1、水文地质与工程地质水文地质与工程地质地质学基础部分地质学基础部分水文地质学水文地质学工程地质学工程地质学绪论绪论绪绪 论论一、学科性质、研究内容和分支学科一、学科性质、研究内容和分支学科二、与工程建设的关系二、与工程建设的关系1、水文地质学在工程建设中的作用和任务、水文地质学在工程建设中的作用和任务2、工程地质学在工程建设中的作用和任务、工程地质学在工程建设中的作用和任务水文地质学与工程地质学的学科性质水文地质学与工程地质学的学科性质水文地质水文地质学学工程地质工程地质学学水文地质学水文地质学是研究地下水的学科水文地质学是研究地下水的学科分支学科分支学科：地下水动力学、水文地球化学、区域水文地
2、质学、供水地下水动力学、水文地球化学、区域水文地质学、供水水文地质学、土壤改良水文地质、矿床水文地质学等。水文地质学、土壤改良水文地质、矿床水文地质学等。矿床水文地质条件矿床水文地质条件 矿床水文地质条件是指影响矿床正常生产和建设的水文地质因素，包括地下水或地表水的分布及补给、径流和排泄条件，此外，还包括水的化学成分等。工程地质学工程地质学是研究人类工程活动与地质环境相互作用，特别是工程建设的工程地质条件和工程地质问题的学科。其研究方向和分支学科如下：分支学科：环境工程地质学、地震工程地质学、铁路工程地质学、公路工程地质学、水利工程地质学、矿山工程地质学等。二、与工程建设的关系二、与工程建设的
3、关系水文地质工作主要任务是调查研究以下要素：水文地质工作主要任务是调查研究以下要素：*地下水的形成、埋藏、分布、运动以及循环转地下水的形成、埋藏、分布、运动以及循环转化的规律；化的规律；*地下水的物理性质，成分以及水质的变化规律；地下水的物理性质，成分以及水质的变化规律；*解决合理开发、利用、管理地下水资源以及有解决合理开发、利用、管理地下水资源以及有效消除地下水危害等实际问题效消除地下水危害等实际问题1、水文地质学在工程建设中的作用和任务、水文地质学在工程建设中的作用和任务*勘查建筑地区的勘查建筑地区的工程地质条件工程地质条件，为选点、规划、，为选点、规划、涉及及施工提供工程地质资料，作为工
4、程依据；涉及及施工提供工程地质资料，作为工程依据；*根据工程地质条件论证、评价并选定最优的建根据工程地质条件论证、评价并选定最优的建筑地点或线路方案；筑地点或线路方案；*预测在工程建修时及建修后的工程管理运行中，预测在工程建修时及建修后的工程管理运行中，可能发生的可能发生的工程地质问题工程地质问题，提出防治不良的工程地，提出防治不良的工程地质条件的措施。质条件的措施。2、工程地质学在工程建设中的作用和任务、工程地质学在工程建设中的作用和任务定义：与工程建筑有关的地质要素之综合，与工程建筑有关的地质要素之综合，包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质构造与地应力、水文地质条件、物理（自然
5、）地质现象、以及天然建筑材料等六个要素六个要素。工程地质条件是一个综合的概念，工程地质条件是一个综合的概念，任何一个单一要素，或单独一两个要素不能称之为工程地质条件。一地的工程地质条件各要素之是相互联系、相互制约的，这是因为它们受着同一地质发展历史的控制，形成一定的组合模式。工程地质条件工程地质条件*勘查建筑地区的工程地质条件，为选点、规划、勘查建筑地区的工程地质条件，为选点、规划、涉及及施工提供工程地质资料，作为工程依据；涉及及施工提供工程地质资料，作为工程依据；*根据工程地质条件论证、评价并选定最优的建根据工程地质条件论证、评价并选定最优的建筑地点或线路方案；筑地点或线路方案；*预测在工程
6、建修时及建修后的工程管理运行中，预测在工程建修时及建修后的工程管理运行中，可能发生的可能发生的工程地质问题工程地质问题，提出防治不良的工程地，提出防治不良的工程地质条件的措施。质条件的措施。2、工程地质学在工程建设中的作用和任务、工程地质学在工程建设中的作用和任务定义：工程建筑与工程地质条件（地质环境）相互作用、相互制约引起的，对建筑本身的顺利施工和正常运行或对周围环境可能产生影响的地质问题；工程地质问题分析是工程地质工作的中心环节。各类建筑物的结构型式不同，其工作条件和工程作用力的大小方向不同，与地质环境的相互作用的特点亦不同，因为各有其工程地质问题。工程地质问题工程地质问题 工程地质学在矿
