地下水對工程的各種作用和影響

1、第十二講地下水一、內(nèi)容提要：本講主要講述滲透定律；地下水的賦存、補給、徑流和排泄規(guī)律；地下水埋藏分類；地下水對工程的各種作用和影響、地下水向集水構(gòu)造物運動的計算、地下水的化學(xué)成分和化學(xué)性質(zhì)；水對建筑材料腐蝕性的判別。二、重點、難點：地下水運動的計算、水對建筑材料腐蝕性的判別三、內(nèi)容講解：一、地下水運動的基本定律地下水在巖石空隙中的運動稱為滲流（滲透）。發(fā)生滲流的區(qū)域稱為滲流場。由于受到介質(zhì)的阻滯，相對地表水來說，地下水的流動通常較為緩慢。水體運動時，水的質(zhì)點作有秩序、互不混雜地流動，稱作層流運動。地下水在具狹小空隙的巖土介質(zhì)（如砂、裂隙不很寬大的基巖）中流動時，重力水受介質(zhì)的吸引力較大，水的質(zhì)

2、點排列較有秩序，呈現(xiàn)層流運動。水的質(zhì)點無秩序地、互相混雜地流動，稱為紊流運動。作紊流運動時，水流所受阻力比層流狀態(tài)大，消耗的能量較多。地下水在具寬大空隙（大的溶穴、寬大裂隙）的巖土介質(zhì)中運動時，流速較大，容易呈現(xiàn)紊流運動狀態(tài)。水體流動過程中，各個運動要素（水位、流速、流向等）不隨時間改變時，稱作穩(wěn)定流。運動要素隨時間變化的水流運動，稱作非穩(wěn)定流。嚴(yán)格地講，自然界中地下水都屬于非穩(wěn)定流。但是，為了便于分析和運算，也可以將某些運動要素變化微小的滲流近似地看做穩(wěn)定流。1856年，法國水力學(xué)家達(dá)西（H.Darcy）通過大量的實驗，得到線性滲透定律。實驗是在裝有砂的圓筒中進(jìn)行的（圖16-6-1）。水由筒

3、的上端加入，流經(jīng)砂柱，由下端流出。上游用溢水設(shè)備控制水位，使實驗過程中水頭始終保持不變。在圓筒的上下端各設(shè)一根測壓管，分別測定上下兩個過水?dāng)嗝娴乃^。下端出口處設(shè)管嘴以測定流量。【例題1】水體流動過程中，各個運動要素（水位、流速、流向等）不隨時間改變時，則該流體稱作（）；該流體所作的運動為（）。穩(wěn)定流非穩(wěn)定流層流運動圖達(dá)西宴紊流運動答案：A；C；【例題2】地下水在具寬大空隙（大的溶穴、寬大裂隙）的巖土介質(zhì)中運動時，該流體為（）流體運動按（）考慮。穩(wěn)定流非穩(wěn)定流層流運動紊流運動答案.B；D；根據(jù)實驗結(jié)果，得到下列關(guān)系式：Q=K少=K血（16-6-1）式中Q滲透流量（出口處流量，即為通過砂柱各斷面

4、的流量）；過水?dāng)嗝妫ㄔ趯嶒炛邢喈?dāng)于砂柱橫斷面的面積）；h水頭損失（h=H-H，即上下游過水?dāng)嗝娴乃^差）；12L滲透路徑（上下游過水?dāng)嗝娴木嚯x）；J水力梯度（相當(dāng)于h/L,即水頭差除以滲流路徑）；K滲透系數(shù)（m/d）。上式即為達(dá)西公式。同時，由水力學(xué)已知，通過某一斷面的流量Q等于流速V與過水?dāng)嗝婷娣e（）的乘積，即：Q=血V（16-6-2）至此，達(dá)西定律也可以另一種形式表示為：V=KJ(16-6-3)V滲透速度，其余各項意義同前?，F(xiàn)就達(dá)西定律有關(guān)參數(shù)的物理意義討論如下。1水力梯度（J）水力梯度J為沿滲流途徑水頭損失與相應(yīng)滲透路徑長度的比值。水在空隙中運動時，必須克服水與隙壁以及流動快慢不同的水質(zhì)

5、點之間的摩擦阻力（這種摩擦阻力隨地下水流速增加而增大），從而消耗機(jī)械能，造成水頭損失。因此，水力梯度可以理解為水流通過單位長途滲透途徑為克服摩擦阻力所耗失的機(jī)械能。從另一個角度，也可以將水力梯度理解為驅(qū)動力，即克服摩擦阻力使水以一定速度流動的力量。既然機(jī)械能消耗于滲透路徑上，因此求算水力梯度J時，水頭差必須與相應(yīng)的滲透路徑相對應(yīng)。2.滲透速度（V）式中的過水?dāng)嗝嫦抵干爸臋M斷面積；在該面積中，包括砂顆粒所占據(jù)的面積及空隙所占據(jù)的面積；而水流實際流過的乃是扣除結(jié)合水所占據(jù)的范圍以外的空隙面積/，即：/=（16-6-4）e式中，n為有效空隙度。e有效空隙度為重力水流動的空隙體積（不包括結(jié)合水占據(jù)的

