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地下水有哪些类型_地下水的类型与特征

地球上的水以不同的物质状态(固态、液态、气态)存在于地球大气圈、生物圈、水圈和岩石圈中。通常把大气圈中的水降落到地面称为大气降水;地表上的江河、湖泊、海洋中的水称为地表水;而把埋藏在地表以下岩(土)体的孔隙、裂隙、溶隙中的水称为地下水。

一、地下水的基本概念

1.岩土的空隙及地下水的存在形式

随着岩石性质和受力作用的不同,岩土体中各种空隙的形状、多少及其连通与分布具有很大的差别,它们对地下水的分布和运动具有重要影响。根据岩土空隙的成因不同,可把空隙分为孔隙、裂隙和溶隙三大类:

(1)孔隙 松散岩土由大小不等的颗粒组成,颗粒或颗粒集合体之间的空隙,呈小孔状,称为孔隙。岩土中孔隙的发育程度常用孔隙度来表示,它是影响地下水储存能力的重要因素。

(2)裂隙 坚硬岩石(沉积岩、岩浆岩和变质岩)颗粒之间基本上不存在孔隙,仅存在由于地壳运动及其它内外地质营力作用下岩石破裂变形产生的空隙,称之为裂隙。岩石的裂隙一般呈裂缝状,其长度、宽度、数量、分布及连通性等空间上差异很大,与孔隙相比,裂隙具有明显的不均匀性。

(3)溶隙 可溶岩(盐岩、硬石膏、石膏、石灰岩、白云岩等)中的各种裂隙,由于地下水流长期溶蚀而形成的空隙称为溶隙,这种地质现象称岩溶(喀斯特)。

地下水有哪些类型_地下水的类型与特征

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岩石的空隙性

(4)地下水的存在形式

地下水有气态、液态和固态三种形式。

根据水在空隙中的物理状态,水与岩石颗粒的相互作用等特征,可将地下水存在的形式分为五种,即:气态水、结合水、重力水、毛细水、固态水。其中主要的是岩土中的毛细水和重力水,因为这两种水对地下水的工程特性有很大的作用。

岩土的水理性质是指岩石与水作用时所具有的特征,主要有容水性、持水性、给水性和透水性。

1)容水性

岩土的容水性是指岩土所能容纳一定水量的能力。容水性用容水度来表示,容水度是指岩土空隙完全被水充满时的含水量,可表示为岩土所能容纳的水的体积与岩土体积之比。

 2)持水性

岩土的持水性指在重力作用下,岩土依靠分子力和毛细力,能够保持一定液态水的能力。

常用持水度来表示,持水度是指受重力作用时岩土仍能保持的水的体积与岩土体积之比。

3)给水性

岩土的给水性指岩土中保持的水在重力作用下能够自由流出一定数量水的能力,用给水度表示。给水度是指岩土给出的水量与岩土体积之比值。给水度在数值上等于容水度减去持水度。

4)透水性

指岩土能使水下渗、通过的性能。通常用渗透系数表示。空隙的大小和多少决定着岩土透水性的好坏,但两者的影响并不相等,空隙大小经常起主要作用。透水层 指 可以透水,渗透系数较大的地层,但(目前)不一定含水。

地下水有哪些类型_地下水的类型与特征

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3.含水层与隔水层

根据岩石赋留地下水的相对状况分出含水层和隔水层。

在重力作用下能够给出并且通过相当数量水的饱水岩层或土层称含水层。含水层必须有良好的透水性能,同时又必须有一定的地质构造条件和地形条件,使地下水聚集和储存起来。此外,含水层必须有一定的补给水量。

隔水层是指在常压条件下,由于重力作用不能给出并通过相当数量水的岩层或土层。通常由黏土、粉质黏土和页岩、泥灰岩等透水性能差的岩石组成的岩层构成隔水层。隔水层对地下水的运动起着阻碍作用 。

二、地下水分类表

地下水有哪些类型_地下水的类型与特征

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1. 包气带水-上层滞水

包气带水是存在于包气带中以各种形式出现的水,它是一种局部的、暂时性的地下水。其中既有分子水、结合水、毛细水等非重力水,也有属于下渗的水流和存在于包气带中局部隔水层上的重力水(又称上层滞水)。

包气带水的特征是:完全依靠大气降水或地表水流直接下渗补给,因而多位于距地表不深的地方,以蒸发或逐渐下渗的形式排泄;分布范围有限;补给区与分布区一致;水量随季节变化,雨季出现,旱季消失,极不稳定。

2.潜水

(1)潜水是埋藏在地表以下第一个连续稳定的隔水层以上,具有自由水面的重力水。

(2)潜水的主要特征

1)潜水面以上无稳定的隔水层存在,大气降水和地表水可直接渗入补给,成为潜水的主要补给来源。因此,在大多数的情况下潜水的分布区与补给区是一致的,因而某些气象、水文要素的变化能很快影响潜水的变化,潜水的水质也易于受到污染。

地下水有哪些类型_地下水的类型与特征

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(3)潜水等水位线图

潜水面常以潜水等水位线图表示,其绘制方法与绘制地形等高线图一样。将研究地区的很多潜水人工露头(钻孔、探井、水井)和天然露头(泉等)的水位同时测定,绘在地形图上,连接水位等高的各点即是等水位线图。该图的用途如下:

A.确定潜水的流向及水力坡度。垂直于等水位线,自高等水位线指向低等水位线的方向即为流向。在流动方向上,取任意两点的水位高差,除以两点间在平面上的实际距离,即为此两点间的平均水力坡度。

