1、第三篇礦床水文地質hydrogeology 李克慶.第 11章 地下水根本知識11.3地下水分類及各類地下水的特征 1.概述 2. 按埋藏條件分類的各類地下水特征 (1)上層滯水 (2) 潛水 (3) 承壓水 3.按含水層空隙性質分類的各類地下水特征 (1) 孔隙水 (2) 裂隙水 (3) 巖溶水黃河壺口瀑布.1. 概述地下水存在和運動于巖石的空隙中。由于各地域自然地理和地質條件的差別，導致地下水在成分、物性、循環條件及動態變化等方面會有所不同。為了在消費實際中合理地利用地下水，有效地防治地下水，在對地下水各方面特征進展綜合分析的根底上，對其進展科學合理的分類是非常必要的。.1. 概述 地下水

2、受諸多要素的影響，各種要素的組合錯綜復雜，因此，出于不同的目的或角度，人們提出了各種各樣的地下水分類。概括起來主要有兩種： 不論哪種類型的地下水，均可按其含水層的空隙性質分為孔隙水、裂隙水和巖溶水。單一要素分類：如按硬度、來源分類等；綜合特征分類：如根據地下水的埋藏條件那么可分為包氣帶水、潛水和承壓水。.1. 概述1.1.1. 概述 1.2 地下水質量分類 根據我國地下水水質現狀、人體安康基準值及地下水質量維護目的，并參照了生活飲用水、工業、農業用水水質最低要求，將地下水質量劃分為五類。類：反映地下水化學組分的天然低背景含量。適于各種用途。類：反映地下水化學組分的天然背景含量。適于各種用途。類

3、：以人體安康基準值為根據。主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農業用水。類：以農業和工業用水要求為根據。除適用于農業和部分工業用水外，適當處置后可作生活飲用水。類：不宜飲用，其他用水可根據運用目的選用。.1. 概述 地下水質量分類目的.2.按埋藏條件分類的各類地下水特征 含水層和隔水層 所謂含水層是指儲存有地下水并在自然條件或人為條件下，能流出水來的巖石，由于這種含水的巖石大多呈層狀，所以叫做含水層，如砂層、砂卵石層等等。 有些巖層雖然含水但幾乎不透水或透水很弱，稱為隔水層，如粘土、頁巖等。 隔水層通常可分兩種： 一為致密巖石，其中沒有空隙，既不含水，也不透水； 另一種是孔隙度很大，但孔隙直徑

4、很小，孔隙中存在的水絕大部分是結合水，在常壓下不能靠重力自在流出，因此也不能透水。.2.按埋藏條件分類的各類地下水特征含水層存在的條件：巖層有儲水空間：即有孔隙、裂隙和溶隙等空隙。有儲存和聚集地下水的地質構造：即下部要有隔水層托住重力水，并在程度方向上具有某種隔水邊境，使之不致完全流失，水能在巖層空隙中保管住，從而構成含水層。 亦即透水巖層與隔水巖層組合起來，才干成為含水層。如單斜巖層不利于地下水聚集和埋藏，只能是透水層。而向斜構造能大量聚集地下水。要有足夠的水源，使儲水空間能不斷地獲得補給，方能成為含水層。.2.按埋藏條件分類的各類地下水特征 是埋藏在離地表不深，包氣帶中部分隔水層上的重力水

5、。上層滯水普通分布不廣。季節性存在，雨季出現，干旱季節即告消逝，其動態變化與氣候及水文要素的變化親密相關。(1)上層滯水perched water.上層滯水補給來源分布范圍可利用性采礦影響.2.按埋藏條件分類的各類地下水特征(2)潛水(ground water) 1概念 埋藏在地表以下第一個穩定隔水層之上具有自在水面的重力水。 潛水在自然界分布極廣，埋藏于第四紀松散堆積層的孔隙、鞏固基巖的裂隙及可溶巖的巖溶溶洞內。.潛水面b-b 潛水的自在外表; 潛水埋藏深度h1 潛水面至地表的間隔;潛水含水層厚度 M 自潛水面至隔水層頂面的間隔潛水位H 潛水面上任一點的標高MHh12) 潛水的特征補給：大氣

