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第三章 地下水的类型及特征

归档日期:10-08       文本归类:承压地下水      文章编辑:爱尚语录

  第三章 地下水的类型及特征_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。地下水的类型及特征

  第三章 地下水的类型及特征 第一节 不同埋藏条件下的地下水 第二节 不同介质中的地下水 第一节 不同埋藏条件下的地下水 一、上层滞水 及其特征 二、潜水 三、承压水 地下水的类 型 一、上层滞水及其特征 位于地下水面以上的地带称为包气带, 包气带中的水主要有: (1)土壤水:是指位于地表 以下土壤中的水,主要以 结合水和毛细水的形式 存在,它主要靠大气降水 的渗入、水汽的凝结及 潜水补给。 2)上层滞水:是存在于包气带 中局部隔水层之上的重力水,图13-透-1水层上; 层滞2-水隔水埋层藏; 图 一般分布不广。 3-含水层(B-上层滞水; r-潜水) 上层滞水特征: (1)最接近于地表,和气候、水文条件的变化密切。 接受大气降水与地表水的补给,补给区与分布区 一致(范围很小),排泄体现蒸发和向下渗透补 给潜水。水量随季节变化,在补给量较多的季节 水量多,在干旱季节枯竭。 (2)与土壤水区别,底部有隔水层,作村民供水 水源;土壤水多以悬挂毛细水的状态存在于土壤 中,一般仅能作垂直方向运动(渗入和蒸发),不 能保持重力水,无供水意义,仅对植物生长有作 用。 (3)上层滞水形成: §在某些风化裂隙及构造裂隙中,局部岩性变 化;在可溶岩中夹有非可溶性透镜体(或透镜层) 时; §在松散沉积物(冲积、洪积)中,夹有粘土 层或亚粘土层透镜体;一般地形坡度较小的 地区,地表径流较弱,大气降水较少随地表水 排走,易形成; §在坡度较陡峻的山区,由于岩性的突变及 人为因素的影响,如:滑坡、坡积物及废石堆 下部。 (4)动态变化极不定, 动态决定于气候和隔水层的位置、分布 范围、厚度及透水性等。当隔水层的分布 范围小,厚度不大, 隔水性不强及离地表 较近时,变化大。 (5)矿化度较低,易受到污染,对工程 建筑有妨害,其上直接与地表相通。 二、潜水 (一)潜水的概念及其特征 潜水是埋藏在地表以下第一个稳定的隔水层以上, 具有自由水面的重力水。一般多埋藏在地表的第四纪松散 沉积物中,也可以形成于基岩中。 潜水的自由水面称为潜水面,潜水面至地表的距离 称为潜水埋藏深度,潜水面上任一点的标高称为该点的 潜水位,潜水面至隔水底板的距离称为含水层厚度。 潜水特征 : ①具有自由水面的潜水流: 当用钻孔揭露潜水时,初见水位与稳定水位一致, 潜水可能有局部承压现象。靠重力流动,一般潜水流 的水力坡度都很小,常为千分之几至百分之几。 ②分布区与补给区一致: 潜水通过包气带与地表相联通。大气降水、凝结水、 地表水通过包气带渗入,直接补给潜水。 ③有季节性变化的特点: 潜水易受各种气象因素的影响,即潜水的水位、流量、 化学成分等。水质易受人为因素或其它因素的影响。 ④潜水常为民用水源及工农业供水水源。 (二)潜水面的形状及其表示方法 1.潜水面的形状及影响潜水面形状的因素 形状反映各种外界因素的影响;也反映潜水 流的特点(如:流向、水力坡度、流速及潜水埋藏 深度等)。 影响潜水面形状的因素: (1)地形地貌的影响; (2)大气降水的渗入及水文网特征的影响; (3)含水层的岩性及其厚度的影响; (4)隔水底板的形状对潜水面的影响。 2.