第五章 地下水
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第五章 地下水利用规划

5. 生态环境需水量预测
生态环境需水量是指为维持生态与环境功能 和进行生态环境建设所要的最小水量。 将以上各项需水量预测结果汇总,可地表水可供水量
根据规划区可引河流水文站径流资料,通过频
率计算分析,确定不同保证率的年径流量及年内 分配。
再按流域管理机构与地方政府协议制定的分水
mm
147 195 248
湿润年(灌溉用水保证率为20%) 中等干早年(灌溉用水保证率为50%) 干旱年(灌溉用水保证率为75%)
特大干旱年(灌溉用水保证率95%)
190
285
2. 确定地下水可开采量 根据水均衡法计算的各年度潜水可开采量列 入下表。
表5-2
年度 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970
比例,计算确定不同水平年、不同保证率的地表 水可供水量。
2. 地下水可供水量
以地下水资源评价成果为依据,以各分区地下
水可开采量为地下水可供水量控制的上限值,结合 不同区域地下水开采潜力,确定不同水平年地下水 可供水量。 地下水可开采量:在可预见的时期内,通过经济 合理、技术可行的措施,在不引起生态环境恶化的 条件下,允许从含水层中获取的最大水量。
二、机井建设中存在的主要问题
缺乏科学合理的地下水开发利用规划、地下
水超采严重
机井老化报废严重、机井技术落后 管理体制不配套、地下水无序开发 机井建设资金短缺、良性发展困难
三、地下水开发利用规划的必要性
为了合理开发利用地下水,提高地下水资源利 用的效率和效益,促进社会经济和生态环境的协调 发展,必须对地下水开发利用作出规划。
3.规划分区图编绘(附规划分区表)
•规划面积小于30km2 ,在1:10000的地形图上编
工程地质学第五章-地下水

硬 度
M C2 2 a g 2 H3 C O M Ca3 3 g C C H 2 O O O C2 O
2021/永8/2 久硬度:煮沸时未发生碳酸盐沉淀的那部分Ca2+、Mg2+含量 44
②根据硬度对地下水进行分类:
极软水、软水、微硬水、硬水、极硬水
5、地下水的侵蚀性
地下水对混凝土的侵蚀破坏类型包括分解性侵蚀、结晶性侵蚀和分解结晶
如挖排水、截水沟,筑挡水坝,开凿输
水隧洞改道等等。
2021/8/2
30
5、泉:地下水在地表的天然出露
泉的类型按补给源可分为三类:包气带泉、潜水泉、 自流水泉,按水头性质分为上升泉和下降泉,按出露 原因分为侵蚀泉、接触泉和断层泉。
河谷切割到潜水含水层时,潜水出露成侵蚀下降泉。河 谷切穿承压含水层的隔水顶板时,承压水喷涌成泉,称 为侵蚀上升泉。透水性不同的岩层接触,地下水沿接触 面出露称为接触泉。断层使承压含水层被隔水层阻挡, 当断层导水时沿地面出露的承压水称为断层泉。
隔水层(aquiclude): 不透水但可含水的岩土层。
含水层的形成条件:
一是岩石中要有空隙存在,并充满足
够数量的重力水;二是这些重力水能够在 岩石空隙中自由运动。
2021/8/2
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3、岩土的水理性质
1.含水性
• 容水度:岩土空隙完全被水充满时的含水
量。
• 持水度:岩土在重力作用下释水时仍能保
持的含水量。
C、H、O为主的有机质
2、氢离子浓度
氢离子浓度是指水的酸碱度,用PH值表示:PH = lg[H+]
根据PH值可将地下水分为5类:
强酸性水、弱酸性水、中性水、弱碱性水、强碱性水
20地21/下8/2水的氢离子浓度为一般酸性侵蚀指标。
第五章 地下水的动态与均衡

的周期性变化,其中季节性变化的影响最大。
地下水动态的 季节变化图。
地下水动态的多年变化图。
(2)水文因素的影响 水文因素的影响,主要是地表水体与地下水的关系。分三 种情况:
a.地表水长期补给地下水;
b.地表水长期排泄地下水(地下水补给地表水); c.丰水期地表水补给地下水,枯水期地下水补给地表水。 当地表水补给地下水时,地下水位的升高并非在瞬间完成, 而是有一个过程,这种现象称为滞后现象。
(1)确定均衡区。 主要是确定均衡区的范围及边界的位置与性质。 均衡区最好是一个相对独立的地下水系统。均衡区的边界 最好是自然边界。
(2)确定均衡期
一般取一个水文年。 (3)通过野外测定或计算的方法,确定出地下水各均衡要素 值。 (4)通过区域水均衡计算,确定出区内地下水的均衡状态。
一、总的水均衡方程式 水量均衡方程的基本思想是:在均衡期中,均衡区内的 地下水的各种收(+)、支(-)项的代数和等于含水系统 (含水层)中储存水量的变化量。 设某一地区天然状态下: 收入项为A,包括:大气降水量(X)、地表水流入量 (Y1)、地下水流入量(W1)、水汽凝结量(Z1);