7、山工程建设方面的作用是确保矿山安全、持续生产，实现合理利用地下矿产资源、提高矿山企业经济效益，其基本任务是：（1）详细查明矿山工程地质条件矿山工程地质条件，为矿山基建、生产设计和施工提供详细的资料。（2）紧密结合矿山生产，解决与矿床开采有关的工程地质问题工程地质问题。工程地质学在矿山工程建设中的作用和任务工程地质学在矿山工程建设中的作用和任务矿体及其围岩的物理力学性质、地质构造、岩体结构、地应力、水文地质、地形、地貌等等，往往直接或间接地影响着矿床的开采技术条件。它们一方面是矿山企业选择采矿方法、开拓方案、确定各类工程位置，进行矿山规划、设计、扩建和技术改造的重要依据，同时也往往是引起矿区地质
8、自然灾害或开采事故的主要原因。矿山工程地质要素对矿山工程建设的影响矿山工程地质要素对矿山工程建设的影响20052005年广东兴宁年广东兴宁“8.78.7”矿难透水事故矿难透水事故造成123名矿工死亡。杭州仇山磁土矿突水事故杭州仇山磁土矿突水事故 2008年6月18日14时20分许，由于矿井二中段采空区发生突水事故，致使在挂钩房等候的15名矿工被下泄的积水和泥石所困，事故最终造成吴根水等6名矿工死亡，其余矿工受伤的重大伤亡事故。事故发生的直接原因是由于矿井二中段采空区与地表裂缝直接原因是由于矿井二中段采空区与地表裂缝沟通，由于连续大降雨，大量地表水经裂缝渗入采沟通，由于连续大降雨，大量地表水经裂
9、缝渗入采空区空区，同时因积水区产生冒顶，使采空区挡水墙上部无法承受积水压力，挡墙上部被冲垮，积水冲毁斜井底板并携带泥石淹没挂钩房，泥石堵住通道，造成在挂钩房等待下班的15名矿工被困。第五章第五章 地下水概论地下水概论水文地质学部分水文地质学部分 5.1 自然界中的水自然界中的水5.2 地下水分类地下水分类5.3 地下水的循环地下水的循环5.4 地下水的物理性质和化学性质地下水的物理性质和化学性质5.1.1 自然界中水的分类自然界中水的分类5.1.2 自然界的水循环自然界的水循环5.1.3 岩石的空隙性岩石的空隙性5.1.4 岩石中水的存在形式岩石中水的存在形式 5.1.5 岩石的水理性质岩石的
10、水理性质5.1.6 含水层与隔水层含水层与隔水层 5.1 自然界中的水自然界中的水在地球上各部位、各层圈都存在着水在地球上各部位、各层圈都存在着水 大气圈（atmosphere）水圈（hydrosphere）岩石圈（lithosphere）生物圈（biosphere）自然界中的水可被分为大气水、地表水以及地下水。地下水是赋存于地面以下岩土空隙中的水。5.1.1 自然界中水的分布自然界中水的分布 海洋（96.536%）、高山冰川（1.746%）、河湖水、地壳表层中的地下水（1.711%）、大气中的气态水、生物含水。5.1 自然界中的水 v水系统：水系统：由大气圈到地幔的地球各层圈中的水构成v 自
11、然界的自然界的水循环水循环：系统内的水相互联系、相互转化的过程v 水循环分为：水循环分为：按循环途径长短、循环速度的快慢以及涉及层圈的范围，可分为水文循环水文循环（浅部）和地质循环（浅深部间）5.1.2 自然界的水循环 Company L自然界的水循环1.来自地幔源的初生水 2.返回地幔的水 3.岩石重结晶再生水 4.沉积成岩时排出水 5.和沉积物一起形成的埋藏水 6.与热重力和化学对流有关的地内循环 7.蒸发和降水（小循环）8.蒸发和降水（大循环）9.地下径流 10.地表径流v水系统：水系统：由大气圈到地幔的地球各层圈中的水构成v 自然界的自然界的水循环水循环：系统内的水相互联系、相互转化的
12、过程v 水循环分为：水循环分为：按循环途径长短、循环速度的快慢以及涉及层圈的范围，可分为水文循环水文循环（浅部）和地质循环（浅深部间）5.1.2 自然界的水循环 水文循环（1）定义）定义水文循环水文循环是发生于大气水、地表水和岩石空隙中的地下水之间是发生于大气水、地表水和岩石空隙中的地下水之间的水循环的水循环（2）水文循环的划分）水文循环的划分 循环路径不同：循环路径不同：大循环（海大循环（海-陆）与小循环（海陆）与小循环（海-海，陆海，陆-陆）陆）时空尺度不同：时空尺度不同：全球水文循环，流域水文循环全球水文循环，流域水文循环（3）水文循环的特点）水文循环的特点 循环速度较快、途径较短、交替
13、迅速循环速度较快、途径较短、交替迅速（4）水文循环的作用）水文循环的作用 水质量的净化，水数量的再生，是可持续发展的保证水质量的净化，水数量的再生，是可持续发展的保证水文循环示意图降水降水 蒸发蒸发 径流径流 水汽输送水汽输送 水汽输送水汽输送降水降水蒸发蒸发a.海洋蒸发 b.大气中水汽转移 c.降水 d.地表径流 e.入渗 f.地下径流 g.水面蒸发 h.土面蒸发 i.叶面蒸发 下渗下渗水文循环（1）定义）定义水文循环是发生于大气水、地表水和岩石空隙中的地下水之间水文循环是发生于大气水、地表水和岩石空隙中的地下水之间的水循环的水循环（2）水文循环的划分）水文循环的划分 循环路径不同：循环路径