潜水面的表示方法及潜水等水位线图的意义 潜水面在图上的表示: (1)水文地质剖面图 剖面线方向,包含水位,含水层岩性、厚度、 隔水层位置,以及它们的变化等。潜水面可以是 倾斜曲线、水平线或上拱半椭圆曲线)潜水等水位线 甘肃古浪保和附近水文地质剖面示意图 1-亚砂土; 2-砂砾卵石层; 3-砾岩; 4-泥岩; 5-浅变质的砾岩及砂岩; 6-逆断层; 7-地下水水位 图 3-10某坝址左岸枯水期等水位线-地形等高线-潜水等水位线-潜水埋藏深度等值线)潜水等水位线图的用途。 ①确定地下水的流向(即地下水面坡度最大 的方向)。 ②确定潜水面的坡度(水力坡度)。 ③确定地下水的埋藏深度。 ④确定潜水与地表水的补给关系 ⑤确定含水层厚度及其变化情况。 ⑥可以用等水位线图分析推断含水层,透水性、 厚度的变化及地下隐状构造。 ⑦确定地下水给水工程位置,及其它工程 施工是否需要采取排水措施。 图3-11从潜水等水位线图上判读潜水与地表水补 给关系 (a)潜水补给河水,(b)河水补给潜水, (c)河水一侧补给,一侧排泄潜水。 (三)潜水的补给、径流和排泄 1.潜水的补给条件 潜水含水层自外界获得水量的过程称为补给。 水质随之变化,补给包括补给来源、补给量、影响 补给的因素等内容。 2.潜水的排泄条件 潜水含水层失去水量的过程称为潜水排泄。在 排泄过程中,潜水的水量,水质、水位都随之发生 变化。 3.潜水的径流 自然界地下水从补给到排泄是通过径流来完成 的,因此,地下水的补给、径流、排泄组成了地下 水循环。 地表水与潜水在各种不同情况下之关系 (a)枯水季节潜水面倾向河流,洪水季节潜水面背向河流; (b)潜水面背向河 流,潜水由河水补给; (c)潜水和地表水没有水力联系; (d)在高水位时,潜水 和地表水有水力联系; (e)仅在狭窄的沿岸地带河流对潜水位有影响. 1-透水层; 2-隔水层; 3-潜水位 三、承压水 (一)承压水的概念: 承压水是充满在两隔水层或弱透水层之 间,含水层中的地下水。 当这种含水层中未被水充满时,其性质 与潜水相似,称为无压层间水。 区补 给 承压区 排 泄 区 承压水埋藏分布图 承压水的特征: ①承压水具有承压性能 当钻孔揭露承压含水层时,在静水压力的作 用下,稳定水位高于初见水位。 ②承压水的补给区常小于分布区 因具有隔水顶板,大气降水、地表水不能 直接补给,补给区处于地形较高的含水层出露 位置,排泄区位于地形较低的位置。 ③承压水的水量、水质、水温等稳定 受气候影响较小,仅补给区有点影响。 ④受地表污染少。 (二)承压水的补给、排泄、径流 1.承压水的补给条件 一般在承压含水层出露地表,且在地形 上和构造上较高的部位,有大气降水补给, 或地表水补给。 2.承压水的排泄条件 形式:当承压水排泄区有潜水时,直接 排入 潜水;当水文网下切至承压含水层时, 承压 水可排泄于河流或泉;还可通过导水 断层 排泄。 3.承压水的循环条件 承压水的循环条件受地质构造的控制。 地下水循环的快慢可用水交替系数描述。 是指含水层全年的排泄量与其贮水量之比。 潜水,气候潮湿、水文网发育,此系数为 0.1~1.0。承压水小于0.00001,对大型的 承压盆地(或斜地),水的全面交替需要很长 时间。 (三)承压水等水压线图 绘制方法: 等水压线图绘制 的方法与潜水等水位 线图相同。制作时, 将各钻孔及地下水的 天然露头(泉)的承压 水标高,标于一定 比例尺的地形图上, 然后以内插法求出 各等间距的等水压线, 即得等水压线图。 