地下水基础知识(地下水科普)

地下水，指的是赋存于地面以下岩石空隙中的水，狭义上指的是地下水面以下饱和含水层中的水。在国家规范《水文地质术语》(GB/T 14157-93）中，地下水指的是埋藏在地表以下各类形式的重力水。

下面了解地下水来源、分类、特点、隔层水和含水层！受益匪浅！

目录：

一、地下水的来源和赋存形式

1. 地下水的来源

2. 岩石中的孔隙和水分

3. 岩石中水有的形式

4. 与水分的储存和运移有关的岩石性质

二、地下水及其分类

1. 一般概念

2. 地下水分类

三、包气带、饱水带、含水层与隔水层

1. 一般概念

2. 含水层类型划分

3. 上层滞水和潜水

4. 层间水（承压水）

5. 潜水和承压水（层间水）相当

一、地下水的来源和赋存形式

| 一、地下水的来源

1. 渗入水

2. 沉积水

3. 在生水

4. 初生水

5. 有机成因水

| 二、岩石中的孔隙和水分

1. 岩石中的孔隙：孔隙、裂隙和溶孔

2. 有关孔隙度的几个一般概念

• 孔隙

  ：组成松散岩石颗粒或颗粒集合体之间的间隙；

• 裂隙

  ：应力作用下坚硬岩石破裂变形造成的。可包括成岩裂隙、构造裂隙和 风化裂隙；

• 溶孔（洞）

  ：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下造成的空洞；

• 孔隙度Φ

  ：某一体积V岩石中孔隙体积Vn所占比例

• Φ=Vn/V

• 裂隙率Kr

  ：裂隙体积Vr与包含裂隙在内的岩石体积V的比值

• Kr=Vr/V

• 熔岩率K：

  溶洞的体积Vk与岩石总体积V的比值

• K=Vk/V

3. 关系孔隙度大小的因素

• 颗粒的排列方式

  ：立方体排列紧密，孔隙度大；四面体排列，松散，孔隙度大;

• 颗粒分选程度

  ：分选好，孔隙度大；分选差，颗粒大小悬殊，细小颗粒充填于粗大颗粒之间，孔隙度下降;

• 颗粒形状

  ：颗粒形状不规则--排列松散--孔隙度大 粘性土的结构和次生孔隙：带电粘粒--聚合--结构孔隙--孔隙度增大--次生孔隙（虫洞、根孔、干裂缝）发育--孔隙度增大。

孔隙的特点

4. 岩石中的各类裂隙

1-分选良好，排列酥松的砂；2-分选良好，排列紧密的砂；3-分选不良的，排列紧密的砂；4-经过部分胶结的砂岩；5-具有结构性孔隙的黏土；6-经过压缩的黏土；7-具有裂隙的岩石；8-具有溶的可溶岩

