04 第四章 地下水
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04第四章地下水-文档资料-课件
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第二节 地下水的物理性质与化学成分
地下水的物理性质：
温度：随埋藏深度而异，埋藏越深，水温越高。按温度分 5 种。 颜色：由于某种离子含量较多，或者富集悬浮物和胶体物质。 透明度：取决于地下水中的固体与悬浮物的含量。按透明度分4级 气味：含有某些离子或某种气体时，可以散发出特殊的臭味。 味道：含有其他化学成分如一些盐类或气体时，会有一定的味感。 密度：决定于水中所溶盐分的含量多少。 导电性：取决于其中所含电解质的数量和质量。 放射性：在特殊储藏环境下，受到放射性矿物的影响，具有一定
较大；3、潜水面形状受地形
影响；4、潜水的排泄方式主
要有垂直排泄和水平排泄两种
地下水埋藏示意图
方式。
1－沙层; 2－隔水层; 3－含水层;4－潜水面; 5－基准面；T-
潜水埋藏深度;M-含水层厚度;H-潜水位
16
二、潜水 潜水等水位线图：潜水面的形状可用等高线图表示
可解决如下问题：
1 确定潜水流向 2 确定潜水的水力坡度 3 确定潜水的埋藏深度 4 确定潜水与地表水的关系
蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动态变化很不稳 定。
工程意义：常始料不及涌入基坑。
供水意义不大。 在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆。
15
二、潜水
潜水（phreatic water）
埋藏在地面以下第一个稳 定隔水层之上具有自由水面的
重力水。
特征：1、与大气相通，具
自由水面，一般补给区与分布
区一致；2、动态受气候影响
的放射性。
9
二、地下水的化学成分
地下水常见的化学成分：
气体成分 O2 N2 H2S CO2
离子成分 ClSO42HCO3Na+ K+ Ca2+ Mg2+
第二节 地下水的物理性质与化学成分
地下水的物理性质：
温度：随埋藏深度而异，埋藏越深，水温越高。按温度分 5 种。 颜色：由于某种离子含量较多，或者富集悬浮物和胶体物质。 透明度：取决于地下水中的固体与悬浮物的含量。按透明度分4级 气味：含有某些离子或某种气体时，可以散发出特殊的臭味。 味道：含有其他化学成分如一些盐类或气体时，会有一定的味感。 密度：决定于水中所溶盐分的含量多少。 导电性：取决于其中所含电解质的数量和质量。 放射性：在特殊储藏环境下，受到放射性矿物的影响，具有一定
较大；3、潜水面形状受地形
影响；4、潜水的排泄方式主
要有垂直排泄和水平排泄两种
地下水埋藏示意图
方式。
1－沙层; 2－隔水层; 3－含水层;4－潜水面; 5－基准面；T-
潜水埋藏深度;M-含水层厚度;H-潜水位
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二、潜水 潜水等水位线图：潜水面的形状可用等高线图表示
可解决如下问题：
1 确定潜水流向 2 确定潜水的水力坡度 3 确定潜水的埋藏深度 4 确定潜水与地表水的关系
蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动态变化很不稳 定。
工程意义：常始料不及涌入基坑。
供水意义不大。 在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆。
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二、潜水
潜水（phreatic water）
埋藏在地面以下第一个稳 定隔水层之上具有自由水面的
重力水。
特征：1、与大气相通，具
自由水面，一般补给区与分布
区一致；2、动态受气候影响
的放射性。
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二、地下水的化学成分
地下水常见的化学成分：
气体成分 O2 N2 H2S CO2
离子成分 ClSO42HCO3Na+ K+ Ca2+ Mg2+
地下水的物理性质和化学成分ppt课件
19
-
地下水化学成分的性质
• 氢离子浓度 地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子的浓
度大小 大多数地下水的pH值在6.5-8.5之间，北方地区多为
pH=7-8的弱碱水
20
-
地下水化学成分的性质
• 硬度 总硬度：地下水中所有Ca2+、Mg2+离子的总含量 暂时硬度：将水加热至沸腾周，由于形成碳酸盐沉淀
第四章 地下水的物理性质 和化学成分
1
-
4.1 地下水的物理性质
2
-
地下水的物理性质、化学成分特征是地下水与环境 （自然地理、地质背景及人类活动）长期作用的结果。 地下水的化学性质为认识和了解地下水形成的地质历史 条件和过程提供依据
地下水在岩石的孔隙、裂隙或溶洞中储存和运动时， 溶滤和溶解着岩石的可溶成份，使地下水变成了含有各 种矿物质的天然溶液，而且随着运动环境和运动过程的 变化，地下水的化学成分也不断地更迭着
(6) 镁离(Mg2+)
-
泥石
18
地下水化学成分的性质
• 总含盐量与总溶解固体(TDS) 总含盐量：存在于地下水中的离子、分子和微粒(不
包括气体)之总含量 总溶解固体(TDS)：通常在105-110℃温度下将水样蒸
干后所得干涸残余物的总量
TDS ≈总含盐量-1/2HCO3TDS是反映地下水化学成分的主要指标：TDS含量低的 淡S要O水成42-为以分主HC要O3成-为分主；要T成DS分含；量T高DS的含盐量水中和等卤的水盐常质以水C常l-为以主
