水文地质学课件.ppt

3 3、影响孔隙度大小的因素、影响孔隙度大小的因素（1 1）颗粒的排列方式）颗粒的排列方式立方体排列，紧密，孔隙度大；立方体排列，紧密，孔隙度大；四面体排列，松散，孔隙度小。四面体排列，松散，孔隙度小。（2 2）颗粒分选程度）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，孔隙度降低。于粗大颗粒之间，孔隙度降低。（3 3）颗粒形状）颗粒形状颗粒形状不规则颗粒形状不规则排列松散排列松散孔隙度大孔隙度大（4 4）粘性土的结构和次生孔隙）粘性土的结构和次生孔隙带电粘粒带电粘粒聚合聚合结构孔隙结构孔隙 孔隙度增大孔隙度增大 次生孔隙（虫洞、根孔、干裂缝）发育次生孔隙（虫洞、根孔、干裂缝）发育孔隙度增大孔隙度增大 特点孔隙孔隙连通良好，分布均匀，在不同方向上，孔连通良好，分布均匀，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少都很接近，赋存于其隙通道的大小和多少都很接近，赋存于其中的地下水分布与流动比较均匀。中的地下水分布与流动比较均匀。裂隙裂隙 岩石岩石“骨骨架架”中的中的水水沸石水沸石水结晶水结晶水结构水结构水 岩石岩石空隙空隙中的中的水水结合水结合水强结合水强结合水弱结合水弱结合水液态水液态水重力水重力水毛细水毛细水固态水固态水 固态水固态水： 指岩石中温度在指岩石中温度在0以下的重力水。即以下的重力水。即以冰的形态出现的重力水，常分布在季以冰的形态出现的重力水，常分布在季节性和永久性冰结地区。节性和永久性冰结地区。 气态水：气态水： 以水蒸气的形成储存在地下的水。以水蒸气的形成储存在地下的水。 结合水结合水： 指受固相表面的引力大于水分子自身重力，束缚于固相指受固相表面的引力大于水分子自身重力，束缚于固相表面，不能在自身重力影响下运动的那部分水。表面，不能在自身重力影响下运动的那部分水。 强结合水：强结合水：也称吸附水或吸着水也称吸附水或吸着水. a 水分子排列紧密，不能流动水分子排列紧密，不能流动 ； b 密度大，密度大，2.0g/3,在零下在零下78时尚不能时尚不能结结冰冰； c 没有溶解能力没有溶解能力，不能溶解盐类不能溶解盐类;d不受重力作用不受重力作用,不传递导静水压力不传递导静水压力,不导电；不导电； e 很难用机械的方法把它与颗粒分开，只有当很难用机械的方法把它与颗粒分开，只有当空气中的饱和差很大或空气中的饱和差很大或105才能将他们分开才能将他们分开f具有极大的粘滞性和弹性。具有极大的粘滞性和弹性。毛细水毛细水 在岩石毛细孔隙中在岩石毛细孔隙中或孔道狭窄部分的水。或孔道狭窄部分的水。 岩石中的细小孔隙有如自然界的毛细管，岩石中的细小孔隙有如自然界的毛细管，水在其中能产生毛细运动。因此在地下水水在其中能产生毛细运动。因此在地下水面以上便形成了一个普遍的毛细上升带。面以上便形成了一个普遍的毛细上升带。 支持毛细水与悬挂毛细水支持毛细水与悬挂毛细水 支持毛细水支持毛细水 是在毛细力作用是在毛细力作用下，水从地下水下，水从地下水面沿着小孔隙上面沿着小孔隙上升到一定高度，升到一定高度，形成一个毛细水形成一个毛细水带，此带中的带，此带中的毛毛细水下部有地下细水下部有地下水支持。水支持。 悬挂毛细水悬挂毛细水 是细粒层次与粗是细粒层次与粗粒层次交互成层时，粒层次交互成层时，在一定条件下，由在一定条件下，由于上下弯液面毛细于上下弯液面毛细力的作用，力的作用，在细土在细土层中保留下的与地层中保留下的与地下水面不相连接的下水面不相连接的毛细水毛细水。四、与水分的储容和运移有关的岩石性质四、与水分的储容和运移有关的岩石性质 指岩石完全饱水时所能容纳的最大的指岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积比值。一般说来容水体积与岩石总体积比值。一般说来容水数值上与孔隙度相当。孔隙体积的多水数值上与孔隙度相当。孔隙体积的多少可用孔隙来表示。少可用孔隙来表示。%100VVWnm岩石的总体积岩石容纳水的体积（2）重量含水量（）重量含水量（Wg） 指松散岩石孔隙中所含水的重量（指松散岩石孔隙中所含水的重量（Gw）与干燥岩）与干燥岩石重量（石重量（Gs）的比值。）