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第三篇矿床水文地质hydrogeology,第 11章 地下水基本知识,11.3地下水分类及各类地下水的特征 1.概述 2.按埋藏条件分类的各类地下水特征(1)上层滞水(2)潜水(3)承压水 3.按含水层空隙性质分类的各类地下水特征(1)孔隙水(2)裂隙水(3)岩溶水,黄河壶口瀑布,1.概述,地下水存在和运动于岩石的空隙中。由于各地区自然地理和地质条件的差异，导致地下水在成分、物性、循环条件及动态变化等方面会有所不同。为了在生产实践中合理地利用地下水，有效地防治地下水，在对地下水各方面特征进行综合分析的基础上，对其进行科学合理的分类是非常必要的。,1.概述,地下水受诸多因素的影响，各种因素的组合错综复杂，因此，出于不同的目的或角度，人们提出了各种各样的地下水分类。,概括起来主要有两种：,不论哪种类型的地下水，均可按其含水层的空隙性质分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。,1.概述,1.1,1.概述,1.2 地下水质量分类 依据我国地下水水质现状、人体健康基准值及地下水质量保护目标，并参照了生活饮用水、工业、农业用水水质最低要求，将地下水质量划分为五类。,类：反映地下水化学组分的天然低背景含量。适于各种用途。类：反映地下水化学组分的天然背景含量。适于各种用途。类：以人体健康基准值为依据。主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水。类：以农业和工业用水要求为依据。除适用于农业和部分工业用水外，适当处理后可作生活饮用水。类：不宜饮用，其他用水可根据使用目的选用。,1.概述,地下水质量分类指标,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,含水层和隔水层 所谓含水层是指储存有地下水并在自然条件或人为条件下，能流出水来的岩石，由于这种含水的岩石大多呈层状，所以叫做含水层，如砂层、砂卵石层等等。,有些岩层虽然含水但几乎不透水或透水很弱，称为隔水层，如粘土、页岩等。隔水层通常可分两种：一为致密岩石，其中没有空隙，既不含水，也不透水；另一种是孔隙度很大，但孔隙直径很小，孔隙中存在的水绝大部分是结合水，在常压下不能靠重力自由流出，因此也不能透水。,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,含水层存在的条件：岩层有储水空间：即有孔隙、裂隙和溶隙等空隙。有储存和聚集地下水的地质构造：即下部要有隔水层托住重力水，并在水平方向上具有某种隔水边界，使之不致完全流失，水能在岩层空隙中保存住，从而形成含水层。亦即透水岩层与隔水岩层组合起来，才能成为含水层。如单斜岩层不利于地下水聚集和埋藏，只能是透水层。而向斜构造能大量聚集地下水。要有足够的水源，使储水空间能不断地获得补给，方能成为含水层。,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,是埋藏在离地表不深，包气带中局部隔水层上的重力水。上层滞水一般分布不广。季节性存在，雨季出现，干旱季节即告消失，其动态变化与气候及水文因素的变化密切相关。,(1)上层滞水（perched water）,上层滞水,补给来源分布范围可利用性采矿影响,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,(2)潜水(ground water)1）概念 埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水。