5.3地下水的性质
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5_地下水
地下水按总硬度分类
分 类 总硬度 mmol/l 德国度 极软水 <1.5 <4.2 软水 1.5~3.0 4.2~8.4 微硬水 3.0~6.0 8.4~16.8 硬水 6.0~9.0 16.8~25.2 极硬水 >9.0 >25.2
地下水的腐蚀性（主要是对混凝土）
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SO4-2与混凝土作用生成新的化合
★ 矿化度(M)
地下水中各种离子、分子与化合物的总量称 矿化度，以g/l或mg/l为单位
地下水按矿化度分类
分类 矿化度， g/l 淡水 <1 微咸水 1~3 咸水 3~10 盐水 10~50 卤水 >50
★
硬度
★ 水中钙、镁离子的含量称水的硬度。 ★ 硬度可分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。
★ 总硬度是水中Ca2+、Mg2+的总量，等于暂时硬度加永久硬度
岩土的水理性质
★容水度——是岩土饱水时所能容纳的最大的水体
积与岩土总体积之比，用小数或百分数表示。
Vw c 100% V
岩土的水理性质
★持水度——是指饱水岩土在重力作用下，保持
在岩土中水的体积与岩土总体积的比值，用小数
或百分数表示。
Vwr Sr 100% V
c Sr S y
岩石中的空隙与水分
野外研究裂隙时， 应注意测定裂隙的方向、 宽度、延伸长度、充填
情况等。
因为这些都对地下 水的运动具有重要影响。
岩石中的空隙与水分
c. 溶穴
可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等， 在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为溶穴（隙）。
[理学]5地下水的物理化学性质
![[理学]5地下水的物理化学性质](https://img.taocdn.com/s3/m/72805cafa0116c175f0e4878.png)
5.2地下水的化学成分
• 硫化氢（H2S）、甲烷（CH4）：地下水中 出现H2S 与CH4，其意义恰好与出现O2 相反， 说明处于还原的地球化学环境。这两种气体 的生成，均在与大气比较隔绝的环境中，有 有机物存在，微生物参与的生物化学过程有 关。其中，H2S 是SO42-的还原产物。
5.2地下水的化学成分
5.1 地下水的物理性质
• 味
5.2地下水的化学成分
• 地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有 机质以及微生物等。 • 4.2.1 地下水中主要气体成分 • 氧（O2）、氮（N2）：地下水中的氧气和氮气 主要来源于大气。它们随同大气降水及地表水 补给地下水，因此，以入渗补给为主、与大气 圈关系密切的地下水中含O2 及N2 较多。
5.2地下水的化学成分
• （3）地下水中的重碳酸根离子HCO3-来源 • ① 碳酸盐岩的溶解： Ca/MgCO3+H2O+CO2→2HCO3-+Ca2+/Mg2+； • ② 岩浆岩、变质岩地区铝硅酸盐矿物风化溶解 （钠、钙长石）： • Na2Al2Si6O16+2CO2+3H2O→2HCO3-+2Na++ H4Al2Si2O9+4SiO2。
5.1 地下水的物理性质
• 颜色
5.1 地下水的物理性质
• 透明度
• 测量透明度的方法，用筒底装有放水嘴的量筒， 量筒高100cm，直径3cm，将3mm粗的黑十字 线放在量筒底部，注满水后，慢慢打开放水嘴， 筒内水面缓缓下降，同时观测黑十字线，直到 能看到黑十字线的清晰图象为止。记录量筒内 水柱高度，按表确定水的透明度。
5.2地下水的化学成分
5.2.2地下水中离子及分子成分 阳离子：H+、Na+、K+、NH4+、Ca2+、Mg2+、 Fe3+、Fe2+ 阴离子：OH-、Cl-、SO42-、NO2-、NO3-、HCO3-、 CO32-、PO13主要的有6种离子： Cl-、 SO42-、 HCO3-、 Na+ （K+）、 Ca2+、Mg2+
工程地质 第5章 地下水及其对工程的影响
I —— 水力坡度
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