36
-
地下水在运动过程中的各种作用
(2)水中阳离子的浓度 水中某种阳离子浓度越大，则其交替吸附能力就越强，
甚至可以发生吸附能力小的交替岩土颗粒表面吸附能力 大的阳离子
-
地下水化学成分的性质
• 氢离子浓度 地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子的浓
度大小 大多数地下水的pH值在6.5-8.5之间，北方地区多为
pH=7-8的弱碱水
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地下水化学成分的性质
• 硬度 总硬度：地下水中所有Ca2+、Mg2+离子的总含量 暂时硬度：将水加热至沸腾周，由于形成碳酸盐沉淀
第四章 地下水的物理性质 和化学成分
1
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4.1 地下水的物理性质
2
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地下水的物理性质、化学成分特征是地下水与环境 （自然地理、地质背景及人类活动）长期作用的结果。 地下水的化学性质为认识和了解地下水形成的地质历史 条件和过程提供依据
地下水在岩石的孔隙、裂隙或溶洞中储存和运动时， 溶滤和溶解着岩石的可溶成份，使地下水变成了含有各 种矿物质的天然溶液，而且随着运动环境和运动过程的 变化，地下水的化学成分也不断地更迭着
(6) 镁离(Mg2+)
-
泥石
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地下水化学成分的性质
• 总含盐量与总溶解固体(TDS) 总含盐量：存在于地下水中的离子、分子和微粒(不
包括气体)之总含量 总溶解固体(TDS)：通常在105-110℃温度下将水样蒸
干后所得干涸残余物的总量
TDS ≈总含盐量-1/2HCO3TDS是反映地下水化学成分的主要指标：TDS含量低的 淡S要O水成42-为以分主HC要O3成-为分主；要T成DS分含；量T高DS的含盐量水中和等卤的水盐常质以水C常l-为以主
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地下水在运动过程中的各种作用
(2)水中阳离子的浓度 水中某种阳离子浓度越大，则其交替吸附能力就越强，
甚至可以发生吸附能力小的交替岩土颗粒表面吸附能力 大的阳离子
水文地质学基础 第四章 地下水运动的基本规律.
第四章 地下水运动的基本规律
1.渗透与渗流
渗透： 地下水在岩石空隙中的运动
渗流是一种假想水流。
假想水流应满足下列条件： （1）性质（如密度、粘滞
性等）和真实地下水相同； （2）充满含水层的整个空
间； （3）运动时，在任意岩石
体积内所受的阻力与真实水流 相同；
（4）通过任一断面的流量 及任一点的压力或水头均和实 际水流相同。 渗流区或渗流场：假想水流所 占据的空间。
• 流线：是渗流场中某一瞬时的一条线，线上各水 质点在此瞬时的流向均与此线相切。
• 迹线：则是对水质点运动所拍的电影。在稳定流 条件下，流线与迹线重合。
一、均质各向同，流线与等水头线构成 正交网格。 • 分析均质各向同性介质中的稳定流网。 • 徒手绘制定性流网
地下水的运动绝大多数服从Darcy定律。
二、非线性渗透定律—哲才（Chezy）定律
地下水在较大的空隙中运动且流速较大时，呈紊 流运动，此时的渗流服从哲才定律。有：
1
Q KI 2
1
V KI 2
即此时渗透流速V与水力梯度I的1/2次方成正比.
4.2 流 网
• 流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上，由一 系列等水头线与流线组成的网格.
2.层流和紊流
层流运动：水质点作有秩序的、互不混杂的流动. 紊流运动：水质点无秩序的、互相混杂的流动.
地下水在岩石空隙中的运动速度一般较慢，大多为层流 运动。只有在大裂隙、溶洞中地下水流速大，才可能出现紊 流运动。此外，在抽水井附近小范围内，当降深很大时，流 速增大，也可出现紊流现象。
3. 稳定流和非稳定流
实际流速，ω有：
Q Kw h KwI Vw L
Q＝ ω／·u＝ ω·ne·u＝
1.渗透与渗流
渗透： 地下水在岩石空隙中的运动
渗流是一种假想水流。
假想水流应满足下列条件： （1）性质（如密度、粘滞
性等）和真实地下水相同； （2）充满含水层的整个空
间； （3）运动时，在任意岩石
体积内所受的阻力与真实水流 相同；
（4）通过任一断面的流量 及任一点的压力或水头均和实 际水流相同。 渗流区或渗流场：假想水流所 占据的空间。
• 流线：是渗流场中某一瞬时的一条线，线上各水 质点在此瞬时的流向均与此线相切。
• 迹线：则是对水质点运动所拍的电影。在稳定流 条件下，流线与迹线重合。
一、均质各向同，流线与等水头线构成 正交网格。 • 分析均质各向同性介质中的稳定流网。 • 徒手绘制定性流网
地下水的运动绝大多数服从Darcy定律。
二、非线性渗透定律—哲才（Chezy）定律
地下水在较大的空隙中运动且流速较大时，呈紊 流运动，此时的渗流服从哲才定律。有：
1
Q KI 2
1
V KI 2
即此时渗透流速V与水力梯度I的1/2次方成正比.
4.2 流 网
• 流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上，由一 系列等水头线与流线组成的网格.
2.层流和紊流
层流运动：水质点作有秩序的、互不混杂的流动. 紊流运动：水质点无秩序的、互相混杂的流动.