6、降水、凝結水、地表水分布：比較大，與補給區根本一致，潛水在自然界分布極廣，埋藏于第四紀松散堆積層的孔隙、鞏固基巖的裂隙及可溶巖的巖溶溶洞內。性質：無壓水運移：重力作用下高水位向低水位利用與防治：.2.按埋藏條件分類的各類地下水特征(2) 潛水 3潛水面外形在自然界中，潛水面的外形因時因地而異，它受地形、地質、氣候、水文等各種自然要素和人為要素的影響。普通情況下，潛水面不是程度的，而是向著臨近洼地如沖溝、河流、湖泊等傾斜的曲面，這種曲面與地形有一定程度的一致性。只需當盆地或洼地中潛水集聚而潛水面呈程度形狀時，那么構成潛水湖。.2.按埋藏條件分類的各類地下水特征(2) 潛水 3潛水面外形 潛水流

7、潛水湖.4潛水等水位線圖 確定潛水流向：地下水的流向為垂直等水位線的方向,由高水位流向低水位。確定潛水埋藏深度：將地形等高線和等水位線繪于同一張圖紙上，等水位線與地形等高線相交之點，二者高度之差即為該點潛水的埋藏深度。 確定潛水的水力坡度：A、B兩點間平均水力坡度為I(HA-HB)/L。.潛水等水位線圖 確定潛水與地表水間的關系：確定引水和排水工程位置：如水井應布置在地下水流聚集的地方，排水溝(截水溝)應布置在垂直水流的方向上。.(2) 潛水 5潛水的補給、排泄、徑流 在天然條件下，潛水由大氣降水獲得補給，經過非飽和帶滲入地下飽和帶；地下水的補給也可以經過地表水體獲得。飽和帶的地下水以泉、溪流

8、、湖泊、濕地和植物蒸發蒸騰等方式進展排泄。.潛水的補給、排泄、徑流.潛水等水位線圖練習潛水等水位線地形等高線8573BAC858075707873681km試求: (1)A、B、C點的潛水埋藏深度 (2)A-B間的平均水力坡度。 .潛水等水位線圖練習潛水等水位線地形等高線8573BAC858075707873681km A B Ch1 7 7 2IA-B=(78-73)/1000 = 0.005 練習答案.2.按埋藏條件分類的各類地下水特征3承壓水pressure water) 1概念 承壓水是充溢于兩個隔水層間的重力水，又稱為自流水。含水層補給區承壓區.3承壓水 美國黃石公園的間歇泉由承壓水

9、排泄構成的上升泉.3承壓水西藏羊八井熱噴泉由承壓水排泄構成的上升泉.3承壓水2特征 補給區 排泄區 承壓區 初見水位H0 數值上等于含水層頂板標高。測壓水位 (靜止水位,H) 鉆孔打穿含水層頂板，水位上升后穩定的水位標高。承壓水頭hp 某點測壓水位到初見水位的垂距。含水層厚度M 含水層頂面與底面的垂直間隔。H0HhpM補給區排泄區承壓區.3承壓水 3承壓水的構成條件-構造條件自流盆地 斷塊構造 巖性變化自流斜地水量、水質采 礦 危 害.3承壓水 4承壓水等水壓線圖1) 確定承壓水流向2) 確定初見水位 H03) 確定測壓水位 H4) 確定水力坡度I 5) 確定承壓水埋藏深度 h1=Z-H06)

10、 確定承壓水頭 hp =H-H0試求右圖中:A、B、C三點的初見水位 H0；測壓水位 H；承壓水埋藏深度h1；承壓水頭hp；水力坡度I；.承壓水等水壓線圖 A B C初見水位 H0 19.7 25 19測壓水位 H 36 43 37承壓水頭 hp 16.3 18 18 地表標高 Z 65 69 64埋藏深度 h1 45.3 44 45 水力坡度 I 0.08 0.05 0.053練習答案.各類地下水的補給、排泄、徑流關系.小結：潛水、承壓水的區別 埋藏位置不同。潛水的補給主要是當地的大氣降水和部分河湖水。承壓水那么是依托大氣降水與河湖水經過潛水補給的。 潛水受重力影響，具有一個自在水面即隨潛水

