地下水的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng).ppt

1、5 地下水的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng),地下水系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu) 地下水類型 地下水的補(bǔ)給與排泄 地下水運(yùn)動(dòng) 地下水的動(dòng)態(tài)與平衡,5.1 地下水系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu),地下水的貯存空間 地下水流系統(tǒng) 地下水系統(tǒng)垂向結(jié)構(gòu),地下水是存在于地表以下巖(土)層空隙中的各種不同形式水的統(tǒng)稱。 一、地下水的貯存空間 1.含水介質(zhì)、含水層和隔水層 通常把既能透水，又飽含水的多孔介質(zhì)稱為含水介質(zhì),這是地下水存在的首要條件。所謂含水層是指貯存有地下水，并在自然狀態(tài)或人為條件下，能夠流出地下水來的巖體。對(duì)于那些雖然含水，但幾乎不透水或透水能力很弱的巖體，稱為隔水層。 2.含水介質(zhì)的空隙性與水理性 含水介質(zhì)的空隙性:裂隙率(KT)、巖溶率

2、(Kk)與孔隙率(n) 。含水介質(zhì)的水理性質(zhì) :與水分的貯容、運(yùn)移有關(guān)的巖石性質(zhì)稱為含水介質(zhì)的水理性質(zhì)，包括巖土的容水性、持水性、給水性、貯水性、透水性及毛細(xì)性等。,3.蓄水構(gòu)造 指由透水巖層與隔水層相互結(jié)合而構(gòu)成的能夠富集和貯存地下水的地質(zhì)構(gòu)造體。主要有：?jiǎn)涡毙钏Y(jié)構(gòu)、背斜蓄水結(jié)構(gòu)、向斜蓄水結(jié)構(gòu)、斷裂型蓄水結(jié)構(gòu)、巖溶型蓄水結(jié)構(gòu)等。 二、地下水流系統(tǒng) 地下水雖然埋藏于地下，難以用肉眼觀察，但它象地表上河流湖泊一樣，存在集水區(qū)域，在同一集水區(qū)域內(nèi)的地下水流，構(gòu)成相對(duì)獨(dú)立的地下水流系統(tǒng)。 1.地下水流系統(tǒng)的基本特征 在一定的水文地質(zhì)條件下，匯集于某一排泄區(qū)的全部水流，自成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的地下水流系統(tǒng)

3、，又稱地下水流動(dòng)系。與地表水系相比較具有如下的特征:空間上的立體性;流線組合的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性;流動(dòng)方向上的下降與上升的并存性; 區(qū)域范圍一般比較小。,2.地下水域 地下水流系統(tǒng)的集水區(qū)域,為立體的集水空間。地下水域范圍變化快,在地表上均存在相應(yīng)的補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū). 三、地下水系統(tǒng)垂向結(jié)構(gòu) 1.地下水垂向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的基本模式 包氣帶:土壤水帶、中間過渡帶及毛細(xì)水帶等3個(gè)亞帶;存在結(jié)合水(包括吸濕水和薄膜水)和毛管水； 飽和水帶:潛水帶和承壓水帶兩個(gè)亞帶,存在重力水(包括潛水和承壓水)。 2.地下水不同層次的力學(xué)結(jié)構(gòu) 分子力、毛細(xì)力和重力。 3.地下水體系作用勢(shì) 重力勢(shì)、靜水壓勢(shì)、滲透壓勢(shì)、吸附勢(shì)等

4、分勢(shì)組合為總水勢(shì)。,5.2 地下水類型,地下水基本類型的劃分 包氣帶水 飽水帶水(潛水和承壓水) 空隙水(孔隙水、裂隙水和巖溶水),一、地下水基本類型的劃分 從地理水文學(xué)角度來說，特別重視如下的分類： 1.按地下水的貯存埋藏條件分類 (1)包氣帶水 結(jié)合水（分吸濕水、薄膜水） 毛管水（分毛管懸著水與毛管上升水） 重力水（分上層滯水與滲透重力水） (2)飽水帶水 潛水 承壓水（分自流溢水與非自流溢水） 2.按巖土的貯水空隙的差異分類 (1)孔隙水 (2)裂隙水 (3)巖溶水,二 包氣帶水 1.包氣帶水的特征與包氣帶的類型 (1)包氣帶水的主要特征 包氣帶含水率和剖面分布最容易受外界條件的影響；

