第一章地下水概論

第一節

地下水的賦存條件第二節

巖土的水理性質第三節地下水的主要類型

第四節地下水的補給、徑流、排泄第五節地下水的物理、化學性質

地下水：埋藏於地表以下的各種形式的重力水。

第一節地下水儲存條件

一、巖土的空隙性

二、水在巖土中的賦存形式一、巖土的空隙性

巖土的空隙是複雜的，多種多樣的，為了研究空隙中地下水的儲存和運動，把空隙按成因分成三類：(1)鬆散巖土中的孔隙(2)非可溶性堅硬巖石中的裂隙(3)可溶性巖石中的溶隙不同類型空隙的性質空隙孔隙裂隙溶隙空隙的形成鬆散沉積物中空隙相互連通並呈孔狀與裂隙成因有關：成巖裂隙、構造裂隙、風化裂隙可溶性巖石在含侵蝕性CO2的地下水作用下形成數量指標孔隙度裂隙率巖溶率影響因素顆粒大小、排列形式、分選程度、顆粒形狀及膠結情況取決於裂隙成因巖石的可溶性、透水性；水的侵蝕性、流動性差別分佈均勻、相互連通、各向異性不顯著不均勻、連通性差、各向異性顯著空隙大小懸殊、分佈極不均勻衡量孔隙多少的定量指標：

式中:n—巖石的孔隙度；

Vn—巖石中孔隙的體積；

V—巖石總體積?？紫抖瓤紫抖却笮〉挠绊懸蛩仡w粒膠結情況分選程度顆粒的形狀顆粒之間的排列方式顆粒大小顆粒的排列方式等體積球作立方體排列，是最疏鬆排列n=47.64%

等體積球作四面體排列，是最緊密排列n=25.95%

顆粒大小

理論上講（等體積球），與顆粒大小無關，但實際上則無理想的等體積顆粒，大小並不相等，甚至大小懸殊。分選程度分選性越差，顆粒大小越懸殊，n則越??；反之則越大。

顆粒形狀形狀越不規則，棱角越明顯，排列越疏鬆，n越大。反之則越小。顆粒膠結程度膠結越好，n越小。反之則越大。特殊空隙的影響結構性孔隙蟲孔、根孔、乾裂縫等次生空隙因此，對粘性土，它們對n的大小影響很大，不可忽視。

衡量裂隙多少的定量指標：

式中—巖石的裂隙率；

—巖石中裂隙的體積；

—巖石總體積。裂隙率衡量溶隙多少的定量指標：

式中—巖石的巖溶率；

—巖石中溶隙或溶穴的體積；

—巖石總體積。巖溶率二、水在巖土中的賦存形式

按物理性質可分為：

液態水：結合水、毛細水、重力水

氣態水固態水

礦物水：沸石水、結晶水、結構水結合水毛細水依靠毛細力而保持在毛細空隙中的水，稱為毛細水。毛細空隙是巖土中的細小空隙，一般指直徑小於1mm的孔隙或寬度小於0.25mm的裂隙。概念毛細水支持毛細水懸掛毛細水

孔角毛細水存在於飽水帶以上並與地下水面相連的毛細空隙中的水。當溫度低於0℃時冰結。存在於包氣帶並與地下水面不相連的毛細空隙中的水。呈“懸掛”狀態，經蒸發後消失。顆粒與顆粒接觸處孔隙狹窄地方呈點滴狀態的水。結合緊密，不易移動。第二節巖土的水理性質

亦稱巖土的水文地質性質，它表示巖土控制水分活動的性質。水能否進入空隙中，能否自由運動和能否被?。ㄅ牛┏龅鹊?。主要包括容水性、持水性、給水性、透水性。巖土的主要水理性質名稱容水性給水性持水性透水性定義巖土能容納一定水量的性能飽水巖土在重力作用下所能自由排出水的性質飽水巖土在重力釋水後仍能保持水的能力巖土允許重力水透過的能力影響因素空隙多少空隙大小、空隙多少與巖土顆粒大小有關（主要為結合水）空隙大小、巖土膠結意義巖土容納水的能力巖土中所能利用的水量

巖土中水的流動特性

巖石容納一定水量的性能，用容水度表示：

式中—巖石的容水度；

—巖石中所容納水的體積；

—巖石總體積。

容水性

巖石依靠分子引力和毛細力，在重力作用下其巖石仍能保持一定水量的性質，用持水度表示：

式中—巖石的持水度；

—巖石中所保持水的體積；

—巖石總體積。

持水性給水性

當地下水位下降時，其下降範圍內飽水巖石及相應的支持毛細水帶中的水，在重力作用下，從原先賦存的空隙中釋出，這一現象稱為巖石的給水性。用給水度表示；

飽和巖土在重力作用下，釋出水的體積與巖石體積之比。定義：在單位水平面積巖層柱體中，當潛水位下降一個單位時，在重力作用下釋放出來的水量。給水度HotTip三者之間的關係孔隙度給水度持水度含水層、隔水層飽水帶內的巖土層按給水性和透水性好壞，分為含水層、隔水層。隔水層(aquifuge)含水層(aquifer)指能夠給出和透過相當數量水的巖層。指不能給出也不能透過水，或給出與透過水的數量很小的巖層。隔水層中絕對不含水嗎？(TorF)含水層與隔水層123有儲水空間有儲存地下水的地質構造條件

有良好的補給水源和補給條件構成含水層的條件含水層、隔水層好的含水層：高孔隙度+高滲透性如：沖積物、洪積物、石灰巖、

砂巖隔水層：低滲透性如：葉巖和粘土第三節地下水主要類型A包氣帶水（含上層滯水）C承壓水

根據地下水的埋藏條件B潛水地下水分類A孔隙水C巖溶水

根據巖土空隙類型的不同B裂隙水包氣帶水

包氣帶：地下水面以上的巖土層，其空隙沒有被水充滿，部分空隙仍然包含著空氣。包氣帶水：儲存在包氣帶中的水。包氣帶水上層滯水

①分佈範圍小，具有明顯局部性；②季節性變化大，雨季出現，旱季可能消失；③分佈區與補給、排泄區一致；④易受人類活動的影響。當包氣帶中存在局部的隔水層或弱透水層時，可在包氣帶中形成局部或暫時存在的重力水，即上層滯水。其特點為：潛水：埋藏在地表以下，飽水帶中第一個穩定分佈的隔水層之上，具有自由水面的重力水。潛水水位埋深潛水含水層厚度潛水水位標高潛水的特徵潛水在重力作用下，由潛水位較高處向較低處流動潛水的水位、流量和化學成分都隨地區和時間的不同而變化潛水直接通過包氣帶與大氣水、地表水發生水力聯繫，所以氣象、水文因素對其動態變化影響明顯潛水具有自由水面，積極參與水迴圈潛水的分佈區與補給區一致潛水的特徵

潛水面的形狀潛水面的表示方法：剖面圖和平面圖潛水水位等值線圖的用途

①確定潛水流向（水流流向垂直於等水位線，從水位高的地方流向水位低的地方）；②確定潛水的水力坡度；

③確定潛水與地表水的關係

④確定潛水埋藏深度及含水層厚度；

1、1965年漏斗範圍（以770m水位線閉合面積）；2、1972年漏斗範圍；3、1980年漏斗範圍；4、1984年漏斗範圍；5、2000年漏斗範圍；6、地質界線。太原盆地孔隙水系統深層水位下降漏斗演變圖