潜水在自然界分布极广，埋藏于第四纪松散沉积层的孔隙、坚硬基岩的裂隙及可溶岩的岩溶溶洞内。,潜水面b-b 潜水的自由表面;潜水埋藏深度h1 潜水面至地表的距离;潜水含水层厚度 M 自潜水面至隔水层顶面的距离潜水位H 潜水面上任一点的标高,2)潜水的特征,补给：大气降水、凝结水、地表水分布：比较大，与补给区基本一致，潜水在自然界分布极广，埋藏于第四纪松散沉积层的孔隙、坚硬基岩的裂隙及可溶岩的岩溶溶洞内。性质：无压水运移：重力作用下高水位向低水位利用与防治：,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,(2)潜水 3）潜水面形状,在自然界中，潜水面的形状因时因地而异，它受地形、地质、气象、水文等各种自然因素和人为因素的影响。一般情况下，潜水面不是水平的，而是向着邻近洼地（如冲沟、河流、湖泊等）倾斜的曲面，这种曲面与地形有一定程度的一致性。只有当盆地或洼地中潜水集聚而潜水面呈水平状态时，则形成潜水湖。,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,(2)潜水 3）潜水面形状 潜水流 潜水湖,4）潜水等水位线图,确定潜水流向：地下水的流向为垂直等水位线的方向,由高水位流向低水位。,确定潜水埋藏深度：将地形等高线和等水位线绘于同一张图纸上，等水位线与地形等高线相交之点，二者高度之差即为该点潜水的埋藏深度。,潜水等水位线图,确定潜水与地表水间的关系：,确定引水和排水工程位置：如水井应布置在地下水流汇集的地方，排水沟(截水沟)应布置在垂直水流的方向上。,(2)潜水,5）潜水的补给、排泄、径流,在天然条件下，潜水由大气降水获得补给，通过非饱和带渗入地下饱和带；地下水的补给也可以通过地表水体获得。,饱和带的地下水以泉、溪流、湖泊、湿地和植物蒸发蒸腾等形式进行排泄。,潜水的补给、排泄、径流,潜水等水位线图练习,潜水等水位线,地形等高线,85,73,试求:(1)A、B、C点的潜水埋藏深度(2)A-B间的平均水力坡度。,潜水等水位线图练习,潜水等水位线,地形等高线,85,73,A B Ch1 7 7 2IA-B=(78-73)/1000=0.005,练习答案,2.按埋藏条件分类的各类地下水特征,（3）承压水（pressure water)1）概念 承压水是充满于两个隔水层间的重力水，又称为自流水。,含水层,补给区,承压区,（3）承压水,美国黄石公园的间歇泉（由承压水排泄形成的上升泉）,（3）承压水,西藏羊八井热喷泉（由承压水排泄形成的上升泉）,（3）承压水,2）特征 补给区 排泄区 承压区,初见水位（H0）数值上等于含水层顶板标高。测压水位(静止水位,H)钻孔打穿含水层顶板，水位上升后稳定的水位标高。承压水头（hp）某点测压水位到初见水位的垂距。含水层厚度（M）含水层顶面与底面的垂直距离。,补给区,排泄区,承压区,（3）承压水 3）承压水的形成条件-构造条件,自流盆地,断块构造 岩性变化,自流斜地,水量、水质采 矿 危 害,（3）承压水 4）承压水等水压线图,1)确定承压水流向2)确定初见水位 H03)确定测压水位 H4)确定水力坡度I 5)确定承压水埋藏深度 h1=Z-H06)确定承压水头 hp=H-H0,试求右图中:A、B、C三点的初见水位 H0；测压水位 H；承压水埋藏深度h1；承压水头hp；水力坡度I；,承压水等水压线图,A B C初见水位 H0 19.7 25 19测压水位 H 36 43 37承压水头 hp 16.3 18 18 地表标高 Z 65 69 64埋藏深度 h1 45.3 44 45 水力坡度 I 0.08 0.05 0.053,练习答案,各类地下水的补给、排泄、径流关系,小结：潜水、承压水的区别,埋藏位置不同。潜水的补给主要是当地的大气降水和部分河湖水。