1、水文地質學基礎Fundamentals of Hydrogeology石家莊經濟學院工程學院第十章第十章 孔隙水孔隙水10.1 10.1 洪積扇中的地下水洪積扇中的地下水10.2 10.2 沖積平原中的地下水沖積平原中的地下水10.3 10.3 洪積物中的地下水洪積物中的地下水10.4 10.4 黃土高原的地下水黃土高原的地下水10.5 10.5 孔隙含水系統實例分析孔隙含水系統實例分析不同含水介質中的地下水不同含水介質中的地下水孔隙水孔隙水裂隙水裂隙水巖溶水巖溶水按含水介質按含水介質 的分類的分類孔隙水主要賦存環境：孔隙水主要賦存環境：賦存在松散沉積物中賦存在松散沉積物中（不同的沉積（不同的

2、沉積環境中形成不同類型的沉積物，其環境中形成不同類型的沉積物，其地貌形態、地質結構、顆粒粒度及地貌形態、地質結構、顆粒粒度及分選等均各具特點）。分選等均各具特點）?？紫端闹饕x存部位孔隙水的主要賦存部位：洪積物洪積物沖積物沖積物湖積物湖積物濱海沉積物濱海沉積物黃土黃土冰川沉積物冰川沉積物 10.1 10.1 洪積扇中的地下水洪積扇中的地下水 洪積扇的概念：洪積扇的概念： 山區暴雨形成流速極大的洪流沿河槽流出山口，進入平原和盆地，不再受河槽的約束，地勢突然轉為平坦，集中的洪流轉為辮狀散流，水的流速頓減，搬運能力急劇降低，洪流所攜帶的物質以山口為中洪流所攜帶的物質以山口為中心堆積成扇形，稱為心堆

3、積成扇形，稱為洪積扇洪積扇。 形成：形成： 由山區集中的洪流流出山口堆積而成。 分布：分布： 山澗盆地、山前平原 地貌形態：地貌形態： 扇形、錐形（即洪積扇、洪積錐、洪積裙）Company Logo典型地區洪積扇的形成典型地區洪積扇的形成地形地貌地形地貌地形高，陡（扇頂）地形高，陡（扇頂） 地形低緩（扇緣地形低緩（扇緣） 水動力條件水動力條件 水流集中水流集中 分散分散 流速快（高能區）流速快（高能區） 慢（低能區）慢（低能區）山區平原扇頂扇頂 扇緣（前）扇緣（前） Company L 典型地區洪積扇沉積物的分帶性典型地區洪積扇沉積物的分帶性 沉積物粒度沉積物粒度 粗（礫，粗砂）粗（礫，粗砂）

4、 中砂中砂 細細 極細、粘土極細、粘土 沉積特征沉積特征 分選分選 差差 中等中等 好好山區平原扇頂扇頂 扇緣（前）扇緣（前） Company L地下水的特征具明顯的分帶性地下水的特征具明顯的分帶性賦存賦存 透水性（透水性（K） 好好 差差 水位埋深水位埋深 深深 淺淺 漸深（或承壓漸深（或承壓） 賦存賦存 （深埋區）（深埋區） （溢流區）（溢流區） （下沉區）（下沉區）山區平原扇頂扇頂 扇緣（前）扇緣（前） 地下水賦存條件與特征地下水賦存條件與特征補給與排泄補給與排泄 補給補給 好好 差差 流動交替流動交替 V大，交替快大，交替快 V小，交替小，交替慢慢 排泄排泄 徑流排泄徑流排泄 蒸發排泄