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
06-5.3-3 孔隙水、裂隙水、岩溶水
侵入岩中的裂隙，通常在其与围岩接触的部 分最为发育，在此形成富水带。
17:05
114-7
赋存和运移于构造裂隙中的地下水称 为构造裂隙水。
由于构造裂隙较为复杂，构造裂隙 水 的变化也较大，呈现出不均匀性和各 向异 性的主要特点。
17:05
114-8
一般按裂隙分布的产状，将构造裂隙水分为层状 裂 隙水和脉状裂隙水两类。
1. 地下水按含水层性质分为哪几类？各有 什么特征？
17:05
114-11
层状裂隙水埋藏于沉积岩、变质岩的节理及片理 等 裂隙中，这类裂隙常发育均匀，能形成相互连通的 含水 层，具有统一的水面，可视为潜水含水层；当其 上部被 新的沉积层所覆盖时，就可以形成层状裂隙承压 水。
脉状裂隙水往往存在于断层破碎带中，通常为承压 水性质，一般由大气降水及地表水补给，在地形低洼处 ， 常沿断层带以泉的形式排泄，通常水量大、延伸远 、水 位一致，其富水性取决于断层性质、两盘岩性及 次生充 填情况等。
多雨 和地形平缓地区，风化裂隙水较丰富，常以泉的
形式排 泄于河流中；在地形起伏大，沟谷发育的山区
，径流和 排泄条件好，不利于风化裂隙水的储存，所
以除了雨季 短时期外，水量不大。
17:05
114-6
贮存并运移在成岩裂隙中的地下水称为 成 岩裂隙水 。
成岩裂隙一般常见于岩浆岩中，喷出岩类的 成岩裂隙以玄武岩最为发育，这一类裂隙在水平 和垂直方向上都比较均匀，呈层状分布，彼此相 互连通，裂隙不随深度减弱，水量往往较大，下 伏隔水层往往是其他的不透水层。
17:05
114-5
赋存在风化裂隙中的水为风化裂隙水。
风化裂隙水常埋藏于地表浅处，含水层厚度不大， 水平方向透水性均匀，垂直方向透水性随深度而减弱， 逐渐过渡到不透水的未风化的岩石。风化裂隙水多为 裂 隙-潜水型，具有统一的水面。
17:05
114-7
赋存和运移于构造裂隙中的地下水称 为构造裂隙水。
由于构造裂隙较为复杂，构造裂隙 水 的变化也较大，呈现出不均匀性和各 向异 性的主要特点。
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一般按裂隙分布的产状，将构造裂隙水分为层状 裂 隙水和脉状裂隙水两类。
1. 地下水按含水层性质分为哪几类？各有 什么特征？
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114-11
层状裂隙水埋藏于沉积岩、变质岩的节理及片理 等 裂隙中，这类裂隙常发育均匀，能形成相互连通的 含水 层，具有统一的水面，可视为潜水含水层；当其 上部被 新的沉积层所覆盖时，就可以形成层状裂隙承压 水。
脉状裂隙水往往存在于断层破碎带中，通常为承压 水性质，一般由大气降水及地表水补给，在地形低洼处 ， 常沿断层带以泉的形式排泄，通常水量大、延伸远 、水 位一致，其富水性取决于断层性质、两盘岩性及 次生充 填情况等。
多雨 和地形平缓地区，风化裂隙水较丰富，常以泉的
形式排 泄于河流中；在地形起伏大，沟谷发育的山区
，径流和 排泄条件好，不利于风化裂隙水的储存，所
以除了雨季 短时期外，水量不大。
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贮存并运移在成岩裂隙中的地下水称为 成 岩裂隙水 。
成岩裂隙一般常见于岩浆岩中，喷出岩类的 成岩裂隙以玄武岩最为发育，这一类裂隙在水平 和垂直方向上都比较均匀，呈层状分布，彼此相 互连通，裂隙不随深度减弱，水量往往较大，下 伏隔水层往往是其他的不透水层。
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赋存在风化裂隙中的水为风化裂隙水。
风化裂隙水常埋藏于地表浅处，含水层厚度不大， 水平方向透水性均匀，垂直方向透水性随深度而减弱， 逐渐过渡到不透水的未风化的岩石。风化裂隙水多为 裂 隙-潜水型，具有统一的水面。
地下水的物理性质和化学成分资料
强
福岛第一核电站运营商东京电力公司发言人松茂直
之3月31日说，东电3月30日11时10分从1号反应堆地下 15米处采集地下水样本。
检测结果显示，每千克样本碘131放射性活度为430 贝克勒尔，超过政府规定安全水平1万倍。
3.2
地下水的化学成分
各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等 3.2.1 地下水中主要气体成分 主要的气体组分：O2、N2、CO2、H2S、CH4、H2、