⑤瞭解地下水的變化趨勢。潛水水位等值線圖的用途

⑥在無地形因素影響的情況下，等水位線的疏密變化可以分析和推測含水層厚度或巖性的變化。

利用Q=K·I·F

a.巖性變化，當Q、F為常量時，K變大則I變小。

b.厚度變化，當Q、K，斷面寬一定時，則I變小，厚度變大。含水層巖性變化含水層厚度變化的影響地下水位的疏密變化潛水水位等值線圖的用途⑦規劃地下水給水工程的位置或確定其他工程施工是否要採取排水措施等。a.開採井群及排水溝等要垂直地下水流向佈置。b.可根據地下水埋藏深度適當確定排水溝的開挖深度。

潛水水位等值線圖的用途承壓水：是充滿在兩個隔水層之間的含水層中具有靜水壓力的重力水。

承壓水位H：當鑽孔打穿承壓含水層上覆隔水層時，開始見到的水位，稱為初見水位。隨後承壓水就會在鑽孔內上升到一定高度H，H稱為承壓水位。承壓水位是指承壓水面的海拔高度。承壓水頭h：承壓含水層頂板到承壓水面的高度。表示隔水頂板所受到的靜水壓力值。承壓水（Confinedaquifers）承壓水水位上升承壓水承壓水特徵thefirstthesecondtheforththethird它的分佈區與補給區是不一致的。承壓水水質變化很大，淡水、鹵水都有。水體承受靜水壓力，具有承壓性。埋藏深度較大，水位、水量、水溫、水質等受水文氣象因素、人為因素及季節變化影響小。特征確定承壓水的流向；確定承壓水的水力坡度；確定承壓水的承壓水頭。

承壓水水位等值線圖的用途第四節地下水的補給、徑流、排泄地下水的補給

地下水埋藏、分佈，補給、徑流和排泄條件，水質和水量及其形成地質條件等的總稱。

水文地質條件地下水的補給含水層或含水系統從外界獲得水量的作用過程稱作補給。

補給的研究包括

補給來源影響補給的因素補給量地下水的補給地下水補給

來源大氣降水人工補給地表水其他含水層或含水系統的水一、大氣降水對地下水的補給

一般情況下，入滲補給含水層的水量僅占降水量的20～50%，其餘的水量通過各種途徑耗失了。年降水量補給地下水的量(mm/a)影響大氣降水補給地下水的因素植被降水強度和降水歷時降水量地下水埋深包氣帶巖性地形雨前土壤含水量二、地表水對地下水的補給河水補給地下水時，補給量的大小取決於下列主要因素：透水河床長度與浸水周界（相當於一個過水斷面）河床透水性（滲透係數）河水位與地下水位的高差（影響水力梯度）河床過水時間人為因素的影響，如河邊取水，加大了水力梯度地下水與地表水之間的補排關係地下水與地表水之間的補排關係大氣降水與地表水對地下水的補給特徵對比補給來源

大氣降水

地表水空間分佈面狀補給，範圍普遍且較均勻線狀補給，局限於地表水體周邊時間分佈持續時間有限持續時間長，或是經常性的三、含水層之間的補給

承壓含水層與潛水含水層之間存在水頭差，就一定發生越流。（TorF）

當兩個含水層之間存在水頭差，且有聯繫的通道，則水頭較高的含水層便補給水頭較低者。

承壓水補給潛水潛水補給承壓水含水層之間的補給含水層通過導水斷層發生水力聯繫鬆散沉積物中含水層通過“天窗”

及越流發生水力聯繫含水層通過鑽孔發生水力聯繫四、人工補給

修建灌溉工程以及對淺層地下水採用地面、河渠、坑塘蓄水滲補，對深層地下水採用井、孔灌注等方式專門進行地下水人工補給等人類活動也會增加地下水的補給。

地下水的排泄

地下水通過泉（點狀排泄）、向河流泄流（線狀排泄）及蒸發（面狀排泄）等形式向外界排泄。還有越流、地下水的開採。含水層失去水量的作用過程稱作排泄。排泄的研究包括排泄去路及方式、影響排泄的因素及排泄量。123泉一、泉

泉是地下水的天然露頭。泉僅僅根據泉口的水是否冒湧來判斷是上升泉或下降泉，那是不合適的。上升泉：承壓水的天然露頭。地下水在靜水壓力作用下，上升並溢出地表的泉，由承壓水補給。根據補給泉的含水層的性質下降泉：地下水受重力作用自由流出地表的泉。由潛水或上層滯水補給。泉的分類溢出泉接觸泉根據出露原因侵蝕泉斷層泉a、b侵蝕（下降）泉；c接觸（下降）泉；d、e、f、g溢出泉；h侵蝕（上升）泉;i斷層泉；j接觸泉泉泉黑虎泉出流標高為27.50m黑虎泉“天下第一泉”趵突泉的出流標高為26.80m趵突泉晉祠泉晉祠泉老忠實泉(OldFaithfulGeyser)：

100多年來，每65分鐘噴5分鐘左右，高度30多m。老忠實泉

地下水有時也集中排泄於河底、湖底或海底，這類水下泉與一般泉的區別是出露於水下而不在地面。

如：大連金州海中龍眼、龍王廟大泉、大黑石海底大泉等不斷地以泉的方式排泄入海。泉河水與地下水之間的聯繫狀況潛水與河水無直接水力聯繫

潛水與河水有週期性直接水力聯繫

潛水與河水有直接水力聯繫

承壓水與河水有直接水力聯繫

二、泄流泄流

多數情況下，地下水是分散排入地表水體的。當河流切割含水層時，地下水沿河呈線狀排泄。

常年有水的河流，枯水季節河水流量全由地下水泄流供給，汛期主要由流域內降水彙聚形成，同時也可能包含部分泄流水量。泄流量的影響因素地下水位與河水位的高差河床切入含水層的深度與長度等因素含水層的透水性能地下水的蒸發排泄土面蒸發葉面蒸發地下水沿毛細孔隙上升，在潛水面之上形成一個毛細水帶。當潛水埋深不大時，毛細水帶上緣離地面較近，大氣相對溫度較低時，毛細彎液面上的水不斷由液態轉為氣態，逸入大氣。潛水則源源不斷地通過毛細作用上升補給，使蒸發不斷進行。蒸發排泄影響土面蒸發的主要因素潛水埋深愈淺，土面蒸發愈強烈。氣候愈乾燥，相對濕度愈小，土面蒸發便愈強烈。氣候潛水埋深包氣帶巖性包氣帶巖性主要通過其對毛細上升高度與速度的控制影響潛水蒸發。粉質亞砂土、粉砂等組成的包氣帶，潛水蒸發最強烈。潛水蒸發量與水位埋深關係曲線地下水的徑流地下水由補給處流向排泄處的作用過程稱作徑流。研究地下水徑流包括徑流方向、徑流強度及徑流量等。補給排泄連接補給與排泄的中間環節，將地下水的水量與鹽量由補給處傳輸到排泄處，從而影響含水層或含水系統水量與水質的時空分佈。徑流

總體上講，地下水的徑流受地形控制，由高處流向低處。

徑流方向洪積扇的地下徑流示意圖

沿斷層流動徑流方向徑流強度含水層的徑流強度，也就是地下水的流動速度。其大小與含水層的透水性，補給區與排泄區之間的水位差成正比；與補給區到排泄區之間的距離成反比。概念可用地下徑流模數（或稱地下徑流率）和地下徑流係數來表示，地下徑流模數（M）表示每平方公里含水層面積上的徑流量，其物理意義與運算式和河流徑流模數完全一致，其值的大小可以反映某一地區地下徑流量的豐欠程度，所以是評價地下水資源的一個重要參數。地下徑流量徑流量徑流模數