5、包氣帶在空間上的變化主要體現(xiàn)在垂直剖面上的差異; 包氣帶含水率變化與巖土層本身、巖土顆粒的機(jī)械組成有關(guān); (2)包氣帶的類型 厚型:土壤、中間和毛管帶. 薄型:厚度不到1米 過渡型: 2.包氣帶的水分交換與動(dòng)態(tài) 外界水分交換和內(nèi)部水分的再分配及內(nèi)排水過程,發(fā)生在上、下界面上.,三、潛水 1.潛水的概念和主要特征 飽水帶中自地表向下第一個(gè)具有自由水面的含水層中的重力水，稱為潛水. 潛水位(h)是指潛水面上任一點(diǎn)的海拔高程(m)； 潛水埋深(T)是指潛水面距地表的鉛直距離(m)； 含水層厚度(H)指潛水面至隔水底板的距離(m)； 潛水流水力坡度:是指潛水面上任意兩點(diǎn)的水位差與該兩點(diǎn)的滲透距離之比。

6、 潛水面上無隔水層,與大氣相通,壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng),不承受靜水壓力,潛水分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)基本一致。 潛水含水層通過包氣帶與地表水及大氣圈之間存在密切聯(lián)系,因此深受外界氣象、水文因素的影響,動(dòng)態(tài)變化比較大,呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化。,2.潛水面形狀及其表示方法 (1)潛水面的形狀:傾斜、拋物線形和水平等多種形狀; (2)潛水面表示方法:水文地質(zhì)剖面圖和平面圖。 3.潛水與地表水之間的互補(bǔ)關(guān)系 潛水與地表水之間的這種相互補(bǔ)給和排泄關(guān)系，稱為水力聯(lián)系。 (1)具有周期性水力聯(lián)系; (2)具有單向的水力聯(lián)系; (3)具有間歇性水力聯(lián)系. 四、承壓水 承壓水是指充滿于兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的含水層中的地下水。 1.承

7、壓水的主要特征 承壓性、分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)不同、動(dòng)態(tài)變化相對(duì)穩(wěn)定、水質(zhì)類型多樣。,2.承壓水的形成 主要取決于地質(zhì)構(gòu)造條件, 最適宜的是向斜構(gòu)造和單斜構(gòu)造. 3.承壓水等水壓線 某一含水層中承壓水位相等的各點(diǎn)的連線。 五、空隙水 1.孔隙水 埋藏于松散巖土孔隙中的重力水。透水性、給水性的變化小，運(yùn)動(dòng)呈層流狀態(tài)。 2.裂隙水 存在于巖石裂隙中的地下水。埋藏與分布極不均勻，動(dòng)力性質(zhì)比較復(fù)雜，基巖裂隙的發(fā)育具有明顯的分帶性。 3.巖溶水 在溶隙中貯存、運(yùn)動(dòng)的地下水稱.分布不均勻, 徑流動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定.地表與地下徑流及無壓流與有壓流相互轉(zhuǎn)化。,5.3 地下水的補(bǔ)給與排泄,地下水的補(bǔ)給來源 地下水徑流 地下水排

8、泄,一 地下水的補(bǔ)給來源 1.降水入滲補(bǔ)給 2.地表水入滲補(bǔ)給 3.地下水的人工補(bǔ)給 二 地下水徑流 1.地下水徑流方向與徑流強(qiáng)度 方向呈平面式、放射式、縱向或橫向運(yùn)動(dòng);強(qiáng)度即地下水的流動(dòng)速度,與透水性、水力坡度成正比,承壓水還與蓄水構(gòu)造的開啟與封閉程度有關(guān)。 2.地下水徑流類型 (1)暢流型;(2)匯流型;(3)散流型;(4)緩流型;(5)滯流型. 三 地下水的排泄 1.泉排泄 2.蒸發(fā)排泄 3.泄流排泄,5.4 地下水運(yùn)動(dòng),結(jié)合水運(yùn)動(dòng) 毛管水運(yùn)動(dòng) 重力水運(yùn)動(dòng),地下水在巖土空隙中的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象統(tǒng)稱為“滲流”.分飽和滲流和非飽和滲流.前者指飽水帶的潛水和承壓水在重力作用下運(yùn)動(dòng);后者是指包氣帶中的毛