地形等高线等水压线图 等水压线 承压水的等水压线图用途: 分析承压水的 形成条件,掌握承压 水的补给、径流、 排泄的情况,如:确定 地下水流向、水力 坡度、各含水层及 地表水之间的水力 联系、含水层厚度 及透水性的变化等, 同时对于工程建筑及供水 都有很大的实际意义。 图3—15等水压线-等水压线-含水层顶板等高线; 第二节 不同介质中的地下水 一、孔隙水 二、裂隙水 三、岩溶水 一、孔隙水 是埋藏在第四纪松散沉积物孔隙中的地下水。 由于孔隙具有分布密集,均匀且连通性好的特 点,故孔隙水的基本特征:呈层状分布,均匀连 续、有统一的地下水面,透水性和给水性受岩性 的控制。 松散沉积物具有多种成因类型(洪积、冲积、 湖积、风积、冰积、海相沉积等),其岩性和分 布不同,导致孔隙水的埋藏、分布、水化学特征 及富水程度不同 。 (一)洪积层中地下水 1.洪流堆积和洪积扇的特征: 山区流域汇集地表径流大量水体,形成洪流,它 侵蚀并携带大量碎屑物,一出山口,地貌显著 变化(地形开阔,坡度变缓,水流脱离山沟束缚),水 流分散,流速骤减,加之部分水体消耗于渗入 和蒸发。 能量骤减,大块碎屑物停积于山前,形成轴厚边 薄的扁平、上凸的锥状扇形体,称为洪积扇。 洪积扇的扇顶在山口,扇缘向平原散开, 面积大小不一,由数十至数千km2。 如果有经常性的河流参与,就称为冲洪积扇。 在山前地带,若干洪积扇互相叠连, 形成山前倾斜平原。 其分布规律: (1)纵向上(即沿扇形轴的方向上)的规律; (2)在铅直方向上的规律; (3)在成分上的规律; (1)纵向上(即沿扇形轴的方向上)的规律 洪积扇在从山口到平原的流向上,一般表现为由粗碎 屑沉积渐变为细的碎屑沉积的水平分布规律。 在山口,首先堆积粗大的磨圆度差的砾、卵石, 夹少量的砂和粘土成分;随着水流向外扩展、漫流、 分叉,堆积物逐渐变细,形成砂土成分为主的沉积物, 其中夹有从扇顶伸延的舌状分布的、磨圆度较好的 砾石层,再往外,到洪积扇的边缘,堆积物则是更细的 粉砂、轻亚粘土、亚粘土和粘土物质组成,其中也夹有砂 的夹层,在洪积扇的外缘,便形成淤泥质的沼泽沉积, 它是洪积扇边缘的标志。 根据上述沉积规律,可把洪积扇从 山口到平原的岩性特点划为: ①山口砂砾带; ②中间砂砾粘土交替带; ③边缘粘性土带。 (2)铅直方向上的规律 由于洪流的季节反复性堆积,使洪积扇 在纵向剖面上呈相互叠置的倾斜沉积层。 洪积扇的上游铅直剖面上是以粗碎屑为主 的厚层组合; 下游铅直剖面上是粗粒与细粒的互层, 其中粗粒物质往往愈来愈细而尖灭。 (3)在成分上的规律 洪流碎屑物质,一般搬运距离较近,所 以常常是磨圆度和分选性都较差,在纵向 上随着物质搬运距离愈来愈远,其磨圆度 和分选性就愈来愈好。 当为冲积扇时,由于长期水流作用,故磨 圆度及分选性较洪积物好。洪积扇中的水 流经常集中的某些部位,也会出现分选性 良好的粗粒碎屑透镜体或带状体。 2.洪积扇水文地质特征 洪积扇的上述地质结构,决定了其中地 下水的埋藏、分布、水质、水量等相应变 化规律。 据此,将洪积扇分成三个不同的水文 地质带: (1)埋藏带(或称补给径流带、溶滤带) (2)溢出带 (3)垂直交替带 (二)冲积层中地下水 河流是在河谷中常年流动的水流,河流作用 形成的冲积层是地球上分布很广的一种沉积物。 凡是有河流的地方都有冲积物的分布。随着河流 的不同规模及地段不同,河流在沿河两岸 形成大小不等,类型不同的河谷冲积阶地。冲积层 中地下水是重要的供水水源。 1.冲积层的水文地质特征 (1)河流上游山区河谷冲积层水文地质特征 山区河流上游,河床纵向坡度大,水流急湍, 河谷深切,河床狭窄,水流以侵蚀搬运为主,潜水 主要受基岩裂隙水的补给及降水补给,且排泄于河 水。 