉；动态：非常不动态：非常不稳定，岩溶化程度愈高，愈不稳定。稳定，岩溶化程度愈高，愈不稳定。p 处于不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征：处于不同演化阶段的岩溶水具有不同的特征：处于演处于演化初期的岩溶水系统往往与裂隙水系统没有很大的区别；化初期的岩溶水系统往往与裂隙水系统没有很大的区别； 处于演化后期的岩溶水系统，管道系统发育，大范围内处于演化后期的岩溶水系统，管道系统发育，大范围内的水汇成一个完整的地下水河系，某种
31、程度上带有地表水的水汇成一个完整的地下水河系，某种程度上带有地表水的特征，空间分布极不均匀，时间上变化强烈，流动迅速的特征，空间分布极不均匀，时间上变化强烈，流动迅速，排泄集中。，排泄集中。地下水的赋存示意图地下水的赋存示意图包气带水包气带水地下水位地下水位地下水位地下水位饱水带水饱水带水承压水承压水潜水潜水上层滞水上层滞水二、按含水介质类型分类二、按含水介质类型分类按埋藏条件可将地下水分为按埋藏条件可将地下水分为包气带水包气带水、潜水潜水、层间无压、层间无压水、水、承压水承压水。1 1、包气带水、包气带水（1）包气带与饱水带的划分）包气带与饱水带的划分 地下水面地下水面地下一定深度地下一定深
32、度岩石中的空隙被重力水所充满，岩石中的空隙被重力水所充满，形成的一个自由水面。形成的一个自由水面。 地下水面之上称为包气带地下水面之上称为包气带(unsaturated zone)，之下称为，之下称为饱水带饱水带(saturated zone)。（2 2）包气带和包气带和饱水带的特点饱水带的特点包气带包气带 岩石空隙未被水充满；岩石空隙未被水充满； 固、液、气三相介质并存；固、液、气三相介质并存； 水的存在形式多样：结合水、毛细水、重力水水的存在形式多样：结合水、毛细水、重力水( (过路过路重力水、重力水、上层滞水上层滞水) )等。等。以各种形式存在于包气带中的水以各种形式存在于包气带中的水统
33、称为包气带水。统称为包气带水。饱水带饱水带 岩石空隙被水完全充满，是固、液二相介质；岩石空隙被水完全充满，是固、液二相介质； 空隙中水的存在形式：重力水，结合水。空隙中水的存在形式：重力水，结合水。毛细水带：毛细水带： 包气带底部由地下水包气带底部由地下水面支持的毛细水构成毛细面支持的毛细水构成毛细水带，毛细水带的高度与水带，毛细水带的高度与岩性有关。岩性有关。 毛细水带的下部也是毛细水带的下部也是饱水的，即毛细饱水带。饱水的，即毛细饱水带。但是受毛细负压作用，其但是受毛细负压作用，其压强比大气压强小，因此，压强比大气压强小，因此，毛细饱水带中的水是不能毛细饱水带中的水是不能进入井中。进入井中
34、。毛细饱水带毛细饱水带中间带：中间带： 介于土壤水带与毛细介于土壤水带与毛细水带之间，厚度变化很大，水带之间，厚度变化很大，当地下水面高达地表或接当地下水面高达地表或接近地表时，中间带厚度为近地表时，中间带厚度为0 0；当地下水面埋深很大时，当地下水面埋深很大时，中间带的厚度可达几百米。中间带的厚度可达几百米。 中间带的水为气态水、中间带的水为气态水、结合水、毛细水及重力水结合水、毛细水及重力水等。等。4 4、包气带水的特点、包气带水的特点包气带水的来源：大气降水的入渗，地表水体的渗漏，包气带水的来源：大气降水的入渗，地表水体的渗漏，由地下水面通过毛细上升输送的水分，地下水蒸发形成由地下水面通
