1、第三章 地下水及对工程建设的影响 地下水的基本概念地下水的基本概念 地下水的物理性质和化学成分地下水的物理性质和化学成分 地下水的基本类型与特征地下水的基本类型与特征 地下水运动的基本规律地下水运动的基本规律 地下水与工程建设地下水与工程建设主要内容地下水：赋存在地表以下岩土空隙中的水。地下水：赋存在地表以下岩土空隙中的水。岩土的空隙岩土的空隙:松散沉积物中的松散沉积物中的孔隙孔隙坚硬岩石中的坚硬岩石中的裂隙裂隙可溶性岩石中的可溶性岩石中的溶隙溶隙连通性好连通性好分布不均匀分布不均匀连通性差连通性差4 水汽输送水汽输送1 蒸发蒸发5 降水降水3 蒸发蒸发6 降水降水8 植物蒸腾植物蒸腾湖湖9
2、地表径流地表径流10 地下径流地下径流海洋海洋 2 蒸发蒸发7 降水降水自然界中的水循环自然界中的水循环 1、概念：受固相表面的引力大于分子自身重力的那部分水，称为结合水。、概念：受固相表面的引力大于分子自身重力的那部分水，称为结合水。2、特点：具有抗剪强度（由内层向外层减弱），一般不能流动，必须施一、特点：具有抗剪强度（由内层向外层减弱），一般不能流动，必须施一 定外力使其发生变形。定外力使其发生变形。二、液态水二、液态水 概念 特点 概念 特点 三、气态水、固态水、矿物结合水三、气态水、固态水、矿物结合水 概念 特点强结合水抗剪强度很大，不能流动，不被植物根系吸收特点弱结合水抗剪强度较小，
3、施加一定外力能流动，被植物根系吸收重力水能在自身重力影响下发生运动的水称为重力水。可传递静水压力，被植物根系全部吸收，可以自由流动毛细水在毛细力的作用下发生运动的水，称为毛细水传递静水压力，植物根系全部吸收，张力、重力、吸附力平衡气态水在未被饱和岩石空隙中，因水蒸气张力差而引起运动的水为气态水由张力大的地方向小的地方运动，可随空气流动，可与液态水转换吸着水薄膜水一、结合水一、结合水地下水的存在形式地下水的存在形式 概念 特点 概念 特点 矿物结合水赋存于矿物结晶内部的水称矿物结合水，有结构水、结晶水、沸石水保存于矿物结晶骨架中，肉 眼看不见，加热时可从矿物中分离出来固态水在低于冰点时岩石空隙中
4、的水称为固态水多年中以固态的形式存在于岩石空隙中，温度低于0，不能流动结构水结晶水沸石水以 H+和 OH-形式存在于矿物结晶格架的某一位置上的水称为结构水以H2O的形式存在于矿物结晶格架的一定位置上的水称为结晶水以H2O的形式存在于矿物晶包和晶包之间的水称为沸石水自由水弱结合水强结合水土粒含水层：给出并透过相当水量的岩土层。含水层：给出并透过相当水量的岩土层。隔水层：不透水但可含水的岩土层。隔水层：不透水但可含水的岩土层。滞水层：弱透水的岩土层。滞水层：弱透水的岩土层。含水层的形成条件：岩土层有较大空隙；含水层的形成条件：岩土层有较大空隙；为隔水层所限；有补给来源。为隔水层所限；有补给来源。l
5、 含水层、隔水层与弱透水层的概念含水层、隔水层与弱透水层的概念l 含水层、隔水层与弱透水层的相对性含水层、隔水层与弱透水层的相对性l 含水层、隔水层与弱透水层的相对性含水层、隔水层与弱透水层的相对性l 含水层、隔水层与弱透水层的相对性含水层、隔水层与弱透水层的相对性一、地下水的物理性质一、地下水的物理性质地下水的物理性质一般指：温度、颜地下水的物理性质一般指：温度、颜色、透明度、嗅、味、比重、导电性、放色、透明度、嗅、味、比重、导电性、放射性等。射性等。1.1.温度温度地下水的温度变化主要是受地下水的温度变化主要是受气温气温和和地温地温的影响，尤其是地温。的影响，尤其是地温。原因：地下水存在于