地下水在岩石空隙中的运动速度一般较慢，大多为层流 运动。只有在大裂隙、溶洞中地下水流速大，才可能出现紊 流运动。此外，在抽水井附近小范围内，当降深很大时，流 速增大，也可出现紊流现象。
3. 稳定流和非稳定流
实际流速，ω有：
Q Kw h KwI Vw L
Q＝ ω／·u＝ ω·ne·u＝
《水文地质学》第4章 地下水的化学成分及其形成
•地下水的化学特征•地下水化学成分的形成作用•地下水化学成分的基本成因类型•地下水化学成分的分析内容与分类图示1、地下水中主要气体成分氧、氮、硫化氢、二氧化碳2、地下水中气体成分及其反映的地球化学环境（1）地下水中溶解氧含量越多，说明其所处的地球化学环境愈有利于氧化作用进行；（2）氮气的单独存在，常可说明地下水起源于大气并处于还原环境；（3）硫化氢的出现说明地下水处于缺氧的还原环境；（4）地下水中二氧化碳愈多，其溶解碳酸盐类的能力以及对结晶岩类进行风化作用的能力愈强。
1、地下水中主要离子成分氯离子、硫酸根离子、重碳酸根离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子2、离子成分与矿化度的变化（1）矿化度发生变化，地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化。
低矿化度水中常以碳酸根离子、钙离子与镁离子为主；（2）高矿化水则以氯离子与钠离子为主；（3）中等矿化水中，阴离子常以硫酸根离子为主，主要阳离子可以是钠离子，也可以是钙离子。
1、微量成分Br、I、B、Sr、Ba等；2、胶体Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO2及有机质胶体；3、微生物（如硫细菌、脱氧细菌等）；4、物理性质（如温度、透明度、颜色、放射性等）。
1、地下水的总矿化度（g/L）地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量成为总矿化度；2、库尔洛夫式1、溶滤作用：在水与岩土相互作用下，岩土中的一部分物质转入地下水中，即为溶滤作用；溶滤作用结晶作用2、影响溶滤作用强度的因素（1）组成岩土的矿物盐类的溶解度；（2）岩土的空隙特征；（3）水的溶解能力；（4）水中二氧化碳、氧气等气体成分的含量决定着某些盐类的溶解能力。
水中二氧化碳含量愈高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强，氧气的含量愈高，水溶解硫化物的能力愈强；（5）水的流动状况。
3、溶滤作用在时间上的阶段性（1）溶滤作用是一种与一定的自然地理与地质环境相联系的历史过程。
（2）首先易溶物质如氯化物由岩层转入水中，成为地下水中主要化学成分，并被水流带走而逐渐贫化；然后相对易溶物质如硫酸盐溶入水中，成为地下水的主要成分；随着溶滤作用的长期持续，岩层中保留下来的几乎只是难溶的碳酸盐和硅酸盐，地下水的化学成分也就以碳酸盐和硅酸盐为主。
第4章 地下水的物理性质和化学成分
第四章
地下水的物理性 质和化学成分
地下水有哪些物理性质和化学成分？ 地下水物理性质和化学成分形成的原因？ 研究地下水物理性质和化学成分的意义和方法。
本章内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
地下水的物理性质 地下水的化学成分 地下水主要化学性质 地下水化学成分的形成 地下水化学成分的基本成因类型 地下水化学成分研究方法 煤矿区地下水化学特征
阴离子：HCO3-、SO42-、Cl-
阳离子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+
次要离子：CO32-、NO3-、NO2-、H+、NH4+、Fe2+、Fe3+、Mn2+
岩浆岩
含钠类矿物 含钾类矿物 含钙类矿物 含镁类矿物
K+ Na+
Ca2+
碎屑岩类
含钠类矿物（钠长石） 含钾类矿物（钾长石）
盐岩类
含钙类矿物 含镁类矿物
地表
生物残骸
Mg2+
其它
岩浆岩
含氯类矿物 含氯类矿物
SO42-
碎屑岩类
长石类分解成HCO3
硫化物
石膏 盐岩类 石灰岩 含氯类矿物 酸雨 人工污染 其它
ClHCO31-
地表
海水
采空区
主要离子构成的盐类溶解度有关：
碳酸盐类 < 硫酸盐类 < 氯化物 常见离子在水中的相对含量与地下水中的总固体溶解物 （TDS）——或矿化度有关： 矿化度(g/L) :低(<1) 阴 离 子: 阳 离 子: HCO3Ca2+ 中(1-10) SO42Ca2+,Mg2+ 高(10-30) ClNa+,K+
地下水的物理性 质和化学成分
地下水有哪些物理性质和化学成分？ 地下水物理性质和化学成分形成的原因？ 研究地下水物理性质和化学成分的意义和方法。
本章内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
地下水的物理性质 地下水的化学成分 地下水主要化学性质 地下水化学成分的形成 地下水化学成分的基本成因类型 地下水化学成分研究方法 煤矿区地下水化学特征
阴离子：HCO3-、SO42-、Cl-
阳离子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+
次要离子：CO32-、NO3-、NO2-、H+、NH4+、Fe2+、Fe3+、Mn2+
岩浆岩
含钠类矿物 含钾类矿物 含钙类矿物 含镁类矿物
K+ Na+
Ca2+
碎屑岩类
含钠类矿物（钠长石） 含钾类矿物（钾长石）
盐岩类
含钙类矿物 含镁类矿物
地表
生物残骸
Mg2+
其它
岩浆岩
含氯类矿物 含氯类矿物
SO42-
碎屑岩类
长石类分解成HCO3
硫化物
石膏 盐岩类 石灰岩 含氯类矿物 酸雨 人工污染 其它
ClHCO31-
地表
海水
采空区
主要离子构成的盐类溶解度有关：