35、过毛细上升输送的水分，地下水蒸发形成的气态水。的气态水。包气带水的赋存和运移受毛细力和重力的共同影响：包气带水的赋存和运移受毛细力和重力的共同影响：重力使得水分下移，毛细力则将水分输向空隙细小的与重力使得水分下移，毛细力则将水分输向空隙细小的与含水量低的地方。含水量低的地方。包气带的水、溶质的时空分布及迁移转化规律受边界包气带的水、溶质的时空分布及迁移转化规律受边界条件影响很大：气象因素，天然和人工植被、人类的生条件影响很大：气象因素，天然和人工植被、人类的生活和生产。活和生产。 包气带水是水文循环的一个重要通道：饱水带地包气带水是水文循环的一个重要通道：饱水带地下水通过包气带获得降水、地表水
36、的入渗补给下水通过包气带获得降水、地表水的入渗补给( (补充补充) )，又通过包气带将水分传输，蒸发，消耗出去。又通过包气带将水分传输，蒸发，消耗出去。因此，研因此，研究包气带水及其中的溶质的迁移转化规律和时空分布特究包气带水及其中的溶质的迁移转化规律和时空分布特征对阐明饱水带水的形成具有重要意义。征对阐明饱水带水的形成具有重要意义。2 2 潜水潜水含水层厚度含水层厚度潜水潜水含水层含水层隔水层隔水层潜水面潜水面潜水埋深潜水埋深泉泉河河蒸发蒸发潜水潜水-地表以下第一个具有自由表面的含水层中的水。地表以下第一个具有自由表面的含水层中的水。基本要素：基本要素：潜水面潜水面、潜水位潜水位、潜水埋深、
37、含水层厚度潜水埋深、含水层厚度n潜水面：潜水面： 潜水含水层具有自由水面，该自由界面即为潜水含水层具有自由水面，该自由界面即为饱水带的上界面，称作潜水面。饱水带的上界面，称作潜水面。n 潜水面通常是个起伏的面，其形状与含水层的补给、潜水面通常是个起伏的面，其形状与含水层的补给、排泄和渗透性能有关，一般情况下，潜水面是指向排排泄和渗透性能有关，一般情况下，潜水面是指向排泄区倾斜的曲面，起伏大体与地形一致而较缓和。强泄区倾斜的曲面，起伏大体与地形一致而较缓和。强大的人类活动正日益改变着潜水面的形状。大的人类活动正日益改变着潜水面的形状。n潜水面的升降和高低与含水层内储水量的变化一致。潜水面的升降和
38、高低与含水层内储水量的变化一致。n潜水埋深：潜水面到地面的距离为潜水的埋藏深度。潜水埋深：潜水面到地面的距离为潜水的埋藏深度。n含水层厚度：从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水含水层厚度：从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度。层的厚度。n潜水面埋藏深度与含水层厚度随潜水面的升降而发生潜水面埋藏深度与含水层厚度随潜水面的升降而发生相应的变化。相应的变化。潜水主要特征：潜水主要特征： 补给：其它含水层，降水入渗，河湖水入渗。补给：其它含水层，降水入渗，河湖水入渗。 排泄：其它含水层，泉，河，腾发。排泄：其它含水层，泉，河，腾发。 动态：含水层接收补给或排泄，使厚度变化而储水动态：含水层接收补给
39、或排泄，使厚度变化而储水与释水！受气象、水文因素影响明显，变化快与释水！受气象、水文因素影响明显，变化快( (水量、水水量、水位、水质季节性变化位、水质季节性变化) )，受人为因素影响也显著，易污染。，受人为因素影响也显著，易污染。 水循环：交替迅速，水循环周期短，更新恢复快，水循环：交替迅速，水循环周期短，更新恢复快，资源缺乏调节性。资源缺乏调节性。3 3、承压水、承压水(Confined Water)(Confined Water)（1 1）定义）定义: :充满于充满于2 2个隔水层个隔水层( (弱透水层弱透水层) )间含水层中的水。间含水层中的水。隔水底板隔水底板隔水顶板隔水顶板（2 2