离子浓度越高，温度越高，导电性越强
根据地下水的导电性，可以区分含水层和隔水层、 矿水和淡水，也可以根据导电性圈定富水地带，寻找 断裂破碎带 （8）放射性
取决于其中放射性物质的含量
地下水按放射性元素的含量（g/L）分为强放射性 水，中等放射性水和弱放射性水
以镭为例
弱 10-10g/L
中等 ＞10-9g/L
温度每升高1℃所需增加的深度（m）称为【地热增温 级】（m/℃） 一般地区为：33m/℃ 近代火山活动地区为：1m/℃；如西藏羊八井达到0.3m/℃ 前寒武纪地区为：100m/℃
（2）颜色
由于含有某种离子较多，或者富集悬浮物质 和胶体物质 取决于水中溶解的盐类和有机质 二氧化碳——清凉可口 重碳酸钙——味美可口 氯化钠——咸味 硫酸钠——涩味
CH3COOH 8NO3 6H2O 10CO2 4N2 8OH 能量
5S 6KNO3 2H2O 3N2 K2 SO4 4KHSO4
2)氮（N2） ②分布特征 A）由于N2的化学性质不及氧活泼，它的分布随深度的减 少，不及O2明显 B）大气中的惰性气体（Ar/氩、Kr/氪、Xe/氙xiān）与N2 的比例恒定，即：（Ar+Kr+Xe）/N2=0.0118。 比值等于此数，说明N2是大气起价化合物而从中沉 淀； 反之，地下水中含O2少，形成低价态化合物而易于在 水中迁移
地下水的物理性质及化学成分
一、地下水的温度 二、地下水的颜色 三、地下水的透明度
四、地下水的嗅（气味）
五、地下水的味（味道）
六、地下水的比重
发挥人的感觉器官，相对应：眼睛看一看（二，三），鼻子闻一闻（四），嘴巴 尝一尝（五），触觉体会一下温度（一，六）等。
一、地下水的温度
• 水温变化范围可达100℃以上。在寒带和多年积雪地带，浅层的地下
3.重碳酸根离子（HCO3-）
• HCO3-分布广，含量不高，一般＜1g/L。HCO3-是低盐量地下 水的主要成分。 • 来源:碳酸盐类如石灰岩、白云岩或泥灰岩的溶解： •
•
CaCO
3
+ H2O + CO
2 2
→Ca2+ +2HCO3→Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3-
CaMg（CO3）2 +2H2O +2CO
（一）地下水中的主要离子成分 7
第 二 节
地 下 水 的 化 学 成 分
一、地下水的化学成 分
60多种
（二）地下水中的主要气体成分
（三）地下水中的胶体成分 （四）地下水中的有机质及细菌成分
1.地下水的酸碱性 ph 二、地下水的化学性质 2.地下水的总矿化度 M 3.地下水的硬度 4.地下水的侵蚀性
六、地下水的比重
• 地下水的比重近于1：取决于水中所含盐分的多少。 当水中溶解了较多的盐分时，比重可达1.2～1.3。 • 地下水的导电性及放射性： • 导电性取决于含电解质的数量与性质（即各种离 子的含量与离子价），离子含量越多，离子价越 高，则水的导电性就越强。 • 放射性取决于其中放射性物质的含量，地下水不 同程度上或多或少地都具有放射性，但其含量一 般极微，循环于放射性矿床的地下水其放射性相 应增强。
工程地质学第5章地下水课件
5.2 地下水的类型
5.2.1 地下水按埋藏条件分类及其特征 2.潜水
（3）潜水面的表示方法和意义
潜水面的形态和特征通常可以用等水位线图和水文地质剖面图来表示。
5.2 地下水的类型
潜水等水位线图就是潜水面上标高相等各点的连线图，绘制时将 研究地区的潜水人工露头和天然露头的水位等高的各点即为等水位线 图。它有以下用途：
5.3 地下水的性质 5.3.2 地下水的化学性质
5.3 地下水的性质
5.3.2 地下水的化学性质
2.地下水的化学性质 （1）地下水的酸碱性
地下水类型 强酸性水 弱酸性水 中性水 弱碱性水
pH值
＜5
5～7
7
7～9
强碱性水 ＞9
（2）地下水的总矿化度 地下水所含各种离子、分子及化合物的总量称为总矿化度，以g/L表示。
5.1 地下水的基本概念
5.1.2 含水层与隔水层 表5-3 常态下岩石的透水程度
5.2 地下水的类型及其特征
按照地下水的埋藏条件可分为三大类： ➢ 包气带水 ➢ 潜水 ➢ 承压水；
按照含水介质类型可分为三大类： ➢ 孔隙水 ➢ 裂隙水 ➢ 岩溶水
地下水的综合分类
含水介质
类型
孔隙水
裂隙水
岩溶水
5.2 地下水的类型
5.2.2 地下水按含水介质类型分类及其特征
2.裂隙水
