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中国矿井物探网 - 矿井地质 - 地下水的基本概念及类型
 
 
地下水的基本概念及类型
信息来源:网站编辑部   添加日期:2014-9-22   浏览次数:2655
营销管理中心 苏敏敏 整理
    地下水是存在于地下沉积物或岩石空隙中的水,它是水资源的重要组成部分。我国水资源总量大致为3-3.3万亿m3/a,其中地下水资源估算为0.7m3/a。地下水还是改造地壳表层外貌的外力,尤其是在湿热气候地区具有特殊意义。
一 地下水的赋存条件
    1 岩石的空隙:地下水赋存与岩石(含沉积物)的空隙之中,空隙包括孔隙、裂隙和洞穴。如下图一所示。岩石颗粒之间的空隙,称为孔隙;可溶性岩石受溶蚀后形成的孔洞成为洞穴或溶洞;岩石的裂缝即为裂隙。孔隙的数量用孔隙度表示,它是某一体积沉积物或岩石(包括孔隙在内)中孔隙体积所占的比例。如以n表示孔隙度,Vn表示孔隙度体积,V表示沉积物或岩石体积,其表示式为:
图一 沉积物及岩石的各种空隙
    影响孔隙度的主要因素有四:第一,颗粒的粗细。粗者孔隙度低,细者孔隙度高。第二,分选程度。分选好者孔隙度高,分选差者孔隙度低。如颗粒均匀的砂和砾石其孔隙度为30%-35%。而砂与砾石混合物的孔隙度为15%-20%。第三,颗粒的形状。于球形者孔隙度高,不规则形状者孔隙度低。第四,胶结程度。胶结程度差者孔隙度高,胶结程度好者孔隙度低。此外,颗粒排列的疏密程度对孔隙度也有影响。
    岩石中裂隙的数量用裂隙率表示,它是岩石中裂隙的总体积和岩石总体积之比。岩石中洞穴的数量则以喀斯特率度量,它是溶洞总体积和岩石总体积之比。
    2 岩石的透水性:井的出水量差别很大,有的井一天出水几千吨,有的出水少,有的几乎不出水。出水量不同的重要原因在于岩石的透水能力即透水性不同。透水性强的岩石出水量大,反之则小。在空隙连同的前提下,决定岩石透水性的主导因素是空隙大小,其次是空隙多少。如果岩石空隙细微,其空隙数量虽多,水则难于或者根本无法透过,这种岩石称为不透水岩层或隔水层,如淤泥和粘土。如果岩石空隙粗大并互相连通,水能自由透过,这种岩层称为透水层。透水层中如饱含地下水则称为含水层。
    3 地下水面:水井挖到某一深度,就有水自井壁和井底渗出,汇成一个水面。相邻水井的水面是一个连续的面,即地下水面。此面以上岩石的空隙中充气,液态水不饱和,称为包气带;地下水面以下的岩层空隙中充满水,称为饱水带。地下水面就是饱水带的顶面。
二 地下水的化学成分
    地下水是流动的。它一方面通过各种形式流失,另一方面通过一定的渠道得到补充。
    含水层从外界获得水称为补给。大气降水是最重要的补给来源。因此,降水量的多少、包气带的岩石性质和厚度是影响地下水补给的主要因素。此外,水位高于地下水面的河流和湖泊也补给地下水。然而,如河流与湖泊的水位低于地下水面,地下水反而向河湖排泄。进入土壤孔隙的大气中的水汽冷凝形成的凝结水对干旱沙漠地区的地下水有一定的补给意义。此外,农田灌溉用水及其它含水层的水也能起补给作用。
    含水层失去水称为排泄。排泄主要是通过泉以及蒸发;此外,还有人工排泄、——开采地下水。
    泉是地下水的天然露头。山区及丘陵区的沟谷、山麓、以及冲积扇的边缘常常可以见到泉。平原区泉就少得多了。
    泉可以分为两类:水流具有压力而向上运动者称为上升泉,如喷泉。水流不具压力,仅受重力驱使而向下运动者称为下降泉。
    泉的形成是由:含水层被侵蚀;地下水在流动中遇到透水性弱的岩石或隔水层阻拦;由于断层使隔水层阻挡地下水流;地下水沿导水断层上升。举世闻名的泉城——济南,有一百多个泉,都是因为市区北侧地下水遇闪长岩及辉长岩体受阻,被迫上升而出露地表而形成,大多数具有上升泉性质。
地下水从补给区向排泄区流动成为地下径流。地下水在岩石的有限空隙中运动受到较大的摩擦阻力,使运动速度缓慢,而且愈向深部愈慢。这是因为随着深度的增加,岩石透水性减弱及水的运动途经增大,并在一定深度,水的交替运动就停息了。
三 地下水的类型划分