含水层透水性强,水质良好,多为 HCO3-Ca型, 矿化度常小于O.5g/L 。 某河谷阶地剖面图 1-粘土;2-砂;3-亚粘土;4-砂及细砾石;5-基岩 (2)河流中游丘陵、半山区河谷冲积层 水文地质特征 河床纵向坡度变缓,河流的垂向下切与侧向 侵蚀同等重要,河流弯曲,河床加宽,冲积层 逐渐加厚,阶地发育。 阶地常具有上部为细的粘性土层,下部砂砾石 层,这种典型的双层构造,下部砂砾石层中有丰富 的地下水,且由于上部粘性土的覆盖而具有承压水 的性质。 (3)河流下游平原冲积层水文地质特征 这种地带地下水径流弱,以垂直交替 为主,土壤盐渍化严重,地下水矿化度高。 而近河地带(或古河道)由于沉积物较粗, 透水性较好,接受地表水及大气降水 补给,故水量丰富,水质良好。 黄河下游水文地质剖面示意图 1-粘土; 2-亚粘土; 3-砂; 4-地下水位线 二、裂隙水 裂隙水是二指、储裂存隙在水坚硬基岩裂隙中的 地下水。 具有不均匀性;裂隙发育的地方含水可能 丰富;裂隙不发育的地方含水就很少。 根据裂隙水的埋藏和分布特征,可分为: 1.面状裂隙水 2.层状裂隙水 3.脉状或带状裂隙水 1、 面状裂隙水 §分布: 在各种基岩表面风化裂隙中,及某 些巨大的交叉裂隙带。 §水质: 较好,多为低矿化的重碳酸型水; 水量的大小,取决于气候条件、风化裂隙的密度、 风化壳的厚度、补给面积的大小及所在地区的地貌 特征;埋藏取决于风化壳的厚度(深度)及其组成, 其埋藏不超过风化壳的深度。 §风化带的表层全风化带,弱分化带;岩层 风化剧烈,呈土状,裂隙中常为粘土充填,故含 水亦不多,水量小。 2、层状裂隙水 层状裂隙水是聚集于层岩裂隙、粒间孔隙及 区域构造裂隙中的地下水,其埋藏和分布与一定 的岩层分布相一致,常具有成层性。 其埋藏和分布,受到地质构造条件的控制。可 形成大面积的裂隙潜水。 层状裂隙水的水质,一般浅部为潜水,水交替 强,多为重碳酸型淡水,裂隙承压水的补给区也 多为淡水,在承压区及排泄区矿化度增高。 3、脉状或带状裂隙水 它与一定的 构造部位及侵入体 相一致, 如:沿背斜轴部的 张裂带、沿断裂带、 沿侵入体边缘接触带等。图3-23脉状裂隙水蓄水构造 (a)张裂带;(b)断裂带; (C)岩脉; (d)侵入体。 脉状或带状裂隙水特点: ①呈带状分布,长度、深度比宽度大,具有 方向性。 ②切穿不同时代、不同岩性的地层,通过 不同的构造部位,使各个部位的地下水贫富不均。 如:断裂带通过脆性岩层时,岩石易碎, 张裂隙发育,常形成强含水地段,当通过柔性的 泥质岩时,裂隙不发育,且大多为泥质充填, 形成微弱的含水带,甚至起隔水作用。 ③裂隙含水带在横剖面上也表现出分带性。 如图3-24。 ④补给源远,循环深度大,水量稳定。一般 具有 统一的地下水面,常具有承压性质,形成自流斜地。 脉状裂隙水比较丰富,良好的供水水源。对矿 床的开采及地下洞室工程,常常造成巨大的威胁, 突然涌水事故。 本身含水,且是导水通道,使各含水层之间发 生水力联系,如水库水集中渗漏;向深部延伸,成 地热水涌出地表的良好通道。如广东莲花山断裂带, 分布着十多处温泉,温泉的排列与北北东向区域断 裂一致。 脉状或带状裂隙水 如:压性断裂带四个带: 角砾岩带:一般胶结 紧密,透水性很低; 糜棱岩带:岩石细碎, 多呈粉状,透水性也 很低; 裂隙密集带和影响带: 有利于地下水的富集。 在野外看到的断层破碎带, 规模小的断层, 往往只具备其中一个 或两个带。 