赋存并运移于各种岩溶空隙中的地下水称为岩溶水（喀 斯特水）。岩溶水，可以是潜水也可以是承压水。一般来说， 在裸露的石灰岩分布区的岩溶水主要是潜水；当岩溶化岩层 被其他岩层所覆盖时，岩溶潜水可能转变为岩溶承压水。
在土木工程建筑地基内有岩溶水活动,不但在施工中会 有突然涌水事故发生，而且对建筑物的稳定性也有很大影响。 因此，在建筑场地和地基选择时应进行工程地质勘察，针对 岩溶水的情况，用排除、截源、改道等方法处理，如挖排水 沟，筑挡水坝，开凿输水隧洞改道等等。
地下水的物理性质
为什么要减去一半，这是因为在蒸干时有将近一半的HCO3-分解生 成CO2及H2O而逸失，同时保证与干涸残余物的重量相匹配。
库尔洛夫式表示法：
横线上下：
表示阴阳离子——分别按毫克当量百分数自
大到小顺序排列,小于10%的离子不予表示。
横线前：
依次表示特殊成分、气体成分、矿化度(以
字母M为代号),单位为g/L；
水文地球化学的研究必须与地下水运动 的研究紧密结合。
地下水水质的演变具有时间上继承的特点：
自然地理与地质发展历史给予地下水的
化学面貌以深刻影响，故不能从纯化学角度 , 孤立、静止地研究地下水的化学成分及其形 成,必须从水与环境长期相互作用的角度,去 揭示地下水化学演变的内在依据与规律。
§3 地下水的化学特征
第六章
地下水的物理性质
本章内容
地下水的温度 地下水的其它物理性质特征
地下水的物理性质包括水温、颜色、透明度、味道、气
味、比重、放射性、导电性。
一、地下水的温度
地下水的温度主要受当地地温变化的影响。要研究地下 水的温度，首先要研究地温的变化规律。
地壳表层有两个热能来源:
太阳的辐射； 地球内部的热流。
注意：
溶滤作用与溶解作用在内涵上的区别 溶滤作用：在不破坏晶体结晶格架情况下，部分组分进入地下水中的作用。如难 溶的硅铝酸盐中的某些成分。 溶解作用：破坏了矿物的结晶格架，使矿物的全部成分进入地下水中。如氯化钠。
第七章
地下水的化学成分
及其形成作用
本章内容
概述
地下水的物理性质
地下水的化学特征 地下水化学成分的形成作用 地下水化学成分的成因类型
库尔洛夫式表示法：
横线上下：
表示阴阳离子——分别按毫克当量百分数自
大到小顺序排列,小于10%的离子不予表示。
横线前：
依次表示特殊成分、气体成分、矿化度(以
字母M为代号),单位为g/L；
水文地球化学的研究必须与地下水运动 的研究紧密结合。
地下水水质的演变具有时间上继承的特点：
自然地理与地质发展历史给予地下水的
化学面貌以深刻影响，故不能从纯化学角度 , 孤立、静止地研究地下水的化学成分及其形 成,必须从水与环境长期相互作用的角度,去 揭示地下水化学演变的内在依据与规律。
§3 地下水的化学特征
第六章
地下水的物理性质
本章内容
地下水的温度 地下水的其它物理性质特征
地下水的物理性质包括水温、颜色、透明度、味道、气
味、比重、放射性、导电性。
一、地下水的温度
地下水的温度主要受当地地温变化的影响。要研究地下 水的温度，首先要研究地温的变化规律。
地壳表层有两个热能来源:
太阳的辐射； 地球内部的热流。
注意：
溶滤作用与溶解作用在内涵上的区别 溶滤作用：在不破坏晶体结晶格架情况下，部分组分进入地下水中的作用。如难 溶的硅铝酸盐中的某些成分。 溶解作用：破坏了矿物的结晶格架，使矿物的全部成分进入地下水中。如氯化钠。
第七章
地下水的化学成分
及其形成作用
本章内容
概述
地下水的物理性质
地下水的化学特征 地下水化学成分的形成作用 地下水化学成分的成因类型
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(5)地下水源枯竭、水质恶化 盲目开采地下水，当开采量大于补给量时，地下水资源会逐渐减 少，以致枯竭，造成泉水断流、井水枯干、地下水中有害离子量
增多、矿化度增高。
3. 地下水的渗透破坏
(1)潜蚀 渗透水流在一定水力坡度(即地下水水力坡度大于岩土
产生潜蚀破坏的临界水力坡度)条件下产生较大的动水压力， 冲刷、挟走细小颗粒或溶蚀岩土体，使岩土体中孔隙不断 增大，甚至形成洞穴，导致岩土体结构松动或破坏，以致 产生地表裂隙、塌陷，影响工程的稳定。
四、气味
地下水一般是无气味的，但当其中含有某些离子 或某种气体时，则出现特殊的气味。例如：水中含有 H2S气体时，具有臭鸡蛋气味；水中亚铁盐含量很高时 具有铁腥气味；含有腐殖质时具有腐草（沼泽）气味。 水的气味在低温时很难判断，加热到40 ℃时气味最明 显。
五、味道
用嘴尝。地下水的味道取决于它的化学成分。