14、不同：大循环（海大循环（海-陆）与小循环（海陆）与小循环（海-海，陆海，陆-陆）陆）时空尺度不同：时空尺度不同：全球水文循环，流域水文循环全球水文循环，流域水文循环（3）水文循环的特点）水文循环的特点 循环速度较快、途径较短、交替迅速循环速度较快、途径较短、交替迅速（4）水文循环的作用）水文循环的作用 水质量的净化，水数量的再生，是可持续发展的保证水质量的净化，水数量的再生，是可持续发展的保证5.1.3 岩石的空隙性空空隙隙孔孔 隙隙（pore）：松散岩石颗粒间的空隙松散岩石颗粒间的空隙裂裂 隙隙（fissure）：非可溶岩（坚硬岩石）中的空隙非可溶岩（坚硬岩石）中的空隙溶溶 穴穴（cavit
15、y）：可溶岩产生的小空隙称溶隙，可溶岩产生的小空隙称溶隙，大空隙则称溶洞大空隙则称溶洞岩石：水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层（沉积物）岩石：水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层（沉积物）空隙：岩、土中存在数量不等、大小不一、形状各异的空洞的总称空隙：岩、土中存在数量不等、大小不一、形状各异的空洞的总称 地下水赋存场所和运移通道，它的多少、大小、形状、地下水赋存场所和运移通道，它的多少、大小、形状、连通情况和分布规律对地下水的分布和运动有重要影响连通情况和分布规律对地下水的分布和运动有重要影响5.1.3 岩石的空隙性空隙度（P P）：衡量岩石中空隙的发育程度%100VVPPVp：岩石中的空隙
16、体积V：岩石总体积（包括空隙在内）空隙度针对不同类别可称为：孔隙度裂隙率岩溶率孔隙度：分选程度越差，颗粒大小越悬殊的松散岩石，孔隙度越小；组成岩石的颗粒形状越不规则，棱角越明显，排列越疏松，孔隙度就越大。5.1.3 岩石的空隙性裂隙率：固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，而存固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，而存在有各种内外力作用下破裂变形产生的裂缝（缝隙）在有各种内外力作用下破裂变形产生的裂缝（缝隙）风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙砂岩岩芯中的裂隙砂岩岩芯中的裂隙5.1.3 岩石的空隙性岩溶率：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶
17、洞等5.1.3 岩石的空隙性松散岩石的孔隙分布于颗粒之间，连通良好，分布均匀，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少都很接近。赋存于其中的地下水分布和流动都比较均匀。5.1.3 岩石的空隙性坚硬岩石的裂隙宽窄不等，长度有限，呈线状，具有一定的方向性，只有当不同裂隙相互穿切连通时，才在某一范围内构成彼此连通的裂隙网络，地下水在裂隙中的相互联系交叉，分布和流动不均匀。可溶岩石的溶隙或溶穴大小悬殊且分布极不均匀，赋存于其中的地下水分布与流动极不均匀。小结：5.1.4 岩石中水的存在形式岩岩石石中中水水的的存存在在形形式式气态水：气态水：存在于未饱和岩石空隙中的水蒸气存在于未饱和岩石空隙中的水蒸气液态水液
18、态水固态水：固态水：当岩石孔隙中水温低于当岩石孔隙中水温低于00时，液态水转化为固态水时，液态水转化为固态水结合水：结合水：束缚在岩石颗粒表面，不能在重力影响下运动的水束缚在岩石颗粒表面，不能在重力影响下运动的水毛细水：毛细水：在表面张力作用下沿岩土细小空隙上升的水在表面张力作用下沿岩土细小空隙上升的水重力水：重力水：指岩石颗粒表面不能吸引、仅受重力影响运动的水指岩石颗粒表面不能吸引、仅受重力影响运动的水矿物结合水：矿物结合水：沸石水、结晶水和结构水沸石水、结晶水和结构水5.1.4 岩石中水的存在形式结合水：结合水：5.1.4 岩石中水的存在形式重力水：重力水：5.1.4 岩石中水的存在形式毛
