单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,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,第,1,页,/,共,35,页,5.1 地下水系统的组成与结构地下水的贮存空间第1页/共,1,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,(K,T,),、岩溶率,(K,k,),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。,第,2,页,/,共,35,页,地下水是存在于地表以下岩(土)层空隙中的各种不同形式,2,3.,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。,第,3,页,/,共,35,页,3.蓄水构造第3页/共35页,3,2.,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。,第,4,页,/,共,35,页,2.地下水域第4页/共35页,4,第,5,页,/,共,35,页,第5页/共35页,5,5.2,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,),第,6,页,/,共,35,页,5.2 地下水类型地下水基本类型的划分第6页/共35页,6,一、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,第,7,页,/,共,35,页,一、地下水基本类型的划分第7页/共35页,7,第,8,页,/,共,35,页,第8页/共35页,8,二 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,.,第,9,页,/,共,35,页,二 包气带水第9页/共35页,9,三、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。,第,10,页,/,共,35,页,三、潜水第10页/共35页,10,2.,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。,第,11,页,/,共,35,页,2.潜水面形状及其表示方法第11页/共35页,11,2.,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,。,第,12,页,/,共,35,页,2.承压水的形成第12页/共35页,12,5.3,地下水的补给与排泄,地下水的补给来源,地下水径流,地下水排泄,第,13,页,/,共,35,页,5.3 地下水的补给与排泄地下水的补给来源第13页/共,13,一 地下水的补给来源,1.,降水入渗补给,2.,地表水入渗补给,3.,地下水的人工补给,二 地下水径流,1.,地下水径流方向与径流强度,方向呈平面式、放射式、纵向或横向运动,;,强度即地下水的流动速度,与透水性、水力坡度成正比,承压水还与蓄水构造的开启与封闭程度有关。,2.,地下水径流类型,(1),畅流型,;(2),汇流型,;(3),散流型,;(4),缓流型,;(5),滞流型,.,三 地下水的排泄,1.,泉排泄,2.,蒸发排泄,3.,泄流排泄,第,14,页,/,共,35,页,一 地下水的补给来源第14页/共35页,14,5.4,地下水运动,结合水运动,毛管水运动,重力水运动,第,15,页,/,共,35,页,5.4 地下水运动结合水运动第15页/共35页,15,地下水在岩土空隙中的运动现象统称为,“,渗流,”,.,分饱和渗流和非饱和渗流,.,前者指饱水带的潜水和承压水在重力作用下运动,;,后者是指包气带中的毛管水和结合水在毛管力和骨架吸引力的控制运动,两种渗流的运动规律不同,.,一、结合水运动,1.,结合水运动基本规律,结合水又分为强结合水,(,吸湿水,),和薄膜水,(,弱结合水,),两种,.,其中强结合水不能流动,所以结合水运动指的是属于弱结合水的薄膜水运动。,2.,结合水运动与越流渗透,(5-14,式,),二、毛管水运动,1.,毛管力及毛管上升高度,(5-17,式,),使液体在管内上升的湿润力就是毛管力。,2.,包气带中毛管水的运动,第,16,页,/,共,35,页,地下水在岩土空隙中的运动现象统称为“渗流”.分饱和渗,16,三、重力水运动,1.,重力水运动的基本形式,线状流,(,一维流,):,又称，地下水在渗流场中任意点的速度变化只与空间坐标的一个方向有关。,平面流,(,二维流,):,其特点是地下水在渗流场中任意点的速度变化与空间坐标上的两个方向有关。,立体流,(,三维流,):,流动在空间,3,个方向上都发生变化。,2.,线性渗透定律,线性渗透定律是描述重力水渗流现象的基本方程。最早是由法国水力学家达西通过均质砂粒的渗流实验得出的。试验发现渗透流量,Q,与水位差,(h,1,-h,2,),成正比，其数学表达式为,：,3.,渗透系数（,k,）,当水力坡度,I=1,时，则,V=k,，即渗透系数在数值上等于渗流速度,表征含水介质透水性能的重要参数,.,第,17,页,/,共,35,页,三、重力水运动第17页/共35页,17,4.,非线性渗透定律,达西定律虽然重要，但适用于层流状态的水流，而且要求流速比较小,(,常用雷诺数,Re,10,表示,).,Q=k,m,AI,1/m,，,或,V=k,m,I,1/m,(5,35),5.,线性渗透定律在地下水计算中的应用,(1),潜水完整井稳定运动时涌水量的计算,(2),承压水完整井稳定运动涌水量计算,第,18,页,/,共,35,页,4.非线性渗透定律第18页/共35页,18,5.5,地下水动态与平衡,影响地下水动态的因素,地下水动态,地下水平衡,第,19,页,/,共,35,页,5.5 地下水动态与平衡影响地下水动态的因素第19页/,19,一、影响地下水动态的因素,1.,自然因素,(1),气象气候因素,(2),水文因素,(3),地质地貌因素,(4),生物与土壤因素,2.,人为因素,二、地下水动态,1.,地下水动态的地区特征,(1),地下水动态的地区特征,(2),地下水动态的垂直分异,第,20,页,/,共,35,页,一、影响地下水动态的因素第20页/共35页,20,2.,地下水动态的多年特征,P260,图,5-38,3.,地下水动态类型,(1),渗入,蒸发型,(2),渗入,径流型,(3),过渡型,第,21,页,/,共,35,页,2.地下水动态的多年特征3.地下水动态类型第21页/共35页,21,三、地下水平衡,(P,g,+R,1,+E,1,+Q,1,)-(R,2,+E,2,+Q,2,)=W(5-47),1.,潜水水量平衡方程,(P,g,+R,1,+E,1,+Q,1,+Q,n,)-(R,2,+E,2,+Q,2,)=H(5,49),2.,承压水水量平衡方程,3.,地表水与地下水的转化与平衡,P,g,=R,s,-E,g,(5,58),第,22,页,/,共,35,页,三、地下水平衡第22页/共35页,22,6,地下水的结构与运动,人类活动的水文效应,人类活动对水体水质的影响,第,23,页,/,共,35,页,6 地下水的结构与运动人类活动的水文效应第23页/共35页,23,6.1,人类活动的水文效应,水利工程、农业措施对水文要素的影响,森林水文效应,城市水文效应,人类活动水文效应的研究方法,第,24,页,/,共,35,页,6.1 人类活动的水文效应水利工程、农业措施对水文要素的影,24,一、水利工程、农业措施对水文要素的影响,（一）水库水文影响,1.,概念：,狭义：研究水库与水文要素及变化过程之间的相互影响。,广义：研究水库与其周围的自然环境的相互作用、,相互影响的问题。,2.,作用：,（,1,）可改变流域原有的水循环系统,（,2,）可改变局部的气候类型,（,3,）水库坝上游水位的抬高，同时也抬高了上游地区,的地下水位，增加了水库临近地区的地下水补给量,第,25,页,/,共,35,页,一、水利工程、农业措施对水文要素的影响（一）水库水文影响1,25,（二）跨流域调水水文效应,1,、概念：为了改变水的地区分布，将湿润地区的部分水量,调到较干旱缺水的地区,以满足生产和生活的需要。,2,、跨流域调水对环境影响的过程：调水,改变原