二、地下水动态的形成机理 单次降雨脉冲产生的响应。
多次降雨脉冲的叠加,左图波峰与波峰的叠加,产生更 大的波峰;右图波峰与波谷的叠加产生平缓的复合波形。
Hale Waihona Puke 三、地下水动态的影响因素影响含水系统中地下水动态的因素有两大类,即
外部因素(环境因素)和内部因素。
外部因素包括:气候、水文及人为因素,如大气
降水、地表水、人工补给与排泄和地应力等。
(3)查明各含水层之间的水力联系时,可分层布置观测孔。 (4)需要获得边界地下水动态资料时,观测孔宜在边界有 代表性的地段布置 (5)查明污染源对水源地地下水的影响时,观测孔宜在连 接污染源和水源地的方向上布置。 (6)查明咸水与淡水分界面的动态特征(包括海水入侵)
地下水动力学-第五章

T = 0.183
Q i Q T
(5-19)
如利用晚期直线段求导水系数,则有:
T = 0.366
式中,i 为直线段斜率。 求贮水系数利用下式:
(5-20)
µ∗ =
2.25Tt 0 r2
(5-21)
在有补给边界影响的情况下,抽水一定时间以后达到稳定,在单对数纸上出现水平线 段。它和边界影响前的倾斜直线有个交点,交点的横坐标也以 ti 表示,倾斜直线在横坐标上
s=
Q R Q R Q R2 ln + ln = ln 2πT r1 2πT r2 2πT r1 r2
(5-5)
对于潜水含水层,有:
吉林大学
肖长来
154
地下水动力学
H 02 − h 2 =
Q R2 ln πK r1 r2
(5-6)
为了便于计算,把研究点 p(x,y)移至抽水井井壁,则 r1 = rw , r2 ≅ 2a ,得承压水:.
(5-10)
对于潜水,当降深不大时,忽略三维流的影响,类似地可得:
H 02 − h 2 =
式中, u i =
Q [W (u1 ) − W (u 2 )] 2πK
(5-11)
ri 2 µ ∗ (i=1,2) ; µ 为给水度; T = Khm ,导水系数; hm 为平均厚度。当 4Tt
H 02 − h 2 = r Q ln 2 πK r1
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吉林大学
肖长来
地下水动力学
=
r Q ln 2 πK r1
(5-2)
为了便于计算,把研究点移至抽水井井壁, 即 r1 = rw , r2 ≅ 2a ,则得承压水
Q = 2π
KMs w 2a ln rw (2 H 0 − s w ) s w 2a ln rw
第五章 地下水的化学成分及其形成

第1节 地下水的化学成分
• 特点 • 水迁移能力很强,但次于Cl-; • 含量由数mg/L~数十g/L。 重碳酸根离子(HCO3-) • 来源 • 来自含碳酸盐的沉积岩与变质岩(如大理岩) CaCO3+ H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+ MgCO3+ H2O+CO2→2HCO3-+Mg2+ • 岩浆岩与变质岩地区,主要来自铝硅酸盐矿物 的风化溶解
第1节 地下水的化学成分
细菌成分:如氧化环境中存在的硫细菌、铁细菌; 还原环境中存在的脱硫细菌; 污水中的各种致病细菌等 • 分病源菌和非病源菌 • 细菌分析结果的表示: • 细菌总数:每毫升水或每升水中的细菌总数 • 菌度:含有一条大肠杆菌的水的毫升数 • 检定量:1升水中大肠杆菌的总数
第2节 地下水的主要物理化学性质
第1节 地下水的化学成分
• O2与N2共存---来源于大气并处于氧化环境 • N2单独存在---来源于大气并处于还原环境 • 大气中惰性气体(Ar, Kr, Xe)与N2的比值: (Ar, Kr, Xe)/ N2 = 0.0118 , 则N2是大气起源 (Ar, Kr, Xe)/ N2 < 0.0118,则N2是生物或变 质起源
第1节 地下水的化学成分
微量组分:Br、I、F、B、Sr等 胶体成分:未离解的化合物,颗粒直径10-7~10-5 主要的有:Fe(OH)3、Al(OH)3 及 HsiO3等 还有:CaCO3、MgCO3 各种硫化物:PbS,CuS,CdS等 有机质胶体 粘土质胶体 胶体的形成: 物理风化使矿物机械破碎磨细形成; 急剧化学反应使溶液过饱和并形成许多结晶中心, 但未来得及结晶而形成。
第3节 地下水化学成分的形成作用
土木工程地质学第五章 地下水(Ground water)1

非结合水固态水
气态水
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土木工程地质学
2
岩土的水理性质
1. 含水性
• 容水性:岩土孔隙完全被水充满时的含水量.