40、）基本要素）基本要素 承压含水层：赋存承压水的岩层；承压含水层：赋存承压水的岩层； 隔水顶板；隔水顶板； 隔水底板；隔水底板； 承压含水层厚度承压含水层厚度(M)(M)； 承压高度承压高度(H)：含水层某点的承压高度等于该点的：含水层某点的承压高度等于该点的测压高度；测压高度； 测压水位线测压水位线(面面)：测压水位的连线：测压水位的连线(面面)，此线是虚，此线是虚拟的；拟的； 补给区和排泄区；补给区和排泄区； 承压区；承压区； 自溢区自溢区测压水位线与地形等高线的交点连接区。测压水位线与地形等高线的交点连接区。（3 3）主要特征）主要特征 补给与排泄：有限区域与外界联系，水循环交替慢，补给与
41、排泄：有限区域与外界联系，水循环交替慢，平均滞留时间长平均滞留时间长( (年龄老年龄老) )，可恢复性差。，可恢复性差。 水化学特征：变化较大，可以是淡水，也可能是卤水化学特征：变化较大，可以是淡水，也可能是卤水。不易污染，一旦污染，很难净化！水。不易污染，一旦污染，很难净化！ 动态变化：较稳定，如果分布面积大，厚度稳定，动态变化：较稳定，如果分布面积大，厚度稳定，则调节能力很强。则调节能力很强。第四节第四节 地下水的补给、径流与排泄地下水的补给、径流与排泄一、地下水的补给一、地下水的补给n地下水的补给：含水层或含水系统从外界获得水量的地下水的补给：含水层或含水系统从外界获得水量的过程称作补给
42、。过程称作补给。 n补给获得水量后，含水层或含水系统内地下水位上升，补给获得水量后，含水层或含水系统内地下水位上升，增加了势能，使地下水保持不停的流动；而由于构造增加了势能，使地下水保持不停的流动；而由于构造封闭或气候干旱，含水层长期得不到补给，地下水的封闭或气候干旱，含水层长期得不到补给，地下水的流动将停滞。流动将停滞。n补给除了获得水量，还获得了一定的盐量或热量，从补给除了获得水量，还获得了一定的盐量或热量，从而使含水层或含水系统的水化学与水温发生变化。而使含水层或含水系统的水化学与水温发生变化。地下水的补给来源地下水的补给来源n大气降水补给大气降水补给n地表水补给地表水补给n凝结水补给凝
43、结水补给n与人类活动有关的补给与人类活动有关的补给1、大气降水对地下水的补给、大气降水对地下水的补给松散沉积物组成的包气带是大气降水对地下水补给的枢松散沉积物组成的包气带是大气降水对地下水补给的枢纽，包气带的岩性结构和含水量状况对降水入渗补给起纽，包气带的岩性结构和含水量状况对降水入渗补给起着决定性作用。着决定性作用。 松散沉积物的降水入渗有两种方式：松散沉积物的降水入渗有两种方式： 活塞式活塞式(piston/diffuse)、捷径式捷径式(bypass)。（1 1）“活塞式活塞式”入渗入渗 产生条件产生条件 入渗过程入渗过程湿润锋面湿润锋面降水入渗速率降水入渗速率入渗特点入渗特点 发生在空
44、隙均匀的岩土体中；发生在空隙均匀的岩土体中； 入渗水湿润面整体向下推进，犹如活塞的运移；入渗水湿润面整体向下推进，犹如活塞的运移； 年龄新的水推动年龄老的水下移，年龄新的水推动年龄老的水下移，“老老”水在前，水在前，“新新”水在后，始终是水在后，始终是“老老”水先到达含水层。水先到达含水层。（2 2）“捷径式捷径式”下渗下渗 产生条件产生条件 入渗过程入渗过程潜水面潜水面湿润锋面湿润锋面入渗入渗特点：特点： 发生在空隙大小悬殊的介质中；发生在空隙大小悬殊的介质中； 新水可以超过老水，优先达含水层；新水可以超过老水，优先达含水层； 包气带未必达到饱和时即可补给下方含水层。包气带未必达到饱和时即可
45、补给下方含水层。2 2、地表水对地下水的补给、地表水对地下水的补给（1 1）地表水补给地下水的必要条件）地表水补给地下水的必要条件 有水力联系；有水力联系； 地表水水位高于地下水水位。地表水水位高于地下水水位。（2 2）地表水体补给地下水的特点）地表水体补给地下水的特点 因地而异，因时而异具有不同的补排关系。因地而异，因时而异具有不同的补排关系。 山区河谷深切山区河谷深切, ,河水常常低于地下水位，起着排泄地下河水常常低于地下水位，起着排泄地下水的作用，洪水期则河水补给地下水。水的作用，洪水期则河水补给地下水。山前，由于河流的堆积作用，河床处于高位，河水常山前，由于河流的堆积作用，河床处于高位
