第3章地下水的基本概念

流动时，其水位逐渐下降，形成曲面形表面。
• （4）潜水的水位、流量和化学成分都随着地区和时间的 不同而变化。
• 潜水面下降，含水层变薄，埋藏深度加大。因此，潜水的 动态有明显的季节变化。潜水积极参与水循环，水资源易于 补充恢复。 • 潜水的水质变化很大，主要取决于气候、地形及岩性条 件。湿润气候及地形切割强烈的地区利于潜水的径流排泄而 不利于蒸发排泄，往往形成含盐量不高的淡水。干旱气候与 低平地形区，潜水以蒸发排泄为主，常形成含盐量相当高的 咸水。潜水容易受到污染，对潜水水源应注意卫生保护。 • 山区地形强烈切割，潜水埋藏深度较大，一般达几十米甚 至百余米。平原地区地形平坦，潜水埋藏一般仅几米，有些 地区甚至出露地表形成沼泽。
藏深度。
• 有时潜水面上有局部的隔水层，且潜水充满两隔水层之 间，在此范围内的潜水将承受静水压力，而呈现局部的承压 现象。 • （2）由于潜水含水层上部一般不存在隔水层，它直接与 包气带相接，所以潜水在其全部分布范围内都可以通过包气 带接受大气降水、地表水或凝结水的补给，即潜水的分布区 与补给区一致。 • （3）潜水面一般不承受除大气压外的其他压力，通常在 重力作用下总体上由位置高的地方向位置低的地方流动，其 流动的快慢取决于含水层的渗透性能和水力坡度。潜水的排 泄方式有两种：一种是径流到适当地形处以泉、渗流等形式 泄出地表或流入地表水中，这便是径流排泄；另一种是通过 包气带或植物蒸发进入大气，这是蒸发排泄。潜水向排泄处
• 2.潜水面的形状
• 潜水在重力作用下经常处于流动状态，在流动过程中受到
周围各种因素的影响，从而形成了不同形状的潜水面。潜水
面倾斜的总趋势是指向排泄区。
• 潜水面的起伏与地形往往是于大气降水的补给，使潜水面
在远离排泄区的地方隆起。
• 潜水在重力作用下，由潜水位较高的地方流向潜水位较低
的地方。其流动过程中，由于消耗能量，使其水位逐渐下
降，其水力坡度
J Z1 Z2 或 L
J dZ dL
• 3.潜水等水位线图
• 潜水等水位线图就是潜水面的等高线图，见图3.1。
根据潜水等水位线图可以了解以下问题：
①决定潜水流向：潜水总是沿着潜水
面坡度最大的方向流动，垂直于等水
位线的方向就是潜水的流向，如图
3.3 地下水的循环
• 补给、径流、排泄无限往复进行构成了地下水的循环。 • 3.3.1地下水的补给 • 具有一定水头差的相邻含水层，通过弱透水层发生的渗 透，称为越流。
3.3.2 地下水排泄 3.3.3 地下水的径流 • 地下水径流的方向、速度、类型、径流量主要受到下列因 素的影响： • （1）含水层的空隙性：空隙发育且空隙大的含水层透水 能力强，地下水流动速度就快。如细砂层中的地下水在天然 条件下一般流动的很缓慢；但溶洞中的地下水流速高达每日 数千米，这种流动与地表河水相差不多，成为地下河系。
• 3.2.3承压水 • 充满于两个隔水层之间的含水层中的重力水，叫做承压 水。
最适宜形成承压水的地质构造条件 1.向斜盆地中的承压水。2.单斜地层中的承压水。 • 初见水位和测压水位 • 由于水的承压性，故用钻孔揭露含水层时，水位将上升到 含水层顶板以上一定高度才静止下来，形成静止水位。静止 水位也称为承压水位或称测压水位。而含水层刚被揭露时的 水位叫做初见水位，此水位就是隔水顶板底面的高程。测压 水位高于初见水位，这是承压水的重要特征之一。测压水位 高出含水层顶板底面的高程差便是承压水头。测压水位高于 地表时，钻孔就能够自喷出水。
• 承压水作为供水水源的优缺点 • 承压水动态比较稳定。虽然承压含水层的埋藏深度较大， 但其测压水位常常接近或高于地表，故为开采利用创造了有 利条件。 • 3.承压水等水压线图 承压等水线图是承压含水层测压水位的等高线图。
根据承压等水压线图可以判断承压 水的流向、含水层岩性和厚度的变化、 水压面的倾斜坡度等，以确定合理的 取水地段。对照等水压线和地形等高 线就可得知承压区的范围及承压水位 的埋深。若再与顶板等高线对照可了 解各地区压力水头及承压含水层的埋
3.1中箭头所指的方向即为流向。
②求潜水的水力坡度。
• ③确定潜水埋藏深度：俯视图中
等水位线与地形等高线相交之点
的二者高程差即为该点潜水的
埋藏深度。