• 持水性:岩土在重力作用下释水时仍能保持的 含水量.
2. 给水性:岩土在重力作用下能自由排出的含水
量. 给水度=容水度-持水度
3.透水性:岩土可透过水的性能.用渗透系数表示.
硫酸盐侵蚀:水中SO4-2与混凝土作用生 成新的化合物,由于体积膨胀而胀裂。
酸性侵蚀:PH值低的酸性水对混凝土具 腐蚀性。
镁盐侵蚀:水中镁盐与混凝土作用后生
成化合物溶解于水。 2019/11/1
土木工程地质学
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含水层(aquifer): 给出并透过相当水量的岩土层。
隔水层(aquiclude): 不透水但可含水的岩土层。
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土木工程地质学
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地下水的水质
气体成分
O2 H2S CO2
离子成分
ClSO4-2 HCO3Na+ K+ Ca+2 Mg+2
化学性质 PH值 矿化度 硬度
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土木工程地质学
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地下水对建筑材料的腐蚀性
溶出侵蚀:混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。 碳酸侵蚀:含侵蚀性co2的水溶解混凝土 中的钙质而使混凝土崩解。
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土木工程地质学
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泉:地下水在地表的天然露头。
按水头性质分: 1. 上升泉 2. 下降泉 按出露原因分: 1. 侵蚀泉 2. 接触泉 3. 断层泉
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土木工程地质学
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特征: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。动 态变化很不稳定。
《工程地质学》第五章地下水解析

4 流砂的防治
产生流砂现象的原因有内因和外因。
内 因
取决于土的性质,当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少 、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。流 砂现象极易发生在细砂、粉砂和亚粘土中,但是否发生流砂现象 ,还取决于一定的外因条件。
共70页 第65页
流砂发生后,土完全丧失承载力,土体边挖边冒,施工条件 极端恶化,基坑难以达到设计深度。严重时会引起基坑边坡塌方 ,临近建筑物出现下沉、 倾斜甚至倒塌。
地下水的垂直分带
地 下 水 的 类 型
埋藏条件、 空隙性质
组合分类表
含水介质类型 孔 隙 水 ( 松散沉积物孔隙中的水 ) 包气带中局部隔水层上 包气带水 的重力水,主要是季节性 存在 潜 水 各类松散沉积物浅部的 水 山间盆地及平原松散沉 积物深部的水 裂 隙 水 ( 坚硬基岩裂隙中的水 ) 岩 溶 水 ( 可溶岩溶隙中的水 ) 埋藏类型
裸露于地表的裂隙岩层浅部 季节性存在的重力水 裸露于地表的坚硬基岩上部 裂隙中的水
裸露岩溶化岩层上部岩溶通 道中季节性存在的重力水 裸露于地表的岩溶化岩层中 的水
组成构造盆地、向斜构造或单 组成构造盆地、向斜构造或 斜断块的被掩覆的各类裂隙岩 单斜断块的被掩覆的岩溶化岩 层中的水 层中的水
承压水
一、上层滞水
(3)用途
与潜水等位埋深 3)承压水头
地形等高线 B
A
含水层顶板等高线 承压水等水压线