6、空間）與巖石體積之比。顯然，有效空隙度n孔隙度n。由于重力釋水時空隙中所保持的除結(jié)合水外，還有孔角毛細(xì)水乃至懸掛毛細(xì)水，因此，有效孔隙e度n給水度u。對于粘性土，由于空隙細(xì)小，結(jié)合水所占比例大，所以有效孔隙度很小。對于空隙大的巖層（例如溶穴發(fā)育的可溶巖，有寬大裂隙的裂隙巖層），nnu。既然頁不是實際的過水?dāng)嗝?，可知V也并非真實的流速，而是假想水流通過包括骨架與空隙在內(nèi)的斷面（頁）時所具有的一種假想流速。令通過實際過水?dāng)嗝鎂時的實際流速為u,即：Q=u血（16-6-5）比較以上兩式不難得到：V=Wu=血nu（16-6-6）e所以，V=nue【例題3】下列關(guān)于水力梯度的敘述，正確的是（）。水力梯度

7、為沿滲流途徑水頭損失與相應(yīng)滲透路徑長度的比值水力梯度為沿滲流途徑水頭損失與相應(yīng)滲透路徑高度差的比值水力梯度為沿滲流途徑水頭損失與相應(yīng)滲透路徑水平段長度的比值水力梯度為沿滲流途徑水頭損失與相應(yīng)滲透路徑平均截面積的比值二、地下水的賦存與補、徑、排規(guī)律地下水即是賦存于地面以下巖石空隙中的水。地下水的功能主要包括資源、生態(tài)環(huán)境因子、災(zāi)害因子、地質(zhì)營力與信息載體（張人權(quán)，1987）。巖石中的空隙是地下水儲存場所和運動通道?？障兜亩嗌佟⒋笮?、形狀、連通情況和分布規(guī)律，對地下水的分布和運動具有重要影響。巖石中的空隙可分為三類：松散巖層中的孔隙，堅硬巖石中的裂隙和可溶巖石中的溶穴。賦存于不同巖層中的地下水，由

8、于其介質(zhì)特征不同，具有不同的分布與運動特點。因此，按巖層的空隙類型區(qū)分為三種類型的地下水，即：孔隙水、裂隙水和巖溶水。【例題4】按巖層的空隙類型區(qū)分為三種類型的地下水中不包括（）。孔隙水裂隙水巖溶水承壓力答案：D（一）地下水的賦存地表以下一定深度上，巖石中的空隙被重力水所充滿，形成地下水面。地下水面以上部分稱為包氣帶；地下水面以下部分稱為飽水帶。包氣帶自上而下可分為土壤水帶、中間帶和毛細(xì)水帶。飽水帶巖石空隙全為液態(tài)水所充滿。飽水帶中的水體是連續(xù)分布的，能夠傳遞靜水壓力，在水頭差的作用下，可以發(fā)生連續(xù)運動。飽水帶中的重力水是開發(fā)利用或工程作用研究的主要對象。含水層是指能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖

9、層。隔水層則是不能透過與給出水，或者透過與給出的水量微不足道的巖層。需要引起注意的是，上述定義中并沒有給出區(qū)分含水層與隔水層的定量指標(biāo)，這是因為它們的定義具有相對性，含水層、隔水層與弱透水層的定義取決于運用它們時的具體條件。根據(jù)埋藏條件與含水介質(zhì)類型的不同，可對地下水進(jìn)行分類。地下水的埋藏條件是指含水巖層在地質(zhì)剖面中所處的部位及受隔水層（弱透水層）限制的情況。據(jù)此可將地下水劃分為包氣帶水、潛水及承壓水。按含水介質(zhì)（空隙）類型，可將地下水區(qū)分為孔隙水、裂隙水地下力K分類表表質(zhì)類型埋藏條孔隙水裂隙水巖遭水包氣帶水土壌水，局部粘性土隔水層上季節(jié)性存在的重力水（1層滯水）過路忑懸?guī)兔?xì)水及重力水裂隙巖

10、層淺部季節(jié)性存在的重力水及毛細(xì)水裸露巖溶化巖層上部巖溶通道中季節(jié)性存在的重力水潛水各類松散沉積物淺部的水裸露于地表的各類裂隙巖層中的水裸露于地表的巖溶化巖層中的水承壓水山間盆地及平原松散沉積物深部的水組成構(gòu)造盆地、向斜構(gòu)造成單斜斷塊的被掩覆的各類裂隙巖層中的水組成構(gòu)造盆地、向斜構(gòu)造或單斜斷塊的被掩覆的巖溶化巖層中的水與巖溶水（表16-6-1）。潛水：是飽水帶中第一個具有自由表面的含水層中的地下水。潛水沒有隔水頂板，或只有局部隔水頂板。潛水面為自由面，不承受大氣壓以外的任何附加壓強。從潛水面到地面的距離為潛水埋藏深度。潛水面到隔水底板的距離為潛水含水層的厚度。承壓水：是指充滿于兩個穩(wěn)定的隔水層（