3.潜水的补给、排泄和径流

含水层从外界获得水量的过程叫做补给,耗失区水量的过程叫排泄,地下水由补给区向排泄区流动的过程便是地下水的径流。

(1)潜水的补给

补给来源:大气降水、地表水、承压水、凝结水对潜水的补给以及农田灌溉水、城市工矿的生活用水和工业废水的回渗补给等。其中大气降水和地表水的入渗是潜水的主要补给源。

(2)潜水的排泄

排泄方式:以泉的形式出露地表、直接排入地表水(以上两者统称为径流排泄)、通过蒸发逸入大气(也称为垂直排泄)以及向邻近的承压含水层排泄等。

4. 承压水

(1)承压水及其特征

a.承压水是指充满在两个隔水层之间的含水层中,具有承压性质的地下水。

由于隔水顶板的存在,能明显地分出补给区、承压区和排泄区三部分。

b.补给区大多是含水层出露地表的部分,比承压区和排泄区的位置为高;承压区是隔水顶板以下,被水充满的含水层部分;排泄区为承压水流出地表或流向潜水的地段。

c.承压区中地下水承受静水压力,当钻孔打穿隔水顶板时所见的水位,称为初见水位。随后,地下水上升到含水层顶板以上某一高度稳定不变,这时的水位叫承压水位。

d.承压水位与隔水层顶板的距离称为水头,由于承压水的补给区和承压区不一致,故承压水的水位、水量、水质及水温等,受气象水文因素的影响较小。

(2)承压含水层的类型

构成承压含水层的盆地、向斜、和坳陷构造叫做自流盆地。

单斜的承压含水层叫做自流斜地。

5.孔隙水

孔隙水是储存和运动于岩土体孔隙中的地下水,多呈均匀而连续的层状分布。岩石的孔隙情况决定了孔隙水的存在条件和特征,因为岩石孔隙的大小和多少,关系到岩石的透水性并直接影响到岩石中地下水含量,以及地下水在岩石中的运动条件和地下水的水质。一般情况下,岩土的颗粒大而均匀,则含水层孔隙大、透水性好,地下水水量大、运动快、水质好;反之,则含水层孔隙小、透水性差,地下水运动慢、水质差、水量也小。

孔隙水多分布于第四系松散沉积层和坚硬基岩的风化壳中。

6.裂隙水

裂隙水是指储存和运动于岩层裂隙中的地下水。岩石的裂隙按成因可分为风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙三种类型,相应地也将裂隙水分为风化裂隙水、成岩裂隙水和构造裂隙水。

1)风化裂隙水(面状裂隙水)

是指分布在岩石风化裂隙中的地下水,多数为层状裂隙水。风化裂隙是由岩石的风化作用形成的,无一定方向,延伸短,发育密集而均匀,彼此连通,因此在一定范围内形成的地下水也是相互连通的水体,具有统一的水面,多属潜水 。

风化裂隙水多分布于出露基岩的表层,其下新鲜的基岩为含水层的下限。水平方向透水性均匀,垂直方向随深度而减弱。

2)成岩裂隙水

成岩裂隙水常赋存于具有成岩裂隙的岩层中。成岩裂隙为岩石在形成过程中所产生的空隙,一般常见于岩浆岩中。成岩裂隙水多呈层状,在一定范围内相互连通。

3)构造裂隙水

分布于构造裂隙中的地下水就称为构造裂隙水。按岩石中裂隙分布的产状,可将构造裂隙水分为层状裂隙水和脉状裂隙水两类。

当构造应力分布比较均匀且强度足够时,则在岩体中形成比较密集均匀且相互连通的张开性构造裂隙,赋存层状构造裂隙水。当构造应力分布相当不均匀时,岩体中张开性构造裂隙分布不连续,互不沟通,则赋存脉状构造裂隙水。

7.岩溶水

岩溶水又称喀斯特水是指储存和运动于可溶性岩层溶隙、溶穴中的地下水。

岩溶的发育特点决定了岩溶水的特征。岩溶水在空间的分布变化很大,甚至比裂隙水更不均匀。有的地方地下水汇集于溶洞孔道中,形成地下水很丰富的地区;而另一些地方水可沿溶洞孔隙流走,形成在一定范围内严重缺水的现象。岩溶水具有水量大、运动快、在垂直和水平方向上分布不均匀的特性,其动态变化受气候影响显著。

地下水有哪些类型_地下水的类型与特征

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8. 泉

泉是地下水的天然露头,是地下水排泄的主要方式之一。因此,它是反映岩层富水性和地下水的分布、类型、补给、径流、排泄条件和变化的一个重要标志 。按照泉的含水层性质,可将泉分为上升泉及下降泉两大类 。

(1)上升泉由承压含水层补给,水流在压力作用下呈上升运动。

(2)下降泉由潜水或上层滞水补给,水流作下降运动。

根据泉的出露条件又可分为:侵蚀泉、接触泉、溢出泉和断层泉四类。

1)侵蚀泉 是沟谷切割到含水层时形成的,含水层若为潜水则形成侵蚀下降泉;若为承压水时则形成侵蚀上升泉。

2)接触泉 是地下水自含水层和其下面隔水层的接触处涌出地表,或在侵入体与围岩接触带,地下水沿裂隙上升至地表形成的。

3)溢出泉 是指地下水在运动过程中,由于前方岩层的透水性急剧变弱,水流受阻而溢出地表形成的泉。

4)断层泉 是承压水沿导水断层上升,在地面标高低于承压水位处,涌出地表形成的。这类泉常沿断层呈线状分布。

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