6、地壳中，且停留原因：地下水存在于地壳中，且停留时间长时间长一、地下水的物理性质一、地下水的物理性质1.1.温度温度地壳按热力状态从上而下分为变温带、年地壳按热力状态从上而下分为变温带、年常温带、增温带。常温带、增温带。温度每增加温度每增加ll所需要的深度所需要的深度(m)(m)称为地热称为地热增温级，一般平均每增温级，一般平均每33m33m升高升高1(1(用用33m/33m/表示表示)由于岩石的导热性、地壳运动和水文地质由于岩石的导热性、地壳运动和水文地质条件的不同，各地的地热增温级有很大差异条件的不同，各地的地热增温级有很大差异一、地下水的物理性质一、地下水的物理性质1.1.温度温度变温带的
7、地下水温度有变化。变温带的地下水温度有变化。常温带的地下水温度和地温相同，很接近常温带的地下水温度和地温相同，很接近当地多年平均气温。当地多年平均气温。常温带以下的地下水温度同地温一样随深常温带以下的地下水温度同地温一样随深度而增加。度而增加。地下水的水温可以反映地下水的循环深度，地下水的水温可以反映地下水的循环深度，同时又反映了当地的地热条件。同时又反映了当地的地热条件。一、地下水的物理性质一、地下水的物理性质2.2.颜色颜色地下水一般是透明的，当含有大量有机物、地下水一般是透明的，当含有大量有机物、固体矿物质及胶体悬浮物时，才呈浑浊现象。固体矿物质及胶体悬浮物时，才呈浑浊现象。按透明度把地
8、下水分为四级：透明的、半按透明度把地下水分为四级：透明的、半透明的（微浑浊的）、微透明的（浑浊的）、透明的（微浑浊的）、微透明的（浑浊的）、不透明的（极浑浊的）不透明的（极浑浊的）。一般地下水是无色的，当含有过量的某些离一般地下水是无色的，当含有过量的某些离子成分或悬浮物和胶体物质时，就会出现各子成分或悬浮物和胶体物质时，就会出现各种颜色。种颜色。3.3.透明度透明度一、地下水的物理性质一、地下水的物理性质4.4.味道味道一般地下水无气味。一般地下水无气味。一般低温下气味不易辨别，而在一般低温下气味不易辨别，而在4040左右左右时气味最显著。时气味最显著。纯水是淡而无味的，水味来源于其中的盐分
9、纯水是淡而无味的，水味来源于其中的盐分及气体。及气体。5.5.气味气味一、地下水的物理性质一、地下水的物理性质6.6.导电性导电性决定于其中所含放射性元素的数量。决定于其中所含放射性元素的数量。一般地下水的放射性极微弱，在与放射性一般地下水的放射性极微弱，在与放射性矿床有关时，放射性含量相应增强。矿床有关时，放射性含量相应增强。地下水导电能力的大小取决于水中所含电解地下水导电能力的大小取决于水中所含电解质的数量与性质（各种离子的含量与离子质的数量与性质（各种离子的含量与离子价），离子含量越多，离子价越高，则水的价），离子含量越多，离子价越高，则水的导电性越强导电性越强。7.7.放射性放射性1.