碳酸盐类 < 硫酸盐类 < 氯化物 常见离子在水中的相对含量与地下水中的总固体溶解物 （TDS）——或矿化度有关： 矿化度(g/L) :低(<1) 阴 离 子: 阳 离 子: HCO3Ca2+ 中(1-10) SO42Ca2+,Mg2+ 高(10-30) ClNa+,K+
第四章地下水资源评价
抽水季节可选在枯水期，抽水时间可灵活掌握，以 达到目的为原则。可能的话时间要尽量长一些。
②确定单井涌水量(Qp)和影响范围(f)
经常遇到的情况有两种：
a.抽水达到稳定状态
当主孔和观测孔的水位达到稳定状态时，表明抽 水流量等于抽水时的补给量。此时的实际抽水量 就是Qp，影响范围可根据观测孔的观测数据用图 解法或外推法求出R后，由下式算出。
一、补给量
包括天然补给量和开采条件下补给增量。
1.天然补给量
降水入渗量：Q降水＝αPF 河流补给量：W河＝(Q下－Q上)( 1－λ)L/L‘ 侧向径流补给：Q侧入＝KIF 灌溉回渗量：Q渠＝β渠Q渠灌
Q井＝β井Q井灌 β＝μΔH/h灌
2.开采条件下补给增量
主要来自以下几个方面： ①侧向径流补给量增量，由于开采时分水岭外移引起。 ②河流入渗补给增量，由于开采时地下水位下降，水位差增 大引起。 ③越流补给增量，由于开采层水位下降，与相邻含水层水位 差加大引起。 各项补给增量的计算，到目前为止还没有好的解决办法。解 析法多用粗略估算的方法，数值解更合理一些。计算的关健 是正确地分析开采时的条件。
一般用于区域性地下水资源计算，尤其是在研究程度较差的 地区。
(1)适用条件
含水层分布较为均匀的地区,如松散含水层分布区,较为均匀 的裂隙水分布区。岩溶水分布区一般不适用。
(2)计算步骤
抽水试验；确定单井涌水量(Qp)和影响范围(f)；计算 全区允许开采量。
①抽水试验
可在有代表性的地点施工或选择一眼完整井,并在与 地下水流向成45º的方向上布置3眼观测孔。观测孔 距主孔的距离为：第一个可取2～20m，一般多为10 ～15m；第三个观测孔可结合影响半径的经验值来 确定。
计算均衡要素
②确定单井涌水量(Qp)和影响范围(f)
经常遇到的情况有两种：
a.抽水达到稳定状态
当主孔和观测孔的水位达到稳定状态时，表明抽 水流量等于抽水时的补给量。此时的实际抽水量 就是Qp，影响范围可根据观测孔的观测数据用图 解法或外推法求出R后，由下式算出。
一、补给量
包括天然补给量和开采条件下补给增量。
1.天然补给量
降水入渗量：Q降水＝αPF 河流补给量：W河＝(Q下－Q上)( 1－λ)L/L‘ 侧向径流补给：Q侧入＝KIF 灌溉回渗量：Q渠＝β渠Q渠灌
Q井＝β井Q井灌 β＝μΔH/h灌
2.开采条件下补给增量
主要来自以下几个方面： ①侧向径流补给量增量，由于开采时分水岭外移引起。 ②河流入渗补给增量，由于开采时地下水位下降，水位差增 大引起。 ③越流补给增量，由于开采层水位下降，与相邻含水层水位 差加大引起。 各项补给增量的计算，到目前为止还没有好的解决办法。解 析法多用粗略估算的方法，数值解更合理一些。计算的关健 是正确地分析开采时的条件。
一般用于区域性地下水资源计算，尤其是在研究程度较差的 地区。
(1)适用条件
含水层分布较为均匀的地区,如松散含水层分布区,较为均匀 的裂隙水分布区。岩溶水分布区一般不适用。
(2)计算步骤
抽水试验；确定单井涌水量(Qp)和影响范围(f)；计算 全区允许开采量。
①抽水试验
可在有代表性的地点施工或选择一眼完整井,并在与 地下水流向成45º的方向上布置3眼观测孔。观测孔 距主孔的距离为：第一个可取2～20m，一般多为10 ～15m；第三个观测孔可结合影响半径的经验值来 确定。
计算均衡要素
第四章 地下水化学成分的分类和分带概论
游离离子
复杂络合物（离子对）：有机，无机
无机组分i 的总浓度
C i =∑C（游离离子）+ ∑C（无机络合物） ∑C （有机络合物）
主要取决于: (1) 元素的离子性质（化学性质）
元素/离子
离子在水中同H+争 夺O2-的能力
存在形式
电价低的较大阳离
弱
子（碱金属、碱土
金属）
电价高的小阳离子
强
(Cr, Al)
型（ pH =6.5~8.5）
中性和弱碱性氯化物— 标型离子是Cl-、SO42-和Na+
硫酸盐型
中性和弱碱性石膏型 标型离子是Ca2+和SO42碱性苏打型（pH ﹥8.5） 标型离子是HCO3-，Na+
根据水迁移元素的组成，水迁移环境可划分为6个类型
根据水迁移元素组成划分的水迁移环境类型
水迁移环境
标型离子
强酸型(pH ﹤4)
标型离子是H+，局部为SO42-，Fe3+等， 主要为硫化矿床氧化带的水
酸型（ 4﹤ pH ﹤6.5） 标型离子是H+，有机酸阴离子 中性和弱碱性重碳酸钙 标型离子是Ca2+和 HCO3-
➢ 岩体染成红、棕、黄色；
➢ Eh值一般﹥0.15 V
无硫化氢还原 ➢ 水中不含自由氧或其它强氧化剂或只含少量氧
环境
（﹤3 mg/L), 不含H2S（﹤1 mg/L），含CO2；
➢ Fe, Mn处于低价态（ Fe2+, Mn2+），易移动；
➢ 岩体呈淡绿色、灰色和兰色；
标型元素
氧
二氧化碳； 有的地方还 有甲烷
（一）元素在地下水中存在形式
（复习）水按所含成分的颗粒大小分类 （复习）地下水中溶解组分的存在形式
地质大水文地质学课件第4章 地下水的赋存
4.1.2.1 包气带的特点
>>岩石空隙未被水充满；
>>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(过路重力水、上层滞 水)等。以各种形式存在于包气带中 的水统称为包气带水。
>>包气带的垂直分带：土壤水带、 中间带(过渡带)，毛细水带。
4.1.2.2 饱水带的特点：
图3-1 包气带与饱水带
地下水位
包气带水
上层滞水
饱水带水
潜水
承压水
图3-3 地下水的赋存示意图
地下水位
4.2.3 小结
任何分类都不可能不带有某些人为性， 因而不可能完全概括复杂的自然现象。削足 适履，力图将一切客观的事物套到简单的分 类中，是不足取的！
第四章 地下水的赋存
