第五章 地下水
第五章 地下水
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
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
10
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。
工程地质 第5章 地下水及其对工程的影响
断面1
断面2
Q O
h L
H1 H2
O’
A
5.5 地下水运动与动态
二、地下水向集水建筑物运动的计算
基坑开挖时，流入 坑内的地下水和地表水 如不及时排除，会使施 工条件恶化、造成土壁 塌方，亦会降低地基的 承载力。施工排水可分 为明排水法和人工降低 地下水位法两种。
5.5 地下水运动与动态
<4.2 4.2～8.4 8.4～16.8 16.8～25.2
>25.2
meq／L
<1.5 1.5～3.0 3.0～6.0 6.0～9.0
>9.0
mol／L
<7.5×10－4 7.5×104～1.5×108 1.5×10－3～3×10－3 3×10－3～4.5×10－3
>4.5×10－3
5.4地下水分类
1 岩土的空隙性
概念：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。
5.2 地下水的基本概念
1 岩土的空隙性
意义：是地下水赋存场所和运移通道，其多少、大小及其分布规 律，决定着地下水的分布与运动特点
分类：岩土空隙的成因不同
孔隙
裂隙
溶隙
5.2 地下水的基本概念
5.1 概述
1 什么叫地下水
赋存和运移于地面以下岩石空隙中的水。狭义上指赋存于地下水面以下饱和含 水层的水。
2 地下水的功能
地下水是一种宝贵的资源
不工
地下水是地球内部地质演变的信息载体
良程 地地
质质
地下水是极其重要的生态环境因子
现问 象题
地下水是一种很活跃的地质营力
5.2 地下水的基本概念
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）
第五章 地下水污染
5.1.3污染源、污染物及污染途径
5.1.3.3地下水污染途径 （１）污染方式 地下水的污染方式可分为直接污染及间接污染两种 直接污染：地下水中污染组分直接来源于污染源，污 染组分在迁移过程中．其化学性质没有任何改变，是地 下水污染的主要方式 间接污染：地下水的污染组分在污染源中的含量并不 高，或低于附近的地下水，或该污染组分在污染源里根 本不存在，它是污水或固体废物淋滤液在地下迁移过程 中，经复杂的物理、化学及生物反应后的产物
5.1.3污染源、污染物及污染途径
5.1.3.3地下水污染途径 （2）污染途径 Ｃ越流型
一种是潜水污染承压水。通道有：弱透水的隔 水层顶板直接流入、承压含水层顶板的“天窗” 流入、止水不严的套管与孔壁的间隙向下漏入、 未封填死的废弃钻井流入。
被污染的 潜水含水 层向承压 含水层越 流示意图
5.1.3污染源、污染物及污染途径
5.1.3.3地下水污染途径 （2）污染途径 Ｃ越流型
另一种是承压水污染潜水。通道与上一种情况 基本相同。
深层咸水向 上越流通道 示意图
5.1.3污染源、污染物及污染途径
5.1.3.3地下水污染途径 （2）污染途径 Ｄ注入径流型
一种是工业废水地下处理时的地下径流。
由排污井直接注入废水示意图
5.1.3污染源、污染物及污染途径
5.3.1 地下水资源的保护措施 5.3.1.1 防止地下水污染的技术措施 （一）一般性技术措施 3)预防地下水管道渗漏，必要时应建立各 种防渗幕，防止污水渗入地下水中。
工厂下面的层状排水防渗装置
环状防渗幕
5.3.1 地下水资源的保护措施 5.3.1.1 防止地下水污染的技术措施 （一）一般性技术措施 4)废渣必须妥善存放，废渣坑应附底，且坑底 不能低于地下水面；矿山的尾砂矿应尽量堆放在 与含水层隔绝的废矿坑中。 5)污水灌溉农田时必须注意当地条件，只有包 气带土层厚度大，透水性差时才能污灌，要严格 控制污灌量 6)含水层中若已形成危害性大的严重污染带时， 可以采取堵塞成截流措施以限制污染范围。采用 截流装置时，应考虑所排出污水的出路，不允许 将抽出的污染水任意排向地表水体。
第五章 地下水
§5.2 地下水类型及其主要特征
地下水按埋藏条件可分为三大类：即包气带水、 潜水、承压水 。根据含水层的空隙性质，地下水可分为 三个亚类：孔隙水、裂隙水、岩溶水。
二、地下水及含水层 1. 基本概念
地下水的来源：大气降水。降落的水分，一部分渗
入地下，另一部分沿地面汇集于低处，成为河流、湖泊、 海洋的地表水，而地表水也可以通过岸边或谷底渗入地 下。这些渗入的水，就是地下水的主要补给来源。
地下水：存在于地壳表面以下岩土空隙（如岩石裂
隙、溶穴、土孔隙等）中的水称为地下水。
§5.1 地下水概述