19、细水：毛细水：孔角毛细水孔角毛细水支持毛细水支持毛细水悬挂毛细水悬挂毛细水5.1.4 岩石中水的存在形式气态水：气态水：存在于未饱和岩石空隙中的水蒸气称为气态水，气态水可以随空气的流动而移动，即便空气不流动，也能从水汽压力大的地方向小的地方迁移，当水汽增多达到饱和时，或当气温降低时，能与液态水相互转化。固态水：固态水：在岩石空隙中的水温低于0时，液态水转为固态水。北方冬季的冻土就是常见的土空隙中的水呈固态形式。5.1.5 岩石的水理性质定义：与水储容及运移有关的岩石性质定义：与水储容及运移有关的岩石性质 容水性容水性持水性持水性给水性给水性含水量含水量透水性透水性5.1.5 岩石的水理性质容水
20、性：容水性：岩石容纳一定水量的性能，在数值上通常用容水度来表示。容水度：容水度：岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积的比值。一般说来，容水度在数值上与空隙度相当。当具有膨胀性的粘土，充水后体积扩大，容水度会大于孔隙度；但当岩石空隙不连通时，容水度会小于空隙度。%100VVWnn5.1.5 岩石的水理性质持水性：持水性：岩石依靠分子引力和毛细力，在重力作用下岩石仍能保持一定水量的性能。在数值上用持水度表示。持水度：持水度：在重力作用下，岩石所保持的水体积与岩石体积之比。%100VVWmm5.1.5 岩石的水理性质给水性：给水性：地下水位下降时，其下降范围内饱水岩石及相应的支持毛细水带
21、中的水，在重力作用下，从空隙中释出的现象。影响因素：影响因素：1.岩性岩性 2.初始地下水水位埋深初始地下水水位埋深 3.地下水位下降速率地下水位下降速率给水度：给水度：单位水平面积岩层柱体中，当潜水位下降一个单位时，在重力作用下释放出来的水量。5.1.5 岩石的水理性质含水量：含水量：说明松散岩石实际保留水分的状况。重量含水量：重量含水量：松散岩石孔隙中所含有水的重量与干燥岩石重量的比值。体积含水量：体积含水量：含水体积与包括空隙体积在内的岩石体积的比值。%100swgGGW%100VVWwv5.1.5 岩石的水理性质透水性：透水性：岩石允许水透过的能力。表征岩石透水性的定量指标是渗透系数K
22、。影响透水性的因素主要是岩性（空隙的岩性（空隙的大小大小和多少）和多少）。此外，岩石颗粒的分选性也会对透水性产生影响。5.1.6 含水层与隔水层含水层：含水层：透过并能给出相当数量水的岩层。隔水层：隔水层：不能给出并透过水，或者透过与给出的水理微不足道的岩层。弱透水层：弱透水层：5.1.6 含水层与隔水层含水层：含水层：透过并能给出相当数量水的岩层。构成条件：1.储水空间 2.储存地下水的地质构造条件 3.良好的补给水源和补给条件 含水层的分类：1.空间形态：层状、带状、脉状和块状 2.含水介质：孔隙、裂隙和岩溶 3.埋藏条件：潜水和承压水 4.渗透性特征：均质和非均质、同性和异性 5.2.1
23、 包气带与饱水带包气带与饱水带5.2.2 上层滞水上层滞水5.2.3 潜水潜水5.2.4 承压水承压水 5.2 地下水的分类地下水的分类Company L5.2 地下水分类根据地下水的根据地下水的埋藏条件埋藏条件，可以把地下水划分为，可以把地下水划分为3 3类：类：包气带水、潜水、承压水包气带水、潜水、承压水埋藏条件：指含水层在地质剖面中所处的部位以及受隔水埋藏条件：指含水层在地质剖面中所处的部位以及受隔水层（弱透水层）限制的情况。层（弱透水层）限制的情况。意义：有利于阐明地下水的形式、形态特征。意义：有利于阐明地下水的形式、形态特征。而根据而根据含水层含水层空隙性质的不同，可以将地下水分为空
24、隙性质的不同，可以将地下水分为3 3类：类：孔隙水、裂隙水、岩溶水孔隙水、裂隙水、岩溶水意义：有利于阐明地下水的分布、运动和富集特征。意义：有利于阐明地下水的分布、运动和富集特征。Company L5.2 地下水分类根据地下水的根据地下水的埋藏条件埋藏条件，可以把地下水划分为，可以把地下水划分为3 3类：类：包气带水、潜水、承压水包气带水、潜水、承压水埋藏条件：指含水层在地质剖面中所处的部位以及受隔水埋藏条件：指含水层在地质剖面中所处的部位以及受隔水层（弱透水层）限制的情况。层（弱透水层）限制的情况。而根据而根据含水层含水层空隙性质的不同，可以将地下水分为空隙性质的不同，可以将地下水分为3 3
25、类：类：孔隙水、裂隙水、岩溶水孔隙水、裂隙水、岩溶水Company L5.2 地下水分类abcCompany L什么叫地下水？什么叫地下水？广义：赋存于地面以下岩土空隙中的水 （包气带包气带+饱水带饱水带）狭义：赋存于饱水带饱水带岩土空隙中的水Company L5.2.1 包气带水地表以下一定深度，岩石中的空隙被重力水所充满，形成地下水面地下水面。水面以上为包气带包气带，水面以下为饱水带饱水带。包气带水包气带水的存在形式：空隙壁面吸附的结合水结合水细小空隙中的毛细水毛细水未被占据空隙中的气态水气态水 过路重力水过路重力水Water tableIntermediate zoneCapillary