—地下水徑流量；

—含水層面積。第五節地下水的物理、化學性質一、地下水的物理性質

指地下水的溫度、顏色、透明度、氣味、味道、比重、導電性與放射性等。地下水的物理、化學性質二、地下水的化學成分1、氣體：O2、N2、H2S及CO22、離子：常見的七大離子為Cl-

、SO42-、HCO3-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+。地下水的物理、化學性質三、地下水的化學性質

地下水的化學性質主要是指地下水的酸鹼度、礦化度、硬度和侵蝕性。總礦化度地下水中所含各種離子、分子與化合物的總量稱為總礦化度，簡稱礦化度，以每升水中所含克數(g/L)表示。酸鹼性地下水硬度取決於水中Ca2+、Mg2+的含量。取決於水中的氫離子的濃度，用pH值表示。地下水的化學成分分析簡分析：可在野外就地進行，水樣數量多，分析專案少，當精度要求不高時，但要求快而及時時採用。全分析：精度要求相對高些，實驗室分析。專門性分析：試具體任務要求而定。地下水開采與水位降落漏斗補給與開採條件下的地下水運動第一節基本定律多孔介質的基本概念有空隙的巖土。廣義上包括孔隙介質、裂隙介質和巖溶不十分發育的由石灰巖和白雲巖組成的介質，統稱為多孔介質。多孔介質

地下水在巖石空隙或多孔介質中的運動，這種運動是在彎曲的通道中，運動軌跡在各點處不等。為了研究地下水的整體運動特徵，引入滲流的概念。（a）實際滲透(b)假想滲流滲流的概念滲流（seepageflow）滲流場（flowdomain）

具有實際水流的運動特點（流量、水頭、壓力、滲透阻力），並連續充滿整個含水層空間的一種虛擬水流；是用以代替真實地下水流的一種假想水流。

假想水流所佔據的空間區域，包括空隙和巖石顆粒所占的全部空間。滲流的概念thefirstthesecondtheforththethird充滿含水層空隙空間和巖石顆粒所佔據的空間通過任一斷面的流量及任一點的壓力或水頭與實際水流相同假想水流的性質與真實地下水流相同運動時所受的阻力與實際水流所受阻力相等特點滲流的特點一、地下水水流狀態分類二維流（平流）一維流（單向流）按流向按運動狀態按運動要素三維流（空間流）紊流層流非穩定流穩定流地下水水流狀態分類穩定流地下水運動要素（水頭、滲透速度、水力梯度、滲透流量等）不隨時間變化而變化。Laminarflow(層流)Turbulentflow(紊流)二、達西定律滲透係數數值的大小只取決於含水介質的特徵。(TorF)1856年法國工程師達西（Darcy）

Q=K(h/L)AV=KI

式中：K--滲透係數；

Q--滲透流量；

V--滲透速度；

I=h/L，水力坡度（滲透途徑中單位長度的水頭損失）；

A--多孔介質垂直水流方向的總面積。滲透係數—重要的水文地質參數V

=

KI當I=1

時，K

=

V

K

數值上是當I=1時的滲透流速；量綱[L/T]；常用單位cm/s；m/d。滲透係數與哪些因素有關呢？

K=f(孔隙大小、多少、液體性質)水力坡度大小等於水頭梯度I=dH/dn，方向沿著等水頭線的法線方向指向水頭降低的方向的向量定義為水力坡度，記為J。滲透流速與實際流速的關係：達西定律的應用條件應用條件：Re<1-10的層流。三、含水層介質特徵

均質(homogeneousmedium)：K在巖層中處處相等，不隨空間變化。非均質(inhomogeneousmedium)：K在巖層中隨空間位置變化而改變。各向同性介質(isotropicmedium)：K不隨滲流方向改變。各向異性介質(anisotropicmedium)：K隨水流方向改變?？扇我饨M合成四種介質：均質各向同性均質各向異性非均質各向同性非均質各向異性第二節地下水非穩定運動

的基本微分方程

源項表示在垂直方向上有水流入含水層，此時W為正；匯項指在垂直方向上有水流出含水層，此時W為負。一潛水非穩定運動的基本微分方程二、承壓水非穩定運動的基本微分方程

上式即為承壓水平面二維流微分方程，該方程是研究承壓水含水層中地下水運動的基礎，反映了承壓水含水層中地下水運動的品質守恆關係，表明單位時間流入、流出單位體積含水層的水量差等於同一時間內單位體積含水層彈性釋放（或貯存）的水量。

三、幾個重要的水文地質參數T=KM稱導水系數，它的物理含義是表示水力坡度等於1時，通過整個含水層厚度上的單寬流量。承壓水：壓力傳導係數潛水：水位傳導係數水文地質參數

彈性儲水（釋水）係數表示面積為一個單位面積，厚度為含水層全厚度M的含水層柱體中，當水頭上升（降低）一個單位時彈性儲存（釋放出來）的水量。彈性儲水（釋水）係數**範圍：n×10-3～

n×10-5

範圍：0.05～0.30集水建築物可分為水準集水建築物（排水溝、集水管、集水廊道等）和垂直集水建築物（鑽孔、水井、豎井等）。水井（waterwell）是常用的垂直集水建築物，用以開採、排泄地下水。

第三節地下水向井的運動

一地下水向井的穩定運動管井（pipewell）是直徑通常小於0.5m、深度比較大、採用鑽機開鑿的水井。按井徑大小和成井方法

筒井是直徑通常大於0.5m甚至數米、深度比較淺、通常用人工開挖的水井。水井分類完整井水井打穿整個含水層，而且在含水層的厚度都下了濾水管。根據揭露含水層的程度和進水條件非完整井水井只打穿部分含水層，或只在部分含水層中下了濾水管，其餘下封閉管的，叫非完整井。水井分類潛水井(wellinaphreaticaquifer)

揭露潛水含水層的水井。又稱無壓井。按揭穿含水層的類型

承壓水井(wellinaconfinedaquifer)

揭露承壓含水層的水井。又稱有壓井。當水頭高出地面自流時又稱為自流井（artesianwell,lowingwell）水井分類抽水井（pumpingwell）是從井中抽取地下水的水井。按井工作的方式

注水井（injectionwell）是將水注入地下的水井。水井分類

實際上，水井類型可交叉命名，如承壓水完整井、潛水非完整井等。單井按井工作時相互影響的程度干擾井水井分類井流運動

基本概念

水位降深

(drawdown)

從井中抽水時，井周圍含水層中的地下水向井中運動，井中和井附近的水位降低。降深亦即抽水井及其周圍某時刻的水頭比初始水頭的降低值。

水位降落漏斗（coneofdepression）

水位降深S在不同的位置上是不同的，井中心降深最大，離井越遠，降深越小，抽水井周圍總體上形成的漏斗狀水頭下降區；亦即由抽水（排水）而形成的漏斗狀的水頭（水位）下降區，稱為降落漏斗（coneofdepression）。

影響半徑

(radiusofinfluence)

是從抽水井到實際觀測不到水位降深處的徑向距離。裘布依公式

為地下水流向井孔的平面穩定流公式。其假定條件為：1、含水層均質、各向同性、等厚、水準；2、地下水呈層流運動、符合達西定律、處於穩定狀態；3、地下水靜止水位為水準的；4、抽水井具有圓柱形定水頭邊界；5、含水層頂、底板隔水，無越流存在。潛水完整井穩定流運動承壓水完整井穩定流運動滲透係數K的求法潛水完整井承壓水完整井二、地下水向井的非穩定運動