承压水则是依靠大气降水与河湖水通过潜水补给的。,小结：潜水、承压水的区别,潜水埋藏较浅，受气候特别是降水的影响较大，流量不稳定，容易受污染，水质较差；承压水埋藏较深，直接受气候的影响较小，流量稳定，不易受污染，水质比较好。,小结：潜水、承压水的区别,钻到潜水中的井是潜水井。潜水井的水位一般应该是和当地的潜水位一致的，如过量抽取，潜水井的水位就会逐渐低于当地的潜水位，形成地下水漏斗区。打穿隔水层顶板，钻到承压水中的井叫承压井，承压井中的水因受到静水压力的影响，可以沿钻孔上涌至相当于当地承压水位的高度。在有利的地形条件下，即地面低于承压水位时，承压水会涌出地表，形成自流井。虽有上涌，但不能喷出地面者叫半自流井。,3.按含水层空隙性质分类的各类地下水特征,(1)孔隙水 void water(2)裂隙水 crevice water 风化裂隙水 成岩裂隙水 构造裂隙水(3)岩溶水 karst water 岩溶发育条件 岩溶水特点 岩溶水分带规律,砂砾层孔隙水黄土层孔隙水沙漠孔隙水岩溶裂隙溶洞水基岩裂隙水冻土区孔隙裂隙水高原冻土孔隙裂隙水,(1)孔隙水,1）含水层 第四系松散沉积物、部分第三系沉积岩和坚硬基岩的风化壳。,2）水量、水质与岩土的透水性有关 孔隙水的存在条件和特征取决于岩土的孔隙情况。岩土孔隙的大小和多少，关系到岩土透水性的好坏，也直接影响到岩土中地下水量的多少，以及地下水在岩土中的运动条件和地下水的水质。孔隙含水层一般含水比较均匀。在第四纪的冲积、洪积、湖积及冰水沉积的砂层或砂砾石层中，常有水量大、水质好、可作供水水源的孔隙水。,3）与季节、地理位置有关 孔隙水由于埋藏条件的不同，可形成上层滞水、潜水或承压水，分别称为孔隙上层滞水、孔隙潜水和孔隙承压水。,(2)裂隙水发育在坚硬基岩裂隙中的水,秦岭山区由裂隙水汇集形成的瀑布,(2)裂隙水,1)风化裂隙水2)成岩裂隙水3)构造裂隙水,玄武岩的柱状节理(成岩裂隙)与红土化形成的风化裂隙，巴西,玄武岩的柱状节理(成岩裂隙)，内蒙古赤峰地区,1）风化裂隙水：分布在风化裂隙中的地下水。多数为层状裂隙水，由于风化裂隙彼此相连通，因此在一定范围内形成的地下水也是相互连通的水体，水平方向透水性均匀，垂直方向随深度而减弱，多属潜水，有时也存在上层滞水。如果风化壳上部的覆盖层透水性很差时，其下部的裂隙带有一定的承压性。风化裂隙水主要受大气降水的补给，有明显季节性循环交替性，常以泉的形式排泄于河流中。,2）成岩裂隙水：成岩裂隙为岩石在形成过程中所产生的空隙，成岩裂隙水即赋存在这种空隙中的地下水。岩浆岩中成岩裂隙水较为发育。玄武岩经常发育柱状节理及层面节理，裂隙均匀密集，张开性好，贯穿连通，常形成贮水丰富、导水畅通的潜水含水层。成岩裂隙水多呈层状，在一定范围内相互连通。具有成岩裂隙的岩体为后期地层覆盖时，也可构成承压含水层。在一定条件下可以具有很大的承压性。,3）构造裂隙水：构造裂隙是由于岩石受构造运动应力作用所形成的，而赋存于其中的地下水就称为构造裂隙水。构造裂隙发育很不均匀，因而构造裂隙水分布和运动相当复杂。当构造应力分布比较均匀且强度足够时，则在岩体中形成比较密集均匀且相互连通的张开性构造裂隙，赋存层状构造裂隙水。层状构造裂隙水可以是潜水，也可以是承压水。当构造应力分布相当不均匀时，岩体中张开性构造裂隙分布不连续，互不沟通，则赋存脉状构造裂隙水。,(3)岩溶水,岩溶 Karst 发育在可溶性岩石地区的一系列独特的地质作用(地下水的溶蚀作用和冲蚀作用)和现象(各种溶洞和溶蚀地形等)的总称。埋藏于溶洞中的重力水称为岩溶水或称喀斯特水。