德国度
极软水 <1.5 <4.2
软水 1.5-3.0 4.2-8.4
微硬水 3.0-6.0 8.4-16.8
硬水 6.0-9.0 16.8-25.2
极硬水 >9.0 >25.2
5.3.3 地下水的运动
1、 基本概念
渗流——地下水在岩土体空隙中的运动。 过水断面——垂直渗流方向的含水层截面，它包括岩土 层的空隙和颗粒骨架在内的全部截面积。 实际过水断面——是该断面中地下水流动的孔隙面积。
昼夜变化（0~5m） 季节变化（5~50m）
与地温相同
增温带
地下水温度随深度的增加而增加的地带
H = g (TH - tB) + h
公式中：H--- 地下水的埋藏深度； g --- 地热增温率（m / ℃）； TH-- 地下水水温； tB--- 年平均气温 h --- 年常温带深度
我国部分地区的地热增温率
七、导电性
地下水的导电性取决于其中所含电解质的数量和质量，即各种离 子的含量与其离子价。离子含量愈多，离子价愈高，则水的导电性愈 强。此外水温对导电性也有影响。
八、放射性
地下水在不同程度上都含有放射性，含量多少取决于水中所含放 射性元素的数量。在地下水中目前已发现60多种不同元素。储存和运 动于放射性矿床及酸性火成岩分布区的地下水，其放射性相应增强。
4. 地下水的浮托作用
当建筑物基础底面位于地下水位以下时，地下水对 基础底面产生静水压力，即产生浮托力。如果基础位于 粉土、砂土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上，则 按地下水位100％计算浮托力；如果基础位于节理裂隙不 发育的岩石地基上，则按地下水位50％计算浮托力；如 果基础位于粘性土地基上，其浮托力较难确切地确定， 应结合地区的实际经验考虑。
5. 承压水对基坑的作用
当深基坑下部有承压含水层存在，开挖基坑会减 小含水层上覆隔水层的厚度，在隔水层厚度减小到一 定程度时，承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板， 造成突涌现象。基坑突涌将会破坏地基强度，并给施 工带来很大困难。
H
W S
H0
K
K——安全系数， 一般取1.5-2.0， 主要视基坑底部粘 性土层的裂隙发育 程度及坑底面积大
§5.3 地下水的性质
5.3.1 地下水的物理性质
温度、颜色、透明度、气味、 味道、比重、导电性和放射性
一、温度：
地下水的温度变化主要受气温和地温的影响。埋藏深 度不同的地下水，具有不同的温度变化规律。深层地下水 的温度变化很小。
变温带 常温带
地下水温度随气温的变化而变化的深度 地下水温度随气温的变化幅度趋于0的深度
5.3.2 地下水的化学成分
地下水不是纯水，是化学成分十分复杂的天然溶液。 组成地壳的87种稳定元素中，在地下水中已发现70余种。
（1）主要的气体成分：O2、N2、CO2和H2S （2）主要的离子成分有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、 SO42-、HCO3-
一般情况下，随着地下水含盐量的变化，其中占主要地 位的离子成分也随之发生变化。含盐量低的水常以HCO3-、 Ca2＋或HCO3-、Mg2＋为主；中等含盐量的常以SO42-、 Na＋ 或SO42-、Ca2＋为主；含盐量高的水则以Cl-、Na＋为 主。
(3)海(咸)水入侵 近海地区的潜水或承压含水层往往与海水相连，在天然状态下， 陆地的地下淡水向海洋排泄，含水层保持较高的水头，淡水与海 水保持某种动态平衡，因而陆地淡水含水层能阻止海水入侵。如 果大量开发陆地地下淡水，引起大面积地下水位下降，可能导致 海水向地下水含水层入侵，使淡水水质变坏。
(4)地裂缝的产生与复活 近年来，在我国很多地区发现地裂缝，西安是地裂缝发育最严重 的城市。据分析这是地下水位大面积大幅度下降而诱发的。
保持在水中的Ca2+、Mg2+含量称永久硬度。硬度表示方法：
（1）mmol/l（毫克当量）
（2）德国度 ，1mmol/l=2.8德国度，1德国度相当于
7.1mg/lCa2+或4.3mg/l Mg2+ 。生活饮用水水质标准规定水的硬度
以CaCO3的mg/l表示。
地下水按总硬度分类
分类 总硬度 mmol/l
3、地下水运动的基本定律 ★ 线性渗透定律(层流运动)－Darcy定律
Q kA H1 H2 kA H kAI
L
L
V kI
Q－渗流量，cm3/s； A－过水断面面积，m2； △H－水头损失，cm； L－渗流距离，cm； k－渗透系数，m/d或cm/s； I－水力坡度。