图3-24逆断层破碎带示意图 ①角砾岩带; ②糜棱岩带; ③裂隙密集带;④影响岩带 三、岩溶水 岩溶水是贮存和运动于可溶性岩层 空隙中的地下水。 (一)岩溶发育的条件 1.岩性条件: (1)碳酸盐岩类岩石成分; (2)碳酸岩石的结构及原生孔隙和裂隙; (3)碳酸岩层与非碳酸岩层的组合。 可溶岩的成分,结构、原生孔隙、 裂隙,以及可溶岩与非可溶岩层的组合 等,对岩溶的发育具有重大影响 。 可溶矿物的成分及含量的多少;溶解度和 溶解速度有一定影响。 自云岩岩溶不发育,白云石的溶解速度 低于方解石。 泥质白云石为胶结物的碎屑碳酸岩, 由于颗粒之间连结力较弱,溶解破坏作用 可沿颗粒之间及裂隙面进行,常形成蜂窝 状溶孔的整层溶蚀 ; 原生孔隙、裂隙的溶蚀就显得特别 突出,它成了深部岩溶作用的主要通道 ; 碳酸岩层与非碳酸岩层的组合状况不同, 使岩溶发育有着明显不同的特征。 2.构造条件: 岩石的透水性取决于岩石的孔隙性和裂隙性。 对岩溶发育来说,裂隙是水渗入岩层内部 的通道,它的密度,张开程度和方向,控制着 岩溶的发育程度和方向。 断裂构造与岩溶发育有密切的关系,许多 巨大的溶蚀谷地、暗河、岩溶管道、呈线状分布的 许多泉群和漏斗是断裂构造的产物。 实际资料表明:可溶岩的分布及其产状受 地质条件控制。 3.水动力条件: 指地下水的循环运动条件,它是区域 地下水交替强度的标志。 理想的溶蚀反应是: CaCO3+CO2+H2O — Ca2+ +2HCO3 水的交替作用快,所消耗的CO2可得到及时 补充,溶蚀作用进行强烈。运动快的地下水流, 对可溶岩也产生机械冲刷作用,使岩溶进一步 强化。 (二)岩溶水的埋藏和分布特征 1.岩溶水的埋藏条件分类: (1)裸露型岩溶水; (2)覆盖型岩溶水; (3)埋藏型岩溶水。 某石灰岩溶洞纵剖面图 2.按蓄水介质的特征分类: (1)溶管型蓄水构造及溶管型岩溶水 (2)溶隙型蓄水构造及溶隙型岩溶水 (三)岩溶水的循环特征 河谷地区岩溶水分带现象示意图 (1)垂直渗透带: 位于潜水以上的包气带,接受降水垂直 渗入补给,岩溶以垂直形态为主。 (2)季节变动带: 处于最高潜水位与最低潜水位之间,此带岩 溶水具有季节性垂直运动和水平运动相交替 的特点。 (3)水平径流带: 此带位于最低水位以下,岩溶水受当地河谷 泄水作用影响,呈水平径流形式排泄于河谷,河 谷底部及其附近,由于河水的泄水减压作用,使 水流由下向上运动,而具承压性。 (4)深部缓流带: 这一带岩溶水的运动不受当地河谷 排水作用的影响,在地质构造的控制下, 向远处更低的排泄基准面运动,此带水 交替滞缓,溶蚀作用取决于补给区和排 泄区的水位高差及补给水量大小,一般 为细小的溶孔、溶隙。 完 作业思考题: 1、上层滞水特征。 2、潜水的概念,特征,补给、径流、排泄。 3、潜水等水位线、承压水的概念,特征,等水压线、从洪流特征阐述洪积扇水文地质 特征。 6、叙述冲积层的水文地质特征。 7、脉状或带状裂隙水特点。 8、岩溶发育的条件。 9、岩溶水的循环特征。 10、依附图资料编制潜水等水位线)在附图上编制沙河地区潜水等水位线)用箭头标出AB、CD两处的潜水流向,并计算相应 的水力梯度近似值。 (3)据平面图的资料,在剖面图上绘出潜水位线)阅读沙河地区潜水等水位线图,回答下列问题: ①根据所作潜水等水位线图及所提供的有关资料, 总结影响潜水面形状与潜水流向的因素。 ②畜牧场要打一号饮水井,请在图上标出井位, 并简要说明布井依据。 完 谢谢

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