,路南石林,1)岩溶发育条件,a)可溶性岩石 岩性石灰岩、大理岩和白云岩等,广西都安 地下暗河,可溶岩中地质构造 导水的断层破碎带 褶皱转折端 可溶岩与非可溶岩接触 带,b)水具有侵蚀性c)流动的地下水,可溶性岩石CaO含量越高，岩溶率越大；酸不溶物（SiO2/RO2)越高，岩溶率越低,岩溶分布地质图,2)岩溶水特点,水量丰富而集中、富水程度不均、与地表水联系密切和具有较大的动态变化幅度。在可溶性岩层与非可溶性岩层相互成层的地区，则主要是层状岩溶承压水。它与一般承压水的特点不同的是水量大和含水均匀。岩溶水是良好的供水水源，但对矿坑和地下建筑工程施工，常造成灾害性突然涌水。大量抽取岩溶水时要注意防治地面坍陷。,Q=X F 1000 m3/a Q-大气降水入渗补给量 X-年降水量-入渗系数（0.8-南方；0.40.5-北方）F-补给区面积,11.4 矿区(矿床)水文地质图（MineHydrogeological Map）,概念 反映矿区地下水埋藏、分布、形成条件，含水层富水性等特征的水文地质图。规格矿区(矿床)水文地质图的比例尺与一般的矿区地质图比例尺相同，为1/20001/10000。该图主要内容有：,11.4 矿区(矿床)水文地质图,3.内容,1)地层：突出矿层、顶底板隔水层和主要含水层的埋藏及其水文地质特征、含(蓄)水构造(汇水条件)；地下水类型及其补给、迳流和排泄情况。,2)构造：地下水形成和运动的各种断裂构造形迹及其透水与富水特征；有关的自然地理和构造地质现象，岩溶发育规律及其含水情况。,3)与矿床地下水有关的问题：如河水漏失或河道衬砌地段；供水淹没及排水影响范围等；动态观测点的位置及其特征值；坍陷范围的预测。,11.4 矿区(矿床)水文地质图,4)矿坑充水(因素)预测分区:可依据主要充水因素、极限涌水量、可能突水地段及防止改造措施等进行划分。,5)必要的探、防水与疏干措施:如生产矿区主要坑道的分布，突(涌)水点及出水量、疏干范围、崩落及地表坍陷、水质变化、老窿充水情况等。,6)必要的水化学成分资料 7)地形地物,矿区(矿床)水文地质图实例,1-冲积砂砾石层2-冲积亚粘土3-坡积含碎石亚粘土，埋藏潜水4-灰绿色灰质页岩，裂隙发育5-泥质页岩、油页岩，裂隙不发育；6-矿层；7-玄武岩，裂隙发育；8-凝灰质砂岩、砾岩和页岩，裂隙发育；9-片麻岩，露头风化裂隙发育；10-断层角砾岩充水带；11-潜水等水位线；12-水文地质分界线；13-地形等高线；14-河流及流向；15-带状泉；16-露天采坑,矿区(矿床)水文地质图实例,1 图内一般内容的阅读(1)自然地理状况(2)地层、岩性和地质年代(3)地质构造条件2 图内水文地质条件的阅读(1)孔隙潜水(2)裂隙潜水和裂隙承压水(3)不良的工程地质条件(4)矿床水文地质工程地质 条件的复杂程度,矿区(矿床)水文地质图实例,1 图内一般内容的阅读(1)自然地理状况-山势、水系-大于135m的山峰；,阳,河,河,树,柏,矿区(矿床)水文地质图实例,1一般内容(2)地层、岩性和地质年代,1-冲积砂砾石层2-冲积亚粘土3-坡积含碎石亚粘土，埋藏潜水4-灰绿色灰质页岩，裂隙发育5-泥质页岩、油页岩，裂隙不发育；6-矿层；7-玄武岩，裂隙发育；8-凝灰质砂岩、砾岩 和页岩，裂隙发育；9-片麻岩，露头风化 裂隙发育,矿区(矿床)水文地质图实例,1 一般内容阅读(3)地质构造,1)不整合 E/Ar，Q/Ar Q/E 2)华岭向斜 核-灰绿色灰质页岩 翼-凝灰质砂岩、砾岩和页岩 3)逆断层,矿区(矿床)水文地质图实例,2 水文地质条件(1)孔隙潜水 埋藏于第四系冲积砂砾石层、冲积亚粘土、坡积含碎石亚粘土中。,(2)裂隙潜水 早第三系灰绿色灰质页岩,(3)裂隙承压水 早第三系玄武岩、凝灰质砂岩、砾岩,(4)不良的工程地质条件,(5)矿床水文地质及工程地质条件的复杂程度,本章要点地下水成分库尔洛夫式的应用按埋藏条件分类的各类地下水特征按含水层空隙性质分类的各类地下水特征读图潜水等水位线图承压水等水压线图矿床水文地质图,