★ 非线性渗透定律（紊流运动）——Chezy定律
水的 味道
墨水味 锈味 甜味 咸味 涩味 苦味
清凉爽口 味美适口
水中含有氧化亚铁 水中含有氧化铁
水中含有大量有机质 水中含有 NaCl
水中含有 Na2SO4 水中含有 MgCl2或 MgSO4
水中含有CaCO3 水中含有重碳酸钙、镁
六、比重
地下水的比重取决于其中所溶解盐分的含量。地下 淡水的比重通常认为与化学纯水的比重相同，其数值为 1。水中溶解的盐分越多，比重越大，有的可达1.2--1.3。
1—土壤层 2—含水层 3—地下水位 A—轻型井点 B—弯管 C—集水管
6. 地下水对钢筋混凝土的腐蚀
硅 酸 盐 水 泥 遇 水 硬 化 ， 并 且 形 成 Ca(OH)2 、 水 化 硅 酸 钙 CaOSiO2·12H2O、水化铝酸钙CaOAl2O3•6H2O等，这些物质往往 会受到地下水的腐蚀。
淡黄色地下水
含粘土的水
❖ 测定地下水颜色的方法：取两支无色透明玻璃试管，一支 装蒸馏水，一支装被测地下水，在管下衬以白纸，自上而 下观测其颜色。
三、透明度
地下水的透明度取决于水中固体与胶体悬浮物的含量。常见的地下 水一般是透明的。
地下水按透明度分为四级：透明的、微浊的、浑浊的和极浊的。
地下水透明度的野外分级表
小而定。
1—含水层 2—隔水层 3—承压水
基坑突涌
基坑排水方法
(1) 明沟排水 (2) 轻型井点排水 (3) 深井排水 (4) 真空排水 (5) 电渗排水等
1—土壤层 2—含水层 3—地下水位 A—基坑底面 B—排水沟
明沟排水
基坑排水的水文地质监测工作 (1) 水位观测 (2) 地面沉降观测
轻 型 井 点 排 水
分级
野外鉴别特征
透明的 微浊的 浑浊的 极浊的
无悬浮物及胶体，60 cm 水深可见 3 mm 的粗线 有少量悬浮物，> 30 cm 水深可见 3 mm 的粗线 有较多的悬浮物，半透明状，< 30 cm 水深可见 3 mm 的粗线 有大量悬浮物或胶体，似乳状，水深很浅也不能看见 3 mm 的粗线
透明度的测定方法： 通过盛水样的试管，以看清 3mm粗线的水深来确定。
渗流(渗透)速度——地下水流在某过水断面上的 平均流速，用v表示，单位为m/d或cm/s，即
v Q A
A－过水断面面积，m2或cm2 Q－渗流量，m3/d或cm3/s。
实 际 过 水 断 面
过水断面
真实流速——是地下水在过水断面中空隙部分实际 流动的平均速度，用u表示，单位为m/d或cm/s，
QQ u
• (2)潜水位上升后，原来干燥的岩土被水饱和、软化，降低岩 土抗剪强度，可诱发斜坡、岸边岩土体产生变形、滑移、崩 塌失稳等不良地质现象；
• (3)崩解性岩土、湿陷性黄土、盐渍岩土等遇水后，可能产生 崩解、湿陷、软化，其岩土结构破坏、强度降低、压缩性增 大。而膨胀性岩土遇水后则产生膨胀破坏；
• (4)潜水位上升，可使洞室淹没，还可使建筑物基础上浮，危 及安全。
地
区
北京房山
内蒙石拐子
西藏羊八井热田区
华北平原
松辽平原
地层岩性 花岗岩体 侏罗纪砂页岩煤系地层 花岗岩体 第三纪泥岩、砂岩层 白垩纪伏龙泉组砂岩泥岩层
地热增温率（m / ℃） 40 31.2 0.33 20----50 22----31.2
地下水按温度分类
类别
过冷水
温度（℃ ） ＜0
冷水 0－20
温水 20－42
(2)流砂 流砂是指松散细小颗粒土被地下水饱和后，在动水压力
的作用下，产生的悬浮流动现象。流砂多发生在颗粒级配均 匀的粉细砂中，有时在粉土中也会产生流砂。
(3)管涌 地基土在具有某种渗透速度的渗透水流作用下，其细小
颗粒被冲走，岩土的孔隙逐渐增大，慢慢形成一种能穿越地 基的细管状渗流通路，从而掏空地基或坝体，使地基或斜坡 变形、失稳，此现象称为管涌 。
(1) 均匀流与非均匀流 沿流程渗流速度不变的渗 流称为均匀流，否则是非均匀流。
(2)稳定流与非稳定流 在渗流场中渗流要素(如流 速、水位等)不随时间变化的运动，称稳定流；渗流要 素随时间而变的运动，称非稳定流。
(3)层流与紊流 地下水运动时，水质点有秩序地呈相互平行
增多、矿化度增高。
3. 地下水的渗透破坏
(1)潜蚀 渗透水流在一定水力坡度(即地下水水力坡度大于岩土
产生潜蚀破坏的临界水力坡度)条件下产生较大的动水压力， 冲刷、挟走细小颗粒或溶蚀岩土体，使岩土体中孔隙不断 增大，甚至形成洞穴，导致岩土体结构松动或破坏，以致 产生地表裂隙、塌陷，影响工程的稳定。