11、弱透水層）之間的含水層中的地下水。承壓含水層上部的隔水層（弱透水層）稱為隔水頂板，下部的隔水層（弱透水層）稱作隔水底板。隔水頂板與隔水底板之間的距離為承壓含水層的厚度。）進(jìn)行劃分的。）進(jìn)行劃分的。上層滯水：當(dāng)包氣帶存在局部隔水層（弱透水層）時，局部隔水層（弱透水層）上會積聚具有自由水面的重力水，便是上層滯水。上層滯水分布最接近地表，接受大氣降水的補給，通過蒸發(fā)或向隔水底板（弱透水層底板）的邊線下滲排泄。雨季獲得補充，積存一定水量。旱季水量逐漸耗失。例題5】將地下水劃分為包氣帶水、潛水和承壓水，是根據(jù)（A.埋藏條件B.含水介質(zhì)類型C.水的性質(zhì)D.含水層厚度答案：A例題6】將地下水劃分為孔隙水、裂

12、隙水和巖溶水，是根據(jù)（A.埋藏條件B.含水介質(zhì)類型C.水的性質(zhì)D.含水層厚度答案：B（二）地下水的補、徑、排含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量，通過徑流將水量由補給處輸送到排泄處向外界排出的不斷往復(fù)過程即為地下水循環(huán)。在補給與排泄過程中，含水層與含水系統(tǒng)除了與外界交換水量外，還交換能量、熱量與鹽量。因此，補給、排泄與徑流決定著地下水水量水質(zhì)在空間與時間上的分布?！纠}7】決定著地下水水量水質(zhì)在空間與時間上分布的是地下水的（）。補給排泄徑流A+B+C答案：D含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的作用稱作補給。補給除了獲得水量，還獲得一定鹽量或熱量，從而使含水層或含水系統(tǒng)的水化學(xué)與水溫發(fā)生變化。地下水的補給

13、來源主要有大氣降水、地表水、凝結(jié)水，來自其他含水層或含水系統(tǒng)的水，以及與人類活動有關(guān)的補給（如：灌溉回歸水、水庫滲漏水，以及專門性的人工補給）等。大氣降水包括雨、雪、雹，在很多情況下大氣降水是地下水的主要補給方式。當(dāng)大氣降水降落到地表后，一部分變?yōu)榈乇韽搅鳎徊糠终舭l(fā)重新回到大氣圈，剩下一部分滲入地下成為地下水。大氣降水補給地下水的數(shù)量受到很多因素的影響。與降水的強度、形式、植被、包氣帶巖性、地下水的埋深等密切相關(guān)。一般當(dāng)降水量大、降水過程長、地形平坦、植被繁茂、上部巖層透水性好，地下水埋藏深度不大時，大氣降水才能大量下滲補給地下水。這些影響因素中起主導(dǎo)作用的常常是包氣帶的巖性。補給地下水的地

14、表水包括江、河、湖、海、水庫、池塘、水田等。在這些地表水體附近，地下水有可能獲得地表水的補給。河流補給地下水常見于某些大河流的下游和河流中上游的洪水期，在這樣的條件下河水往往高于岸邊的地下水位。如黃河下游鄭州市以東的沖積平原，黃河河床高出兩岸35m，在河水充分的補給下，河間洼地潛水埋深一般只有23m。在干旱地區(qū)，降水量極微，河水的滲漏常常構(gòu)成地下水主要或唯一的補給源。地表水對地下水的補給強度主要受巖層透水性的影響，同時也取決于地表水水位與地下水水位的高差，以及供水的延續(xù)時間、河水流量、河水的含泥砂量。地表水作與地下水聯(lián)系范圍的大小等因素。對于日溫差較大的干旱地區(qū)，如廣大的沙漠區(qū)，大氣降水和地表

15、水體的滲入補給量都很少，凝結(jié)水往往是該類地區(qū)地下水的主要補給來源。在一定的溫度下空氣中只能含有一定量的水蒸氣，如每立方米的空氣在10C時最大含水量為9.3克，而在5C時最大含水量為6.8克。在一定的溫度下，超過其最大含水量的水分就會凝結(jié)為液態(tài)水從空氣中分離出去。由于沙漠地區(qū)晝夜溫差很大，白天空氣中含水量可能還未達(dá)到最大值，但在夜晚溫度很低時空氣中的水汽卻出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象，多余的水汽就從空氣中析離出來，在沙粒的表面凝結(jié)成液態(tài)水滲入地下補給地下水。人工補給是地下水獲得補給的另一重要途徑。人工補給是通過人為地將地表水自流或用壓力引入含水層，以增加地下水的補給量。人工補給地下水具有占地少、造價低、易管理