5、蒸發排泄山區平原扇頂扇頂 扇緣（前）扇緣（前） Company L地下水賦存條件與特征地下水賦存條件與特征水化學水化學 形成作用形成作用 溶濾作用溶濾作用 濃縮作用濃縮作用 礦化度（礦化度（TDS） 低低 中中 高高 成分與類型成分與類型 HCO3 SO4 Cl山區平原扇頂扇頂 扇緣（前）扇緣（前） Company L地下水賦存條件與特征地下水賦存條件與特征動態與均衡動態與均衡 動態動態 變幅變幅 大大 小小 均衡均衡 整體、統一的均衡區整體、統一的均衡區 景觀（環境）景觀（環境） 缺水區缺水區 泉，沼澤泉，沼澤 鹽漬化區鹽漬化區 山區平原扇頂扇頂 扇緣（前）扇緣（前） 洪積扇上部洪積扇上部：

6、 砂礫石帶砂礫石帶粗大的顆粒直接出露地表粗大的顆粒直接出露地表, ,或或僅覆蓋薄土層僅覆蓋薄土層, ,有利吸收降水及山區匯流的有利吸收降水及山區匯流的地表水地表水, ,主要補給區主要補給區。 潛水深埋帶潛水深埋帶此帶地勢高此帶地勢高, ,潛水埋藏深潛水埋藏深。 鹽分溶濾帶鹽分溶濾帶巖層透水性好巖層透水性好, ,地形坡降地形坡降大大, ,徑流強烈。蒸發微弱而溶濾強烈徑流強烈。蒸發微弱而溶濾強烈, ,形成形成低礦化水。低礦化水。 潛水溢出帶潛水溢出帶地形變緩、顆粒變細地形變緩、顆粒變細, ,透水性變差透水性變差, ,地下徑流受阻地下徑流受阻, ,潛水位接近地潛水位接近地表表, ,形成泉與沼澤而溢出

7、。形成泉與沼澤而溢出。 鹽分過路帶鹽分過路帶徑流途徑加長徑流途徑加長, ,蒸發加蒸發加強強, ,水的礦化度增高。水的礦化度增高。 地下水水位動態變化小。洪積扇的前緣地下水水位動態變化小。洪積扇的前緣止于此帶。止于此帶。洪積扇中部：洪積扇中部： 潛水下沉帶潛水下沉帶由于地表水的排泄及由于地表水的排泄及蒸發蒸發, ,潛水埋深增大。潛水埋深增大。 潛水堆積帶潛水堆積帶巖性變細、地勢變平巖性變細、地勢變平, ,潛水埋深不大潛水埋深不大, ,干旱氣候下干旱氣候下, ,蒸發成為主要蒸發成為主要排泄方式排泄方式而水的礦化度增大而水的礦化度增大, ,土壤常發生土壤常發生鹽漬化。鹽漬化。洪積扇下部：洪積扇下部：

8、 地貌上坡度由陡變緩；巖性上由粗變細；透地貌上坡度由陡變緩；巖性上由粗變細；透水性由好到差；地下水位埋深由大而?。谎a水性由好到差；地下水位埋深由大而??；補給條件由好到差；給條件由好到差； 由徑流為主轉化到以蒸發為主；水化學作用由徑流為主轉化到以蒸發為主；水化學作用由溶濾到濃縮；礦化度由小到大由溶濾到濃縮；礦化度由小到大, ,水化學類型水化學類型產生相應變化；地下水位的變動由大到小。產生相應變化；地下水位的變動由大到小。洪積扇地貌、巖性、地下水的分帶性：洪積扇地貌、巖性、地下水的分帶性： 自然現象間相互聯系與相互依存的關系自然現象間相互聯系與相互依存的關系: : 水動力條件分帶水動力條件分帶 沉

9、積作用分帶沉積作用分帶 地貌巖性分帶地貌巖性分帶 地下水分帶。地下水分帶。 一般來說，一般來說，洪積扇頂部通常潛水埋藏深度大，不洪積扇頂部通常潛水埋藏深度大，不利于取用地下水，利于取用地下水，故故城鎮大多分布于溢出帶以上城鎮大多分布于溢出帶以上最利于取用地下水的地帶（最利于取用地下水的地帶（如如華北很普遍）。華北很普遍）。 但西北某些山前地區但西北某些山前地區, ,洪積扇上部的潛水埋深往往洪積扇上部的潛水埋深往往反而比中部淺得多。反而比中部淺得多。 原因原因因新構造運動使隔水基底呈現差異斷塊因新構造運動使隔水基底呈現差異斷塊活動活動, ,近山處基底上升而遠山處下落近山處基底上升而遠山處下落,