泰斯公式地下水流向井的平面非穩定流公式其假定條件為：1、含水層均質、各向同性、等厚、水準無限分佈；2、地下水呈層流運動；3、無垂向補給；4、初始靜止水位水準；5、完整井定流量抽水，井徑無限小。Theis數學模型

*承壓水完整井非穩定流運動

式中：W(u)—井函數；W(u)～u曲線，成為泰斯標準曲線。典型標準曲線（理論曲線）

雅柯布（Jacob）公式

當u≤0.01時，泰斯公式可近似表達為：三、水文地質參數的確定

按定流量Q抽水，記錄不同時刻水位降深值St（分）1351015203060……s（米）0.51.01.31.5……

由這些資料可推求承壓含水層參數：T、μ*1、配線法（泰斯圖解法）2、直線法（雅柯布圖解法）1、配線法

第一步：先在雙對數紙上作出w(u)～1/u曲線（a），構成所謂典型標準曲線（理論曲線），或稱為量板。第二步：在同一比例尺的透明雙對數紙上作s~t曲線（b）（資料曲線）；第三步：將s~t曲線重疊在w(u)～1/u曲線圖上，保持兩座標相互平行，並上、下、左、右移動，直至s~t曲線及可能多的部分與標準曲線的某一部分相重合；第四步：在兩曲線重合的部分選取一個適宜的點M，並記下對應於該點的w（u）、1/u、s、t值。第五步：將w（u）、1/u、s、t，值代入泰斯公式，則得：T=w(u)×Q/4s；*=4Tt×u/r2。配線法

直線法（雅柯布圖解法）條件：u<0.01167interceptslope當s=0直線法

第四節地下水動態地下水動態是指地下水位、水量、水質和水溫等要素隨時間和空間變化的現象和過程。自然因素氣候因素水文因素土壤、生物因素地下水開採地下水回灌基本因素人為因素地質因素一影響地下水動態的基本因素氣候因素影響降水的形式、蒸發強度、淺層地下水水溫。直接影響地下水的補給與排泄，從而影響地下水動態。降水和蒸發氣溫氣壓對潛水位產生偽變化。潛水位變動伴隨的相應潛水儲存量的變化為真變化；不反映潛水水量增減的潛水位變化，為偽變化。

降水對地下水位動態的影響水文因素

地表水體補給地下水而引起地下水位抬升時，隨著遠離河流，水位變幅減小，發生變化的時間滯後。河水對地下水動態的影響一般為數百米到數公里，在此範圍外，主要受氣候因素的影響。濱海地區海水潮汐的影響，使地下水位呈現一天兩次升降的週期性變化。地質因素

巖性的影響：給水度、滲透係數；構造因素是一個區域性的影響因素；地震、火山活動的影響是短期影響。在震前地下水位急劇上升、下降、冒泡等，甚至震前地下水化學成分也會改變。土壤和生物因素

土壤的影響主要表現為對潛水化學成分的改變；生物的影響表現在兩個方面：

——植物蒸騰對潛水動態的影響；

——

細菌對地下水化學成分的影響。地下水開採人為因素地下水回灌開採對地下水位動態的影響二、地下水的動態觀測1、水位觀測2、開採量觀測3、水溫觀測4、水質觀測地下水水位的觀測地下水水質取樣地下水水位、水溫的觀測不同含水層地下水水位的動態觀測地下水水位的動態觀測地下水水位的動態觀測地下水水質的動態觀測大連海水入侵程度圖

198819942002三、地下水的動態類型1、滲入—蒸發型2、滲入—徑流型3、滲入—蒸發、徑流型地下水的動態類型滲入—蒸發型

分佈在乾旱、半乾旱的平原或山間盆地地區。補給：降水、地表水入滲（但不豐沛）徑流：微弱排泄：蒸發為主動態特徵：年水位變幅小而均勻；水質季節變化明顯，長期地使地下水不斷向鹽化方向發展，土壤易鹽漬化。

滲入—徑流型

分佈在山前或山區。降水與地表水入滲補給豐沛，徑流強烈，蒸發微弱。動態特徵：年水位變幅大而不均（由分水嶺到排泄區，年水位變幅由大而?。凰|季節變化不明顯，從長遠看地下水不斷趨向淡化。地下水的動態類型第一節

鬆散沉積層中的地下水

孔隙水孔隙水

孔隙水：存在於巖層孔隙中的地下水。最常見的孔隙水埋藏於鬆散的沉積物中，例如洪積、沖積、湖積和冰積物中。灤河沖積物孔隙水特點不同地貌單元和成因類型的第四紀沉積物中有不同的地下水特徵。其優點是：分佈普遍，埋藏較淺，易於開採等。自然條件下呈層流，符合達西定律。在空間上呈連續、均勻和層狀分佈，同一含水層中的水具有統一的地下水面。洪積物中的地下水

山區河道進入開闊的平原時，水流分散，流速減小，河水由山區攜帶的石塊泥沙，逐漸沉積，形成一個從山口起向平原展開的緩緩傾斜的扇狀地形，稱為洪積扇。如北京、包頭、呼和浩特。大洪積扇的地下水量十分豐富，是城市工業和農田供水的重要水源地。渭幹河在天山南坡形成的洪積扇洪積扇洪積扇水文地質剖面示意圖

水文地質帶地下水深埋帶（鹽分溶濾帶、徑流帶）

1、位於洪積扇的上部,沉積物多為礫石，卵石等,潛水埋深大；2、地形坡度陡，因而水力坡度大，徑流強，水準排泄；3、降水、地表水和山區基巖裂隙水補給，動態變化大；4、含水層厚度大,透水性強；5、化學成分以溶濾作用為主，HCO3—Ca型水。根據洪積扇中地下水埋深、徑流條件以及水化學特徵，分三個水文地質帶：

地下水溢出帶（鹽分過路帶）1、位於洪積扇的中下部,地形變緩、沉積顆粒變細、透水性變差，地下水徑流受阻，潛水雍高而接近地表，形成泉或沼澤；2、水準和垂直排泄；3、接受降水與上游潛水的補給，動態變小；4、出現粘性土或夾層，滲透性減??；5、由於蒸發，TDS

增大，HCO3-SO4→SO4-HCO3

水文地質帶

地下水下沉帶（垂直交替帶、鹽分堆積帶）

1、位於洪積扇的下部,沉積顆粒更細,並有淤泥質沉積;2、由於蒸發和地表水的排泄，潛水埋深增大,垂直排泄為主；3、上部潛水接受降水補給，下部承壓水接受前兩個帶補給；4、地形坡度更為平緩,徑流條件很差；5、上部潛水濃縮作用加強，TDS增大,SO4-CL型水或CL-SO4型水；

水文地質帶

總體規律

由山口向平原（盆地），由於水動力條件控制著沉積作用，洪積扇顯示良好的地貌巖性分帶：地貌上坡度由陡變緩，巖性上由粗變細。從而決定了巖層透水性由好到差，地下水位埋深由大到小，補給條件由好到差；隨之，排泄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，水化學類型產生相應變化；地下水位的變動也由大到小。

注意點1、典型的洪積扇形成於乾旱半乾旱地區的山前地帶；上述分帶是單就某一時期形成的洪積扇而言，若存在多期洪積扇的相互疊置、串聯等，則地下水分佈規律將複雜化；2、新構造運動的影響。洪積扇裙沖積物中的地下水