9、管水和結(jié)合水在毛管力和骨架吸引力的控制運(yùn)動(dòng),兩種滲流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同. 一、結(jié)合水運(yùn)動(dòng) 1.結(jié)合水運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律 結(jié)合水又分為強(qiáng)結(jié)合水(吸濕水)和薄膜水(弱結(jié)合水)兩種.其中強(qiáng)結(jié)合水不能流動(dòng),所以結(jié)合水運(yùn)動(dòng)指的是屬于弱結(jié)合水的薄膜水運(yùn)動(dòng)。 2.結(jié)合水運(yùn)動(dòng)與越流滲透(5-14式) 二、毛管水運(yùn)動(dòng) 1.毛管力及毛管上升高度(5-17式) 使液體在管內(nèi)上升的濕潤(rùn)力就是毛管力。 2.包氣帶中毛管水的運(yùn)動(dòng),三、重力水運(yùn)動(dòng) 1.重力水運(yùn)動(dòng)的基本形式 線狀流(一維流): 又稱，地下水在滲流場(chǎng)中任意點(diǎn)的速度變化只與空間坐標(biāo)的一個(gè)方向有關(guān)。 平面流(二維流) : 其特點(diǎn)是地下水在滲流場(chǎng)中任意點(diǎn)的速度變化與空間坐標(biāo)上

10、的兩個(gè)方向有關(guān)。 立體流(三維流):流動(dòng)在空間3個(gè)方向上都發(fā)生變化。 2.線性滲透定律 線性滲透定律是描述重力水滲流現(xiàn)象的基本方程。最早是由法國(guó)水力學(xué)家達(dá)西通過均質(zhì)砂粒的滲流實(shí)驗(yàn)得出的。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)滲透流量Q與水位差(h1-h2)成正比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 3.滲透系數(shù)（k） 當(dāng)水力坡度I=1時(shí)，則V=k，即滲透系數(shù)在數(shù)值上等于滲流速度,表征含水介質(zhì)透水性能的重要參數(shù).,4.非線性滲透定律 達(dá)西定律雖然重要，但適用于層流狀態(tài)的水流，而且要求流速比較小,(常用雷諾數(shù)Re10表示). Q=kmAI1/m， 或 V=kmI1/m (535) 5.線性滲透定律在地下水計(jì)算中的應(yīng)用 (1)潛水完整井穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)

11、涌水量的計(jì)算 (2)承壓水完整井穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)涌水量計(jì)算,5.5 地下水動(dòng)態(tài)與平衡,影響地下水動(dòng)態(tài)的因素 地下水動(dòng)態(tài) 地下水平衡,一、影響地下水動(dòng)態(tài)的因素 1.自然因素 (1) 氣象氣候因素 (2) 水文因素 (3) 地質(zhì)地貌因素 (4) 生物與土壤因素 2.人為因素 二、地下水動(dòng)態(tài) 1.地下水動(dòng)態(tài)的地區(qū)特征 (1) 地下水動(dòng)態(tài)的地區(qū)特征 (2) 地下水動(dòng)態(tài)的垂直分異,2.地下水動(dòng)態(tài)的多年特征 P260圖 5-38,3.地下水動(dòng)態(tài)類型 (1) 滲入蒸發(fā)型 (2) 滲入徑流型 (3) 過渡型,三、地下水平衡 (Pg+R1+E1+Q1)-(R2+E2+Q2)=W (5-47) 1.潛水水量平衡方程 (P

12、g+R1+E1+Q1+Qn)-(R2+E2+Q2)=H (549) 2.承壓水水量平衡方程 3.地表水與地下水的轉(zhuǎn)化與平衡 Pg=Rs-Eg (558),6 地下水的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng),人類活動(dòng)的水文效應(yīng) 人類活動(dòng)對(duì)水體水質(zhì)的影響,6.1 人類活動(dòng)的水文效應(yīng),水利工程、農(nóng)業(yè)措施對(duì)水文要素的影響 森林水文效應(yīng) 城市水文效應(yīng) 人類活動(dòng)水文效應(yīng)的研究方法,一、水利工程、農(nóng)業(yè)措施對(duì)水文要素的影響,（一） 水庫(kù)水文影響,1.概念：,狹義：研究水庫(kù)與水文要素及變化過程之間的相互影響。,廣義：研究水庫(kù)與其周圍的自然環(huán)境的相互作用、 相互影響的問題。,2.作用：,（1）可改變流域原有的水循環(huán)系統(tǒng),（2）可改變局部的氣