10、,使兩側地下使兩側地下水位形成跌水。水位形成跌水。特定地理地質背景下特定地理地質背景下, ,洪積扇中地下水的獨特性洪積扇中地下水的獨特性: :西北某些新構造運動影響的洪積扇西北某些新構造運動影響的洪積扇山前水位埋深山前水位埋深 深深 淺淺 深深 淺淺 Company L10.2 10.2 沖積平原中的地下水沖積平原中的地下水v河流沉積物與洪積物相比：河流沉積物與洪積物相比： 經常性水流作用的結果經常性水流作用的結果 河流是線狀或帶狀分布的，橫向與縱向差異河流是線狀或帶狀分布的，橫向與縱向差異大；在沖積平原區往往發育有多條河流，呈交大；在沖積平原區往往發育有多條河流，呈交織狀、發生改道且長期作用

11、織狀、發生改道且長期作用 v沖積平原砂層的幾何形態特征沖積平原砂層的幾何形態特征 v沖積物特征，從垂直河流橫向切剖面來分析沖積物特征，從垂直河流橫向切剖面來分析Company L沖積平原中的河道變遷及砂層的幾何形態沖積平原中的河道變遷及砂層的幾何形態A-A，B-B橫 切 剖橫 切 剖面 砂 層面 砂 層多 為 小多 為 小透鏡體透鏡體 C-C，D-D縱 向 剖縱 向 剖面 砂 層面 砂 層可 以 延可 以 延伸很長伸很長 Company L鄭州黃河中下游剖面鄭州黃河中下游剖面水文地質剖面水文地質剖面 在沖積平原上，古河道與現代河道，地勢最高，沉積在沖積平原上，古河道與現代河道，地勢最高，沉積顆

12、粒較粗的砂，向外，隨著地勢變低依次堆積亞砂顆粒較粗的砂，向外，隨著地勢變低依次堆積亞砂土、亞粘土，在河間洼地的中心部位則堆積粘土。土、亞粘土，在河間洼地的中心部位則堆積粘土。 由地勢較高（堆積粗粒沉積）的由地勢較高（堆積粗粒沉積）的現代與近代古河道現代與近代古河道，到地勢低洼（堆積粘性土）的到地勢低洼（堆積粘性土）的河間洼地河間洼地，顯示著良，顯示著良好的好的微地貌微地貌巖性巖性地下水分帶地下水分帶。 古河道河 間 洼 地Company L古河道古河道河間洼地：河間洼地：地形與巖性地形與巖性 古現代河道古現代河道 河間洼地河間洼地 地形地形 高高 低低 巖性（粒度）巖性（粒度） 粗粗 細細現代

13、河道現代河道河間洼地河間洼地古河道古河道Company L古河道古河道河間洼地：河間洼地：地下水賦存、補給與排泄地下水賦存、補給與排泄地下水埋深地下水埋深 深深 淺淺 補給條件補給條件 好好 差差 排泄排泄 徑流徑流 蒸發排泄蒸發排泄現代河道現代河道河間洼地河間洼地古河道古河道Company L古河道古河道河間洼地：河間洼地：地下水化學特征地下水化學特征水化學作用水化學作用 溶濾作用溶濾作用 濃縮作用濃縮作用 水型水型 HCO3 Cl礦化度（礦化度（TDS） TDS 低低 TDS 高高 現代河道現代河道河間洼地河間洼地古河道古河道 10.3 10.3 湖積物中的地下水湖積物中的地下水沉積類型：