沖積物是經常性水流形成的堆積物。即河流沉積作用形成的堆積物。河流上、中、下游沉積特徵不同，因而沖積物的水文地質特徵也不同。河流水動力和沖積物特徵河流上游山區河谷沖積層中的地下水河床狹窄，縱坡降大，水流急，沖積物的數量和規模均很小，漫灘和階地不發育。地下水特徵卵礫石層的透水性強，因而補給與排泄條件好。主要是降水和基巖裂隙水補給，徑流排泄。地下水與河水水力聯繫密切，水質與河水接近，為HCO3—Ca型水。水量小，僅可作為小型供水水源。地下水特徵沖積物特徵河流中游半山區河谷沖積層中地下水漫灘與階地發育，且呈“二元結構”構成一個含水系統，下部砂礫石層微承壓。大氣降水、基巖裂隙水、地表河流補給；徑流弱；徑流和蒸發排泄，枯水期泄流。砂礫石層的地下水量豐富，埋藏淺，是良好供水水源。低礦化淡水。沖積物的二元結構二元相結構因分佈範圍大、土層厚，易接受地表水和降水入滲補給，水量豐富，易開採，水質好。上層河漫灘相沉積：細粒、亞粘土和亞砂土，透水性較差下層河床相沉積：粗粒的砂層或砂礫石，透水性好，具有承壓性質。沖積物的

二元結構典型的二元結構沖積物特點地下水特徵河流下游沖積平原中的地下水沉積厚度小，規模小。具“二元結構”，含水層以砂礫石層為主，微承壓。

埋藏淺，上部潛水，下部微承壓水。沖積物厚度大，顆粒細，巖性複雜，南北方差異大。南方沖積平原：如長江、珠江、錢塘江等下游沖積平原。沖積物特徵

北方沖積平原：如黃河下游沖積平原沉積厚度和規模較大。平面上，同一期的沖積物粗細顆粒呈帶狀有規律分佈；多期沖積層交叉疊置，使巖性變化複雜化。剖面上，“二元結構”不發育。地下水特徵北方沖積平原：如黃河下游沖積平原潛水，埋深由現代河道或近期古河道向河間窪地或濱海方向變淺。大氣降水、地表水補給；近河道處徑流排泄，河間窪地處蒸發排泄為主。水量豐富，特別是河床處。水質：河道附近好，自兩側向河間窪地方向TDS增大；往往在局部存在一般認為是Q3晚期乾旱氣候下大陸鹽化作用形成的鹹水層（TDS＞2g/L）。河流沖積平原灤河的沖積物第二節

非可溶性基巖中的地下水

裂隙水裂隙水

成巖裂隙水 、構造裂隙水、風化裂隙水裂隙的發育與裂隙水裂隙的發育黃山黃山千山裂隙介質的特點

裂隙發育的不均勻性和方向性，使裂隙介質具有明顯的不均勻性和各向異性。

裂隙一般隨深度增加，數量減少，使裂隙介質的滲透性隨深度增加而減弱。thefirstthesecondtheforththethird滲透性具有不均勻性和各向異性運動性質十分複雜埋藏分佈不均勻形態多種多樣：面狀、層狀、脈狀特征裂隙水的一般特點

分類成因不同分為成巖過程中形成成巖裂隙水；經歷構造變動產生構造裂隙水；風化作用可形成風化裂隙水。分類面狀裂隙水層狀裂隙水脈狀裂隙水根據其埋藏分佈的特徵，將裂隙水劃分為三種類型：面狀裂隙水分佈在各種基巖表部的風化裂隙中風化裂隙水的分佈富集主要受巖性,氣候和地形條件等因素的控制。層狀裂隙水近似水準蓄水構造中的地下水當透水巖層夾有相對隔水巖層，則將阻礙地下水向深處滲流，而滯留於隔水層之上，從而形成近似水準的蓄水構造。層狀裂隙水單斜蓄水構造中的地下水單斜蓄水構造中地下水的富集條件，決定於巖層產狀與地形之間的組合關係。層狀裂隙水褶皺蓄水構造中的地下水主要形成於沉積巖區，在層狀或似層狀的火山巖地區和副變質巖地區也有分佈。其蓄水條件是在褶皺構造中，同時埋藏有透水巖層和相對隔水巖層。分為向斜蓄水構造、背斜蓄水構造。向斜蓄水構造

承壓水向斜蓄水構造

向斜山嶺：裙曲平緩，地形為山嶺。地下水從含水層出露較高的一翼接受補給，向出露較低的一翼彙集，在出露標高最低處排泄。特徵為：高翼補給，低翼排泄，中部單向徑流，最富水部位在翼部排泄區附近。承壓水向斜蓄水構造向斜凹陷軸部含水層埋藏較深，透水性差，上覆有巨厚的隔水層，地下水不能在軸部排泄，也很難從一翼向另一翼排泄。而是從翼部含水層出露區接受補給，達到飽和後，向切割含水層最深的河谷排泄。排泄在向斜翼部，補給區附近地勢最低的地方。潛水向斜蓄水構造

含水層之上沒有隔水層覆蓋的向斜，稱為潛水盆地。地下水不具有承壓性質，易於接受補給，排泄條件取決於向斜含水層被河谷切割的程度。切割愈深，愈易排泄。背斜蓄水構造

背斜軸部張裂隙帶富水：背斜軸部張裂隙發育，構成蓄水空間，兩翼及地下深處巖石透水性弱，構成相對隔水邊界，從而形成張裂隙富水帶。背斜軸部含水層富水

背斜軸部含水層富水：背斜剝蝕後，軸部強透水巖層出露地表，兩翼被不透水或弱透水巖層覆蓋，構成阻水邊界，形成軸部富水層或富水帶。翼部富水的背斜山嶺

當背斜兩翼埋藏有時代較新的透水巖層和隔水巖層時，則透水巖層中可蓄積地下水，形成背斜翼部富水構造。背斜傾沒端富水

傾伏背斜的傾沒端，張裂隙發育，有良好的富水條件，如果地形低窪，即可形成富水帶，尤其在傾沒端埋藏有強透水巖層時，富水更強。脈狀裂隙水

埋藏於構造裂隙帶中的水稱為脈狀裂隙水。同一含水帶中地下水的埋藏具有不均勻性，當斷裂帶通過脆性巖石時，裂隙發育，巖石破碎，通常是含水的；當通過塑性泥巖時，裂隙不發育並被泥質充填，形成微弱的含水層或起隔水作用。斷裂蓄水構造的富水部位ABDC角礫巖、壓碎巖帶富水斷層影響帶富水斷層交匯帶富水斷層巖塊富水裂隙水的井位確定第三節可溶性基巖中的地下水

巖溶水

巖溶水可溶性巖石在水的作用下形成的溶蝕地貌現象。儲存於可溶性巖層中的溶蝕洞穴和裂隙中的水。巖溶巖溶水巖溶發育的影響因素巖石的可溶性巖石的透水性

水的侵蝕性

水的流動性湖山灰巖溶隙巖溶落水洞地下暗河-本溪水洞巖溶水分布巖溶水的垂直分帶1-溶溝、石芽、漏斗、豎井、和落水洞2-溶洞和暗河3-形成規模很大的水平溶洞和暗河4-巖溶地貌通常不發育巖溶水的特徵

1.水量豐富但分佈不均一；2．潛水、承壓水並存；3．各方向水力聯繫有很大差異；4．補給主要來自於大氣降雨入滲、地表水入滲；排泄以集中排泄為主；5．地下水動態變化很大；6．巖溶水本身就是改造賦存環境的動力；7.巖溶水水質較好但極易受污染。概述