4.1 岩层依渗透性分类 4.2 地下水分类 4.3 包气带水 4.4 潜水 4.5 承压水 4.6 本章小结
降雨
泉 含水层
潜水面
潜水埋深
潜水
河 含水层厚度
隔水层
图3-4 潜水
>>埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上，饱水带中第一
个具有自由表面的含水层称为潜水含水层。
降雨
泉 含水层
潜水面
潜水埋深
潜水
河 含水层厚度
隔水层
图3-4 潜水
>>埋藏在地表以下的第一个稳定隔水层称为隔水底板。潜
水只有隔水底板。
降雨
泉 含水层
>>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：①重力水，②结合水。
4.1.3 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，由地 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。
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地下水的主要化学性质
酸碱度（pH值）: 取决于水中氢离子浓度。根据pH分5类。
硬度: 取决于水中Ca2+, Mg2+。总硬度, 暂时硬度, 永久硬度。
硬度的表示法有两种：1、德国度；2、每升水中含有 Ca2+和Mg2+的毫摩尔数。1毫摩尔硬度＝2.8 德国度。
总矿化度：地下水中离子、分子和各种化合物的总量称总
多层承压含水层。
26/63
五、裂隙水
裂隙水 按成因：
•风化裂隙水 •成岩裂隙水 •构造裂隙水
按埋藏条件：
•面状裂隙水 •层间裂隙水 •脉状裂隙水
27/63
六、岩溶水
岩溶水 特点：空间分布极
不均匀，动态变化 强烈，流动迅速， 排泄集中。
28/63
七、泉水
泉（fountain）：地下水出露于地表的天然露头。 按水头性质分：
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。
12/63
第三节 地下水的类型 地下水埋藏类型
地下水埋藏示意图
1－承压水位; 2－潜水位; 3－隔水层; 4－含水层;
A-承压水井;B-自流水井;C-潜水井
13/63
地下水埋藏类型
地下水的类型
14/63
39/63
作业题
2. 某地区承压水等水位线图见下图. 试确定： 图中C点承压水位埋深、承压水头大小、含水层埋深。
40/63
作业题
3.已知承压水头H0=4m，坑底隔水层厚度H=1.0m，土的重度为 20kN/m3。
①判断基坑是否会发生突涌现象？
②如果发生突涌，计算基坑中心承压水位的降深；
41/63
6/63
岩层的划分——依据各类岩石的水理性质
透水层（pervious layer）：
透水的岩土层。
滞水层（半透水层）：弱透水的岩土层。 含水层（aquifer）：
当透水层被水充满时称含水层。
隔水层（interlayer）：
不透水但可含水的岩土层。
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。
地面沉降是一个环境工程地质问题。
给建筑物、上下水道及城市道路都带来很大危害 引起向沉降中心的水平移动，使建筑物基础、桥墩 错动，铁路和管道扭曲拉断。
控制地面沉降的方法。
合理开采地下水 对已发生的地区，对含水层回灌
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地面塌陷
地面塌陷是松散土层中所发生的突发性陷落，多发
生于岩溶地区。
危害
破坏农田、水利工程、交通线路 引起房屋破裂倒塌、地下管道断裂
一、上层滞水
上层滞水（perch ground water）
包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水。
特征：接近地表，分布范围有限，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。
工程意义：常始料不及涌入基坑。
供水意义不大。 在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆。
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二、潜水
潜水（phreatic water）
T-潜水埋藏深度;M-含水层厚度;H-潜水位
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二、潜水 潜水等水位线图：潜水面的形状可用等高线图表示
可解决如下问题：
1 确定潜水流向 2 确定潜水的水力坡度 3 确定潜水的埋藏ຫໍສະໝຸດ 度4 确定潜水与地表水的关系
虚线－潜水等水位线
实线－地形等高线
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二、潜水
潜水与地表水的关系
(a) 潜水补给河流
矿化度，简称矿化度。
地下水的侵蚀性：指地下水对混凝土及钢筋构件的侵蚀破
坏能力。
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二、地下水的化学成分 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。
硫酸盐侵蚀：水中SO42-与混凝土作用生成新的化合物，
由于体积膨胀而胀裂。
管涌与流砂
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基坑突涌
隔水层的安全厚度：
据 H W H 0
得
H
w H0
若不满足上述厚度， 需降水，使基坑中心 承压水位降深满足：
（H 0 S） W H
则：S H 0 H W