10、1.主要离子及化合物主要离子及化合物:阳离子：阳离子：H H+、NaNa+、K K+、NHNH4+4+、CaCa2+2+、MgMg2+2+、FeFe3+3+、FeFe2+2+阴离子：阴离子：OHOH-、ClCl-、SOSO4 42-2-、NONO2 2-、NONO3 3-、HCOHCO3 3-、COCO3 32-2-、POPO4 43-3-最主要的六种最主要的六种:Cl:Cl-、SOSO4 42-2-、HCOHCO3 3-、NaNa+、K K+、CaCa2+2+、MgMg2+2+2.2.氢离子浓度：地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢氢离子浓度：地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子浓度
11、的大小，大多数离子浓度的大小，大多数pHpH值在值在6.58.56.58.5之间。之间。3.矿化度：地下水中各种离子、分子和化合物的总量（矿化度：地下水中各种离子、分子和化合物的总量（g/L）。淡水和微咸水以。淡水和微咸水以HCO3-为主，咸水以为主，咸水以SO42-为主，盐水和卤为主，盐水和卤水以水以Cl-为主。为主。二、地下水的化学成分二、地下水的化学成分4.4.水的硬度水的硬度:由于水中含有由于水中含有CaCa2+2+、MgMg2+2+而具有的性质。而具有的性质。总硬度：地下水中所有总硬度：地下水中所有CaCa2+2+、MgMg2+2+的总含量。的总含量。暂时硬度：将水加热到沸腾后，由于
12、形成碳酸盐沉淀而失去暂时硬度：将水加热到沸腾后，由于形成碳酸盐沉淀而失去 的那一部分的那一部分CaCa2+2+、MgMg2+2+的数量。的数量。永久硬度：指水沸腾后仍留在水中的永久硬度：指水沸腾后仍留在水中的CaCa2+2+、MgMg2+2+含量。含量。总硬度暂时硬度总硬度暂时硬度+永久硬度永久硬度二、地下水的化学成分二、地下水的化学成分5.5.气体气体种类：地下水中溶解的气体有种类：地下水中溶解的气体有N N2 2、O O2 2、COCO2 2、H H2 2S S、CHCH4 4，有时还有氡之类的稀有元素气体，有时还有氡之类的稀有元素气体一般情况下，地下水中气体含量不高一般情况下，地下水中气
13、体含量不高当围压变小时，溶解状态的气体就会转向游离状当围压变小时，溶解状态的气体就会转向游离状态，甚至从地下水中逸出。态，甚至从地下水中逸出。地下水的气体成分不仅影响着地下水的化学成分，地下水的气体成分不仅影响着地下水的化学成分，而且反映了地下水所处的地球化学环境的特征而且反映了地下水所处的地球化学环境的特征某些气体的含量会影响盐类在水中的溶解度及其某些气体的含量会影响盐类在水中的溶解度及其它化学反应它化学反应二、地下水的化学成分二、地下水的化学成分一、地下水的分类一、地下水的分类一、地下水的分类一、地下水的分类一、地下水的分类一、地下水的分类地下水分类表地下水分类表 一、地下水的分类一、地下
14、水的分类abc1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；上层滞水、潜水及承压水上层滞水上层滞水承压水承压水潜水潜水一、地下水的分类一、地下水的分类（一）包气带水（一）包气带水包气带是位于地面以下潜水面以上的地带。包气带是位于地面以下潜水面以上的地带。1.1.土壤水：包气带最上层土壤中所含的水分，能土壤水：包气带最上层土壤中所含的水分，能在蒸发作用下上升汽化逸入大气。在蒸发作用下上升汽化逸入大气。2.2.上层滞水：埋藏在离地表不深、包气带中局部上层滞水：埋藏在离地表不深、包气带中局部隔水层之上的重力水。隔水层之上的重力水。一、地下水的
15、分类一、地下水的分类2.2.上层滞水上层滞水特征：特征：接近地表，接受大气降水补给，以蒸发接近地表，接受大气降水补给，以蒸发 形式或向隔水底板边缘排泄形式或向隔水底板边缘排泄 动态变化很不稳定动态变化很不稳定工程意义：工程意义：常始料不及涌入基坑常始料不及涌入基坑 供水意义不大供水意义不大 在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆一、地下水的分类一、地下水的分类 埋藏在地面以下饱水带中第一个稳定隔水层埋藏在地面以下饱水带中第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力水。之上具自由水面的重力水。（二）潜水（二）潜水自由表面自由表面即没有隔水层限制，与大气直接相即没有隔水层限制，与大气
