第三章地下水的賦存 第一節包氣帶與飽水帶 一、包氣帶與飽水帶的劃分 地下水面：巖石中的空隙被重力水所充滿，形成一個自由水面，稱為地下水面。 地下水位：地下水面至基準面的高度，一般用海拔高程來表示。 地下水面通過打井或地下開挖來確定（圖3-1）。 包氣帶：地表以下到地下水面之上，巖石中的空隙未被重力水所充滿。 飽水帶：地下水面以下，巖石中的空隙被重力水所充滿的帶。 二、包氣帶 特點：巖石空隙未被水充滿，是固、液、氣三相介質并存 水的存在形式多樣：結合水、毛細水（各種）、重力水、氣態水 土層含水量垂直分帶： 圖31 包氣帶與飽水帶 作用：包氣帶是飽水帶中地下水參與水文循環的一個重要通道；“重力水”通過包氣帶獲得降水，地表水的入滲補給（補充），部分水又通過包氣帶將水分傳輸，蒸發，消耗出去。 三、飽水帶 特點：巖石空隙被水完全充滿是二相介質（固相+液相水） 空隙中水的存在形式：重力水，結合水 重力水：連續分布（孔隙是連續的） 傳遞壓力 在水頭差作用下，地下水（空隙中的水）可以連續運動。 意義：地下開挖，坑道，巷道，基坑，打井在此帶均有重力水涌出來！ 第二節含水層，隔水層與弱透水層 一、基本概念 劃分原則：在地下水位以下，飽水巖層中，根據巖層給水與透水能力而進行劃分 含水層：是能夠透過并給出相當數量水的巖層，如各類砂土、砂巖等。 隔水層：不能透過與給出水或透過與給出的水量微不足道的巖層，如裂隙不發育的基巖、頁巖、板巖、粘土（致密） 弱透水層：滲透性很差，給出的水量微不足道，但在較大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的巖層（驅動），如各種粘土，泥質粉砂巖。 二、概念的相對性 上述的含水層、隔水層與弱透水層的劃分，有幾個模糊概念“相當水量，微不足道，較大水力梯度”等。 在“地質學”思考問題中，通常很難用嚴格的“是與非”的邏輯思維很多情況下是相對的和模糊的概念，這樣更切合實際。 （1）從理論意義來看 微不足道，有時空尺度的制約。如華北平原早期地下水開采就是典型的例子，深層水與淺層水的開采與評價，以中間的粘性土層視為“隔水層”，分別使用與開采深層水與淺層水；在最先開采深層水時發現，深層水水量大、水位高（部分自流），開采一段時間后，深層水位下降很快，淺層水開始向深層水“越流”。顯然，在時間空間足夠長和大時，被視為隔水的粘土層變為了“透水層”。 （2）從概念應用來看，相對性的意義在于 從實際應用角度來看劃分是相對的，滿足需要就可以了，在某處打一口井，出水量80，作為小規模的供水，不能滿足需要，地層定為隔水層；但作為飲料廠的裝瓶生產，水量又能夠滿足需要，該地層就會定為含水層。再如，某種巖層的滲透性比較低，從供水的角度，它可能被看作隔水層，而從水庫滲漏的角度，由于水庫的周界長，滲漏時間長，此類巖層的滲漏水量不能忽視，這時又必須將它看作含水層。 嚴格地說，自然界中并不存在絕對不發生滲透的巖層，只不過某些巖層(如缺少裂隙的致密結晶巖)的滲透性特別低罷了。從這個角度說，巖層之是否透水（即地下水在其中是否發生具有實際意義的運移）還取決于時間尺度。當我們所研究的某些水文地質過程涉及的時間尺度相當長時，任何巖層都可視為可滲透的。 隨著模擬技術的發展，現代水文地質學在分析與模擬時，不再將地層簡單的劃分為“含水或隔水層”的了，采用模糊數學的研究方法，給個相當于隸屬度的1和0之間的任一個數，如0.8，0.75，0.7，0.3等等；引用地層的“透水性”描述地層，具有重要的理論意義。 第三節地下水分類廣義地下水：地表以下巖石空隙中的水稱之，包括包氣帶中和飽水帶中的所有水。 狹義地下水：地表以下飽水巖層空隙中的水（飽水帶中重力水）。 地下水分類依據 含水介質的類型（賦存空間）：孔隙水、裂隙水和巖溶水 埋藏條件（賦存部位）：包氣帶（上層滯水）、飽水帶（潛水和承壓水） 表3-1是根據含水介質三類與埋藏條件（三類）劃分的9類地下水。 表31 地下水分類表 圖33是按含水介質（空隙）類型與埋藏條件劃分地下水的圖示。 圖33潛水、承壓水及上層滯水 1隔水層；2透水層；3飽水部分；4潛水位；5承壓水測壓水位；6泉（上升泉）；7水井，實線表示井壁不進水；a上層滯水；b承壓水 第四節潛水與潛水含水層 一、潛水與潛水含水層概念 潛水：地表以下，第一個具有自由表面的穩定含水層中的水 自由表面即沒有隔水層限制，與大氣直接相通，水面不承受大氣壓強以外的任何附加壓強。 