16、、蒸發(fā)少等優(yōu)點，不僅可增加地下水資源，而且可以改善地下水的水質(zhì)，調(diào)節(jié)地下水、的溫度，阻攔海水的地下倒灌，減小地面沉降等。地下水的其他補給來源還有：巖漿侵入過程中分離出的水汽冷凝而成的“原生水”；沉積巖形成過程中封閉并保存在巖層中的“埋藏水”（封存水）等。這些水分布不廣，水量有限，生產(chǎn)實踐中也少見。地下水的排泄即為含水層失去水量的過程。在排泄過程中，地下水的水量、水質(zhì)及水位都會隨著排泄過程發(fā)生變化。地下水排泄的方式有：泉、河流、蒸發(fā)、人工排泄等。泉是地下水的天然露頭。地下水只要在地形、地質(zhì)、水文地質(zhì)條件適當(dāng)?shù)牡胤剑伎梢匀男问脚懦龅乇?。泉水常常是地下水的重要排泄方式之一。泉的形成主要是由于?/p>

17、形受到侵蝕，使含水層暴霹于地表；其次是由于地下水在運動過程中巖石透水性變?nèi)趸蚴艿骄植扛羲畬幼钃?，使地下水位抬高溢出地表；如果承壓含水層被斷層切割，且斷層又?dǎo)水，則地下水能沿斷層上升到地表亦可形成泉。泉水一般在山區(qū)及山前地區(qū)出露較多。在這些地段侵蝕強烈，巖層多次受褶皺、斷裂、侵入作用，形成有利于地下水向地表排泄的通道，因而山區(qū)常有泉水。平原地區(qū)一般都堆積了較厚的第四紀(jì)松散巖層，地形切割微弱，地下水很少有條件直接排向地表，所以泉很少見。根據(jù)補給泉的含水層的性質(zhì)，可將泉分為：上升泉及下降泉兩大類。上升泉由承壓含水層補給。下降泉由潛水或上層滯水補給。需要引起注意的是，僅僅根據(jù)泉口的水是否冒涌來判斷是上

18、升泉或下降泉，那是不合適的，下降泉泉口的水流也可顯示上升運動；反之，通過松散覆蓋物出露的上升泉，泉口附近的水流也可能呈下降運動。根據(jù)泉水的出露原因，下降泉可分為侵蝕泉、接觸泉與溢流泉。上升泉可分為侵蝕（上升）泉、斷層泉及接觸帶泉。蒸發(fā)是水由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的過程。地下水，特別是潛水可通過土壤蒸發(fā)、植物蒸發(fā)而消耗。對干旱氣候條件下的松散沉積物構(gòu)成的平原與盆地中，蒸發(fā)往往成為地下水的一種主要的排泄方式。影響地下水蒸發(fā)排泄的因素很多。其中主要是溫度、濕度、風(fēng)速等，同時地下水埋藏深度和包氣帶巖性等因素也對地下水蒸發(fā)排泄強度有著直接影響。此外，地下水的排泄方式還有人工排泄、不同含水層之間的排泄等。地下水徑

19、流是整個地球水循環(huán)的一部分。大氣降水或地表水通過包氣帶向下滲漏，補給含水層成為地下水，地下水又在重力作用下由水位高處向水位低處流動，最后在地形低洼處以泉的形式排出地表或直接排入地表水體，如此反復(fù)地循環(huán)就是地下水徑流的根本原因。因此，天然狀態(tài)下（除了某些盆地外）和開采狀態(tài)下的地下水都是流動的。同時地下水的補給、徑流和排泄是緊密聯(lián)系在一起的，是形成地下水的一個完整的、不可分割的過程。影響地下水徑流的方向、速度、類型、徑流量的因素主要有：1.含水層的空隙性；2.地下水的埋藏條件；3.補給量；4.地形；5.地下水的化學(xué)成分；6.人為因素。地下徑流量常用地下徑流模數(shù)M來表示，其意義為一平方公里含水層面積

20、上的地下水流量（m2/skm2，米2/秒平方公里）。年平均地下徑流模數(shù)可按下式計算：9365x86400 xF式中F地下水徑流面積（km2）；Q年內(nèi)在F面積上的地下水徑流量（m2）。地下徑流模數(shù)是反映地下徑流量的一種特征值，受到補給、徑流條件的控制，其數(shù)值大小是隨地區(qū)性和季節(jié)性而變比的。需要說明的是，在一定條件下，地下水補給、徑流和排泄是可以相互轉(zhuǎn)化的。當(dāng)一個地區(qū)自然條件發(fā)生改變或人工改變地下水狀態(tài)時，地下水的徑流方向會隨著改變，補給區(qū)和排泄區(qū)也相應(yīng)發(fā)生變化，甚至排泄區(qū)可變?yōu)檠a給區(qū)。這一點是在地下水循環(huán)研究中，應(yīng)該引起注意的?！纠}8】下列不屬于地下水排泄方式的是（）。泉河流蒸發(fā)降水答案：D【