图3.1 潜水等水位线图 1—地形等高线；2—潜水等水 位线； 3—地下水流向； 4—河流及流向；5—泉水
• ④确定潜水与地表水的关系：在经过水文地质分析，确定 潜水与地表水存在着水力联系的前提下，根据上述求潜水流 向的方法绘出其流向箭头。如果在地表水体附近潜水的流向 箭头指向地表水体，说明潜水补给地表水。相反，则说明地 表水补给潜水。 • ⑤提供合理的取水位置：取水点常设在地下水流汇集的地 方，取水构筑物排列的方向往往与地下水的流向垂直。
⑥推断含水层岩性或厚度的变化：当地形坡度变化不大， 而等水位线间距有明显的疏密不等时，一种可能是含水层岩 性发生了变化；另一种可能性是岩性未变而含水层厚度有了 改变。
• 岩性结构由细变粗时，即透水性由差变好，其潜水等水位 线之间的距离相应变疏，反之则变密；当含水层厚度增大 时，等水位线间距则加大，反之则缩小。 • ⑦确定泉水出露点和沼泽化的范围：在潜水等水位线和地 形等高线相等处，是潜水面达到地表面的标志，也就是泉水 出露和形成沼泽的地点。 • 潜水在自然界分布范围大，补给来源广，所以水量一般较 丰富，特别是潜水与地表常年性河流相连通时，水量更为丰 富。加之潜水埋藏深度一般不大，因而是便于开采的供水水 源。但由于含水层之上无连续的隔水层分布，水体易受污染 和蒸发，水质容易变坏，选作供水水源时应全面考虑。
• （2）地下水的埋藏条件：潜水流动只能在重力作用下由 高水位向低水位流动；而深层地下水多为承压流动，它们不 单有下降运动，因承受压力也会产生上升运动。 • （3）补给量：补给量的多少，直接影响到地下径流量的 大小。 • （4）地形：地下水的径流量和流速同地形关系很密切， 山区地形陡峻，地下水的水力坡度大，径流速度快，补给条 件好，径流量也大；平原区多堆积细颗粒物质，地形平缓， 水力坡度小，径流速度和流量都变小。 • （5）地下水的化学成分：地下水中的化学成分和含盐量 不同，其粘滞性也随之改变，粘滞性愈大，流速愈慢。 • （6）人为因素：如人工抽水等都可促使地下水的径流条 件发生变化。
• 承压含水层弹性储容（或释放）水量的度量指标是储水系 数，或叫弹性给水度。其物理涵义为：当测压水位改变一个 单位时，单位面积含水层柱体所增加或释放出的水量。储水 系数是一个比值，无量纲。例如，当测压水位下降10m时， 1m2面积含水层柱体释放出的水量为10-4m3，则储水系数为 10-5。对于潜水含水层储水系数与給水度相同。 • 综上所述，上层滞水、潜水和承压水，它们的补给排泄条 件、与外界联系程度、动态变化、水资源形成、水质变化以 及储水和释水机制等方面均有极明显的差别，其根本原因是 由于它们埋藏条件不同。
藏深度。
图3.2 承压水等水压线图
• 4.承压含水层的储水与释水*
• P =PS +PW • 当承压含水层接受补给时，水量增加，孔隙水压力PW加 大，上覆岩层的总压力P并未改变，从上式可知，为了达到 新的平衡，必将引起粒间应力的降低，从而导致含水层骨架 膨胀，空隙扩大，与此同时，由于水的压力增大，测压水位 上升，水本身则被压密。由此可见，承压含水层在接受补给 时，主要表现为测压水位上升，增加的水量通过空隙的扩大 及水的压密而储容于含水层之中；与此相反，因排泄而减少 水量时，承压含水层的测压水位降低，这时，上覆岩层的压 力并无改变，为了恢复平衡，粒间应力将要增大，含水层骨 架被压缩，空隙变小。同时由于减压，水的体积相应膨胀， 这就是承压含水层释放水量的过程。
第3章地下水的基本概念
• 3.2 不同埋藏条件的地下水 • 3.2.1 上层滞水 • 地下水面以上称为包气带；包气带中有局部隔水层存在 时，降雨入渗的重力水可在局部隔水层上积聚起来，形成具 有自由水面的重力水称为上层滞水。上层滞水一般不能作为 供水水源。但在缺水地区往往成为有意义的小型水源。 • 3.2.2 潜水 • 饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称为潜水。 • 1.潜水的埋藏特点 • （1）潜水面的上部没有一个连续完整的隔水顶板，因此 它的表面是一个自由水面，叫潜水面。潜水面与隔水底板之 间的整个地下部分全是潜水含水层。从潜水面到隔水底板的 垂直距离即为含水层厚度。潜水面到地面的距离为潜水位埋