26、 zoneSoil zoneCompany L5.2.1 包气带水大气降水的入渗，地表水体的泄露，地下水面通过毛细上升输送的水分，地下水蒸发形成的气态水。Water tableIntermediate zoneCapillary zoneSoil zone包气带作用：包气带作用：是饱水带和大气圈、地表水圈联系必经的通道。包气带水来源：包气带水来源：Company L包气带特点：岩石空隙未被水充满 是固、液、气三相并存水的存在形式（多样）结合水、毛细水（各种）、重力水、气态水结合水、毛细水（各种）、重力水、气态水 包气带水的垂直分带 土壤水带土壤水带 中间带（过渡带）中间带（过渡带）支持毛细水带
27、，毛细饱和水带支持毛细水带，毛细饱和水带 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。5.2.1 包气带水Company L饱水带饱水带岩石空隙被水完全充满 是二相介质（固相+液相水）v空隙中水的存在形式：重力水 结合水 重力水：连续分布（孔隙是连通）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。地下开挖，坑道，巷道，基坑，打井在此带均有重力水涌出来！5.2.3 潜水概念：概念：饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称为潜水潜水；潜水的自由水面称为潜水面潜水面；潜水面上每一
28、点的绝对（或相对）标高称为潜水位潜水位；从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度厚度；潜水面到地面的距离为潜水埋藏深度埋藏深度。埋藏深度含水层厚度Company L5.2.3 潜水潜水等水位线：潜水等水位线：潜水研究基本图示方法有水文地质剖面图水文地质剖面图和等水位线图等水位线图。潜水等水位线图：将潜水位相等的各点连线。可解决的问题：可解决的问题：垂直等水位线由高水位到低水位的方向为潜水流向潜水流向；相邻两条等水位线的水位差除以其水平距离即为潜水面坡度潜水面坡度（梯度）；潜水埋藏深度潜水埋藏深度：等水位线与地形等高线相交之点，两者高程之差Company L5.2.3 潜水可解决的问题：可解决
29、的问题：潜水与地表水的相互关系：潜水与地表水的相互关系：根据水位确定潜水与地表水的相互补给关系。Company L5.2.3 潜水可解决的问题：可解决的问题：潜水与地表水的相互关系：潜水与地表水的相互关系：根据水位确定潜水与地表水的相互补给关系。Company L5.2.3 潜水可解决的问题：可解决的问题：合理布设取水井和排水沟：合理布设取水井和排水沟：根据水位合理布设取水井和排水沟。Company L5.2.4 承压水概念：概念：充满在两个稳定不透水层或弱透水层间的含水层中承受水压力的地下水称为承压水承压水。承压含水层上部的隔水层（弱透水层）称为隔水顶板隔水顶板；下部的隔水层（弱透水层）称作
30、隔水底板隔水底板；隔水顶底板之间的距离为承压承压含水层厚度含水层厚度；地下水在静水压力的作用下，上升到含水层顶板以上某一高度，该高度称承压水头承压水头。各承压水位的连线叫承压水位线承压水位线。Company L5.2.4 承压水承压水特征：承压水特征：1.初见水位与稳定水位不一致；2.承压水的分布区与补给区不一致；3.承压水的水位、水量、水质及水温等受气象水文因素季节变化的影响不显著；4.受地表污染少；5.任一点的承压含水层的厚度稳定不变，不受降水季节变化的支配。承压水埋藏类型：承压水埋藏类型：承压水的形成主要取决于地质构造，不同的地质构造决定了承压水埋藏类型的不同。这是与潜水形成的主要主要区
31、别。构成承压水的地质构造大体上可以分为两类：盆地或向斜构造单斜构造Company L5.2.4 承压水1.承压（自流）盆地：埋藏有承压水的向斜构造和构造盆地补给区补给区：盆地周围含水层出露地表，露出位置较高者排泄区排泄区：盆地周围含水层出露地表，露出位置较低者承压区承压区：补给区与排泄区之间2.承压（自流）斜地：埋藏有承压水的单斜构造Company L5.2.4 承压水 承压水参与水循环不如潜水积极，气象、水文因素对于承压水的影响较小，承压水动态比较稳定，资源不容易补充和恢复，但是由于其含水层厚度通常较大，资源具有多年调节性。承压水的水质取决于埋藏条件及其与外界联系的程度。与外界联系紧密，参加