對地下水資源的數量、品質時空分佈特徵和開發利用條件作出科學的、全面的分析和估計，稱為地下水資源評價。它是地下水資源合理開發和管理的基礎。

地下水資源是指有使用價值的各種地下水量的總稱。概述

任何目的的供水，都對水的品質有一定的要求，沒有品質也就談不上數量。所以地下水資源評價包括數量評價和品質評價二方面。

地下水資源的特點系統性和整體性1流動性2可恢復性3調節性4系統性、整體性可恢復性地下水資源評價基本原則開採地下水引起的環境變化，以不產生公害為原則

使有限的地下水資源產生最優的社會、經濟效益

地下水資源評價以當地總水資源的分析為基礎

地下水資源評價應建立在地下水隨時間變化的基礎上局部水資源的評價應以區域地下水資源評價為前提地下水資源評價的內容

地下水水量評價:根據地下水資源形成的特徵和需水量的要求，確定開採利用地下水的方案及允許開採量，論證地下水資源的補給保證程度；

地下水水質評價:按照不同用水戶的水質要求，進行物理性質和化學成分的評價，論證當地下水開採利用之後地下水水質的變化趨勢；地下水資源評價的內容開採技術條件評價:計算在整個開採利用地下水資源的過程中，地下水位的最大下降值是否滿足開採區內各點最大的水位下降允許值；環境影響評價:闡明在開採利用地下水資源之後，由於地下水下降而引起的環境地質問題；防護措施評述:提出開採利用地下水資源時是否需要特殊的防護措施等。地下水資源量

補給量：單位時間內匯入含水層的水量。包括天然和人為補給量消耗量（排泄量）：單位時間內從含水層中排出的水量。包括天然和人為消耗量儲存量：地下水迴圈過程中，儲存在含水層中的水量。包括容積和彈性儲存量補給量及其計算

補給量是指天然狀態或開採條件下，單位時間從各種途徑進入含水系統的水量。分為：天然補給量補給增量天然補給量

是指天然條件下匯入含水系統中的水量。按補給水進入含水系統的方向，為：垂向補給側向補給是指開採條件下，除取天然補給量外，尚能奪取的額外補給量，也稱開採補給量（或誘發補給量、激發補給量、開採襲奪量等）。開採時能否奪取這部分補充量，取決於開採區水文地質條件和開採強度等因素補給增量

應以天然補給量為主，同時考慮合理的補給增量。

補給量的計算降水入滲補給量—降水入滲量，—降水量，—含水層分佈面積，—降水入滲係數—修正係數，為兩側站間水面蒸發量與兩岸浸潤帶蒸發量之和占的比率，由試驗確定—計算河道或河段的長度，m—兩測站間河段長度，m—分別為上、下游水文站實測水量，—河道滲漏補給量，河道滲漏補給量—越流補給面積，—越流補給量，或—開採層與補給層之間的水位差，—開採層與補給層之間的弱透水層垂向滲透係數，或—弱透水層的厚度，越流補給量—含水層滲透係數，—垂直於剖面方向的水力坡度；—過水斷面面積，側向補給量

灌溉水入滲補給量（1）灌溉渠系滲漏補給量：採用入滲補給係數法確定—渠系滲透補給量，—渠系滲透補給係數；—渠系有效利用係數；—渠系引水量，—修正係數（2）分渠灌和井灌回歸補給兩類、—分別為渠灌和井灌回歸補給量，、—分別為渠灌和井灌回歸補給係數；、—分別為渠灌和井灌水量，田間回歸補給量

指地下水迴圈過程中，儲存在含水層中的重力水體積。潛水含水層的儲存量稱為容積儲存量，為—地下水的儲存量，—含水介質的給水度（無因次）—潛水含水層的體積，儲存量及其計算

彈性儲存量—彈性儲存量，—儲水（或釋水）係數，（無因次）—承壓含水層的分佈面積，—自承壓含水層頂板算起的壓力水頭高度，承壓含水層永久儲存量暫時儲存量按其是否參與天然條件下水的轉換分為：永久儲存量和暫時儲存量指一定期限內的最小儲存量，即多年最低水位以下的不變重力水量，又稱靜儲量，它是一定週期內不變的儲存量。指最大與最小儲存量之差，即含水層最高水位與最低水位之間的重力水體積，又稱調節儲量。儲存量可開採量(允許開採量)

指通過技術經濟合理的取水構築物，在整個開採期內，水量和動水位不超過設計要求，水質、水溫變化在允許範圍內，不影響已建水源地的正常生產，不發生危害性工程地質現象的前提下，單位時間從水文地質單元中能夠取得的水量。第二節地下水資源評價方法

在地下水資源評價中有一項很重要的工作就是確定水源地的可開採量。常用方法有：

1、水量均衡法；

2、數值法；

3、概率統計分析法。

1、水量均衡法

水量均衡法是全面研究一定地區(均衡區)在一定時間內(均衡期)淺層地下水的補給量、儲存量和排泄量之間的數量轉化關係的平衡計算。

（1）水量均衡法的基本原理（2）應用步驟（1）水量均衡法的基本原理

對一個均衡區來說，在補給和消耗的不平衡發展過程中，任一時間段Δt內的補給量和排泄量之差，恒等於這個系統中水體積的變化量。據此可建立水均衡方程式：（2）應用步驟水量均衡法應用的具體步驟如下：第一步：劃分均衡區，確定均衡期，建立均衡方程；第二步：測定每個均衡區的各項均衡要素值；第三步：計算與評價。2、數值法

在地下水資源評價中常用的數值法有：有限差分法、有限單元法和邊界元法。

第一步：建立水文地質概念模型；第二步：建立相應的數學模型雛型；第三步：模型的校正與驗證；第四步：運用模型進行水位預報和資源評價。

3、概率統計分析法

用得最多的是回歸分析法。

H～PH～QH～Q,P

回歸分析法的應用時特別要注意：必須查明地下水動態的成因，找出最主要的影響因素。

水均衡法數值法概率統計分析法優點1.原理明確，計算公式簡單；

2.適用性強，在許多情況下均能應用；

3.是驗證其他方法的一種手段。1.可以解決許多複雜條件下的地下水資源評價問題；

2.應用電腦技術，數據處理快捷、準確；

3.儘管是近似解，但其精度完全可以滿足實際要求。1.便於弄清地下水動態要素與影響要素之間的關係，分清各種因素對地下水作用的主次;2.考慮了隨機因素的影響，便於解決複雜的水文地質問題。缺點1.均衡要素有時較多；

2.均衡要素難於準確測定；

3.對開采情況下各均衡要素的確定有時比較困難，只能計算一個較粗略的量。1.建水文地質概念模型需要進行大量的水文地質調查和勘探工作，工作量大;2.建水文地質概念模型時人為因素比較大；3.