11、量的多少上下浮動，普通由高處向低處滲流。承壓水受隔水頂板的限制，接受靜水壓力，有一個受隔水層頂板限制的承壓水面和一個高于隔水層頂板的承壓水位即補給區和排泄區水位的連線。承壓水是由靜水壓力大的地方流向靜水壓力小的地方。.小結：潛水、承壓水的區別潛水埋藏較淺，受氣候特別是降水的影響較大，流量不穩定，容易受污染，水質較差；承壓水埋藏較深，直接受氣候的影響較小，流量穩定，不易受污染，水質比較好。潛水以地面蒸發或出露為地表水和泉水的方式排泄；承壓水那么轉化為潛水，主要以泉水的方式排泄。.小結：潛水、承壓水的區別鉆到潛水中的井是潛水井。潛水井的水位普通應該是和當地的潛水位一致的，如過量抽取，潛水井的水位就

12、會逐漸低于當地的潛水位，構成地下水漏斗區。打穿隔水層頂板，鉆到承壓水中的井叫承壓井，承壓井中的水因遭到靜水壓力的影響，可以沿鉆孔上涌至相當于當地承壓水位的高度。在有利的地形條件下，即地面低于承壓水位時，承壓水會涌出地表，構成自流井。雖有上涌，但不能噴出地面者叫半自流井。 .3.按含水層空隙性質分類的各類地下水特征(1)孔隙水 void water(2)裂隙水 crevice water 風化裂隙水 成巖裂隙水 構造裂隙水(3)巖溶水 karst water 巖溶發育條件 巖溶水特點 巖溶水分帶規律.砂礫層孔隙水黃土層孔隙水沙漠孔隙水巖溶裂隙溶洞水基巖裂隙水凍土區孔隙裂隙水高原凍土孔隙裂隙水.(

13、1)孔隙水1含水層 第四系松散堆積物、部分第三系堆積巖和鞏固基巖的風化殼。2水量、水質與巖土的透水性有關 孔隙水的存在條件和特征取決于巖土的孔隙情況。 巖土孔隙的大小和多少，關系到巖土透水性的好壞，也直接影響到巖土中地下水量的多少，以及地下水在巖土中的運動條件和地下水的水質。 孔隙含水層普通含水比較均勻。在第四紀的沖積、洪積、湖積及冰水堆積的砂層或砂礫石層中，常有水量大、水質好、可作供水水源的孔隙水。3與季節、地理位置有關 孔隙水由于埋藏條件的不同，可構成上層滯水、潛水或承壓水，分別稱為孔隙上層滯水、孔隙潛水和孔隙承壓水。.(2)裂隙水發育在鞏固基巖裂隙中的水秦嶺山區由裂隙水聚集構成的瀑布.(

14、2)裂隙水1)風化裂隙水2)成巖裂隙水3)構造裂隙水.玄武巖的柱狀節理(成巖裂隙)與紅土化構成的風化裂隙，巴西.玄武巖的柱狀節理(成巖裂隙)，內蒙古赤峰地域.1風化裂隙水：分布在風化裂隙中的地下水。 多數為層狀裂隙水，由于風化裂隙彼此相連通，因此在一定范圍內構成的地下水也是相互連通的水體，程度方向透水性均勻，垂直方向隨深度而減弱，多屬潛水，有時也存在上層滯水。 假設風化殼上部的覆蓋層透水性很差時，其下部的裂隙帶有一定的承壓性。 風化裂隙水主要受大氣降水的補給，有明顯季節性循環交替性，常以泉的方式排泄于河流中。.2成巖裂隙水：成巖裂隙為巖石在構成過程中所產生的空隙，成巖裂隙水即賦存在這種空隙中的