32、水循环积极，承压水的水质就越接近入渗的大气降水和地表水，通常为含盐量低的淡水；如果与外界联系差，水循环缓慢，水的含盐量就越高。动态特征：动态特征：Company L5.2.4 承压水水压面特征：水压面特征：概念：概念：承压水位即承压水的水压面，非实际存在非实际存在，只是一个势面。不能反映承压水的埋藏深度，水压面形状在剖面上是倾斜直线或曲线。表示方法：表示方法：根据相近时间测定的各井孔的测压水位标高资料绘制的等水压线图（测压水位标高相同点的连线）等水压线图（测压水位标高相同点的连线）。（见图5-14）等水压线形状与地形等高线形状无关无关，利用等水压线可以确定承压水流向、水力坡度，根据等水压线和地
33、形等高线及隔水顶板等高线时，可以确定承压水的埋藏深度和承压水头。埋藏深度埋藏深度=地形高程地形高程-隔水顶板高程隔水顶板高程 承压水头承压水头=测压水位测压水位-隔水顶板高程隔水顶板高程 5.3.1 地下水的补给地下水的补给5.3.2 地下水的排泄地下水的排泄5.3.3 地下水的径流地下水的径流5.3.4 补、径、排间的关系补、径、排间的关系 5.3 地下水的循环地下水的循环Company L5.3 地下水的循环地下水是通过补、径、排三个环节参与自然界的水循环：含水层或含水系统从外界获得水量的过程：含水层或含水系统向外界排出水量的过程地下水由补给区流向排泄区的过程Company L5.3.1
34、地下水的补给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为补给补给。补给的研究包括：补给来源、补给条件与补给量 地下水的补给来源有：天然：大气降水、地表水、凝结水及相邻含水层的补给等 人类活动有关的：灌溉水入渗、水库渗漏及人工回灌1）大气降水对地下水的补给2）地表水对地下水的补给3）含水层之间的补给4）大气凝结补给5）其他来源补给Company L1 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中的降水入渗存在活塞式活塞式和捷径式捷径式两种活塞式下渗活塞式下渗（piston type infiltration）：入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移。Company
35、L1 1）大气降水对地下水的补给）大气降水对地下水的补给捷径式下渗捷径式下渗（short-circuit type infiltration）：部分降水沿着渗透性良好的大空隙通道优先快速下渗，并沿下渗通道水分向细小孔隙等捷径优先到达地下水面。Company L1 1）大气降水对地下水的补给）大气降水对地下水的补给活塞式下渗活塞式下渗和捷径式下渗捷径式下渗的区别：Company L1 1）大气降水对地下水的补给）大气降水对地下水的补给落到地面的降雨归根结底有三个去向：地表径流 蒸发返回大气 下渗补给地下水影响大气降水补给地下水的因素：降水量、降水形式植被发育程度、蒸发量包气带的岩性地形的起伏地下
36、水的埋深Company L2 2）地表水对地下水的补给）地表水对地下水的补给v地表水对地下水的补给地表水对地下水的补给v 地表水体地表水体（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源来源 v 河流补给河流补给:因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系 季节性河流季节性河流对地下水的补给对地下水的补给 因地而异因地而异（空间上），不同部位，岩性等；（空间上），不同部位，岩性等；Company L季节性河流补给地下水季节性河流补给地下水Company L2 2）地表水对地下水的补给）地表水对地下水的补给v地表水对地
37、下水的补给地表水对地下水的补给v 地表水体地表水体（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源来源 v 河流补给河流补给:因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系 季节性河流季节性河流对地下水的补给对地下水的补给 因地而异因地而异（空间上），不同部位，岩性等；（空间上），不同部位，岩性等；Company L河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系Company L3 3）含水层之间的补给）含水层之间的补给v a.a.承压水与潜水间互相的补给承压水与潜水间互相的补给v b.