穩定具有一定的空間連續性（范圍），以區分上層滯水。 潛水含水層：賦存潛水的巖層。一般地，房屋建筑時的基坑排水，大堤堤角處的散浸滲漏多為潛水。 二、基本要素（專業術語） 潛水含水層的基本構成：（參見圖3-4）（以下要素結合圖制作動畫） 圖34 潛水1含水層；2隔水層；3高水位期潛水面；4低水位期潛水面；5大氣降水入滲；6蒸發；7潛水流向；8泉 三、主要特征 潛水的基本特征： 1）補給：降水入滲，河湖入滲 2）排泄：泉，河，蒸發 3）動態：補給或排泄通過含水層厚度變化而儲水與釋水！ 4）水循環交替迅速：水循環周期短，更新恢復快 5）影響因素： 受氣象，水文因素影響明顯，變化快（水量、水位季節性變化） 受人為因素影響也顯著，易污染 潛水的基本特點是與大氣圈、地表水圈聯系密切，積極參與水循環；決定這一特點的根本原因是其埋藏特征位置淺且上面沒有連續的隔水層。 第五節承壓水與承壓含水層一、定義 承壓水：充滿于兩個隔水層（弱透水層）之間的含水層中的水。 承壓含水層：賦存承壓水的巖層。圖3-6 圖36 基巖自流盆地中的承壓水1隔水層；2含水層；3潛水位及承壓水測壓水位；4地下水流向；5泉；6鉆孔，虛線為進水部分；7自噴井；8大氣降水補給；H承壓高度；M含水層厚度 二、基本要素與特征 結合圖3-6，認真理解承壓水和承壓含水層的組成要素：承壓含水層：賦存承壓水的巖層 隔水頂板 隔水底板 承壓含水層厚度（H） 埋深（D） 測壓水位線（面）：測壓水位線的連線（面），此線是虛擬的（如圖有壓管） 承壓高度：含水層某點的承壓高度數值上等于該點的測壓高度 補給區：僅分布于出露區 承壓區：含水層中具有承壓高度的分布區 排泄區： 自溢區測壓水位線與地形等高線的交點連接區 主要特征（與潛水相比）： 補給與排泄：有限區域與外界聯系，水循環遲緩，水交替慢，平均滯留時間長（年齡老或長）恢復性差。 水化學：變化較大，一般礦化度較高，可以保存很“古老”的水。 動態：要穩定些，如果分布面積大，厚度穩定，則調節能力很強。承壓含水層的厚度不變，儲水與釋水時，厚度是如何進行的？！ 研究方法之一：繪制承壓含水層的等測壓水位線圖（加地形等高線） 承壓水的基本特征是由于上部受到隔水層或弱透水層的隔離，承壓水與大氣圈、地表水圈的聯系較差，水循環也緩慢得多。承壓水不像潛水那樣容易污染，但是一旦污染后則很難使其凈化。 三、承壓含水層的貯水與釋水 與潛水不同，承壓含水層接受補給與排泄時，由于隔水頂板的限制，不通過增加或減少含水層厚度而容納或排除增減的水量。 補給增加水量：通過水的密度加大及含水介質空隙的增加而容納。 排泄減少水量：表現為含水層中水的密度變小及含水介質空隙縮減。 比照潛水含水層的給水度定義，承壓含水層定義為貯水系數。 貯水系數：是指其測壓水位下降（或上升）一個單位深度，單位水平面積含水層釋出（或儲存）的水的體積（圖38）。 圖38 承壓含水層的貯水系數與潛水含水層給水度的比較Ferris， 1962 （a）承壓水含水層； （b）潛水含水層 承壓含水層的貯水系數，在形式上，潛水含水層的給水度（也有人稱之為潛水含水層的貯水系數）與承壓含水層的貯水系數（也有人稱之為彈性給水度）非常相似，但是在釋出（或儲存）水的機理方面是很不相同的。 水位下降時，潛水含水層所釋出的水來自部分空隙的排水。 測壓水位下降時，承壓含水層所釋出的水來自含水層體積的膨脹及含水介質的壓密（從而與承壓含水層厚度有關）。 測壓水位下降時承壓含水層釋出的水，遠較潛水含水層水位下降時釋出的小。 一般，承壓含水層的貯水系數為0.0050.00005，常較潛水含水層小l3個數量級。由此不難理解，開采承壓含水層往往會形成大面積測壓水位大幅度下降。 第六節潛水與承壓水的相互轉化在自然或實際條件下，潛水與承壓水的劃分也是相對的。有時在復雜條件下很難將某些含水層中的水劃定為潛水或承壓水。 如在山區多層地層結構時，強烈的切割作用，往往會形成多個地下水面 在厚度很大的含水層中，部分地段可能為承壓水，部分段就會出現無壓水（也有稱層間水） 一個封閉的含水層有時也很難給出是潛水？還是承壓水？的劃分，如圖3-9。開采前為潛水含水層；開采后轉變為承壓含水層。 圖39 潛水與承壓水的轉化 1含水層；2隔水層；3阻水斷層；4天然地下水位；5開采后的地下水位；6潛水流線； 7承壓水流線；8泉；9開采鉆孔 第七節上層滯水上層滯水：分布在