第三章 地下水

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薄膜水（弱结合水） 薄膜水（弱结合水）：
吸附在岩石颗粒的表面较远处 特点： 特点： a、水分子离岩石颗粒表面越远，结合力越小。 、水分子离岩石颗粒表面越远，结合力越小。 b、当空气相对湿度达到饱和时，能将他们分开 、当空气相对湿度达到饱和时， c、不受重力支配，不能导电、不能传递静水压力 、不受重力支配，不能导电、 d、密度和普通水差不多，但具有极大的粘滞性 、密度和普通水差不多， e、有较低的溶解盐能力 、 结合水的含量取决于岩石颗粒的表面积， 岩石颗粒越细， 结合水的含量取决于岩石颗粒的表面积 ， 岩石颗粒越细 ， 颗 粒的表面越大，结合水含量约大；反之，越小。 粒的表面越大，结合水含量约大；反之，越小。
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潜水 指埋藏于地表以下， 指埋藏于地表以下 ， 第一个稳定隔水层之 上具有自由水面的饱水带中的重力水。 上具有自由水面的饱水带中的重力水。
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潜水面的特征
潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面 各种形态的曲面。 ⑴ 潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面。 潜水面的起伏经常与地形一致， ⑵ 潜水面的起伏经常与地形一致，只是比地 形起伏平缓一些； 形起伏平缓一些 ； 潜水面与地表面的形态具有 相似性。 相似性。 含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓； ⑶当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓； 透水性变好， ⑷当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。 当岩层透水性变好 潜水面坡度变缓。
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毛细管水（半自由水） 毛细管水（半自由水） 存在于细小的裂隙和孔隙中的水，不受颗粒表面的静电应力影响，但受表面张力和重 存在于细小的裂隙和孔隙中的水， 不受颗粒表面的静电应力影响， 力影响。 力影响。 重力水（研究的主要对象） 重力水（研究的主要对象） 在重力作用下能自由活动的地下水 固态水（ 固态水（冰） 地下水的分布（垂向） 地下水的分布（垂向） 包气带 饱水带
溶隙的体积 岩溶率 (K K ) = × 100 % 岩石的总体积
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（二）地下水的存在形式
两种形式： 两种形式： 岩石“骨架”中的水：矿物结合水，如沸石水、结晶水和结构水。 岩石“骨架”中的水：矿物结合水，如沸石水、结晶水和结构水。 例如石膏 (Gypsum) Ca[SO4]·2H2O，其中 ，其中H2O占 20.93%；方沸 占 ； 其中H2O占 8.17% 。 石Na2[AlSi2O6]2·2H2O ，其中 占 岩石空隙中的水：结合水（吸着水、薄膜水） 重力水、毛细水、 岩石空隙中的水：结合水（吸着水、薄膜水）、重力水、毛细水、 固态水和气态水。 固态水和气态水。 1.气态水：水蒸气状态。不能直接被利用，也不能被作物吸收， 气态水：水蒸气状态。不能直接被利用，也不能被作物吸收， 气态水 但通过自身的迁移和蒸发凝结可以改变地下水的分布。 但通过自身的迁移和蒸发凝结可以改变地下水的分布。 2.结合水：由于静电引力作用，吸附在岩石颗粒表面的水。 结合水：由于静电引力作用，吸附在岩石颗粒表面的水。 结合水 根据结合的紧密程度的不同， 根据结合的紧密程度的不同，结合水可分为吸着水和薄膜水
裂隙率 (Kr ) = 裂隙的体积 × 100 % 岩石的总体积
岩石名称 各种砂岩 石英岩 各种片岩 片麻岩 花岗岩
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裂隙率（%） 岩石名称 裂隙率（%） 3.2--15.2 正长岩 0.5--2.8 0.008--3.4 辉长岩 0.6--2.0 0.5--1 玢岩 0.4--6.7 0--2.4 玄武岩 0.6--1.3 0.02--1.9 玄武岩流 4.4--5.6
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三 含水层和隔水层
一、概述 分类： 分类：含水层和隔水层 含水层：能透过并给出相当数量的岩层。 含水层：能透过并给出相当数量的岩层。 隔水层：不能透出并给出水，或透出给出水量较小的岩层。 隔水层：不能透出并给出水，或透出给出水量较小的岩层。 相对性： 相对性：粗砂层中的泥质砂层与粘土层中泥质砂层 二、构成含水层的基本条件 a、岩层具有容纳重力水的空隙（先决条件） 、岩层具有容纳重力水的空隙（先决条件） 注意： 注意： 空隙, 空隙 重力水 b、有储存和聚集地下水的地质条件 、 空隙岩层下有隔水层， 空隙岩层下有隔水层，使水不能下漏 水平方向有隔水阻挡， 水平方向有隔水阻挡，以免水全部流空
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二、岩石的水理性质
（一）概念 岩石的水理性质：由于岩石空隙的大小数量的不同， 岩石的水理性质 ： 由于岩石空隙的大小数量的不同 ， 而使得岩 石表现出容纳、保持、 石表现出容纳、保持、给出和渗透地下水的性质 （二）分类 1.容水性 容水性 指岩石容纳水的能力 衡量指标： 衡量指标：容水度
主讲人：韩立华 中南大学 资源与安全工程学院
第三章 地下水
水的循环——大气水 、 地表水和地下水之 大气水、 水的循环 大气水 间不间断的运动和相互转化的过程。 间不间断的运动和相互转化的过程。
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第一节 地下水概述