| 三、岩石中水有的形式

1. 气态水：以水蒸气的形式储有地下的水；

2. 固态水：指岩石中溫度在0℃以下的重力水。即以冰的形态出来的重力水，常分布在季节性和永久性结冰的地区；了解更多请关注微信公众号：建设工程之家

3. 结合水： 指受固体表层的引力大于水分子自身重力，束缚于固态表层，不可以在自身重力关系想运动的那部分水。

• 强结合水

  ：以单独的水分子状包围在岩石颗粒表层的水。

特点：

A. 水分子排列紧密，不可以流动；

B. 密度大，2.0,在零下78℃时尚不可以结冰；

C. 沒有溶解能力，不可以溶解盐类；

D. 不受重力作用，不传递导静水压力，不导电；

E. 非常难用机械的方法把它与颗粒分开，只有当空气中饱和差非常大或105℃才能将他们分开；

F. 具有极大的粘滞性和弹性。

• 弱结合水（薄膜水）

  ：结合水的外层，因为分子力而粘附在岩土颗粒上的 水。在饱水带中，能传递静水压力，静水压力大于结合水的抗剪强度时能够运移。

特点：

A.水分子排列比不上结合水规则和紧密，水分子离岩石颗粒表层越远，结 合力越小；

B.外层被植物吸收借助于；

C.不受重力支配，不可以导电、不可以传递静水压力；

D.密度和普通水差不多，具有极大的粘滞性；

E.有较低的溶解岩能力。

4. 重力水（自由水）：在重力作用下能自由运动的地下水叫作重力水。

特点：内层重力--层流运动--外层重力水--易转为紊流运动

5. 毛细水：在岩石毛细孔隙中或孔道狭窄部分的水。

毛细水类型：

• 支持毛细水

  ：地下水面支持下有的（附着水面上的），随地下水升降而升降；

• 悬挂毛细水

  ：是细粒层次与粗粒层次交互成层时，在必需情况下，因为左右弯液面毛细力的作用，在细土层中保留下来的与地下水面不相连接的毛细水；

支持毛细水和悬挂毛细水

• 孔角毛细水

  ：是悬留于包气带中颗粒接触点上毛细水。
• 
  

6. 岩石骨架中的水：保存于矿物结晶格架中，已成为矿物构造组成的水。

岩石骨架中的水分类：

• 结晶水

  ：当矿物中的水组成比例固定不对称结晶水。
• 如石膏（

• )、芒硝(

• );

• 费石水

  ：当所含水比例可变且易脱出时称费石水。
• 如蛋白质（

• ） 、方沸石(

• );

• 结构水

  ：以OH或H的形成参与矿物组合，彼此结合紧密。只有当矿物结构 破坏后，并加热到400℃至500℃时才能分离出来的，这样的水成为结构水。 如水铝石（

• ） 、白云母（

• ）。

| 四、与水分的储存和运移有关的岩石性质

1. 一般概念

• 容水度

  ：指岩石完全饱水时，所容纳的最大的水体积与岩石总体积比值。大多数说来容水数值上与孔隙度相当。孔隙体积的多少可用孔隙来代表;

• 重量含水量（Wg）

  ：指松散岩石孔隙中所含水的重量（Gw）与干燥岩石重量（Gs）的比值。Wg=Gw/Gs*100%;

• 体积含水量（Wv）

  ：指含水的体积（Vw）与包含孔隙在内的岩石体积（V）比值。Wv=Vw/V*100%;
• 持水度（Wn）：指饱和岩石在重力作用下释水后，岩石中维持的水的体积与岩石体积之比。Wn=岩石维持水的体积（Vr）/岩石的总体积（V）*100%;

• 给水度

  ：指地下水位降低一个深度，单位水平面积岩石柱体在重力作用下释放的水的体积。

2. 关系岩石给水度的因素：

水位降低速率大--给水度小（释水滞后效应）

3. 关系岩石透水度的因素：

• 决定透水性好坏的关键因素是空隙大小，空隙直径愈小，透水性愈差。
• 当孔隙直径小于两倍结合水厚度时，在寻常情况下就不透水。
• 只有在孔隙大小相等的前提下，孔隙度才对岩石的透水性起作用，孔隙度愈大，透水性愈好。

二 、地下水及其分类

| 一、一般概念

1. 广义地下水：赋存于地面以下岩石孔隙中的水；

2. 狭义地下水：赋存于饱水带岩石孔隙中的水；

3. 地下水埋藏条件：含水岩层在地质剖面中所处的地方位置及受隔水层限制的状况下。

| 二、地下水分类

1. 按埋藏条件可分：

• 上层滞水
• 潜水
• 承压水（层间水）

三 、包气带、饱水带、含水层与隔水层

| 一．一般概念

1. 包气带：地下水面以上，包括土壤水带、中间带和毛细水带；

2. 饱水带：地下水面以下；

3. 含水层：起着阻隔水透过作用的细小的岩层，叫作隔水层；孔隙细小的岩层（如致密黏土、页岩）含的几乎是结合水，结合水在寻常情况下是不可以移动吃的，这类岩层。

4. 隔水层：一块着阻隔水透过作用的细小的岩层，叫作隔水层。空隙细小的岩层（如致密黏土、页岩）含的几乎是结合水，结合水在寻常情况下是不可以移动的，这类岩层实际上起着阻隔水透过的作用，理所当然是隔水层。

| 二．含水层类型划分

| 三．上层滞水和潜水

1. 上层滞水：当包气带中有局部隔水层时，在局部隔水层上积聚具有自由水面的自由水。

上层滞水、潜水和层间层

1.隔水层；2.透水层；3.饱水部分；4.潜水面；5.层间水测试面；6.泉（升高泉）；7.井水.实线代表井壁不进水；a.上层潜水；b.潜水；c.层间水

2. 潜水：饱水带中第一个具有自由表层的含水层中的水叫作潜水。潜水沒有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板。