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地下水对混凝土的侵蚀性
溶出侵蚀 碳酸侵蚀 硫酸盐侵蚀 一般酸性侵蚀 镁盐侵蚀
主要内容 第一节 地下水的概念 第二节 地下水的物理性质和化学成分 第三节 地下水的类型及主要特征 第四节 地下水与工程建设
(b)河流补给潜水 潜水与地表水之间的关系
(c)单侧补给
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三、承压水 承压水 ( pressure water )
充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水。
自流盆地剖面图
A－补给区 B－承压区
C－排泄区
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三、承压水
承压水的埋藏类型
承压水的形成主要取决于地质构造
向斜构造
埋藏有承压水的向斜构造称为承压盆地或自流盆地。 补给区：在自流盆地边缘出露于地表 承压区：在自流盆地的中部，是主体，分布面积较大。 排泄区：与承压区相连，高程较低，常位于低洼地区。
1. 上升泉 2. 下降泉
按出露原因分：
1. 2. 3. 4. 侵蚀泉 接触泉 溢出泉 断层泉
按温度分：
1. 冷泉 2. 温泉
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作业题
1.某地区潜水等水位线图见下图。试确定 ①河水与潜水之间的补排关系； ②A、B两点间的平均水力坡降（A、B两点距离近似为60m）； ③若在C点处凿井，多深可见潜水面？
H1－初见水位 H2－承压水位
H－承压水头
h－承压水位埋深
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三、承压水
承压水等水位线图——承压水面上高程相等点的连线图
（a）等水压线图；
（b）水文地质剖面
1-地形等高线；2-承压含水层顶板等高线；3-等水压线；4承压水位线；5-承压水流 向；6-自流区；7-井；8-含水层；9-隔水层；10-干井；11-非自流井；12-自流井
防治措施
在重大工程附近应严格禁止能引起地下水位大幅度 改变的工程施工，如必须施工，应进行回灌。
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渗透变形——流砂、管涌
渗透变形 (seepage deformation)
管涌：单个土颗粒发生独立移动的现象。
多发生在不均匀的砂砾土中。
流砂：一定体积的土粒同时发生移动的现象。
多发生在均质砂土层和粉土层中。
埋藏在地面以下第一个稳 定隔水层之上具有自由水面的 重力水。 特征：1、与大气相通，具自 由水面，一般补给区与分布区 一致；2、动态受气候影响较 大；3、潜水面形状受地形影 响；4、潜水的排泄方式主要 有垂直排泄和水平排泄两种方 地下水埋藏示意图 式。 1－沙层; 2－隔水层; 3－含水层;4－潜水面; 5－基准面；
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第二节 地下水的物理性质与化学成分
地下水的物理性质：
温度：随埋藏深度而异，埋藏越深，水温越高。按温度分 5 种。 颜色：由于某种离子含量较多，或者富集悬浮物和胶体物质。 透明度：取决于地下水中的固体与悬浮物的含量。按透明度分4级 气味：含有某些离子或某种气体时，可以散发出特殊的臭味。 味道：含有其他化学成分如一些盐类或气体时，会有一定的味感。 密度：决定于水中所溶盐分的含量多少。 导电性：取决于其中所含电解质的数量和质量。 放射性：在特殊储藏环境下，受到放射性矿物的影响，具有一定
4. 管涌：不合理的地下水流动
5. 浮托作用：地下水对位于水位以下岩石、土层和建筑物
6. 基坑突涌：基坑下伏有承压含水层
7. 对混凝土的侵蚀性：地下水中的各种化学成分
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地面沉降
软土地区大面积抽取地下水，将造成大规模的 地面沉降。
许多沿海城市如上海、宁波、天津前些年发生了严 重的地面沉降。 天津地面最大沉降量达2.16 m。
小结
第一节 地下水的概念 地下水的分类，地下水与经济活动的关系 第二节 地下水的物理性质和化学成分 地下水的物理性质、化学成分、化学性质 第三节 地下水的类型及主要特征 上层滞水、潜水、承压水、孔隙水、裂隙 水、岩溶水、泉水 第四节 地下水与工程建设 地下水对土木工程的不良影响
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第四章 地下水
的放射性。
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二、地下水的化学成分
地下水常见的化学成分：
气体成分 O2 N2 H2S CO2 离子成分 ClSO42HCO3Na+ K+ Ca2+ Mg2+ 胶体成分
有机胶体 无机胶体
有机成分 细菌成分
生物遗体分解
病源菌 非病源菌
Fe2O3 Al2O3 H2SiO4
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二、地下水的化学成分
单斜构造
埋藏有承压水的单斜构造称为承压斜地或自流斜地。 形成自流斜地的构造条件： • 断层构造形成承压斜地 • 岩层尖灭形成承压斜地 • 山前承压斜地
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三、承压水
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三、承压水 承压水特征
不具自由水面，并承受一
定的静水压力；
分布区和补给区不一致； 动态变化较稳定； 不易受地面污染。