(一)根据地下水掩藏条件划分的类型
    1 包气带水:包气带中含有的水。它可以是以气体状态存在的气态水,因静电引力而存在的毛细管水,以及“过路”重力水等。过路重力水出现于雨后不久,这是水的重力影响大于固体质点表面对水的引力,因而水向下运动。包气带水处在地表最上层,与植物生长、土壤的物理性质关系密切。
如果包气带中有局部隔水层存在,隔水层以上的透水层中可局部蓄水,这种水称为上层带水。它能自由流动,可以为人们所取用,但水量不大,并受气候影响而有明显的季节性变化。在补给充沛的季节它的水量较大,在干旱季节水量减少,甚至消失,在地形切割处它能以泉的形式排泄。
    2 潜水:地面以下第一个稳定隔水层上面的饱和水。它的上面一般没有隔水层,而是通过包气带和大气相通。潜水具有自由的表面,称为潜水面,即地下水面。
    潜水面和下伏隔水层顶板之间的距离称为潜水层厚度;潜水面到地面的距离称为潜水的埋藏深度。
    潜水面有高低起伏,一般说,地下水是顺着潜水面的倾斜方向从高处向低处流动,运动的速度每天数厘米或每年若干米。取决于潜水面的坡度和岩石空隙的大小。
    深部的水因受到上覆岩层的强大压力也可以向上运动流向压力小的河、湖之中。
    潜水产出在孔隙、裂隙或洞穴中,分布广泛。潜水的埋藏状况决定于自然地理环境和地质条件。山区地形强烈割切,潜水埋藏深度较大,可达十余米,几十米或更深;平原区地形平坦,切割微弱,潜水埋藏浅,一般在几米以内。统一地区潜水的埋藏深度随着季节也有变化。雨季的补给充分,潜水面上升,埋藏深度变浅,水量丰富;干旱季节则出现相反情况。与此相应的是:在雨量丰富及地形切割强烈的地区,潜水的循环和更新较快;在干旱气候地区潜水因蒸发而浓缩,其矿化度较高。潜水由于埋藏浅,分布广泛,是常用的水源。一般民用井都是取用潜水。
    3 承压水:充满于上、下两个稳定隔水层间的含水层中的地下水。承压水因被围限在两个隔水层之间,承受着静水压力。如钻孔打穿隔水层顶板,水便能沿着钻孔上升甚至能够喷出地表,成为自流井。如地形条件不利,则承压水只能上升到含水层顶板以上的某一高度。
    承压水是在岩性、地质构造、地形等条件相互配合下形成的,其中地质构造有决定性意义。最适宜的地质构造是向斜盆地或单斜盆地。向斜盆地含水层中心部分埋没于隔水层之下,两端出露于地表。含水层从高位一侧的补给区获得补给,向低位一侧的排泄区排泄,中间是承压区。在补给区和承压区之间地下水有水位差,产生水头压力,故在排泄区形成上升泉。
    从总体看,承压水含水层面积较大,水量较丰富,排泄范围有限,动态比较稳定。因此,它是比较理想的地下水源。
    承压水只有在含水层出露于地表或与地表连通处才能获得补给。当补给受到限制,特别是深部承压水补给条件更差时,它被迅速而大量开采后,易出现水位持续下降,甚至枯竭现象。因此,不能认为压力高的承压含水层就是最好的含水层,也绝不能认为这种水源可以“取之不尽,用之不竭”。
(二)根据含水层空隙性质划分的类型
    1 孔隙水:存在于孔隙中。她多呈均匀而连续的层状分布,构成具有统一水力联系的含水层,广泛见于第四纪松散沉积物及一部分基岩中。
    2 裂隙水:存在于岩石裂隙中。裂隙的规模、密集程度、张开程度、连通程度各不相同,因之裂隙水的分布不均匀。它的水力联系较差,水的运动受裂隙方向及其连通程度制约和补给条件的影响,因而裂隙水在不同部位的富水程度相差悬殊,同一岩层中相距几米的井,可能一井有水,另一井水少或无水。如裂隙发育密集、均匀且相互连通,则水的分布相对均匀,可联系称为整体,有统一的水位,称为层状裂隙水;如裂隙稀疏,且分布不均匀,彼此隔绝或仅局部连通,则地下水呈脉状分布,一般缺乏统一的水位,称为脉状裂隙水。裂隙水埋藏深浅不一可能承压也可能无压,主要决定于埋藏条件。
    3 喀斯特水:存在于可溶性岩石的溶蚀裂隙、洞穴、暗河中。它的分布较裂隙水更不均匀,但相对集中且流动迅速,可能承压也可能不承压。它的水量往往比较丰富,常可作为大型供水水源。但是它也是采矿的主要障碍。
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