21、例題9】影響地下水徑流的方向、速度、類型、徑流量的主要因素中不包括（）。含水層的空隙性地下水的埋藏條件地形地表植被發(fā)育情況答案：D三、地下水向取水構(gòu)筑物運動的計算地下取水構(gòu)筑物分水平取水構(gòu)筑物和垂直取水構(gòu)筑物兩大類。水平取水構(gòu)筑物有滲渠、溝、滲水管等；垂直取水構(gòu)筑物管井、大口井等。根據(jù)垂直取水構(gòu)筑物所處的含水層類型可分為泉水井和承壓井，根據(jù)井所揭露含水層的程度和進(jìn)水條件可分為完整井和非完整井?！纠}10】已知某地地層如下：層010m為粉質(zhì)粘土；層1020m為中砂層，含礫；層2025m為粘土層；層2532m為卵石層；以下為不透水泥巖。地下水位位于地表下7m,其中第層為潛水含水層，第層為承壓水含水

22、層。1、當(dāng)管井深度為22m時，該井為（）。承壓水完整井潛水完整井承壓水非完整井潛水非完整井答案：B2、當(dāng)管井深度為30m，并且只開采第層地下水時，該井為（）。承壓水完整井潛水完整井承壓水非完整井潛水非完整井答案：C抽水井抽水前，井中水位與含水層中水位齊平。當(dāng)從井中以定流量抽水時，井中水位由快到慢逐漸下降，井四周的含水層中水位也隨之逐漸下降，形成一個向外擴(kuò)展的降落漏斗。圖10-6-2（a）表示剖面上含水層中形成的水位降落漏斗，（b）表示井水位降深s隨時間t的變化過程。當(dāng)?shù)叵滤a給來源豐富時，抽水井以定流量開始抽水后，水位隨著時間不斷下降，屬非穩(wěn)定流；抽水過程進(jìn)行到一時，降深為Sy此時，抽水過程繼

23、續(xù)進(jìn)行時，降深不再隨時間增加，為穩(wěn)定流。若地下水補給來源不多，而抽水量較大，就可能在抽水期間，水位降深一直在增加，無法達(dá)到穩(wěn)定，為非穩(wěn)定流。對于地下水向取水井的穩(wěn)定流運動，可根據(jù)裘布依（Dupuit）理論進(jìn)行求解。根據(jù)裘布依的穩(wěn)定流理論，可以把在無限含水層中的抽水情況設(shè)想為一半徑為R的圓形島狀含水層的情況。島邊界上的水頭保持不變。如從井中定流量抽水，地下水經(jīng)過一定時間的非穩(wěn)定運動后，降落漏斗擴(kuò)展到島的邊界，周圍的補給量等于抽水量，則地下水運動出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。據(jù)此，襲布依假設(shè)在均質(zhì)各向同性、水平無限延伸、初始水頭水平的含水層中有一完整井，水流作軸對稱的徑向滲流，水頭在以井軸為中心的圓柱形過水?dāng)嗝嫔?/p>

24、相等。在以半徑為R的圓柱形斷面上，水頭保持不變，即降深等于零。同時水的運動符合達(dá)西定律。此時，水流有如下特征：水流為水平徑向流，即流線為指向井軸的徑向直線，等水頭面為以井為共軸的圓柱面，并和過水?dāng)嗝嬉恢?；通過各過水?dāng)嗝娴牧髁刻幪幭嗟龋⒌扔诰牧髁?。上述徑向流的水頭分布方程可表示為：（r）=0（16-6-8）drdr邊界條件為：(16-6-9a)(16-6-10)H=Ho（當(dāng)r=R時）H=hw（當(dāng)r=rw時）（16-6-9b）KMSw據(jù)此，可得承壓水完整井的穩(wěn)定流裘I布依公式：lgrw血心如丄in蘭（吟口2兀KMnv式中Sw井中水位降深；Q抽水井流量；M含水層厚度；K含水層滲透系數(shù)；rw抽水井

25、的半徑；R影響半徑。以上兩式稱為裘布依公式。依據(jù)裘布依公式可以通過利用現(xiàn)場實測的Q、s、H、R、rw值計算含水層的滲透系數(shù)K或者根據(jù)s、H、R、rw、K值預(yù)測出水量Q。潛水完整井潛水完整井的裘布依假設(shè)條件與承壓水完整井基本相同。所不同的是，潛水井抽水時形成的流線，從剖面上看在最接近水平隔水底板處流線近于水平，自下而上流線逐漸彎曲，最上面的流線是一條曲率最大的拋物線即潛水面。也可以說潛水面就是降落漏斗的界面，又稱浸潤曲線。等水位面為以井軸為中心的旋轉(zhuǎn)曲面，這些旋轉(zhuǎn)曲面便是地下水流向井的過水?dāng)嗝?。它在井附近因水力坡度大，曲彎比較大，遠(yuǎn)離水井處，水力坡度逐漸變小，等水位面近似為圓柱面。遠(yuǎn)處水流的垂直