四、气味
地下水一般是无气味的，但当其中含有某些离子 或某种气体时，则出现特殊的气味。例如：水中含有 H2S气体时，具有臭鸡蛋气味；水中亚铁盐含量很高时 具有铁腥气味；含有腐殖质时具有腐草（沼泽）气味。 水的气味在低温时很难判断，加热到40 ℃时气味最明 显。
五、味道
用嘴尝。地下水的味道取决于它的化学成分。
德国度
极软水 <1.5 <4.2
软水 1.5-3.0 4.2-8.4
微硬水 3.0-6.0 8.4-16.8
硬水 6.0-9.0 16.8-25.2
极硬水 >9.0 >25.2
5.3.3 地下水的运动
1、 基本概念
渗流——地下水在岩土体空隙中的运动。 过水断面——垂直渗流方向的含水层截面，它包括岩土 层的空隙和颗粒骨架在内的全部截面积。 实际过水断面——是该断面中地下水流动的孔隙面积。
昼夜变化（0~5m） 季节变化（5~50m）
与地温相同
增温带
地下水温度随深度的增加而增加的地带
H = g (TH - tB) + h
公式中：H--- 地下水的埋藏深度； g --- 地热增温率（m / ℃）； TH-- 地下水水温； tB--- 年平均气温 h --- 年常温带深度
我国部分地区的地热增温率
七、导电性
地下水的导电性取决于其中所含电解质的数量和质量，即各种离 子的含量与其离子价。离子含量愈多，离子价愈高，则水的导电性愈 强。此外水温对导电性也有影响。
八、放射性
地下水在不同程度上都含有放射性，含量多少取决于水中所含放 射性元素的数量。在地下水中目前已发现60多种不同元素。储存和运 动于放射性矿床及酸性火成岩分布区的地下水，其放射性相应增强。
4. 地下水的浮托作用
当建筑物基础底面位于地下水位以下时，地下水对 基础底面产生静水压力，即产生浮托力。如果基础位于 粉土、砂土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上，则 按地下水位100％计算浮托力；如果基础位于节理裂隙不 发育的岩石地基上，则按地下水位50％计算浮托力；如 果基础位于粘性土地基上，其浮托力较难确切地确定， 应结合地区的实际经验考虑。
5. 承压水对基坑的作用
当深基坑下部有承压含水层存在，开挖基坑会减 小含水层上覆隔水层的厚度，在隔水层厚度减小到一 定程度时，承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板， 造成突涌现象。基坑突涌将会破坏地基强度，并给施 工带来很大困难。
H
W S
H0
K
K——安全系数， 一般取1.5-2.0， 主要视基坑底部粘 性土层的裂隙发育 程度及坑底面积大
§5.3 地下水的性质
5.3.1 地下水的物理性质
温度、颜色、透明度、气味、 味道、比重、导电性和放射性
一、温度：
地下水的温度变化主要受气温和地温的影响。埋藏深 度不同的地下水，具有不同的温度变化规律。深层地下水 的温度变化很小。
变温带 常温带
地下水温度随气温的变化而变化的深度 地下水温度随气温的变化幅度趋于0的深度
5.3.2 地下水的化学成分
地下水不是纯水，是化学成分十分复杂的天然溶液。 组成地壳的87种稳定元素中，在地下水中已发现70余种。
（1）主要的气体成分：O2、N2、CO2和H2S （2）主要的离子成分有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、 SO42-、HCO3-
一般情况下，随着地下水含盐量的变化，其中占主要地 位的离子成分也随之发生变化。含盐量低的水常以HCO3-、 Ca2＋或HCO3-、Mg2＋为主；中等含盐量的常以SO42-、 Na＋ 或SO42-、Ca2＋为主；含盐量高的水则以Cl-、Na＋为 主。
(3)海(咸)水入侵 近海地区的潜水或承压含水层往往与海水相连，在天然状态下， 陆地的地下淡水向海洋排泄，含水层保持较高的水头，淡水与海 水保持某种动态平衡，因而陆地淡水含水层能阻止海水入侵。如 果大量开发陆地地下淡水，引起大面积地下水位下降，可能导致 海水向地下水含水层入侵，使淡水水质变坏。
(4)地裂缝的产生与复活 近年来，在我国很多地区发现地裂缝，西安是地裂缝发育最严重 的城市。据分析这是地下水位大面积大幅度下降而诱发的。
保持在水中的Ca2+、Mg2+含量称永久硬度。硬度表示方法：
（1）mmol/l（毫克当量）
（2）德国度 ，1mmol/l=2.8德国度，1德国度相当于
7.1mg/lCa2+或4.3mg/l Mg2+ 。生活饮用水水质标准规定水的硬度