15、地下水。巖漿巖中成巖裂隙水較為發育。玄武巖經常發育柱狀節理及層面節理，裂隙均勻密集，張開性好，貫穿連通，常構成貯水豐富、導水暢通的潛水含水層。成巖裂隙水多呈層狀，在一定范圍內相互連通。具有成巖裂隙的巖體為后期地層覆蓋時，也可構成承壓含水層。在一定條件下可以具有很大的承壓性。.3構造裂隙水：構造裂隙是由于巖石受構造運動應力作用所構成的，而賦存于其中的地下水就稱為構造裂隙水。 構造裂隙發育很不均勻，因此構造裂隙水分布和運動相當復雜。 當構造應力分布比較均勻且強度足夠時，那么在巖體中構成比較密集均勻且相互連通的張開性構造裂隙，賦存層狀構造裂隙水。層狀構造裂隙水可以是潛水，也可以是承壓水。 當構造應力

16、分布相當不均勻時，巖體中張開性構造裂隙分布不延續，互不溝通，那么賦存脈狀構造裂隙水。.(3)巖溶水 巖溶 Karst 發育在可溶性巖石地域的一系列獨特的地質作用(地下水的溶蝕作用和沖蝕作用)和景象(各種溶洞和溶蝕地形等)的總稱。埋藏于溶洞中的重力水稱為巖溶水或稱喀斯特水。 .路南石林.1)巖溶發育條件a) 可溶性巖石 巖性石灰巖、大理巖和白云巖等廣西都安 地下暗河 可溶巖中地質構造 導水的斷層破碎帶 褶皺轉機端 可溶巖與非可溶巖接觸 帶b) 水具有侵蝕性c) 流動的地下水.可溶性巖石CaO含量越高，巖溶率越大；酸不溶物SiO2/RO2)越高，巖溶率越低 灰巖白云質灰巖-白云巖大理巖泥質-碳質灰

17、巖CaO/MgOSiO2/RO2.巖溶分布地質圖. 2)巖溶水特點水量豐富而集中、富水程度不均、與地表水聯絡親密和具有較大的動態變化幅度。在可溶性巖層與非可溶性巖層相互成層的地域，那么主要是層狀巖溶承壓水。它與普通承壓水的特點不同的是水量大和含水均勻。巖溶水是良好的供水水源，但對礦坑和地下建筑工程施工，常呵斥災禍性忽然涌水。大量抽取巖溶水時要留意防治地面坍陷。 Q=X F 1000 m3/a Q-大氣降水入滲補給量 X-年降水量-入滲系數0.8-南方；0.40.5-北方 F-補給區面積.11.4 礦區(礦床)水文地質圖MineHydrogeological Map概念 反映礦區地下水埋藏、分布

18、、構成條件，含水層富水性等特征的水文地質圖。 規格礦區(礦床)水文地質圖的比例尺與普通的礦區地質圖比例尺一樣，為1/20001/10000。該圖主要內容有：.11.4 礦區(礦床)水文地質圖3. 內容1)地層：突出礦層、頂底板隔水層和主要含水層的埋藏及其水文地質特征、含(蓄)水構造(匯水條件)；地下水類型及其補給、逕流和排泄情況。2)構造：地下水構成和運動的各種斷裂構造形跡及其透水與富水特征；有關的自然地理和構造地質景象，巖溶發育規律及其含水情況。3)與礦床地下水有關的問題：如河水漏失或河道襯砌地段；供水淹沒及排水影響范圍等；動態觀測點的位置及其特征值；坍陷范圍的預測。.11.4 礦區(礦床)

19、水文地質圖 4)礦坑充水(要素)預測分區:可根據主要充水要素、極限涌水量、能夠突水地段及防止改造措施等進展劃分。 5)必要的探、防水與疏干措施:如消費礦區主要坑道的分布，突(涌)水點及出水量、疏干范圍、崩落及地表坍陷、水量變化、老窿充水情況等。 6)必要的水化學成分資料 7)地形地物.礦區(礦床)水文地質圖實例1-沖積砂礫石層2-沖積亞粘土3-坡積含碎石亞粘土，埋藏潛水4-灰綠色灰質頁巖，裂隙發育5-泥質頁巖、油頁巖，裂隙不發育；6-礦層；7-玄武巖，裂隙發育；8-凝灰質砂巖、礫巖和頁巖，裂隙發育；9-片麻巖，露頭風化裂隙發育；10-斷層角礫巖充水帶；11-潛水等水位線；12-水文地質分界限；13-地形等高線；14-河流及流向；15-帶狀泉；16-露天采坑.礦區(礦床