一、岩石的空隙特征和地下水储存 （一）岩石的空隙性 所有的岩石都有空隙， 所有的岩石都有空隙 ， 没有空隙的岩石是不 存在的岩石的空隙是地下水储存场所和运动的通 道 空隙性： 是指由于岩石的性质和受力作用的不同， 空隙性 ： 是指由于岩石的性质和受力作用的不同 ， 空隙的形状、多少、 空隙的形状、多少、连通性与分布等方面的性质 分类：孔隙、裂隙、 分类：孔隙、裂隙、溶隙
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第二节、 第二节、地下水的基本类型
（一）地下水按埋藏条件分类 （二）地下水按含水层性质分类
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（一）地下水按埋藏条件分类及其特征
包气带水
潜水
承压水
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包气带水 是指存在于地面以下包气带中的水。 是指存在于地面以下包气带中的水。
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岩石在重力作用下流出 水的体积 Vg 岩石的总体积 V
μ = Wn − Wm 最大
× 100%
最大给水度等于岩石的容水度减去持水度
给水度与颗粒大小的关系：颗粒越粗，给水度越大；反之， 给水度与颗粒大小的关系 ： 颗粒越粗 ， 给水度越大 ； 反之 ， 越小
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4.透水性 透水性
指岩石透过水的能力（由于有相互连通的空隙） 指岩石透过水的能力（由于有相互连通的空隙） 透水性取决于：岩石空隙的大小；孔隙的多少及形状； 透水性取决于：岩石空隙的大小；孔隙的多少及形状；颗粒的 分选程度。 分选程度。 颗粒越大，分选性越好，透水性越强；反之，越差。 颗粒越大，分选性越好，透水性越强；反之，越差。 衡量指标：渗透系数K（重要的水文地质参数） 衡量指标：渗透系数 （重要的水文地质参数） 透水岩石----砂 砾石、卵石、 透水岩石 砂、砾石、卵石、裂隙和溶隙发育的坚硬岩石 半透水岩石----粉质粘土、粉土、黄土、 半透水岩石 粉质粘土、粉土、黄土、裂隙和溶隙不太发育的 粉质粘土 坚硬岩石 不透水岩石----粘土、淤泥、 不透水岩石 粘土、淤泥、裂隙和溶隙不发育的坚硬岩石 粘土 透水性的相对性
Wm = 岩石容纳水的体积 Vn × 100 % 岩石的总体积 V
与孔隙度（裂隙率、岩溶率）的关系：大于、等于、小于 与孔隙度（裂隙率、岩溶率）的关系：大于、等于、 2.持水性 持水性 指岩石保持水的能力（依靠分子引力和毛细力） 指岩石保持水的能力（依靠分子引力和毛细力） 衡量指标： 衡量指标：持水度
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c、具有充足的补给来源 、 补给来源决定了含水量的多少和供水保证程度
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(四) 达尔西 四 达尔西(Darcy)定律 定律
地下水线性渗透的基本定律： 地下水线性渗透的基本定律： Q=KA(H1-H2)/L = KAI 或v =Q/A=KI
式中 Q——渗透流量［L3·T-1］； 渗透流量［ 渗透流量 H1、H2——上、下游过水断 上 面的水头［ ］； 面的水头［L］； A——过水断面的面积［L2］ 过水断面的面积［ 过水断面的面积 包括岩土颗粒和空隙两部分的面积； 包括岩土颗粒和空隙两部分的面积； K——渗透系数［L·T-1］； 渗透系数［ 渗透系数 L——渗透长度［L］； 渗透长度［ ］； 渗透长度 I——水力坡度； 水力坡度； 水力坡度 v——地下水渗透速度［L·T-1］。 地下水渗透速度［ 地下水渗透速度
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包气带水的主要特征： 包气带水的主要特征： 的主要特征 (1)水量不大，但季节性变化强烈。 水量不大，但季节性变化强烈。 (2)补给区和分布区是一致的。 补给区和分布区是一致的。 (3)一般矿化度低，但水质最易受污染。 一般矿化度低，但水质最易受污染。 所含的上层滞水水量不大， (4)所含的上层滞水水量不大，但其常常是引 起土质边坡滑坍，地基、路基沉陷、 起土质边坡滑坍，地基、路基沉陷、冻胀 等病害的重要因素。 等病害的重要因素。
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Wn =
岩石保持水的体积 Vr × 100 % 岩石的总体积 V
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岩石颗粒越小， 岩石颗粒越小，持水度越大 。
3.给水性（重要的水文地质参数） 给水性（重要的水文地质参数） 给水性
指岩石排出（给出）水的能力（在重力作用下自由） 指岩石排出（给出）水的能力（在重力作用下自由） 衡量指标： 衡量指标：容水度 μ=
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1.孔隙 孔隙 主要存在于松散岩石中， 主要存在于松散岩石中，为颗粒或颗粒集合体之间的空隙 重要概念：孔隙度： 重要概念：孔隙度：
孔隙度 (n ) = 空隙的体积 松散岩石的总体积
× 100 %
它反映了岩石储存地下水的能力 影响因素： 影响因素：
a、岩石的密实程度：越密实，孔隙度越小 、岩石的密实程度：越密实， b、颗粒的均匀性：越不均匀（分选性差），孔隙度越小（主要因素） 、颗粒的均匀性：越不均匀（分选性差） 孔隙度越小（主要因素） c、颗粒的形状：颗粒越浑圆，孔隙度越小 、颗粒的形状：颗粒越浑圆， d、颗粒的胶结程度：胶结程度越好，孔隙度越小 、颗粒的胶结程度：胶结程度越好， 岩石越松散、分选性好、浑圆度和胶结程度越差，孔隙度越大； 岩石越松散 、分选性好 、浑圆度和胶结程度越差，孔隙度越大；反 之，越小