26、流速很小可忽略不計，只考慮水平方向的流速，這樣可把復(fù)雜的三維流問題近似為二維流問題來解。故對潛水井應(yīng)用裘布依假設(shè)：認(rèn)為流向井的潛水流是近似水平的，因而等水頭面仍是共軸的圓柱面，并和過水?dāng)嗝嬉恢隆＿@一假設(shè)，在距抽水井附近一定范圍內(nèi)的區(qū)域是足夠準(zhǔn)確的。同時認(rèn)為，通過不同過水?dāng)嗝娴牧髁刻幪幭嗟龋⒌扔诰牧髁俊Ｅc承壓水完整井相似，可以導(dǎo)出潛水完整井的裘布依公式。式中R為潛水井的影響半【例題11】利用裘布依公式計列各項中結(jié)果正確的是A.dsB.d2Q17CQ32-+CO2+HO蒸干結(jié)果所得HCO-的含量只大約相當(dāng)于實際含量的一半，因此，利用分析結(jié)果計算總礦化度時，HCO-只應(yīng)取其含量的一半。3【例題1

27、4】地下水中所含各種離子、分子與化合物（不包括氣體）之總和稱為地下水的（）。總礦化度總硬度臨時硬度永久硬度答案：A酸堿度地下水酸堿度用氫離子濃度或pH值來衡量。水的離解度很小，當(dāng)水溫為22C時，一千萬（107）個水分子中僅有一個離解成H+、OH-，這時水的離子濃度積為10-14。純水中，H+和OH-的濃度是相等的，卩H+=0H-=10-7，水呈中性。水中H+的離子濃度大于OH-的濃度時，呈酸性。水的酸堿性常用pH值來表示。pH值是水中氫離子濃度的負(fù)對數(shù)值，即：Ph=-lgH+（16-6-14）當(dāng)H+為10-7時，pH=7說明水呈中性，當(dāng)H+大于10-7時，pH7，說明水呈酸性。H+小于10-7

28、時，pH7，說明水呈堿性。按pH值可將地下水劃分為五類（如表16-6-2）?！纠}15】當(dāng)?shù)叵滤腜H值為4.5時，水的類型為（）。強酸性水弱酸性水中性水弱堿性水答案：A硬度地下水中鈣鎂離子的含量是以硬度來表征的。地下水中Ca2+和Mg2+的含量超出一定指標(biāo)時，對生活和工業(yè)用水都有較大影響，它使肥皂去污力下降；在鍋爐中成垢，水垢不易傳熱，浪費燃料，甚至?xí)騻鳠岵痪鸨āＲ虼巳藗儗λ械腃a2+、Mg2+含量給予了高度的重視。水中Ca2+、Mg2+含量的多少用“硬度”概念來表示。硬度可分為總硬度、暫時硬度和永久硬度。水的類型州值強酸性水9按pH值劃分的水的類型表16-6-2總硬度：地下水中

29、的含Ca2+、Mg2+離子的總量。暫時硬度：將水加熱至沸騰，由于脫碳酸作用，使水中失去了一部分Ca2+、Mg2+，形成碳酸鹽沉淀，這部分Ca2+、Mg2+的量叫做暫時硬度。按pH值劃分的水的類型表科陽甲巳du2尤omf講解：吳新江2HCO3-+M+MCQ尹CO+HO(16-6-16),2HCO?;+Ca2+CaCO3+CO2+H3O（16-6-15）水久硬度：指水煮沸后仍留在水中的Ca2+、Mg2+含量。永久硬度等于總硬度減去暫時硬度。硬度的大小，可用毫克當(dāng)量/升或德國度（H。）為單位來表示。我國目前廣泛采用德國度（H。）表示方法。一個德國度相當(dāng)于1升水中含有10mgCaO或7.2mgMgO。

30、由于1升水中含CaO28mg相當(dāng)于1毫克當(dāng)量，所以，1毫克當(dāng)量的硬度相當(dāng)于以德國度表示的硬度2.8度，于是；知道了Ca2+、Mg2+的毫克當(dāng)量數(shù)，乘以2.8，即可換算成德國度。地下水按硬度可分為5類（見表16-6-3）?！纠}16】對于水的硬度的大小可用（）為單位來表示。A.毫克當(dāng)量B.升C.礦化度D.德國度答案：D【例題17】地下水的總硬度是指（）。地下水中的所含離子的總量地下水中的含Ca2+、Mg2+離子的總量地下水中的含Ca2+、Mg2+等所有陽離子的總量地下水中的含SO2-、Cl-等陰離子的總量4答案：B【例題18】當(dāng)?shù)叵滤挠捕葹?7.0H。時，水的類別為（）。軟水微軟水硬水極硬水答

31、案：C侵蝕性溶解在地下水中的CO，以游離形式存在，含有游離CO的地下水可對混凝土產(chǎn)生侵蝕作用。22CaCO+CO+HO=Ca2+2HCO-3上式為平衡方程式，用于維持這一平衡的CO含量稱為平衡CO。如果水中CO增加，超出平衡CO含量，反應(yīng)式就會向右進(jìn)行，直222到建立起新的平衡為止，這時新增加的CO一部分將用于形成新的條件下的平衡，另一部分還游離的CO，可促使上述平衡向右端進(jìn)行，即22促使新的CaCO的溶解。3水的類別硬度mg.N/LH。極軟水1.59.025.2某種離子的竜克當(dāng)量/升=某種離子的毫克/升某種離子的當(dāng)量這部分游離的、將消耗于溶解CaCO的CO稱為侵蝕性的CO。它能溶解混凝土中的