以CaCO3的mg/l表示。
地下水按总硬度分类
分类 总硬度 mmol/l
3、地下水运动的基本定律 ★ 线性渗透定律(层流运动)－Darcy定律
Q kA H1 H2 kA H kAI
L
L
V kI
Q－渗流量，cm3/s； A－过水断面面积，m2； △H－水头损失，cm； L－渗流距离，cm； k－渗透系数，m/d或cm/s； I－水力坡度。
★ 非线性渗透定律（紊流运动）——Chezy定律
水的 味道
墨水味 锈味 甜味 咸味 涩味 苦味
清凉爽口 味美适口
水中含有氧化亚铁 水中含有氧化铁
水中含有大量有机质 水中含有 NaCl
水中含有 Na2SO4 水中含有 MgCl2或 MgSO4
水中含有CaCO3 水中含有重碳酸钙、镁
六、比重
地下水的比重取决于其中所溶解盐分的含量。地下 淡水的比重通常认为与化学纯水的比重相同，其数值为 1。水中溶解的盐分越多，比重越大，有的可达1.2--1.3。
1—土壤层 2—含水层 3—地下水位 A—轻型井点 B—弯管 C—集水管
6. 地下水对钢筋混凝土的腐蚀
硅 酸 盐 水 泥 遇 水 硬 化 ， 并 且 形 成 Ca(OH)2 、 水 化 硅 酸 钙 CaOSiO2·12H2O、水化铝酸钙CaOAl2O3•6H2O等，这些物质往往 会受到地下水的腐蚀。
淡黄色地下水
含粘土的水
❖ 测定地下水颜色的方法：取两支无色透明玻璃试管，一支 装蒸馏水，一支装被测地下水，在管下衬以白纸，自上而 下观测其颜色。
三、透明度
地下水的透明度取决于水中固体与胶体悬浮物的含量。常见的地下 水一般是透明的。
地下水按透明度分为四级：透明的、微浊的、浑浊的和极浊的。
地下水透明度的野外分级表
小而定。
1—含水层 2—隔水层 3—承压水
基坑突涌
基坑排水方法
(1) 明沟排水 (2) 轻型井点排水 (3) 深井排水 (4) 真空排水 (5) 电渗排水等
1—土壤层 2—含水层 3—地下水位 A—基坑底面 B—排水沟
明沟排水
基坑排水的水文地质监测工作 (1) 水位观测 (2) 地面沉降观测
轻 型 井 点 排 水
分级
野外鉴别特征
透明的 微浊的 浑浊的 极浊的
无悬浮物及胶体，60 cm 水深可见 3 mm 的粗线 有少量悬浮物，> 30 cm 水深可见 3 mm 的粗线 有较多的悬浮物，半透明状，< 30 cm 水深可见 3 mm 的粗线 有大量悬浮物或胶体，似乳状，水深很浅也不能看见 3 mm 的粗线
透明度的测定方法： 通过盛水样的试管，以看清 3mm粗线的水深来确定。
渗流(渗透)速度——地下水流在某过水断面上的 平均流速，用v表示，单位为m/d或cm/s，即
v Q A
A－过水断面面积，m2或cm2 Q－渗流量，m3/d或cm3/s。
实 际 过 水 断 面
过水断面
真实流速——是地下水在过水断面中空隙部分实际 流动的平均速度，用u表示，单位为m/d或cm/s，
QQ u
• (2)潜水位上升后，原来干燥的岩土被水饱和、软化，降低岩 土抗剪强度，可诱发斜坡、岸边岩土体产生变形、滑移、崩 塌失稳等不良地质现象；
• (3)崩解性岩土、湿陷性黄土、盐渍岩土等遇水后，可能产生 崩解、湿陷、软化，其岩土结构破坏、强度降低、压缩性增 大。而膨胀性岩土遇水后则产生膨胀破坏；
• (4)潜水位上升，可使洞室淹没，还可使建筑物基础上浮，危 及安全。
地
区
北京房山
内蒙石拐子
西藏羊八井热田区
华北平原
松辽平原
地层岩性 花岗岩体 侏罗纪砂页岩煤系地层 花岗岩体 第三纪泥岩、砂岩层 白垩纪伏龙泉组砂岩泥岩层
地热增温率（m / ℃） 40 31.2 0.33 20----50 22----31.2
地下水按温度分类
类别
过冷水
温度（℃ ） ＜0
冷水 0－20
温水 20－42
(2)流砂 流砂是指松散细小颗粒土被地下水饱和后，在动水压力
的作用下，产生的悬浮流动现象。流砂多发生在颗粒级配均 匀的粉细砂中，有时在粉土中也会产生流砂。
(3)管涌 地基土在具有某种渗透速度的渗透水流作用下，其细小
颗粒被冲走，岩土的孔隙逐渐增大，慢慢形成一种能穿越地 基的细管状渗流通路，从而掏空地基或坝体，使地基或斜坡 变形、失稳，此现象称为管涌 。
(1) 均匀流与非均匀流 沿流程渗流速度不变的渗 流称为均匀流，否则是非均匀流。
(2)稳定流与非稳定流 在渗流场中渗流要素(如流 速、水位等)不随时间变化的运动，称稳定流；渗流要 素随时间而变的运动，称非稳定流。
(3)层流与紊流 地下水运动时，水质点有秩序地呈相互平行