地下水的赋存与分类
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发布时间：2022-04-22 03:30
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时间：2023-07-18 23:07
(一)地下水的赋存
1.岩石的空隙
自然界的岩石,无论是松散沉积物还是坚硬的岩石,都具有大小不一、多少不等、形状各异的空隙。岩石的空隙是地下水的储存场所,又是地下水的运动通道。空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律,决定着地下水的埋藏、分布和运动特点。岩石的空隙按成因不同分为三类,即松散岩类的孔隙、坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴。
图4-2 水循环示意图
2.岩石中水的存在形式
岩石空隙中存在着各种形式的水(图4-3)。按物理性质的不同,分为气态水、结合水、毛细水、重力水和固态水。其中重力水是水文地质学研究的主要对象。
图4-3 岩石空隙中各种形态的水
上述各种形态的水在地壳岩石空隙中的分布是有一定规律的。当我们在砂土层挖井,开始挖时,看来砂土层是干的,但其中就存在气态水和结合水,再往下挖时其颜色渐渐变暗、潮湿,说明土中已存在毛细水了。随井的加深,潮湿程度加大,毛细水量增多,虽然井壁已经很湿了,但井中却没有水,这是因为毛细水的弯液面阻止着毛细水进入井中。再往下挖一定深度,水便开始渗入井中,逐渐形成一个自由水面,这个水面就是地下水面,以下主要就是重力水了。地下水面以下岩土孔隙全部被水饱和,称为饱水带。地下水面以上,孔隙未被水饱和,包含有与大气连通的气体,故称为包气带。
(二)含水层、隔水层与弱透水层
自然界的岩石和土壤大多为多孔介质,它们本身的空隙性有很大差异,有些能含水,有些不含水,有的含水但很难透水。饱和带中的岩层,根据其透过和给出水的能力,可分为含水层、隔水层和弱透水层(图4-4)。
含水层是能够透过并给出相当数量水的岩层,它对于供水及防治地下水害有实际意义;隔水层是不能透过又不能给出水,或者它给出或透过的水量微不足道的岩层,它起着阻隔重力水通过的作用;弱透水层是指渗透性相当差的岩层,在一般的供排水中它所能提供的水量微不足道。
图4-4 含水层与隔水层
含水层与隔水层的划分是相对的,两者并没有绝对的界线,在一定条件下它们可以相互转化,如黏土层由于孔隙细小,饱含结合水,不能透水与给水,一般起隔水层作用。但在较大的水头压力下,部分结合水发生运动,从而转化为含水层。从广义上讲,自然界没有绝对不透水的岩层。
(三)地下水的分类
根据含水介质的不同可将地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水(图4-5)。
图4-5 地下水的类型
根据地下水埋藏条件的不同可将其分为包气带水、潜水和承压水(图4-6)。
(四)地下水的运动
1.渗流
地下水在岩石空隙中的运动称为渗流或渗透。如图4-7所示,人们用一种假想的水流来代替岩石空隙中运动的真实水流来研究地下水在岩石空隙中的运动。
图4-6 包气带水、潜水和承压水(http://www2.jszue.e.cn)
图4-7 渗流运动示意图(邹立芝,1991,有修改)
2.渗流基本定律——达西定律
地下水运动的规律即渗透的基本定律,是法国水力学家达西在实验室中对水在砂中的渗透进行大量实验后建立的(图4-8),故称为达西定律。根据实验结果,得出下列关系式:
地质与环境保护
式中:Q为渗透流量,m3/d;K为渗透系数,m/d;F为过水断面面积,m2;H1-H2为断面1、2处的水头值,m;L为渗流长度(断面1、2的间距);(H1-H2)L/=I,称为水力坡度,无因次。
由水力学知,Q、v、F三者之间的关系为:Q=vF,所以有
地质与环境保护
式中:v为渗透流速,m/d。
以上两式就是达西公式,它表明渗透流量或渗透速度与水力坡度成正比,所以称为线性渗透定律。绝大多数地下水的运动都服从达西定律。
图4-8 达西实验示意图(http://www2.sjuze.e.cn)