46、，河水常年补给地下水。年补给地下水。冲积平原与盆地的某些河流的某段，河水与地下水的补冲积平原与盆地的某些河流的某段，河水与地下水的补给排泄关系，随季节而定。给排泄关系，随季节而定。而在某些冲积平原中，河床因强烈的堆积作用而形成而在某些冲积平原中，河床因强烈的堆积作用而形成所谓所谓“地上河地上河”，河水经常补给地下水。，河水经常补给地下水。 汛期开始，河水湿润包汛期开始，河水湿润包气带并发生垂直入渗，潜水气带并发生垂直入渗，潜水面处形成水丘。面处形成水丘。 河水不断下渗，水丘河水不断下渗，水丘水位不断抬高，与河水连成水位不断抬高，与河水连成一体。一体。 汛期结束，河水撤走，汛期结束，河水撤走，水
47、丘逐渐趋于平，使一定范水丘逐渐趋于平，使一定范围内潜水位普遍抬高。围内潜水位普遍抬高。（3）地表水对地下水补给的过程）地表水对地下水补给的过程n以间歇河流为例以间歇河流为例含水层的补给区和汇水区含水层的补给区和汇水区(d)ffF潜水的补给受潜水的补给受汇水面积控制汇水面积控制F Ff f含水层的补给区和汇水区含水层的补给区和汇水区(b)出露低洼处在出露低洼处在汇水面积内获汇水面积内获补给。补给。fF含水层的补给区和汇水区含水层的补给区和汇水区(c)通过导水通过导水断层获补断层获补给。给。f含水层的补给区和汇水区含水层的补给区和汇水区(a) 高出出露点获补给高出出露点获补给。3 3、凝结水的补给
48、、凝结水的补给 饱和湿度随温度降低，温度降到一定程度，空气中饱和湿度随温度降低，温度降到一定程度，空气中的绝对湿度与饱和湿度相等，若温度继续下降，超过饱的绝对湿度与饱和湿度相等，若温度继续下降，超过饱和湿度的那一部分水汽，便凝结成水。这种由气态水转和湿度的那一部分水汽，便凝结成水。这种由气态水转化为液态水的过程称作凝结作用。化为液态水的过程称作凝结作用。 一般情况下，凝结形成的水相当有限。但在某些地一般情况下，凝结形成的水相当有限。但在某些地方，水汽的凝结对地下水的补给有一定的意义方，水汽的凝结对地下水的补给有一定的意义( (敦煌壁敦煌壁画受到凝结水的破坏画受到凝结水的破坏) )。补给过程：补
49、给过程：n夏季的白天，大气和土壤都吸热增温；到夜晚，土壤夏季的白天，大气和土壤都吸热增温；到夜晚，土壤散热快而大气散热慢。当地温降低到一定程度，在土散热快而大气散热慢。当地温降低到一定程度，在土壤孔隙中的水汽达到饱和，便凝结成水滴，那么土壤壤孔隙中的水汽达到饱和，便凝结成水滴，那么土壤中水气的绝对湿度随之降低。中水气的绝对湿度随之降低。n由于此时气温较地温高，近地面大气的绝对湿度较土由于此时气温较地温高，近地面大气的绝对湿度较土中的绝对湿度大，因此，水汽从大气向土壤孔隙运动。中的绝对湿度大，因此，水汽从大气向土壤孔隙运动。如此不断补充，不断凝结，当形成足够的液滴状水时，如此不断补充，不断凝结，
50、当形成足够的液滴状水时，便下渗补给地下水。便下渗补给地下水。4 4、人类活动导致的地下水补给、人类活动导致的地下水补给 地下水可以从人类某些活动中获得补给地下水可以从人类某些活动中获得补给二、地下水的排泄二、地下水的排泄 含水层含水层( (含水系统含水系统) )向外界排出水量的过程称为排泄。向外界排出水量的过程称为排泄。 排泄方式：排泄方式： 点状排泄点状排泄泉泉 线状排泄线状排泄向地表水体泄流向地表水体泄流 面状排泄面状排泄腾发腾发，人工排泄人工排泄1、泉、泉(spring) 泉是地下水的天然露头，在地形面与含水层或含水通泉是地下水的天然露头，在地形面与含水层或含水通道相交点地下水出露成泉，