38、b.松散沉积物中含水层通过松散沉积物中含水层通过“天窗天窗”及越流发生水力联及越流发生水力联系系v c.c.含水层通过导水断层发生水力联系含水层通过导水断层发生水力联系v d.d.含水层通过钻孔发生水力联系含水层通过钻孔发生水力联系Company La.a.承压水与潜水间互相的补给承压水与潜水间互相的补给v 当两个含水层间存在水头差且有联系的通道，则水头较当两个含水层间存在水头差且有联系的通道，则水头较高的含水层便补给水头较低者。高的含水层便补给水头较低者。Company Lb.b.松散沉积物中含水层通过松散沉积物中含水层通过“天窗天窗”及越流发生水力联系及越流发生水力联系越流：越流：具有一定
39、水头差的相邻含水层，通过其间的弱透水具有一定水头差的相邻含水层，通过其间的弱透水岩层发生水量交换的过程岩层发生水量交换的过程 Company Lc.c.含水层通过导水断层发生水力联系含水层通过导水断层发生水力联系Company Ld.d.含水层通过钻孔发生水力联系含水层通过钻孔发生水力联系Company L4 4）大气凝结补给）大气凝结补给 地表气温高于包气带土层中空气时，大气中的水汽压力比包气带中的大，大气中的水汽可向包气带运移，使包气带中空气的湿度增大，岩石颗粒表面吸附的水分子也就会越来越多，当土层中的空气湿度达到饱和时，在岩石表面可形成重力水，重力水下渗补给地下水。Company L5
40、5）其他补给来源）其他补给来源人类活动进行的地下水补给人类活动进行的地下水补给:建造水库、进行灌溉以及工业与生活废水的排放都使地下水获得新的补给。有计划的人为措施补充含水层的水量称为人工补给地下水人工补给地下水。目的目的：补充与储存地下水资源、抬高地下水位以改善地下水开采条件、储存热源、控制地面沉降、防止海水倒灌与咸水入侵淡水含水层。Company L5 5）其他补给来源）其他补给来源地面渗补地面渗补河渠渗补河渠渗补坑池蓄水渗补坑池蓄水渗补井孔灌注井孔灌注Company L5.3.2 地下水的排泄地下水的排泄含水层或含水系统失去水量的过程称做排泄排泄。排泄的研究包括：排泄去路、排泄条件与排泄量
41、 排泄去路排泄去路：天然排泄天然排泄：泉（点状点状排泄）向地表水体泄流（河流带状带状）、向相邻含水层的排泄 蒸发蒸腾（面状面状排泄）前三种排泄方式称为径流排泄径流排泄，与蒸发排泄蒸发排泄的区别区别：径流排泄水分（盐分）呈液态排出,盐随水去盐随水去 蒸发排泄水分呈气态排出，盐分积累下来，水去盐留水去盐留人工排泄人工排泄：井孔抽取地下水、用渠道、坑道等排水Company L泉意义及其分类泉意义及其分类地下水的天然露头称做泉泉重要的排泄方式（点状）泉的分类泉的分类1）根据泉水出露性质，可将泉分为上升泉上升泉、下降泉下降泉上升泉：上升泉：受自流水补给，在静水压力作用下由下而上涌出下降泉：下降泉：受无压
42、水补给，在重力作用下由上而下流出2）根据泉水补给来源上层滞水层：上层滞水层：受上层滞水的补给，涌水量、化学成分和水温变化很大。潜水泉：潜水泉：受潜水补给，水量稳定，涌水量、水温和化学成分受季节影响明显。自流泉：自流泉：受自流水补给，水动态最稳定。Company L潜水泉（下降泉）分类潜水泉（下降泉）分类根据泉的出露原因：根据泉的出露原因：侵蚀泉：侵蚀泉：河流切割含水层，潜水出露地表接触泉：接触泉：地形被切割至含水层下面的隔水层，潜水在含水层与隔水层接触处流出溢流泉：溢流泉：在岩石透水性变弱或隔水顶板隆起，潜水流动受阻溢出侵蚀泉侵蚀泉侵蚀泉侵蚀泉接触泉接触泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉溢
43、流泉溢流泉Company L自流泉（上升泉）分类自流泉（上升泉）分类根据泉的出露原因：根据泉的出露原因：侵蚀泉：侵蚀泉：当河流、冲沟等切穿承压含水层隔水顶板时断层泉：断层泉：地下水沿导水断层上升，在地面高程低于测压水位处涌出接触带泉：接触带泉：岩脉或侵入体与围岩的接触带因冷凝收缩而产生隙缝，地下水沿此类接触带上升成泉。Company L其他排泄去路其他排泄去路1.1.向地表水排泄向地表水排泄当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄2.2.蒸发排泄蒸发排泄a.与饱水带无直接联系的土壤水蒸发b.与饱水带有联系的潜水蒸发3.3.蒸腾（叶面蒸发）蒸腾（叶面蒸发）植物生长过程中，经由根系吸收水分，在叶面