13、候類型,（3）水庫(kù)壩上游水位的抬高，同時(shí)也抬高了上游地區(qū) 的地下水位，增加了水庫(kù)臨近地區(qū)的地下水補(bǔ)給量,（二）跨流域調(diào)水水文效應(yīng),1、概念：為了改變水的地區(qū)分布，將濕潤(rùn)地區(qū)的部分水量 調(diào)到較干旱缺水的地區(qū),以滿足生產(chǎn)和生活的需要。,2、跨流域調(diào)水對(duì)環(huán)境影響的過程： 調(diào)水,改變?cè)械乃那閯?shì),自然環(huán)境的變化,社會(huì)經(jīng)濟(jì)的變化,（三）小型農(nóng)田水利措施水文效應(yīng),主要包括：灌溉、排水措施、山區(qū)梯田谷坊措施、平原與區(qū) 的控制措施等,（四）農(nóng)業(yè)措施的水文效應(yīng),二、森林水文效應(yīng),概念：是指森林覆蓋對(duì)徑流、蒸發(fā)、降水等水循環(huán)要素， 及河流水情、地下水、水質(zhì)泥沙等水文現(xiàn)象的影響。,（一） 森林的攔洪作用 （二）森

14、林對(duì)流域蒸散發(fā)的影響 （三）森林對(duì)降水的影響 （四）森林對(duì)地下水的影響 （五）濫伐森林的后果,三、城市水文效應(yīng),概念：指城市化所及地區(qū)內(nèi)，水文過程的變化及其對(duì)城 市環(huán)境的影響。,（一）城市化對(duì)水文過程的影響 （二）城市水資源危機(jī) （三）城市化對(duì)水質(zhì)的影響,四、人類活動(dòng)水文效應(yīng)的研究方法,（一）水量平衡法 （二）對(duì)比分析法 （三）流域水文模擬法,6.2 人類活動(dòng)的水文效應(yīng),影響水體活動(dòng)水質(zhì)的物質(zhì)的影響 天然水體水質(zhì)惡化特點(diǎn) 水體的自凈能力 水環(huán)境容量,一、影響水體水質(zhì)的物質(zhì)來源,1、大氣降水 2、農(nóng)田排水 3、城市生活污水 4、工業(yè)廢水 5、工業(yè)廢渣和城市垃圾淋溶水,二、天然水體水質(zhì)惡化特點(diǎn),（

15、一）海洋水體水質(zhì)惡化特點(diǎn),1、污染源多而復(fù)雜 2、污染物持續(xù)性強(qiáng)，危害性大 3、污染范圍大,（二）河流水體水質(zhì)惡化特點(diǎn),1、河流水質(zhì)惡化程度隨流量的大小而變化河流的污徑比的大小反映河流的水質(zhì)惡化程度； 2、河流水質(zhì)惡化影響范圍廣河水不斷流動(dòng)，搬運(yùn)污染物質(zhì)的能力強(qiáng)，故上游遭受污染，很快就影響到下游； 3、河流水質(zhì)惡化影響大； 4、河流自凈能力強(qiáng)，水質(zhì)惡化易于控制。,（三）湖泊（水庫(kù)）水質(zhì)惡化特點(diǎn),1、湖泊、水庫(kù)污染來源廣、途徑多，種類復(fù)雜 2、湖水稀釋和搬運(yùn)污染物質(zhì)的能力弱 3、湖泊對(duì)污染物質(zhì)的生物降解、累積和轉(zhuǎn)化能力強(qiáng),（四） 地下水水質(zhì)惡化特點(diǎn),1.地下水水質(zhì)惡化過程緩慢 2.地下水的間接惡

16、化方式 3.地下水污染物濃度高 4.地下水污染難治理,三、水體的自凈能力,（一）水體惡化與自凈關(guān)系,1.水質(zhì)惡化過程 2.水替凈化過程 P圖65,（二）水體的自凈過程,概念：,廣義：指受污染的水體，經(jīng)過水中物理、化學(xué)與生物作用，使污染物濃度降低，并恢復(fù)到污染前的水平。,狹義：指水體中的微生物氧化分解有機(jī)物而使得水體得以凈化的過程。,5）不穩(wěn)定的污染物在自凈的過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化合物。如氨轉(zhuǎn)變?yōu)?亞硝酸鹽，再氧化為硝酸鹽。,6）在自凈過程的初期，水中溶解氧數(shù)量急劇下降，到達(dá)最低點(diǎn)后又緩 慢上升,逐漸恢復(fù)到正常水平。,7）進(jìn)入水體的大量污染物，如果是有毒的，則生物不能棲息，如不逃避 就要死亡，水中生物種類 和個(gè)