嵩山北翼的巩义市米河镇小里河村打成了一口深460米的自流 井,自流量每昼夜120吨,水头高出地面1.5米,是巩义市目前唯 一的自流井。
85 83 81
1)机械潜蚀:土粒在地下水的动水力作 用下受到冲刷,将细粒土冲走,使土的 结构破坏,形成洞穴的作用。 2)化学潜蚀:在地下水和一氧化碳等作 用下,能使岩石中的长石、云母等矿物 变为高岭石、绢云母和其他粘土矿物。 **由人类工程活动所引起的这种现象叫管涌。
第5章 地下水

第二节 地下水类型及其主要特征
3. 承压水的补给与排泄 承压水的补给源有大气降水、地表水及潜水; 承压水的排泄方式有:向潜水排泄、泉的排泄及向地表 水排泄。 4. 承压水对工程建设的影响 (1)良好的城市供水水源; (2)基坑突涌; (3)排水比较困难,井深,范围广,水量大。
运动多属于非层流运动。
第二节 地下水类型及其主要特征
地下水按照埋藏条件可以分为包气带水、潜水和承压水 三类;按照含水层的空隙性质可分为孔隙水、裂隙水和岩溶 水三类。
第二节 地下水类型及其主要特征
5.2.1 包气带水 处于地表面以下潜水位以上的包气带岩土层中,包括土 壤水、沼泽水、上层滞水以及基岩风化壳(粘土裂隙)中季节 性存在的水。主要特征是受气候控制,季节性明显,变化大, 雨季水量多,旱季水量少,甚至干涸。包气带水对农业有很 大意义,对工程建筑有一定影响。
第二节 地下水类型及其主要特征
承压斜地
第二节 地下水类型及其主要特征
承压含水层在同一区域内均可在不同深度有着若干层 同时存在的情况,它们之间的水头高度与地形和构造二者 有关。 当地形和构造一致时称为正地
形。下部含水层压力高,若有裂隙
穿透上下含水层,下部含水层的水 通过裂隙补给上部含水层。如山东
济南的承压斜地,地下水通过近20m厚的第四系覆盖层出
水下施工。若潜水对施工有危害,宜用排水、降低水位、隔离(包括冻结法
等)等措施处理。
第二节 地下水类型及其主要特征
5.2.3 承压水 承压水是指埋藏并充满在两个稳定隔水层之间的含水层 中的地下水,是一种有压重力水。
第二节 地下水类型及其主要特征
1. 承压水的形成 最适宜形成承压水的地质构造有向斜构造盆地和单斜构 造。 承压盆地 此类承压水的水 位受到气候及地形的 控制,往往有较好的 径流条件。
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nf Vf V 100%
裂隙主要是地壳运动对岩石造成破坏而形成的,岩石成岩时及在地表 遭受风化也会形成裂隙。 岩石的裂隙率一般比松散泥积物的孔隙率小得多。裂隙率常小于3%
溶隙:溶隙是可溶岩(如石灰岩)在地下水流长期溶蚀下形
成的空隙
溶隙率
Vk nk 100% V
5.1.1 地下水及含水层
①岩浆岩中成岩裂隙水发育 ②多为层状裂隙水,在一定范围内互相连通; ③多属潜水,也可是承压水;
构造裂隙水 特征:
①构造应力分布均匀,形成层 状构造裂隙水;构造应力分布 不均匀,形成脉状构造裂隙水 ②可以是潜水,也可是承压水 ③渗透性各向异性;
脉状裂 隙水 层状裂 隙水
岩溶水
赋存和运移于可溶岩(如石灰岩、白云岩、大理岩、石 膏、岩盐等)的溶隙溶洞(洞穴、管道、暗河)中的地 下水,又称喀斯特水。
主要胶体成分
a.以碳、氢、氧为主的有机质通常以胶体方式存在于地下水中; b.很难以离子状态溶于水的化合物也以胶体形式存在于地下水中, 主要有Fe(OH)2、Al(OH)3、SiO2
岩石中的裂隙具有一定的方向性,因而裂隙岩石的导水性具有 明显的各向异性
按成因分为: 风化裂隙水、成岩裂隙水、构造裂隙水 风化裂隙水 特征:
①多为层状裂隙水; ②水平方向透水性均匀,垂直 方向随深度减弱; ③多属潜水,也有上层滞水; ④大气降水补给;明显季节性 循环交替;以泉的形式排泄
成岩裂隙水
特征:
正地形
负地形
5.2.4 孔隙水、裂隙水及岩溶水
孔隙水
—广泛分布于第四纪松散沉积物中的地下水
潜水深埋带 溢出带 下沉带
洪积物中地下水
冲积物中地下水
上游:厚度不大,由河水补给,水量丰富水质好 中游:上层构成隔水层,下层为承压水 下游:上部通常为埋藏很浅的潜水,下部为多层承压水
裂隙水