裂隙：坚硬岩石受地壳运动及其他内外地质营力作用的
影响产生的空隙。 裂隙的发育程度用裂隙率Kt 表示。
溶隙：可溶岩（石灰岩、白云岩）中的裂隙经地下水流
长期溶蚀而形成的空隙。这种地质现象称为喀斯特。 溶隙的发育程度用溶隙率Kk 表示。
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水在岩土中的存在形式
结合水： 强结合水
弱结合水
非结合水：液态水
四、孔隙水
洪积物中的地下水
潜水深埋带 潜水溢出带 潜水下沉带
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四、孔隙水
不同含水层空隙中的地下水
酸碱度（pH值）: 取决于水中氢离子浓度。根据pH分5类。
硬度: 取决于水中Ca2+, Mg2+。总硬度, 暂时硬度, 永久硬度。
硬度的表示法有两种：1、德国度；2、每升水中含有 Ca2+和Mg2+的毫摩尔数。1毫摩尔硬度＝2.8 德国度。
总矿化度：地下水中离子、分子和各种化合物的总量称总
多层承压含水层。
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五、裂隙水
裂隙水 按成因：
•风化裂隙水 •成岩裂隙水 •构造裂隙水
按埋藏条件：
•面状裂隙水 •层间裂隙水 •脉状裂隙水
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六、岩溶水
岩溶水 特点：空间分布极
不均匀，动态变化 强烈，流动迅速， 排泄集中。
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七、泉水
泉（fountain）：地下水出露于地表的天然露头。 按水头性质分：
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。
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第三节 地下水的类型 地下水埋藏类型
地下水埋藏示意图
1－承压水位; 2－潜水位; 3－隔水层; 4－含水层;
A-承压水井;B-自流水井;C-潜水井
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地下水埋藏类型
地下水的类型
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作业题
2. 某地区承压水等水位线图见下图. 试确定： 图中C点承压水位埋深、承压水头大小、含水层埋深。
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作业题
3.已知承压水头H0=4m，坑底隔水层厚度H=1.0m，土的重度为 20kN/m3。
①判断基坑是否会发生突涌现象？
②如果发生突涌，计算基坑中心承压水位的降深；
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6/63
岩层的划分——依据各类岩石的水理性质
透水层（pervious layer）：
透水的岩土层。
滞水层（半透水层）：弱透水的岩土层。 含水层（aquifer）：
当透水层被水充满时称含水层。
隔水层（interlayer）：
不透水但可含水的岩土层。
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。
地面沉降是一个环境工程地质问题。
给建筑物、上下水道及城市道路都带来很大危害 引起向沉降中心的水平移动，使建筑物基础、桥墩 错动，铁路和管道扭曲拉断。
控制地面沉降的方法。
合理开采地下水 对已发生的地区，对含水层回灌
33/63
地面塌陷
地面塌陷是松散土层中所发生的突发性陷落，多发
生于岩溶地区。
危害
破坏农田、水利工程、交通线路 引起房屋破裂倒塌、地下管道断裂
一、上层滞水
上层滞水（perch ground water）
包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水。
特征：接近地表，分布范围有限，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。
工程意义：常始料不及涌入基坑。
供水意义不大。 在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆。
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二、潜水
潜水（phreatic water）
T-潜水埋藏深度;M-含水层厚度;H-潜水位
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二、潜水 潜水等水位线图：潜水面的形状可用等高线图表示
可解决如下问题：
1 确定潜水流向 2 确定潜水的水力坡度 3 确定潜水的埋藏ຫໍສະໝຸດ 度4 确定潜水与地表水的关系
虚线－潜水等水位线
实线－地形等高线
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二、潜水
潜水与地表水的关系
(a) 潜水补给河流
矿化度，简称矿化度。
地下水的侵蚀性：指地下水对混凝土及钢筋构件的侵蚀破
坏能力。
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二、地下水的化学成分 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。
硫酸盐侵蚀：水中SO42-与混凝土作用生成新的化合物，
由于体积膨胀而胀裂。
管涌与流砂
35/63
基坑突涌
隔水层的安全厚度：
据 H W H 0
得
H
w H0