的比值。 Wg=Gw/Gs100% （3）体积含水量（）体积含水量（Wv） 指含水的体积（指含水的体积（Vw）与包括孔隙在内的岩石）与包括孔隙在内的岩石体积（体积（V）的比值。）的比值。 Wv=Vw/V100% （4）持水度）持水度 指饱水岩石在重力作用下释水后，岩石中保持指饱水岩石在重力作用下释水后，岩石中保持的水的体积与岩石体积之比。的水的体积与岩石体积之比。 这部分滞流在岩石空隙中不能自由释出的水包括结这部分滞流在岩石空隙中不能自由释出的水包括结合水及孔角毛细水，有时也可能包括一部分悬挂毛细合水及孔角毛细水，有时也可能包括一部分悬挂毛细水。水。 %100VVWrn岩石的总体积岩石保持水的体积（5）给水度）给水度 指地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩指地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石柱体在重力作用下释放的水的体积。石柱体在重力作用下释放的水的体积。 地下水面下降时，水位变动范围原先饱水岩石及地下水面下降时，水位变动范围原先饱水岩石及毛细水带中的水，将因重力作用而下移，并部分释毛细水带中的水，将因重力作用而下移，并部分释出。出。例：例：地下水位下降地下水位下降2m2m，1m1m2 2水平面积岩石柱体，在水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水为重力作用下释出的水为0.2m0.2m3 3（换算为水柱高度为（换算为水柱高度为0.2m0.2m），则给水度），则给水度=0.2/2=0.2/2100%=10%(0.1)100%=10%(0.1)。nmWW 最大 粗 粒 松粗 粒 松散岩石散岩石具宽大裂隙及溶穴具宽大裂隙及溶穴的坚硬岩石的坚硬岩石给水度接近容给水度接近容水度水度 决定透水性好坏的主要因素是孔隙大决定透水性好坏的主要因素是孔隙大小小 ，孔隙直径愈小，透水性愈差。孔隙直径愈小，透水性愈差。 向斜构造或单向斜构造或单斜断块被掩覆斜断块被掩覆的各类岩溶化的各类岩溶化岩层中的水岩层中的水向斜构造或单向斜构造或单斜断块的被掩斜断块的被掩覆的各类裂隙覆的各类裂隙岩层中的水岩层中的水山间盆地及平原松散山间盆地及平原松散沉积物深部的水沉积物深部的水承压水承压水裸露于地表的裸露于地表的岩溶化岩层中岩溶化岩层中的水的水裸露于地表的裸露于地表的各类裂隙岩层各类裂隙岩层中的水中的水各类松散沉积物浅部各类松散沉积物浅部的水的水潜水潜水裸露岩溶化岩裸露岩溶化岩层上部岩溶通层上部岩溶通道中季节性存道中季节性存在的重力水在的重力水裂隙浅部岩层裂隙浅部岩层季节性存在的季节性存在的毛细水及重力毛细水及重力水水土壤水土壤水局部粘性土隔水层上季节局部粘性土隔水层上季节性存在的重力水（上层滞性存在的重力水（上层滞水）过路及悬留毛细水及水）过路及悬留毛细水及重力水重力水包气水包气水带带岩溶水岩溶水裂隙水裂隙水孔隙水孔隙水类型类型p包气带： 地下水面以上，分为土壤水带、中间带和毛细水带 p饱水带：地下水面以下 1 1、根据岩层透过和给出水的能力，饱水带岩、根据岩层透过和给出水的能力，饱水带岩层可划分为含水层和隔水层。层可划分为含水层和隔水层。 空隙细小的岩层（如致密粘土、页岩）含空隙细小的岩层（如致密粘土、页岩）含的几乎是结合水，结合水在寻常条件下是不能的几乎是结合水，结合水在寻常条件下是不能移动的，这类岩层实际上起着阻隔水透过的作移动的，这类岩层实际上起着阻隔水透过的作用，所以是隔水层。用，所以是隔水层。（2 2）含水层）含水层-在水头差作用下能够透过和给在水头差作用下能够透过和给出水的岩层称为含水层。出水的岩层称为含水层。 空隙较大的岩层（如砂砾岩，发育溶洞的空隙较大的岩层（如砂砾岩，发育溶洞的可溶岩），主要含有自由水，在水头差作用可溶岩），主要含有自由水，在水头差作用下能够透过和给出水则构成了含水层。下能够透过和给出水则构成了含水层。 2 2、含水层与隔水层划分还要就实际需要来、含水层与隔水层划分还要就实际需要来定（需求大小）。