—埋藏在基岩裂隙中的地下水
结合水(Absorbed Water )
土粒
强结合水 弱结合水
自由水
5.1.2 岩土的水理性质
1.岩土的含水性
①容水性—岩土能容纳一定水量的性能。衡量指标:容水度。 ②持水性—岩土在重力作用下仍能保持一定水量的性能。衡量 指标:持水度,表明的是岩土中结合水的含量。
2.岩土的给水性
岩土在重力作用下向外释放水量的性质和能力,给水度。
潜水面形态的变化规律
受地形和 河流位置 的影响
受底板隔水 层高度变化 的影响
受含水介质 渗透性变化 的影响
潜水面的表示方法
1.水文地质剖面图法
2.等水位线图法
水文地质剖面图法
等水位线图法
根据等水位线图法可 以解决下列实际问题
①确定潜水流向 ②计算潜水的水力坡度I ③确定潜水与地表水之间的关系 ④确定潜水的埋藏深度
5.2.5 泉
地下水天然露头,是地下水或含水层通道露出地表形成的,是 地下的主要排泄方式之一
泉的类型按补给源分为 包气带泉 —上层滞水补给,水量小,季节变化大,动态不稳定
下降泉 (潜水泉) —潜水补给,动态稳定,有季节性变化规律 上升泉 (自流水泉) —承压水补给,动态稳定,年变化不大
侵蚀下降泉 侵蚀上升泉 接触下降泉
承压水蓄水构造
1.向斜构造盆地(自流盆地) 2.单斜构造(自流斜地)
自流盆地
自流斜地
承压水面的表示方法
1.水文地质剖面图法 2.等水压线图法
水文地质剖面图法
等水压线图法
根据等水压线图法可 以解决下列实际问题
①承压水位距地表的深度 ②承压水头大小 ③承压水的流向
承压水的补给和排泄
①补给:补给区直接裸露于地表,接受降水的补给;当含有几个 承压水层时,根据正地形或负地形提供的条件形成补给关系 ②排泄:排泄区直接裸露于地表,以泉的形式排泄;承压水位高 于潜水位时,向潜水排泄;正地形或负地形条件下,形成向上或 向下的排泄。
孔隙率
Vv nv 100 % V
岩土孔隙率的大小,主要与颗粒的形状、排列情况及颗粒的分选性和 压密、胶结情况有关。松散沉积物的孔隙率一般很大,可达20%-60%
沉积物的孔隙率范围
沉积物 分选好的砂或砾 砂砾混合物 孔隙率(%) 25-50 20-35
粉砂
粘土
35-50
35-60
裂隙:存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙称裂隙 裂隙率
NaCl
KCl MgCl2 CaCl2
350
290 558.1 731.9
NaSO4
MgSO4 CaSO4
50
270 1.9
Na2CO3
MgCO3 CaCO3
193.9
0.1 0.18
1. Na+、K+ 来源于含钠盐、钾盐的沉积岩的溶解;岩浆岩和变质岩 中含钠、钾矿物的风化溶解
2. Ca2+来源于含钙碳酸盐类沉积物和石膏沉积物的溶解;岩浆岩和 变质岩中含钙矿物的风化溶解
水在岩土中的渗透速度与 试样的水力梯度成正比
达西定律
v=KI
水力梯度,即沿渗流方向 单位距离的水头损失
透水性取决于空隙度、空隙大小、空隙连通性。空隙较大, 且相互连通的岩石,地下水可以在岩石中流动。有些岩石虽 有很高空隙度,但空隙不连通的岩石和空 隙过小,且连通性 不好的粘土和泥岩,地下水也很难在其中流动
主要气体成分
O2、N2、CO2及H2S
①以入渗补给为主,与大气圈关系密切的地下水含O2、N2较多 ②地下水处在与大气隔绝的环境中,当有机质存在时,SO4- 还原生成H2S ,如封闭地质构造的油田水中 ③浅部地下水:植物根系的呼吸作用及有机质残骸的发酵作用, 会在包气带水中形成CO2 , 深部地下水:含碳酸盐类的岩石,在深部高温影响下,会分解 生成CO2 , 近代工业的发展,人为产生的有CO2显著增加
砾石及砂性土的给水度
名称
砾石
给水度
0.30-0.35
名称
细砂
给水度
0.15-0.20
粗砂
中砂
0.25-0.30
0.20-0.25
粉细砂
0.10-0.15
3.岩土的透水性
岩土允许重力水渗透的能力称为透水性,常用渗透系数表示
达西定律
1856年法国学者 Darcy对砂土的渗 透性进行研究
渗透试验 结论:
埋 藏 水 地史时期 沉积物空 隙中被封 闭保存下 来的水, 又称古水