16、直接相通，除大气压强外不受其它力通，除大气压强外不受其它力 稳定含水层稳定含水层指具有一定的空间连续性（范围）指具有一定的空间连续性（范围）以示区分上层滞水以示区分上层滞水 一、地下水的分类一、地下水的分类（二）潜水（二）潜水1 1砂层砂层 2 2隔水层隔水层 3 3含水层含水层 4 4潜水面潜水面 5 5基准面基准面 一、地下水的分类一、地下水的分类特征：特征：潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗入潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗入补给；补给；潜水面不承受静水压力；潜水面不承受静水压力；潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关；潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关；在
17、重力作用下，由高向低流动，称潜水流。在重力作用下，由高向低流动，称潜水流。（二）潜水（二）潜水一、地下水的分类一、地下水的分类特征：特征：补给补给(来源来源)：降水入渗，河湖入渗：降水入渗，河湖入渗 排泄排泄(汇汇)：泉，（河）泄流，蒸发：泉，（河）泄流，蒸发 补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！动态：受气象，水文因素影响明显，变化快（水量、动态：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，易污染水位季节性变化）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
18、新恢复快 潜水研究基本方法潜水研究基本方法绘制潜水等水位线图绘制潜水等水位线图获取信息获取信息-资料的手段资料的手段通过调查、勘探和分析绘制通过调查、勘探和分析绘制（二）潜水（二）潜水潜水面的表示方法潜水面的表示方法1.1.水文地质剖面图法水文地质剖面图法2.2.等水位线图法等水位线图法水文地质剖面图法水文地质剖面图法等水位线图法等水位线图法潜水与地表水的关系潜水与地表水的关系潜水补给河流潜水补给河流河流补给潜水河流补给潜水单侧补给单侧补给 图 6-6 潜水与地表水之间的关系(a)(b)(c)充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水。（三）承压水（三）承压水基本要素基本要素承压含水层承
19、压含水层 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）测压水位线（面）测压水位线（面）承压水头承压水头-H 补给区补给区 承压区承压区 排泄区排泄区 自溢区自溢区 在很大程度上和潜水一样，主要来自现代大气降水与地在很大程度上和潜水一样，主要来自现代大气降水与地表水的入渗。表水的入渗。v当顶底板当顶底板隔水性能良好隔水性能良好时，主要通过含水层出露于地表的时，主要通过含水层出露于地表的补给区（潜水分布区）获得补给，并通过范围有限的排泄区，补给区（潜水分布区）获得补给，并通过范围有限的排泄区，以泉或其它径流方式向地表或地表水体排泄。以泉或其它径流方式向地表或地表水体排泄。
20、v当顶底板为当顶底板为弱透水层弱透水层时，除了含水层出露的补给区，它还时，除了含水层出露的补给区，它还可以从上下部含水层获得越流补给，也可向上下部含水层进可以从上下部含水层获得越流补给，也可向上下部含水层进行越流排泄。行越流排泄。承压水具有如下特征承压水具有如下特征 1)1)承压水的重要特征是没有自由水面，并承受一承压水的重要特征是没有自由水面，并承受一定的静水压力。定的静水压力。2)2)承压含水层的分布区与补给区不一致，补给区承压含水层的分布区与补给区不一致，补给区小于分布区。小于分布区。3)3)承压水的动态比较稳定，受气候影响比较小。承压水的动态比较稳定，受气候影响比较小。4)4)承压水不易受地面污染。承压水不易受地面污染。5)5)承压水一般可作为良好的供水水源。承压水一般可作为良好的供水水源。承压盆地承压盆地承压水面的表示方法承压水面的表示方法1.1.水文地质剖面图法水文地质剖面图法2.2.等水压线图法等水压线图法水文地质剖面图法水文地质剖面图法等水压线图法等水压线图法根据等水压线图法可根据等水压线图法可以解决下列实际问题以解决下列实际问题 承压水位距地表的深度承压水位距地表的深度 承压水头大小承压水头大小 承压水的流向承压水的流向50