定（需求大小）。 3 3、相对性、相对性 1 1、上层滞水、上层滞水-当包气带中存在局部隔水层时，在局部当包气带中存在局部隔水层时，在局部隔水层上积聚具有自由水面的自由水，这便是上层滞水。隔水层上积聚具有自由水面的自由水，这便是上层滞水。 2、潜水、潜水 潜水：潜水：饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称为潜水。潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板。为潜水。潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板。3 3、潜水面：潜水的水面为自由水面，称为潜水、潜水面：潜水的水面为自由水面，称为潜水面。面。 （1 1）从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层厚度（层厚度（H H）。）。 （2 2）潜水面到地面的距离为潜水埋深（）潜水面到地面的距离为潜水埋深（T T）。）。砂含水砂粘土泉 可以是水平、倾斜的或抛物线等，或者也可可以是水平、倾斜的或抛物线等，或者也可以是各种形状的组合。最常见的潜水面形状为以是各种形状的组合。最常见的潜水面形状为倾斜的曲面。倾斜的曲面。 受重力影响，潜水由潜水面高处向低处渗流受重力影响，潜水由潜水面高处向低处渗流形成形成“潜水流潜水流”（或称潜流），向地处的低凹（或称潜流），向地处的低凹地区（如河谷、冲沟）等排泄。地区（如河谷、冲沟）等排泄。 c潜水等水势（头）线图的用途：潜水等水势（头）线图的用途： 1）确定潜水流向）确定潜水流向 2）确定水力坡度）确定水力坡度 水力坡度是指单位渗透途经（水平距离）上水力坡度是指单位渗透途经（水平距离）上的水头损失。或者说，水力坡度是沿渗透途经的水头损失。或者说，水力坡度是沿渗透途经的水头降与渗透途经长度的比值：的水头降与渗透途经长度的比值： I=h/l I水力坡度，水力坡度，无因次量无因次量 h-渗透途经上渗透途经上两点的水位差两点的水位差（或落差），（或落差），m l-渗透途经上两渗透途经上两点的水平距离，点的水平距离，m（8）潜水流量和流速的测定）潜水流量和流速的测定 自然界中潜水运动缓慢，一般作层流运动，自然界中潜水运动缓慢，一般作层流运动，其运动规律服从达西定律，即潜水的运动速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。度与水力坡度成正比。 V=IK V渗流速度，渗流速度，cm/s或或m/d I水力坡度，无因次量水力坡度，无因次量 K渗透系数，渗透系数，cm/s或或m/d 渗透系数取决于岩性、流体性质（密度、渗透系数取决于岩性、流体性质（密度、粘度）、外界条件（温度、压力）。粘度）、外界条件（温度、压力）。 1、层间水、层间水充充满于两个隔层之满于两个隔层之间含水层中的水间含水层中的水叫层间水，亦称叫层间水，亦称地层水、自流水、地层水、自流水、承压水等。承压水等。层间水层上部的层间水层上部的隔水层称作隔水隔水层称作隔水顶板，下部的隔顶板，下部的隔水层叫做隔水底水层叫做隔水底板。板。 HM承压水位（测压水位）承压水位（测压水位）(H2)2、最适宜形成承压水的两种地质构造、最适宜形成承压水的两种地质构造 （1）向斜盆地）向斜盆地 （2）单斜地层单斜地层 a、透水层和隔水、透水层和隔水层相间分布的承压层相间分布的承压斜地斜地 b、含水层发生变、含水层发生变相或尖灭形成的承相或尖灭形成的承压斜地压斜地h=10P/层间水自溢区层间水自溢区等水头线等水头线含水层顶板含水层顶板等高线等高线地形等高线地形等高线潜水潜水承压水（层间水）承压水（层间水）埋藏条件埋藏条件浅，上部没有连续隔水层浅，上部没有连续隔水层上部有连续稳定的隔水顶上部有连续稳定的隔水顶板板补给条件补给条件 潜水含水层能在其全部分布潜水含水层能在其全部分布范围内通过包气带获得补给范围内通过包气带获得补给承压水只能在其出露的补承压水只能在其出露的补给区获得补给给区获得补给径流径流潜水面不承压，在重力作