32、CaCO使混凝土的223結(jié)構(gòu)遭受破壞。地下水化學(xué)成分的分析內(nèi)容是與地下水的用途密切相關(guān)的，作為供水水文地質(zhì)勘察，一般進(jìn)行簡分析和全分析。此外，根據(jù)具體用途，還可以對地下水進(jìn)行專項分析。通過上述分析得到的各種離子分析結(jié)果以毫克升表示的含量。根據(jù)這一含量可求得各種離據(jù)此可以進(jìn)一歩求出某陰（陽）離子占總的陰（陽）離子的竜克當(dāng)量百分比，BP：某陰I陽）離子竜克當(dāng)量/升某陰（陽）離子的竜克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)=某陰阿離子的毫克當(dāng)量/升x1M%某陰陽）離子的毫克當(dāng)量總數(shù)/升檢驗分析結(jié)果的正確性，可以看水樣分析結(jié)果中陰離子毫克當(dāng)量升的總和是否等于陽離子的毫克當(dāng)量升的總和。分析結(jié)束后，應(yīng)出具詳細(xì)的分析報告，一個水樣的分

33、析報告應(yīng)該包括以下幾方面的內(nèi)容：子的毫克當(dāng)量數(shù)水樣采集地點及位置；2.物理性質(zhì)；3.水樣分析結(jié)果；4.試驗有關(guān)人員等內(nèi)容（詳見表16-6-4）。在水文地質(zhì)報告中，常用庫爾洛夫式表示水質(zhì)類型，其具體表達(dá)方式是：將水質(zhì)分析結(jié)果中，陰、陽離子的含量以毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)的形式分別列于一個分子式的分子及分母上，且自左至右按毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)大小順序由大到小依次排列，離子符號的右下腳標(biāo)寫明該離子的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)值，其中HCO3-寫成HCO3,SO4寫成S4,空出右下腳以填寫毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)值。離子含量低于10%毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)的略去不寫。分子式的前端，以“M”下腳標(biāo)的形式給出水體的礦化度，其單位規(guī)定為克/升?！癕”符

34、號的前面列出各種氣體及特殊元素（如Br、I等）單位為克/升。分子式的右端則表示水的溫度（T），單位為攝氏度。據(jù)此，表16-6-4中水樣的庫爾洛夫式為：CO汕洌厲Cd尹8也耳r庫爾洛夫式表明水質(zhì)特點簡單明了，所以水文地質(zhì)報告中常采用這種方法來表示水質(zhì)成分。根據(jù)庫爾洛夫式確定水的類型時，只考慮毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)大于25%的離子，如果不只一種離子超過25%，則命名時將含量小的放在前面例如上例為HCO-C1-Na型水。3【例題19】HCO-C1-Na型水的表示方法采用的是（）。3德國度式礦化度式總硬度式庫爾洛夫式答案：D五、地下水對建筑材料腐蝕性的判別（一）腐蝕類型硅酸鹽水泥遇水硬化，并且形成Ca（OH）

35、、水化硅酸鈣CaOSiO12HO、水化鋁酸鈣CaOAlO6H0等，這些物質(zhì)往往會受到地下22232水的腐蝕。根據(jù)地下水對建筑結(jié)構(gòu)材料腐蝕性評價標(biāo)準(zhǔn)，腐蝕類型有三種：1.結(jié)晶類腐蝕表16-6-4水質(zhì)分析報告表工程名稱X耳工程取樣地點.X藍(lán)路的號天氣晴到多H委托單位K工程籌建亦取樣日期1994.2.27氣溫2010實驗室編號2#取樣深度1.50m分析日期3.13.5野外編號g1,gr水樣類型報告日期1994.3.7項目每升中含量項目單位結(jié)果毫克當(dāng)量毫克當(dāng)量%陽離子K*+Na+315.4913.145657.49總硬度德國度27.22Ca=+93.644.672820.43暫時硬度德國度25.10M

36、g=t61.405.049022.08永認(rèn)硬度德國度2.12Fe=+負(fù)硬度德國度Fe3+pH值7.10NH4+Eh7mVAl=+游離co：mg/L73.80侵蝕co：mg/L0耗氧壘mg/L溶解氧mg/LH2Smg/L總堿度mg/L灼燒殘渣mg/L灼熱賊重mg/L合計470.5322.8674陰離子cr415.7111.723451.27S04=_227.842.17809.52HCO3-547.118.966039.21水的物理性質(zhì)C03=_0.00.0水溫181CNO3-氣味無N02-口味無NH3-顏色無F-透明度透明懸浮物合計1190.6622.8674合計1661.19備注試驗：XXX