原 生 水
大气降水 冰雪溶水地 表水渗入地 下聚集的水
岩浆中析 出的结晶 水和水汽 又称岩浆水
按赋存状态分类
吸着水
薄膜水
毛细水
重力水
靠静电和分 子引力吸附 于岩土颗粒 表面,不受 重力影响
吸着水表面 厚度超过几 百个水分子 直径的薄层 状水
岩土体透水性类型
1.含水层——饱含重力水而又能给出水(透水)的岩层
2.透水层——可以透水,渗透系数较大的地层。但(目前)不一定 含水
3.隔水层——相对不透水的岩层。它可以是饱水的粘土层,也 可以是致密完整的基岩
§5.2 地下水类型及其主要特征
5.2.1 地下水类型
地下水起源分类
渗 入 水
凝 结 水 水蒸气凝结 后渗入地下 的水
气态水 结合水 重力水 毛细水
包气带
特征:
分布区与补给区一致;受气 候控制,季节性明显,变化 大,雨季雨量多,旱季雨量 少,对农业影响很大,对工 程影响不大
饱水带
重力水 地表以下第一层较稳定隔水层以上具有自由水面的重 力水。此水层的自由水面称为潜水面。潜水面上任一点的标 高称为潜水位。潜水面与地表面的形态具有相似性。
受表面张力 作用保存于 毛细管中的 水,易被植 物吸收
受重力影响 可自由流动。 是地下水的 主要赋存状 态和水源
地下水埋藏条件分类
包 气 带 水
潜 水
承 压 水
根据含水层空隙性质不同分类
孔 隙 水
裂 隙 水
岩溶水 (喀斯特水)
5.2.1 包气带水
贴近地表的气态水、土壤颗粒水吸附毛细水分子。这些水虽可连结 起来成为液体,但因是充填在细微的孔隙中而不能自由运动 土壤水 土壤中未饱和的水; 上层滞水 存在于包气带中, 局部隔水层之上的重力水
岩土的空隙:通常将岩土空隙的大小、多少、形状、连通程
度以及分布状况等性质统称为岩土的空隙性。 岩土的空隙是地下水存在的空间。
空隙率
VT n 100 % V
1松散沉积物中的孔隙 2坚硬岩石中的裂隙 3可溶性岩石中的溶隙、溶洞
空隙类型
孔隙:松散沉积物是由大小不等的颗粒组成的,颗粒间普
遍存在着孔隙
潜水的补给和排泄
补给源主要有:大气降水、地表水、深层地下水及凝结水
排泄方式:垂直排泄(水分消耗,含盐量增加,矿化度增高,甚至 改变水的化学类型)、水平排泄
5.2.3 承压水(层间水)
①埋藏在两个稳定隔水层之间的重力水。 ②它的运动受到上下隔水层的约束和水压的作用 。打井穿过上面的隔 水层时,承压水就可向上涌出来,稳定水位高于初见水位。 ③分布区与补给区不一致,水质、水量、水温受气候影响小,随季节 变化不明显,不易受污染
3. Mg2+来源于含镁碳酸盐类沉积物岩;岩浆岩和变质岩中含镁矿物 的风化溶解
4. Cl- 来源于沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解;岩浆岩中含 氯矿物的风化溶解;海水;火山喷发物的溶滤;工业、生活污水 及粪便中大量氯
5. SO42-来源于含石膏或其它硫酸盐的沉积岩的溶解;硫和硫化物 的氧化 6. HCO3-来源于含碳酸盐类沉积物岩的溶解;岩浆岩和变质岩中含 铝硅酸盐矿物的风化溶解
工程地质学
§5.1地下水概述 §5.2地下水类型及其主要特征 §5.3地下水的性质
第五章 地 下 水
§5.4地下水对建筑工程的影响
退出
裂隙主要是地壳运动对岩石造成破坏而形成的,岩石成岩时及在地表 遭受风化也会形成裂隙。 岩石的裂隙率一般比松散泥积物的孔隙率小得多。裂隙率常小于3%
溶隙:溶隙是可溶岩(如石灰岩)在地下水流长期溶蚀下形
成的空隙
溶隙率
Vk nk 100% V
5.1.1 地下水及含水层
①岩浆岩中成岩裂隙水发育 ②多为层状裂隙水,在一定范围内互相连通; ③多属潜水,也可是承压水;
构造裂隙水 特征:
①构造应力分布均匀,形成层 状构造裂隙水;构造应力分布 不均匀,形成脉状构造裂隙水 ②可以是潜水,也可是承压水 ③渗透性各向异性;
脉状裂 隙水 层状裂 隙水
岩溶水
赋存和运移于可溶岩(如石灰岩、白云岩、大理岩、石 膏、岩盐等)的溶隙溶洞(洞穴、管道、暗河)中的地 下水,又称喀斯特水。
主要胶体成分
a.以碳、氢、氧为主的有机质通常以胶体方式存在于地下水中; b.很难以离子状态溶于水的化合物也以胶体形式存在于地下水中, 主要有Fe(OH)2、Al(OH)3、SiO2