14、沉積類型： 靜水沉積靜水沉積沉積特點：沉積特點：顆粒分選良好顆粒分選良好, ,層理細密層理細密, ,岸邊淺水處沉積砂岸邊淺水處沉積砂礫等粗粒物質礫等粗粒物質, ,向湖心逐漸過渡為粘士。向湖心逐漸過渡為粘士。含水層特征：含水層特征： 主要含水層的砂礫主要含水層的砂礫, ,展布廣、厚度大展布廣、厚度大( (單單層厚度可達層厚度可達10Om10Om以上以上) )，剖面上為層狀或，剖面上為層狀或延伸遠的長透鏡狀。延伸遠的長透鏡狀。 隨著沉積物形成時湖盆規模、氣候、隨著沉積物形成時湖盆規模、氣候、新構造運動等不同新構造運動等不同, ,砂礫含水層的規模不砂礫含水層的規模不等。等。巖性分布特征：巖性分布特征

15、： 靜水沉積，分選良好，層理細密，自岸邊靜水沉積，分選良好，層理細密，自岸邊向湖心顆粒由粗變細。向湖心顆粒由粗變細。地下水特征：地下水特征： 沿湖岸分布有砂堤，常埋藏有潛水；沿湖岸分布有砂堤，常埋藏有潛水； 向湖心過渡，以細粒淤泥質粘土沉積為主向湖心過渡，以細粒淤泥質粘土沉積為主，夾有薄層細砂或中砂的透鏡體可儲存賦水，夾有薄層細砂或中砂的透鏡體可儲存賦水性較差的承壓水，水質不好，有淤泥臭味；性較差的承壓水，水質不好，有淤泥臭味； 河流入湖口的三角洲沉積物，常含有水量豐河流入湖口的三角洲沉積物，常含有水量豐富的地下水，既有潛水，也有淺層承壓水。富的地下水，既有潛水，也有淺層承壓水。10.4 10

16、.4 黃土高原的地下水黃土高原的地下水v黃土是特定地質歷史時期的沉積物黃土是特定地質歷史時期的沉積物 v在我國西北部廣泛、大面積分布，西北部地區又是在我國西北部廣泛、大面積分布，西北部地區又是我國干旱半干旱氣候區，水資源嚴重匱乏，基本上我國干旱半干旱氣候區，水資源嚴重匱乏，基本上無常年性河流（地表水），地下水水量也不豐富。無常年性河流（地表水），地下水水量也不豐富。 v賦存于黃土孔隙與裂隙中的地下水是當地人民生活賦存于黃土孔隙與裂隙中的地下水是當地人民生活的主要水源。的主要水源。 v黃土特征：黃土特征：厚度大，結構疏松，粉土含量大于厚度大，結構疏松，粉土含量大于60%，含鈣質結合，呈棕黃，微紅

17、，棕黑色。，含鈣質結合，呈棕黃，微紅，棕黑色。 v黃土形成時期：第四紀中、下更新世黃土形成時期：第四紀中、下更新世 （Q2與與Q3黃土黃土）黃土發育垂直節理黃土發育垂直節理, ,且多蟲孔、根孔等以垂向為主的且多蟲孔、根孔等以垂向為主的大孔隙。故黃土的垂向滲透系數常比水平方向大幾倍大孔隙。故黃土的垂向滲透系數常比水平方向大幾倍到幾十倍。到幾十倍。甘肅黃土滲水試驗結果：甘肅黃土滲水試驗結果： 垂向垂向K=0.19-0.37m/d,K=0.19-0.37m/d,水平方向水平方向K=0.002-0.003m/dK=0.002-0.003m/d。 隨著埋藏深度加大隨著埋藏深度加大, ,黃土中大孔隙減黃土