37、校核：XX審核：XX根據(jù)中華人民共和國法定計量單位（中華人民共和國國務(wù)院令，1984.2.27）之規(guī)定：“物質(zhì)的量”應(yīng)以“摩爾（單位符號“mol”）來表示。但考慮到后文要介紹的庫爾洛夫式及舒卡列夫分類等方法需要用到毫克當(dāng)量有關(guān)的單位，故本教材仍將沿用毫克當(dāng)量等有關(guān)單位。為了讓大家進(jìn)一步明確各相關(guān)單位之間的換算關(guān)系，現(xiàn)將常用離子在已知mg/1為單位時，求取毫克當(dāng)量/升、摩爾/升時的轉(zhuǎn)換系數(shù)列于表16-6-5。表16-6-5元素和報告的組分FlF2元素和報告的組分FlF2H+0.992160.99216HC03_0.016390.01639K+0.025580.02558NO；0.021740.0

38、2174K+Na+0.043500.04350P0?0.031590.01057ai3+0.111190.03715HPOf0.020840.01042NH/0.055440.05544HZPO；0.010310.01031Ca+0.049900.02495OH-0.058800.05880Ms2+0.036400.01820cr0.028210.02821Fez+0.035810.01791CO/-0.033330.01666Fe3+0.053720.01791so/-0.010420.00521Pbz+0.009650.00483Br0.012520.01252Li+0.144070.14

39、407F-0.052640.05264表中：每升毫克XFl=每升毫克當(dāng)量，每升毫克當(dāng)量XF2=每升摩爾。如果地下水中SO2-離子的含量超過規(guī)定值，那么SO2-離子將與混凝土中的Ca(OH)起反應(yīng)，生成二水石膏結(jié)晶體CaSO2H0,這4242種石膏再與水化鋁酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣，這是一種鋁和鈣的復(fù)合硫酸鹽，習(xí)慣上稱為水泥桿菌。由于水泥桿菌結(jié)合了許多的結(jié)晶水，因而其體積比化合前增大很多，約為原體積的221.86，于是在混凝土中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使混凝土的結(jié)構(gòu)遭受破壞。水泥中水化鋁酸鈣含量少，抗結(jié)晶腐蝕強，因此，要想提高水泥的抗結(jié)晶腐蝕，主要是控制水泥的礦物成分。分解類腐蝕地下水中含有

40、C0和HCO-，C0與混凝土中的Ca(OH)作用，生成碳酸鈣沉淀。322Ca(OH)=CO+CaCO+HO232由于CaCO不溶于水，它可填充混凝土的孔隙，在混凝土周圍形成一層保護(hù)膜，能防止Ca(OH)的分解。但是，當(dāng)?shù)叵滤蠧0的22含量超過一定數(shù)值，而HCO-離子的含量過低，則超量的CO再與CaCO反應(yīng)，生成重碳酸鈣Ca(HCO)并溶于水，即：2332CaCO+CO=Ca2+2HCO-23上述反應(yīng)是可逆的：當(dāng)CO含量增加時，平衡被破壞，反應(yīng)向右進(jìn)行，固體CaCO繼續(xù)分解；當(dāng)CO含量變少時，反應(yīng)向左移動，32固體CaCO沉淀析出。如果CO和HCO-的濃度平衡時，反應(yīng)就停止。所以，當(dāng)?shù)叵滤蠧

41、O的含量超過平衡時所需的數(shù)量時；混凝土中的232CaCO就被溶解而受腐蝕，這就是分解類腐蝕。我們將超過平衡濃度的CO叫侵蝕性CO；地下水中侵蝕性CO愈多，對混凝土的腐蝕愈強。222地下水流量、流速都很大時，CO易補充，平衡難建立因而腐蝕加快。另一方面，HCO-離子含量愈高，對混凝土腐蝕性愈弱。地下水的酸23度過大，即pH值小于某一數(shù)值時，混凝土中的Ca(OH)也要分解，特別是當(dāng)反應(yīng)生成物為易溶于水的氯化物時，對混凝土的分解腐蝕愈強2烈。結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕當(dāng)?shù)叵滤蠳H+、NO-、Cl-和Mg2+離子的含量超過一定數(shù)量時，與混凝土中的Ca(OH)發(fā)生反應(yīng)，例如：32MgSO+Ca(OH)=Mg(

42、OH)+CaSO(石膏)224MgCl+Ca(OH)=Mg(OH)+CaCl2222Ca(OH)與鎂鹽作用的生成物中，除Mg(OH)不易溶解外，CaCl則易溶于水，并隨之流失；硬石膏CaSO，一方面與混凝土中的水化鋁酸鈣2224反應(yīng)生成水泥桿菌：3Ca0AlO6HO+3CaSO+25H0=3Ca0AlO3CaS031HO232422342另一方面，硬石膏遇水后生成二水石膏：CaSO+2HO=CaSO2HO242二水石膏在結(jié)晶時，體積膨脹，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。綜上所述，地下水對混凝土建筑物的腐蝕是一項復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在一定的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，對建筑材料的耐久性影響很大?！纠}20】地下水對建筑結(jié)構(gòu)材料的腐蝕類型中不包括()。A.結(jié)晶類腐蝕B.分解類腐蝕C.結(jié)晶分解類腐蝕D.電化學(xué)腐蝕答案：D【例題21】當(dāng)?shù)叵滤械腟O2-離子