一、地下水的地质作用 地下水能降低岩上强度和地基承载力； 对砂性土、粉性土产生潜蚀作用，破坏土体的 结构； 会使粉细砂和粉性土产生流砂现象，影响建筑 物和地下设施的稳定性，甚至引起破坏，同时 给地下工程施工带来许多麻烦; 当深基坑下部有承压水时，若不降低承压水头 压力，可能会冲毁坑底土体造成突涌危害; 地下水对其水位以下的岩土会产生静水压力作 用； 有些地下水会腐蚀钢筋混凝土。
▲矿化度：地下水中所含各种离子、分 子与化合物的总量称为矿化度，以g/L表示。 习惯上用105～110℃温度将地下水样品 蒸干后所得的干涸残余物总量来表示矿化度。 可以将分析所得阴阳离子含量相加，求得 理论干涸残余物总量。
注意: 由于在蒸干时有将近一半的HCO3-了分解 生成CO，及H2O而逸失。所以，阴阳离子相加 时， HCO3只取重量的50％。
毛细水对建筑工程的意义主要有：
（1） 产生毛细压力， 对于砂性土特别是细 砂、粉砂，由于毛细压力作用使砂性土具有一 定的粘聚力（称假粘聚力）。
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。
河北工程大学 土木工程学院 工程地质 第五章_地下水
25
6. 构造裂隙水
●其发育程度既取决于岩石本身的性质，也取决于 边界条件及构造应力分布等因素。 ●分为层状构造裂隙水和脉状构造裂隙水。 ●可以是潜水，也可以是承压水 ●裂隙各有自己独立的系统：补给源、径流及排 泄条件，水位不一致。 ●渗透性常常显示各向异性。 26
5
3.
重力水-----受重力控制的地下水
当岩石、土层的空隙完全被水饱和时，粘 土颗粒之间除结合水以外的水都是重力水，它 不受静电引力的影响，而在重力作用下运动， 可传递静水压力。
重力水的工程意义：
静水压力 动水压力 浮托力 溶解能力--岩土产生化学潜蚀
6
☆ 含水层：能够给出并透过相当数量 重力水的岩层或土层，称为含水层。 ☆ 隔水层：是指那些不能给出并透过 水的岩层、土层，或者这些岩土层给出与透 过水的数量是微不足道的。 ☆构成含水层的条件： 1.岩土中要有空隙存在，并充满足够数 量的重力水； 2.这些重力水能够在岩土空隙中自由运 动。
36
▲矿化度：地下水中所含各种离子、分子 与化合物的总量称为矿化度，以g/L表示。 习惯上用105～110℃温度将地下水样品蒸 干后所得的干涸残余物总量来表示矿化度。 可以将分析所得阴阳离子含量相加，求得 理论干涸残余物总量。
注意: 由于在蒸干时有将近一半的HCO3-了分解生 成CO，及H2O而逸失。所以，阴阳离子相加时， HCO3 只取重量的50％。
31
32
自流水泉（上升泉）：主要靠承压水补给， 动态稳定，年变化不大，主要分布在自流盆地 及自流斜地的排泄区和构造断裂带上。
33
§5.3 地下水的性质
一、地下水的物理性质 地下水的物理性质有：温度、颜色、透明 度、气味、味道、导电性及放射性。 地下水物理性质的研究，使我们能初步了 解地下水的形成环境、污染情况及化学成分， 这为利用地下水提供了依据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第五章地下水的结构与运动
•
●地下水系统的组成与结构
●地下水类型
●地下水的补给与排泄
●地下水运动
●地下水的动态与平衡
§5.1 地下水系统的组成与结构
•地下水的贮存空间
•地下水流系统
•地下水系统垂向结构
地下水是存在于地表以下岩(土)层空隙中的各种不同形式水的统称。
一、地下水的贮存空间
1.含水介质、含水层和隔水层
通常把既能透水，又饱含水的多孔介质称为含水介质，这是地下水存在的首要条件。
所谓含水层是指贮存有地下水，并在自然状态或人为条件下，能够流出地下水来的岩体。
对于那些虽然含水，但几乎不透水或透水能力很弱的岩体，称为隔水层。
2.含水介质的空隙性与水理性
含水介质的空隙性：裂隙率(KT)、岩溶率(Kk)与孔隙率(n) 。
含水介质的水理性质：与水分的贮容、运移有关的岩石性质称为含水介质的水理性质，包括岩土的容水性、持水性、给水性、贮水性、透水性及毛细性等。
3.蓄水构造
指由透水岩层与隔水层相互结合而构成的能够富集和贮存地下水的地质构造体。
主要有：单斜蓄水结构、背斜蓄水结构、向斜蓄水结构、断裂型蓄水结构、岩溶型蓄水结构等。
二、地下水流系统
地下水虽然埋藏于地下，难以用肉眼观察，但它象地表上河流湖泊一样，存在集水区域，在同一集水区域内的地下水流，构成相对独立的地下水流系统。
1.地下水流系统的基本特征
在一定的水文地质条件下，汇集于某一排泄区的全部水流，自成一个相对独立的地下水流系统，又称地下水流动系。
与地表水系相比较具有如下的特征:空间上的立体性；流线组合的复杂性和不稳定性；流动方向上的下降与上升的并存性；区域范围一般比较小。
2.地下水域
地下水流系统的集水区域，为立体的集水空间。
地下水域范围变化快，在地表上均存在相应的补给区与排泄区.