數學模型比較複雜；

4.模型識別過程往往很長，要反復調試多次。1.要求資料的時間序列比較長;2.各統計變數的關係難於確定。適用條件1.封閉條件好，有固定邊界的含水介質;2.均衡項簡單；

3.地下水埋藏較淺，補給和消耗項較單一，易於查清的地區。1.條件複雜的大中型水源地的水資源評價；

2.模擬計算要求高、水資源評價要求全面的地區。1.有多年觀測資料，便於進行統計分析的地區；

2.水文地質條件難以查清楚的地區；

3.地下水運動要素之間的關係難以確定。評價所需的基礎資料（一）氣象、水文

1、多年（自有觀測資料以來）逐年降雨量、蒸發量；

2、模擬期的逐月降雨量、蒸發量；

3、多年逐月不同監測斷面的河水位、徑流量、水質監測資料；

4、模擬期逐月不同監測斷面的河水位、徑流量、水質監測資料。（二）地質、水文地質資料

1、足夠的地質鑽孔資料（要有鑽孔的平面分佈位置）；

2、主要地層的巖性特徵、空間分佈規律；

3、含水層系統的埋藏、分佈規律（以便作含水層的頂、底板標高等值線圖）；4、主要含水層的水文地質參數，如承壓含水層的導水系數、彈性儲水系數；潛水含水層的滲透係數、給水度；

5、含水層的水質參數，如橫向彌散度、縱向彌散度、有效給水度；

6、主要污染源分佈、主要污染物排放量、主要污染物種類及其含量、排放途徑。（三）地下水動態觀測資料

1、地下水水位觀測井的結構特徵、空間分佈位置（標在1：5萬地形圖上）；

2、模擬期內逐月地下水水位觀測資料；

3、地下水水質觀測井的結構特徵、空間分佈位置（標在1：5萬地形圖上）；

4、模擬期地下水水質（主要模擬因數）觀測資料。（四）地下水開採量資料

1、自來水公司生產井、企業自備井的分佈位置（分別標在1：5萬地形圖上）及其模擬期內逐月開採量；

2、模擬期內農業開採量統計資料。一、地下水水質評價標準及內容二、地下水水質評價方法第三節地下水水質評價一、地下水水質評價內容

1、飲用水水質評價

2、工業用水水質評價

3、農田灌溉用水水質評價二、地下水水質評價方法

1、飲用水水質評價方法

2、鍋爐用水水質評價方法

1、飲用水水質評價

好的飲用水必須滿足人們生理感覺，並無害於人體健康。（1）物理性質的要求（2）普通溶解鹽類的評價（3）對有毒成分的限制（4）對細菌及有機污染物的限制物理性狀水質指標其他物理性水質指標：總固體、懸浮固體、電導率感官物理性狀物質指標：溫度、色度、嗅和味、渾濁度、透明度一般化學指標pH、鹼度、硬度、陽離子、陰離子、總鹽含量、一般有機物質等重金屬、氰化物、多環芳烴、農藥等溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、總氧量（TOD）等毒理學指標氧平衡指標化學性狀水質指標生物性水質指標總大腸菌群數病源細菌細菌總數病毒飲用水水質評價物理性質普通鹽有毒物質細菌學指標Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+

、Fe2+

、Mn2+

、I-

等氟化物、氰化物、砷、汞、鎘、鉻、鉛、銀、硝酸鹽、氯仿、四氧化碳、苯並芘、滴滴涕、六六六等細菌總數（100個/mL）大腸桿菌數無色、無味、無臭、不含可見物、清涼可口（7℃～11℃）2、鍋爐用水水質評價方法

水在蒸汽鍋爐中總是處於高溫高壓下的，在這種條件下可能發生各種不良的化學反應，主要有成垢作用、起泡作用和腐蝕作用等。（1）成垢作用（2）起泡作用（3）腐蝕作用（1）成垢作用

水煮沸時，水中所含的一些離子、化合物可以相互作用而生成沉澱，依附於鍋爐壁上形成鍋垢，這種作用稱為成垢作用。鍋垢厚了不僅不易傳熱，浪費燃料，而且易使金屬爐壁過熱融化，引起鍋爐爆炸。成垢作用CaO、CaCO3、CaSO4、CaSiO4、Mg（OH）2、MgSiO4、Al2O3、Fe2O3鍋垢的成分：評價指標鍋垢總量H0和硬垢係數Kn（2）起泡作用

指水煮沸時在水面上產生大量氣泡的作用。如果氣泡不能立即破裂，就會在水面以上形成很厚的極不穩定的泡沫層。泡沫太多時將使鍋爐內水的汽化作用極不均勻和水位急劇地升降，致使鍋爐不能正常運轉。

評價指標

起泡係數（F）根據F指標將水分為：不起泡水半起泡水起泡水（3）腐蝕作用

由於水中氫置換鐵使爐壁受到損壞的作用稱為腐蝕作用。第一節

土的物質組成與結構、構造一、土的粒度成分二、土的礦物成分三、土中的膠體四、土中的水和氣體五、土的結構和構造土的概念土是指覆蓋在地表的沒有膠結和弱膠結的顆粒堆積物。土與巖石的區分僅在於顆粒間膠結的強弱。

固相：包括多種礦物成分組成土的骨架，骨架間的空隙為液相和氣相填滿，這些空隙是相互連通的，形成多孔介質。

液相：主要是水(溶解有少量的可溶鹽類)。

氣相：主要是空氣、水蒸氣，有時還有沼氣等。

土的三相組成

飽和土當土骨架的孔隙全部被水占滿時，稱為飽和土(saturatedsoil)

幹土當土骨架的孔隙僅含空氣時，就成為幹土(drysoil)濕土一般在地下水位以上地面一定深度內的土的孔隙中兼含空氣和水，此時的土體屬三相系，稱為濕土(unsaturatedsoil)幹土一、土的粒度成分

為利於歸納和分析各種土粒特性，根據土粒特性及其粒徑變化關係，將組成土的土粒按粒徑大小劃分為若干組，每組的粒徑變化由兩個粒徑數值限制在一定的範圍內，並且給以適當名稱。這種按粒徑大小的分組稱“粒組”或者“粒級”。 把土的各粒組在土中的重量百分含量稱為土的粒度成分，也稱顆粒級配。 一、土的粒度成分

測定土中各顆粒及粒組百分含量的過程成為粒度分析，或顆粒分析。主要方法有篩分法(動化)、比重計法、移液管法、雙洗法、虹吸比重瓶法等。其成果通常用表格和圖解（累積曲線）來表示。 把土按照粒度成分的分類稱為粒度分類。累積曲線

小於某粒徑的土粒品質累計百分數為10％時的粒徑稱為有效粒徑d10。

小於某粒徑的土粒品質累計百分數為30％時的粒徑用d３0表示。

當小於某粒徑的土粒品質累計百分數為60％時，該粒徑稱為限制粒徑d６0。

累積曲線圖的用途

形態表明土的分選性：曲線平緩，說明分選差，“級配良好”；曲線陡，說明分選好，“級配不好”。二、土的礦物成分

土中主要的礦物類型有原生礦物、次生礦物（溶於水/不溶於水）和有機物質等。 常見原生礦物有石英、正長石、斜長石、黑雲母、白雲母、角閃石、輝石、橄欖石和石榴石等。 常見次生礦物有不溶的次生SiO2、粘土礦物；難溶的方解石、中溶的石膏及一些易溶鹽(NaCl,KCl)。 有機物質有：有機殘餘物和腐殖質。三、土中的膠體

土中呈膠體狀態存在的主要礦物有次生SiO2、粘土礦物、難溶鹽、腐殖質等，它們具有膠體的特徵：有很大的表面能，微粒表面帶電，在溶液中做布朗運動，在一定條件下還能發生吸附、離子交換、膠溶、凝聚等物理化學現象。 土中呈膠體多具有膠團結構和雙電層結構。四、土中的水和氣體

按照土中氣體的存在狀態分為吸附氣體、自由氣體、密閉氣體和溶解於水的氣體等。五、土的結構和構造

土的結構是指土粒的大小、形狀、表面特徵、相互排列和連結關係。其中土的結構連結： 按照水的類型主要分為結合水連結、毛管水連結、膠結連結、冰連結等； 按土粒大小和排列又可分為（粗碎屑土和砂土的）鬆散結構和緊密結構（粘性土的）團聚結構。