若不满足上述厚度， 需降水，使基坑中心 承压水位降深满足：
（H 0 S） W H
则：S H 0 H W
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地下水对混凝土的侵蚀性
溶出侵蚀 碳酸侵蚀 硫酸盐侵蚀 一般酸性侵蚀 镁盐侵蚀
主要内容 第一节 地下水的概念 第二节 地下水的物理性质和化学成分 第三节 地下水的类型及主要特征 第四节 地下水与工程建设
(b)河流补给潜水 潜水与地表水之间的关系
(c)单侧补给
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三、承压水 承压水 ( pressure water )
充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水。
自流盆地剖面图
A－补给区 B－承压区
C－排泄区
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三、承压水
承压水的埋藏类型
承压水的形成主要取决于地质构造
向斜构造
埋藏有承压水的向斜构造称为承压盆地或自流盆地。 补给区：在自流盆地边缘出露于地表 承压区：在自流盆地的中部，是主体，分布面积较大。 排泄区：与承压区相连，高程较低，常位于低洼地区。
1. 上升泉 2. 下降泉
按出露原因分：
1. 2. 3. 4. 侵蚀泉 接触泉 溢出泉 断层泉
按温度分：
1. 冷泉 2. 温泉
29/63
作业题
1.某地区潜水等水位线图见下图。试确定 ①河水与潜水之间的补排关系； ②A、B两点间的平均水力坡降（A、B两点距离近似为60m）； ③若在C点处凿井，多深可见潜水面？
H1－初见水位 H2－承压水位
H－承压水头
h－承压水位埋深
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三、承压水
承压水等水位线图——承压水面上高程相等点的连线图
（a）等水压线图；
（b）水文地质剖面
1-地形等高线；2-承压含水层顶板等高线；3-等水压线；4承压水位线；5-承压水流 向；6-自流区；7-井；8-含水层；9-隔水层；10-干井；11-非自流井；12-自流井
防治措施
在重大工程附近应严格禁止能引起地下水位大幅度 改变的工程施工，如必须施工，应进行回灌。
34/63
渗透变形——流砂、管涌
渗透变形 (seepage deformation)
管涌：单个土颗粒发生独立移动的现象。
多发生在不均匀的砂砾土中。
流砂：一定体积的土粒同时发生移动的现象。
多发生在均质砂土层和粉土层中。
埋藏在地面以下第一个稳 定隔水层之上具有自由水面的 重力水。 特征：1、与大气相通，具自 由水面，一般补给区与分布区 一致；2、动态受气候影响较 大；3、潜水面形状受地形影 响；4、潜水的排泄方式主要 有垂直排泄和水平排泄两种方 地下水埋藏示意图 式。 1－沙层; 2－隔水层; 3－含水层;4－潜水面; 5－基准面；
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第二节 地下水的物理性质与化学成分
地下水的物理性质：
温度：随埋藏深度而异，埋藏越深，水温越高。按温度分 5 种。 颜色：由于某种离子含量较多，或者富集悬浮物和胶体物质。 透明度：取决于地下水中的固体与悬浮物的含量。按透明度分4级 气味：含有某些离子或某种气体时，可以散发出特殊的臭味。 味道：含有其他化学成分如一些盐类或气体时，会有一定的味感。 密度：决定于水中所溶盐分的含量多少。 导电性：取决于其中所含电解质的数量和质量。 放射性：在特殊储藏环境下，受到放射性矿物的影响，具有一定
4. 管涌：不合理的地下水流动
5. 浮托作用：地下水对位于水位以下岩石、土层和建筑物
6. 基坑突涌：基坑下伏有承压含水层
7. 对混凝土的侵蚀性：地下水中的各种化学成分
32/63
地面沉降
软土地区大面积抽取地下水，将造成大规模的 地面沉降。
许多沿海城市如上海、宁波、天津前些年发生了严 重的地面沉降。 天津地面最大沉降量达2.16 m。
小结
第一节 地下水的概念 地下水的分类，地下水与经济活动的关系 第二节 地下水的物理性质和化学成分 地下水的物理性质、化学成分、化学性质 第三节 地下水的类型及主要特征 上层滞水、潜水、承压水、孔隙水、裂隙 水、岩溶水、泉水 第四节 地下水与工程建设 地下水对土木工程的不良影响
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第四章 地下水
的放射性。
9/63
二、地下水的化学成分
地下水常见的化学成分：
气体成分 O2 N2 H2S CO2 离子成分 ClSO42HCO3Na+ K+ Ca2+ Mg2+ 胶体成分
有机胶体 无机胶体
有机成分 细菌成分
生物遗体分解
病源菌 非病源菌
Fe2O3 Al2O3 H2SiO4
10/63
二、地下水的化学成分
单斜构造
埋藏有承压水的单斜构造称为承压斜地或自流斜地。 形成自流斜地的构造条件： • 断层构造形成承压斜地 • 岩层尖灭形成承压斜地 • 山前承压斜地
20/63
三、承压水
21/63
三、承压水 承压水特征
不具自由水面，并承受一
定的静水压力；
分布区和补给区不一致； 动态变化较稳定； 不易受地面污染。
裂隙：坚硬岩石受地壳运动及其他内外地质营力作用的
影响产生的空隙。 裂隙的发育程度用裂隙率Kt 表示。
溶隙：可溶岩（石灰岩、白云岩）中的裂隙经地下水流
长期溶蚀而形成的空隙。这种地质现象称为喀斯特。 溶隙的发育程度用溶隙率Kk 表示。
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水在岩土中的存在形式
结合水： 强结合水
弱结合水
非结合水：液态水
四、孔隙水
洪积物中的地下水
潜水深埋带 潜水溢出带 潜水下沉带
25/63
四、孔隙水
不同含水层空隙中的地下水