三、地下水系统垂向结构
1.地下水垂向层次结构的基本模式
包气带：土壤水带、中间过渡带及毛细水带等3个亚带；存在结合水(包括吸湿水和薄膜水)和毛管水；
饱和水带：潜水带和承压水带两个亚带；存在重力水(包括潜水和承压水)。
2.地下水不同层次的力学结构
分子力、毛细力和重力。
3.地下水体系作用势
重力势、静水压势、渗透压势、吸附势等分势组合为总水势。
§5.2 地下水类型
•地下水基本类型的划分
•包气带水
•饱水带水(潜水和承压水)
•空隙水(孔隙水、裂隙水和岩溶水)
一、地下水基本类型的划分
从地理水文学角度来说，特别重视如下的分类：
1.按地下水的贮存埋藏条件分类
(1)包气带水
结合水（分吸湿水、薄膜水）
毛管水（分毛管悬着水与毛管上升水）
重力水（分上层滞水与渗透重力水）
(2)饱水带水
潜水
承压水（分自流溢水与非自流溢水）
2.按岩土的贮水空隙的差异分类
(1)孔隙水
(2)裂隙水
(3)岩溶水
二包气带水
1.包气带水的特征与包气带的类型
(1)包气带水的主要特征
包气带含水率和剖面分布最容易受外界条件的影响；
包气带在空间上的变化主要体现在垂直剖面上的差异;
包气带含水率变化与岩土层本身、岩土颗粒的机械组成有关;
(2)包气带的类型
厚型:土壤、中间和毛管带.
薄型:厚度不到1米
过渡型:
2.包气带的水分交换与动态
外界水分交换和内部水分的再分配及内排水过程,发生在上、下界面上.
三、潜水
1.潜水的概念和主要特征
饱水带中自地表向下第一个具有自由水面的含水层中的重力水，称为潜水.
潜水位(h)是指潜水面上任一点的海拔高程(m)；
潜水埋深(T)是指潜水面距地表的铅直距离(m)；
含水层厚度(H)指潜水面至隔水底板的距离(m)；
潜水流水力坡度:是指潜水面上任意两点的水位差与该两点的渗透距离之比。
潜水面上无隔水层,与大气相通,压强等于大气压强,不承受静水压力,潜水分布区与补给区基本一致。
潜水含水层通过包气带与地表水及大气圈之间存在密切联系,因此深受外界气象、水文因素的影响,动态变化比较大,呈现明显的季节变化。
2.潜水面形状及其表示方法
(1)潜水面的形状:倾斜、抛物线形和水平等多种形状;
(2)潜水面表示方法:水文地质剖面图和平面图。
3.潜水与地表水之间的互补关系
潜水与地表水之间的这种相互补给和排泄关系，称为水力联系。
(1)具有周期性水力联系;
(2)具有单向的水力联系;
(3)具有间歇性水力联系.
四、承压水
承压水是指充满于两个稳定隔水层之间的含水层中的地下水。
1.承压水的主要特征
承压性、分布区与补给区不同、动态变化相对稳定、水质类型多样。
2.承压水的形成
主要取决于地质构造条件, 最适宜的是向斜构造和单斜构造.
3.承压水等水压线
某一含水层中承压水位相等的各点的连线。
五、空隙水
1.孔隙水
埋藏于松散岩土孔隙中的重力水。
透水性、给水性的变化小，运动呈层流状态。
2.裂隙水
存在于岩石裂隙中的地下水。
埋藏与分布极不均匀，动力性质比较复杂，基岩裂隙的发育具有明显的分带性。
3.岩溶水
在溶隙中贮存、运动的地下水称.分布不均匀, 径流动态不稳定.地表与地下径流及无压流与有压流相互转化。