岩石中的裂隙具有一定的方向性,因而裂隙岩石的导水性具有 明显的各向异性
按成因分为: 风化裂隙水、成岩裂隙水、构造裂隙水 风化裂隙水 特征:
①多为层状裂隙水; ②水平方向透水性均匀,垂直 方向随深度减弱; ③多属潜水,也有上层滞水; ④大气降水补给;明显季节性 循环交替;以泉的形式排泄
成岩裂隙水
特征:
正地形
负地形
5.2.4 孔隙水、裂隙水及岩溶水
孔隙水
—广泛分布于第四纪松散沉积物中的地下水
潜水深埋带 溢出带 下沉带
洪积物中地下水
冲积物中地下水
上游:厚度不大,由河水补给,水量丰富水质好 中游:上层构成隔水层,下层为承压水 下游:上部通常为埋藏很浅的潜水,下部为多层承压水
裂隙水
—埋藏在基岩裂隙中的地下水
结合水(Absorbed Water )
土粒
强结合水 弱结合水
自由水
5.1.2 岩土的水理性质
1.岩土的含水性
①容水性—岩土能容纳一定水量的性能。衡量指标:容水度。 ②持水性—岩土在重力作用下仍能保持一定水量的性能。衡量 指标:持水度,表明的是岩土中结合水的含量。
2.岩土的给水性
岩土在重力作用下向外释放水量的性质和能力,给水度。
潜水面形态的变化规律
受地形和 河流位置 的影响
受底板隔水 层高度变化 的影响
受含水介质 渗透性变化 的影响
潜水面的表示方法
1.水文地质剖面图法
2.等水位线图法
水文地质剖面图法
等水位线图法
根据等水位线图法可 以解决下列实际问题
①确定潜水流向 ②计算潜水的水力坡度I ③确定潜水与地表水之间的关系 ④确定潜水的埋藏深度
5.2.5 泉
地下水天然露头,是地下水或含水层通道露出地表形成的,是 地下的主要排泄方式之一
泉的类型按补给源分为 包气带泉 —上层滞水补给,水量小,季节变化大,动态不稳定
下降泉 (潜水泉) —潜水补给,动态稳定,有季节性变化规律 上升泉 (自流水泉) —承压水补给,动态稳定,年变化不大
侵蚀下降泉 侵蚀上升泉 接触下降泉
承压水蓄水构造
1.向斜构造盆地(自流盆地) 2.单斜构造(自流斜地)
自流盆地
自流斜地
承压水面的表示方法
1.水文地质剖面图法 2.等水压线图法
水文地质剖面图法
等水压线图法
根据等水压线图法可 以解决下列实际问题
①承压水位距地表的深度 ②承压水头大小 ③承压水的流向
承压水的补给和排泄
①补给:补给区直接裸露于地表,接受降水的补给;当含有几个 承压水层时,根据正地形或负地形提供的条件形成补给关系 ②排泄:排泄区直接裸露于地表,以泉的形式排泄;承压水位高 于潜水位时,向潜水排泄;正地形或负地形条件下,形成向上或 向下的排泄。
孔隙率
Vv nv 100 % V
岩土孔隙率的大小,主要与颗粒的形状、排列情况及颗粒的分选性和 压密、胶结情况有关。松散沉积物的孔隙率一般很大,可达20%-60%
沉积物的孔隙率范围
沉积物 分选好的砂或砾 砂砾混合物 孔隙率(%) 25-50 20-35
粉砂
粘土
35-50
35-60
裂隙:存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙称裂隙 裂隙率
NaCl
KCl MgCl2 CaCl2
350
290 558.1 731.9
NaSO4
MgSO4 CaSO4
50
270 1.9
Na2CO3
MgCO3 CaCO3
193.9
0.1 0.18
1. Na+、K+ 来源于含钠盐、钾盐的沉积岩的溶解;岩浆岩和变质岩 中含钠、钾矿物的风化溶解
2. Ca2+来源于含钙碳酸盐类沉积物和石膏沉积物的溶解;岩浆岩和 变质岩中含钙矿物的风化溶解
水在岩土中的渗透速度与 试样的水力梯度成正比
达西定律
v=KI
水力梯度,即沿渗流方向 单位距离的水头损失
透水性取决于空隙度、空隙大小、空隙连通性。空隙较大, 且相互连通的岩石,地下水可以在岩石中流动。有些岩石虽 有很高空隙度,但空隙不连通的岩石和空 隙过小,且连通性 不好的粘土和泥岩,地下水也很难在其中流动
主要气体成分
O2、N2、CO2及H2S