3. 潜水面：潜水的水面为自由水面，叫作潜水面。

• 从潜水面到隔水底版的距离为潜水含水层厚度（H）;
• 潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层厚度（T）。

• 潜水流动方向

  ：潜水一般情况下在重力作用下由水头高的地方向水头低的地方径流；

1.砂；2.含水砂；3.黏土；4.泉；h.潜水厚度；aa.潜水面；bb.隔水底板

4. 潜水的排泄方式

• 径流排泄

  ：径流到适度地形处，以泉、渗流等形式泄出地表或汇入地表水。

• 蒸发排泄

  ：通过包气带入大气。

5. 潜水面的变化，了解更多请关注微信公众号：建设工程之家

潜水立刻通过包气带与大气圈及地表水圈发生关联。理所当然气象、水文因素的变动对它的关系相当清楚。

• 丰水季节（年份）

  ：补给量>排泄量，则潜水面升高，含水厚度升高，埋藏深度变浅；

• 干旱季节

  ：排泄量>补给量，潜水面降低，含水层厚度变薄，埋藏深度加大。因而，潜水的动态有清楚的的季节性的变化。

6. 潜水面的形状

可以是水平、倾斜、抛物线或各类形状组合。最经常遇见的潜水面形状为倾斜的曲面。受重力关系，潜水由潜水面高出向低处渗流形成“潜水流”（或称潜流），向地处的低凹地区（如河谷、冲沟）等排泄。

7. 潜水面的代表方法

• 剖面图

  ：按必需比例，在有表示性的剖面线上绘制的水文地质剖面图，其中，应代表出潜水位、含水层、隔水层厚度、岩性及其变化等。

按照等水头线图求潜水流向及水力梯度

1.砂；2.含水砂；3.黏土；4.泉；h.潜水厚度；aa.潜水面；bb.隔水底板

• 平面图

  ：即潜水势（头）和潜水等水势（头）线图

• 潜水等水势（头）线图的用途

  ：

A. 确定潜水流向

B. 确定水力坡度

水力坡度指的是指单位渗透途径（水平距离）上的水头损失。或说，水力坡度是沿渗透途径的水头降与渗透途径长度的比值：

I=H/I

I--水力坡度，无因次量

H--渗透途径上两点的水位差（或落差）

I--渗透途径上两点的水平距离

8. 潜水流量和流速的测定

自然界中潜水运动缓慢，大多数作层流运动，其运动规律服从达西定律，即潜水的运动速度与水力坡度成正比。

V=IK

V--渗流速度，cm/s或m/d

I--水力坡度，无因次量

K--渗透系数，cm/s或m/d

渗透系数取决于岩性、流体性质（密度、粘度）、外界条件（溫度、压力）

| 四、层间水（承压水）

1.隔水层；2.含水层；3.地下水测试面；4.地下水流向；5.泉（升高泉）;6.钻孔（虚线部包括进水部分）7.自喷孔；8.大气降水补给；H.与含水层顶面压力相当的高度；M.含水层

1. 层间水（承压水）

特点：

• 有稳定的隔水顶板和底板，沒有自由水面，水体承受净水压力；
• 与外界关联较差，水位、水量、水质等受气候因素的关系较小，富水性好的承压含水是理想的供水水源；
• 具有补给区、承压企业区和排泄区；
• 地下水体充满整个含水层，不然是潜水。

2. 最适宜形成承压水的两种地质构造

• 向斜盆地

• 单斜地层

A. 透水层和隔水层相间分布的承压斜地

B. 含水层发生变相或尖灭形成的承压斜地

C. 含水层被断层所阻形成承压斜地

D. 侵入体阻截承压斜地

3. 水头

• 正水头

  ：测压水位高于该点的地形高层；

• 负水头

  ：测压水位低于该点的地形高层。

A.补给区 B.承压区 C.排泄区 a.潜水区 b.自流水区

| 五、潜水和承压水（层间水）相当