18、中大孔隙減少少, ,滲透性明顯降低。滲透性明顯降低。Company Lv黃土地區的地貌形態：黃土地區的地貌形態： 塬、梁峁，黃土杖（撐）地塬、梁峁，黃土杖（撐）地 黃土塬黃土塬 黃土梁黃土梁 黃土杖地黃土杖地 Company L山西黃土地區實景照片山西黃土地區實景照片v右上黃土杖地右上黃土杖地 v左下黃土塬、梁左下黃土塬、梁 v右下黃土塬上右下黃土塬上Company L黃土高原的地下水特征黃土高原的地下水特征黃土塬黃土塬 黃土梁黃土梁 黃土杖地黃土杖地 塬中塬中 塬邊塬邊 （杖地）（杖地） 水位埋深水位埋深 中中 大大 較小較小 補補 給給 有利于有利于 不利于不利于 排排 泄泄 弱弱 較強，

19、強較強，強 水化學水化學 溶濾溶濾 濃縮濃縮 礦化度礦化度 中中 礦化度大礦化度大 有利打井取水區為塬中心，或邊坡地帶有利打井取水區為塬中心，或邊坡地帶10.5 10.5 孔隙含水系統實例分析孔隙含水系統實例分析 上面分別討論了不同成因類型沉積物上面分別討論了不同成因類型沉積物中的孔隙水中的孔隙水, ,實際上實際上, ,同一時期同一水流系同一時期同一水流系統統, ,隨著沉積環境遞變隨著沉積環境遞變, ,可在不同部位形成可在不同部位形成不同成因類型的沉積物不同成因類型的沉積物, ,而其中組成含水而其中組成含水層的粗粒物質層的粗粒物質, ,連續分布連續分布, ,賦存其中的水具賦存其中的水具有密切聯

20、系有密切聯系, ,構成統一的孔隙含水系統。構成統一的孔隙含水系統。甘肅河西走廊石羊河流域： 屬內陸流域,上游河流來自南部祁連山的北麓,其中較大者為古浪、黃羊等8條,向北流出山口,大部分河水滲入洪積扇中,此時已進入武威盆地的范圍。在武威以北為扇群邊緣,在扇群的溢出帶出現了一系列泉群,就是這些泉匯集成為石羊河,向北流至現在的紅崖山水庫中。再北流,又進入民勤一湖水盆地,山前也是洪積扇堆積,河水復滲入扇中,但是由于水量較武威盆地小,在扇緣僅形成不多的泉水,大部分水以地下水的形式,從洪積物中進入沖積物向北運移,到達以北的湖泊沼澤地帶,一部分水以泉的形式進入湖泊中,絕大部分消耗于蒸發。石羊河全長達100余

21、Km,流域面積約300Okm2。第一個系列：第一個系列：武威盆地中的沉積武威盆地中的沉積, ,南部為單層厚度南部為單層厚度巨大的卵礫石巨大的卵礫石, ,最厚者可達最厚者可達40Om,40Om,為為洪積物洪積物。這一地。這一地段段, ,地表不存在常年性河流地表不存在常年性河流, ,只在洪水季節地表出現只在洪水季節地表出現暫時性水流。溢出帶的泉群在地表匯流成為石羊河暫時性水流。溢出帶的泉群在地表匯流成為石羊河。但其真正的源頭是來自祁連山的河流。但其真正的源頭是來自祁連山的河流, ,只是經過只是經過滲入洪積扇變為地下水滲入洪積扇變為地下水, ,再以泉的形式出露匯集成再以泉的形式出露匯集成為地表水流的復雜過程而已，在這一轉化過程中，為地表水流的復雜過程而已，在這一轉化過程中，有相當一部分水流在地下由洪積物進入沖積物。有相當一部分水流在地下由洪積物進入沖積物。這這就是武威盆地其他地段地下水的來源。就是武威盆地其他地段地下水的來源。石羊河流域的沉積物石羊河流域的沉積物兩個沉積系列：兩個沉積系列：洪積、洪積、湖積湖積第二系列：第二系列： 在盆地的低洼部位出現在盆地的低洼部位出現湖泊沉積湖泊沉積，河，河道切穿紅崖山之后，進入民勤盆地。沉積道切穿紅崖山