土的構造是指組成土的各種不同顆粒按比例關係的排列或結構所確定的特徵的總和。

常見構造有塊石狀構造、假斑狀構造、層狀構造、交錯層狀構造和薄葉狀構造等。層狀分散結核狀裂隙狀土層由不同顏色、不同粒徑的土組成層理，是細粒土的一個重要特徵土層中土粒分佈均勻，性質相近，如砂、卵石層即為分散構造在細粒土中摻有粗顆?；蚋鞣N結核，其工程性質取決於細粒土部分土體中有很多不連續的小裂隙，裂隙的存在大大降低土體的強度和穩定性，增大透水性土的構造第二節

土的物理性質一、土的重量（比重/容重）二、土的含水性（含水量/飽和度）三、土的孔隙性（孔隙度/孔隙比/砂土的相對密度）一、土的重量——容重

土的容重(r)是指單位體積土的重量（g/cm3），常用r表示，它綜合反映土的組成和結構特徵。一、土的重量——容重

當孔隙中完全充滿水時的土的容重稱為飽和容重（rf）。 當土為幹土，孔隙中沒有水時的土的容重稱為幹容重（rd）。 三者關係：

rd≤r≤rf一、土的重量——比重

土的比重（G

）是指固體顆粒單位體積的重量。它只取決於組成土的礦物成分的輕重，與土的疏鬆、幹濕無關。

一般土的比重在2.6~2.8之間，以2.65~2.75最為常見。二、土的含水性——含水量

土的含水性是指土孔隙中的含水情況：1.含水量（含水率，W），即土的濕度，以孔隙中水的重量與幹土重量的百分比表示。二、土的含水性——飽和度2.飽和度（Sr）,即孔隙中的充水程度，以孔隙中水的體積與孔隙體積的百分比表示。三、土的孔隙性

土的孔隙性主要通過下麵二個指標反映：1.孔隙度（n），以孔隙體積與土體體積的百分比表示。三、土的孔隙性2.孔隙比（e）,即孔隙體積與土粒體積之比。 n或e值越大，說明土中孔隙總數越多，土愈疏鬆，強度愈小，愈能壓縮。 但由於土粒大小、形狀、均一程度不同，一個e值很難全面反映砂土密度，故用相對密度（Dr）來說明砂土的松密程度。

土的物理性質

砂土的密實度對其工程性質具有重要的影響。密實的砂土具有較高的強度和較低的壓縮性，是良好的建築物地基；但鬆散的砂土，尤其是飽和的鬆散砂土，不僅強度低，且穩定性很差，容易產生流砂、液化等工程事故。對砂土評價的主要問題是正確地劃分其密實度。砂土密實度的工程意義第三節土的水理性質

土的水理性質是指土粒與水相互作用表現出來的性質，包括粘性土的稠度、塑性、膨脹、收縮和崩解，以及土的透水性和毛管性等。

一、粘性土的稠度和可塑性

粘性土隨著含水量的變化，其土粒間連結的強弱程度也發生相應變化，從而表現出不同的物理狀態，如固體狀態、可塑狀態和流動狀態等。

隨含水量不同，粘性土可處於不同的物理狀態

粘性土的這種由於含水量的不同而表現出不同狀態的特性稱為稠度。 物理狀態發生變化的臨界稱為稠度界限，相應的有界限含水量w,即塑限和液限。

土的水理性質

是指土在一定條件（含水量等）下受外力作用時形狀可以發生變化，但不產生裂縫，外力移去後，仍能保持已有形狀的特性。

可塑性

土的水理性質

液限（WL）—從流動狀態轉變為可塑狀態的界限含水率，也就是可塑狀態的上限含水率；

塑限（Wp）—從可塑狀態轉變為半固體狀態的界限含水率，也就是可塑狀態的下限含水率；

縮限（Ws）—從半固體狀態轉變為固體狀態的界限含水率，亦即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變時的含水率。

界限含水率

土的水理性質

液限和塑限之差的百分數值（去掉百分號）用表示，取整數，即：反映的是土的“本身特性”，對同一類土，是定值

塑性指數

式中：IL——液性指數，以小數表示；

w——土的天然含水率。液性指數表徵了土的天然含水率與界限含水率之間的相對關係，表達了天然土所處的狀態。

土的水理性質液性指數

土的水理性質當w≤wp時，IL≤0，土處於堅硬狀態當wp＜w≤wL時，0＜IL≤1.0，土處於可塑狀態當wL＜w時，IL＞1.0，土處於流動狀態

土的水理性質我國地基規範中按塑性指數土的分類塑性指數IP≤33＜IP≤1010＜IP≤17IP＞17土的類型砂土輕亞砂土亞粘土粘土液限係數IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1稠度狀態堅硬硬塑可塑軟塑流態按液限係數粘性土稠度狀態分類二、粘性土的膨脹性1.膨脹率ep

：原狀土樣膨脹後體積的增量與原體積之比，以百分率表示:

實際多用無側膨脹的實測方法，故常用線膨脹率ePL表示，（h0、h分別為膨脹前後的高度）。

土體積因浸水增大的性能，稱土的膨脹性。2.膨脹力：膨脹產生的最大內應力，以0.1MPa表示。實測，W為荷載,N；A為土樣面積，cm2。3.膨脹含水量：指膨脹穩定後的含水量，百分數表示，測定方法同天然含水量。二、粘性土的收縮性

土在蒸發失水過程中體積減小的性能，稱土的收縮性。1.收縮界限：失水收縮到一定程度後不再繼續收縮，即為之。這一界限的含水量稱為縮限Ws。2.體積收縮率es：試樣收縮減小的體積與收縮前體積V0的比值,以百分率表之。3.線收縮率eSL：試樣收縮後的高度減小量與原高度L之比，以百分率表之。

二、粘性土的崩解性

粘性土在水中崩散解體的性能，稱崩解性。1.崩解時間—5cm3的土樣在水中完全崩 解所需要的時間。2.崩解速度—常用崩解過程中損失重量 與原重量之比和時間關係 表示。3.崩解特徵—指崩解過程中出現的各種 現象。崩解影響因素：（1）物質成分：礦物成分，粒度成分及交換陽離子成 分；（2）土的結構特徵（結構連接）；（3）含水量；（4）水溶液的成分及濃度。 一般來說：土的崩解性在很大程度上與原始含水量有關。幹土或未飽和土比飽和土崩解得要快得多。三、土的透水性和毛管性

土的透水性是指在一定的水頭壓力下，土允許水通過自身的能力。 其衡量指標是滲透係數K,基本定律為達西滲透定律。不同方向的滲透係數一般不同（各向同性與各向異性）。土的毛管性

在表面張力作用下水沿著土中細小管道（毛細管）上升到一定的高度，這就是土的毛管性。通常用毛管上升高度、毛管上升速度和毛管壓力等來表示。 第四節土的力學性質

土的力學性質是指土在外力作用下所表現的性質，主要包括土的壓縮性和抗剪性。第四節土的力學性質—壓縮性

土的壓縮性指土在壓力作用下體積壓縮變小的性能，主要的衡量指標有壓縮曲線、壓縮係數、壓縮模量等。1.壓縮曲線： 外力P作用與孔隙比e的關係曲線。2.壓縮係數（α）：指在無側膨脹條件下，孔隙比的減小與相應壓力的增加量之比，可由壓縮曲線兩點（e1,p1）,（e2,p2）求得,如圖。3.壓縮模量（ES）：指土在無側膨脹條件下，受壓方向上的應力與相應應變的比值，第四節土的力學性質—抗剪性

土的抗剪性，指土抵抗剪切破壞作用的性能，常用抗剪強度來表示。抗剪強度大小與土的粒度成分、土粒形