①以入渗补给为主,与大气圈关系密切的地下水含O2、N2较多 ②地下水处在与大气隔绝的环境中,当有机质存在时,SO4- 还原生成H2S ,如封闭地质构造的油田水中 ③浅部地下水:植物根系的呼吸作用及有机质残骸的发酵作用, 会在包气带水中形成CO2 , 深部地下水:含碳酸盐类的岩石,在深部高温影响下,会分解 生成CO2 , 近代工业的发展,人为产生的有CO2显著增加
砾石及砂性土的给水度
名称
砾石
给水度
0.30-0.35
名称
细砂
给水度
0.15-0.20
粗砂
中砂
0.25-0.30
0.20-0.25
粉细砂
0.10-0.15
3.岩土的透水性
岩土允许重力水渗透的能力称为透水性,常用渗透系数表示
达西定律
1856年法国学者 Darcy对砂土的渗 透性进行研究
渗透试验 结论:
埋 藏 水 地史时期 沉积物空 隙中被封 闭保存下 来的水, 又称古水
原 生 水
大气降水 冰雪溶水地 表水渗入地 下聚集的水
岩浆中析 出的结晶 水和水汽 又称岩浆水
按赋存状态分类
吸着水
薄膜水
毛细水
重力水
靠静电和分 子引力吸附 于岩土颗粒 表面,不受 重力影响
吸着水表面 厚度超过几 百个水分子 直径的薄层 状水
岩土体透水性类型
1.含水层——饱含重力水而又能给出水(透水)的岩层
2.透水层——可以透水,渗透系数较大的地层。但(目前)不一定 含水
3.隔水层——相对不透水的岩层。它可以是饱水的粘土层,也 可以是致密完整的基岩
§5.2 地下水类型及其主要特征
5.2.1 地下水类型
地下水起源分类
渗 入 水
凝 结 水 水蒸气凝结 后渗入地下 的水
气态水 结合水 重力水 毛细水
包气带
特征:
分布区与补给区一致;受气 候控制,季节性明显,变化 大,雨季雨量多,旱季雨量 少,对农业影响很大,对工 程影响不大
饱水带
重力水 地表以下第一层较稳定隔水层以上具有自由水面的重 力水。此水层的自由水面称为潜水面。潜水面上任一点的标 高称为潜水位。潜水面与地表面的形态具有相似性。
受表面张力 作用保存于 毛细管中的 水,易被植 物吸收
受重力影响 可自由流动。 是地下水的 主要赋存状 态和水源
地下水埋藏条件分类
包 气 带 水
潜 水
承 压 水
根据含水层空隙性质不同分类
孔 隙 水
裂 隙 水
岩溶水 (喀斯特水)
5.2.1 包气带水
贴近地表的气态水、土壤颗粒水吸附毛细水分子。这些水虽可连结 起来成为液体,但因是充填在细微的孔隙中而不能自由运动 土壤水 土壤中未饱和的水; 上层滞水 存在于包气带中, 局部隔水层之上的重力水
岩土的空隙:通常将岩土空隙的大小、多少、形状、连通程
度以及分布状况等性质统称为岩土的空隙性。 岩土的空隙是地下水存在的空间。
空隙率
VT n 100 % V
1松散沉积物中的孔隙 2坚硬岩石中的裂隙 3可溶性岩石中的溶隙、溶洞
空隙类型
孔隙:松散沉积物是由大小不等的颗粒组成的,颗粒间普
遍存在着孔隙
潜水的补给和排泄
补给源主要有:大气降水、地表水、深层地下水及凝结水
排泄方式:垂直排泄(水分消耗,含盐量增加,矿化度增高,甚至 改变水的化学类型)、水平排泄
5.2.3 承压水(层间水)
①埋藏在两个稳定隔水层之间的重力水。 ②它的运动受到上下隔水层的约束和水压的作用 。打井穿过上面的隔 水层时,承压水就可向上涌出来,稳定水位高于初见水位。 ③分布区与补给区不一致,水质、水量、水温受气候影响小,随季节 变化不明显,不易受污染
3. Mg2+来源于含镁碳酸盐类沉积物岩;岩浆岩和变质岩中含镁矿物 的风化溶解
4. Cl- 来源于沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解;岩浆岩中含 氯矿物的风化溶解;海水;火山喷发物的溶滤;工业、生活污水 及粪便中大量氯
5. SO42-来源于含石膏或其它硫酸盐的沉积岩的溶解;硫和硫化物 的氧化 6. HCO3-来源于含碳酸盐类沉积物岩的溶解;岩浆岩和变质岩中含 铝硅酸盐矿物的风化溶解
工程地质学
§5.1地下水概述 §5.2地下水类型及其主要特征 §5.3地下水的性质
第五章 地 下 水
§5.4地下水对建筑工程的影响
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