44、转化成气态水而蒸发4.4.相邻含水层间的排泄相邻含水层间的排泄Company L径流：径流：地下水由补给区流向排泄区的过程。地下水径流研究包括：径流方向、径流强度和径流量5.3.3 地下水的径流地下水的径流5.3.4 地下水天然补给量、排泄量与径流量的关系地下水天然补给量、排泄量与径流量的关系渗入渗入径流型径流型：补给量=径流量=排泄量渗入渗入蒸发、蒸发、径径流型流型：补给量=排泄量；径流量 补给量（排泄量）5.4.1 地下水的物理性质地下水的物理性质5.4.2 地下水的化学成分地下水的化学成分5.4.3 地下水的化学分析地下水的化学分析 5.4 地下水的物理性质和化学性质地下水的物理性质和化
45、学性质5.4.1 地下水的物理性质地地下下水水的的物物理理性性质质味味温度温度比重比重颜色颜色嗅嗅透明度透明度电导性电导性放射性放射性。5.4.1 地下水的物理性质温度温度：地下水的温度变化主要受气温和地温的影响，尤其是地温地温（地下水停留在地壳中的时间长）。1.地温及变化地壳表层热源：太阳辐射和地球的内部热流热力状态从上而下分为变温带、常温带、增温带变温带主要受太阳辐射影响，地温受气温的控制呈周期性的昼夜变化和年变化，随着深度的增加，变化幅度很快变小，厚度在1-2m，下限10-30m；5.4.1 地下水的物理性质常温带气温的影响趋于零的深度叫常温带，太阳辐射影响小，常温带的地温一般略高于所在
46、地区的年平均气温1-2，在概略计算时，可用所在地区的年平均气温代表常温带的温度。增温带常温带以下的地温，主要受地球内部热力影响，随着深度的增加而有规律地升高，温度每增加l所需要的深度(m)称为地热增温级，一般平均每33m升高1 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。5.4.1 地下水的物理性质2.地下水温度受其赋存于循环所处的地温控制 1）整个变温带的地下水温度有年变化，变温带上部(地表以下13m)的地下水温度还有昼夜变化，但是不论是地下水温度的年变化还是昼夜变化都较气温变化幅度为小，而且落后于气温的变化时间；2）常温带中的地下水水温与当年平均气温很接近；
47、3）增温带中的地下水水温随其赋存于循环深度的加大而升高，可成为热水乃至蒸气。地下水按温度可分为：过冷水；冷水；温水；热水；过热水5.4.1 地下水的物理性质地下水温度的特点由于气温和地温差异使各地区的地下水温度相差很大通过热量的平衡，使地下水的温度与其埋藏深度上的地温往往相一致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5.4.1 地下水的物理性质颜色颜色：地下水一般都是无色的，只有当水中含有过量的某些离子成分或悬浮物或胶体物质的时候，颜色才会出现变化。例如：水中含有过量低价Fe离子，地下水呈浅绿灰色；水中含有过量高价Fe离子，地下水呈锈色；水中含有过量硫化氢，地下水呈翠绿
48、色；水中含有过量锰；地下水呈暗红色。5.4.1 地下水的物理性质透明度透明度：地下水一般都是透明的，当含有大量有机物、固体矿物质及胶体悬浮物时，才出现浑浊现象。按透明度可以把地下水分为四级：按透明度可以把地下水分为四级：透明的透明的：无悬浮物及胶体，60cm内可见3mm粗线；半透明的半透明的（微浑浊的）：有少量悬浮物及胶体，30cm内可见3mm的粗线；微透明的微透明的（浑浊的）：有较多悬浮物及胶体，30cm内可见3mm的粗线；不透明的不透明的（极浑浊的）：有大量悬浮物及胶体，水深很浅也不能清楚看见3mm的粗线。5.4.1 地下水的物理性质气味气味：地下水一般都是没有气味的，且在低温下气味不容易
49、辨别，当其中含有某种气体成分和有机物质时，便产生一定的气味，特别是在40左右时气味最为显著。例如：水中含有大量硫化氢时，地下水有臭鸡蛋味；水中含有大量有机物质时，地下水有鱼腥味；水中含有过量亚铁离子时，地下水有铁腥味；。5.4.1 地下水的物理性质味道味道：纯水一般都是淡而无味的，水的味道来源于其中的化学成分及溶解的气体。20-30时最为明显。例如：水中含有Nacl 时，地下水有咸味；水中含有Na2SO4时，地下水有涩味；水中含有MgCl2、MgSO4时，地下水有苦味；水中含有腐殖质时，地下水有沼泽味；水中含有有机物时，地下水有甜味；。5.4.1 地下水的物理性质比重比重：地下水的比重取决于水
50、中所溶盐分的含量，地下淡水的比重通常与化学纯水的比重相同，数值为1。水中溶解盐分越多，比重越大。导电性：导电性：地下水的导电性取决于水中所含电解质的数量与性质（各种离子的含量和离子价），离子含量越高，离子价越高，水的导电性越强。5.4.1 地下水的物理性质放射性放射性：地下水的放射性取决于水中所含放射性元素的数量，一般地下水放射性微弱，但埋藏和运动于放射性矿床及酸性火成岩分布区的地下水，其放射性显著增强。5.4.2 地下水的化学成分v地下水不是化学纯的H2O，而是一种复杂的溶液。v赋存于岩石圈的地下水，不断与岩土发生化学反应，并在与大气圈、水圈、生物圈进行水量交换的同时，交换化学成分交换化学成
