水文地质学基础-孔隙水

'地下水科学与工程教研室水文地质学基础FundamentalsofHydrogeology 回顾孔隙水：赋存于松散沉积物中的地下水。按含水层埋藏条件，孔隙水可分为孔隙潜水和孔隙承压水。中国地势图特点：1.层状分布，空间上均匀连续2.水力联系较好3.垂向渗透性差，顺层渗透性好9/19/20212 回顾沉积物分类：不同成因类型的松散沉积物↓岩性、地貌呈有规律的变化↓地下水的特征不同9/19/20213 10.1洪积物中的孔隙水10.2冲积物中的孔隙水10.3湖积物中的地下水10.4黄土高原的地下水10.5孔隙含水系统实例分析第10章孔隙水9/19/20214 10.1冲洪积扇中的地下水 10.1冲洪积扇中的地下水 10.1冲洪积扇中的地下水位置：干旱半干旱地区的山前地带形状：扇形地洪积扇中的地下水(由山区→平原)：地表水动力条件的分带沉积作用分带地貌岩性分带地下水分带9/19/20217 10.1冲洪积扇中的地下水洪积扇的分带性(山口向平原)：（1）地形地貌：地貌:扇顶→扇中→扇前缘，地形：由高→低，地面坡度：由陡→缓；岩性由粗→细。（2）水动力条件与沉积作用：集中的洪流→辫状散流，水流速度和搬运能力由大→小，沉积作用由弱→强；先堆积粗粒物质，后堆积细粒物质。9/19/20218 （3）岩性分带：粒度：砾、卵、漂石→砾及砂(粘土夹层)→砂及粘性土夹层层理：不显层理→层理明显→砂与粘土互层分选：差→中等→好10.1冲洪积扇中的地下水9/19/20219 （4）地下水分带：赋存条件：①岩性：颗粒粗大→颗粒变细②水位埋深：深→浅潜水深埋带→潜水溢出带→潜水下沉带③渗透性：好→差10.1冲洪积扇中的地下水9/19/202110 （4）地下水分带：补、径、排条件：①补给：充沛→差②径流：强烈→受阻，v快→慢③排泄：径流排泄→蒸发排泄10.1冲洪积扇中的地下水9/19/202111 （4）地下水分带：动态和均衡：①动态：水位动态变化大→小②均衡：统一的地下水系统10.1冲洪积扇中的地下水9/19/202112 （4）地下水分带：水化学：①水化学作用：溶滤→蒸发浓缩②矿化度：低→中→高盐分溶滤带→盐分过路带→盐分积聚带③水化学类型：HCO3→SO4→Cl10.1冲洪积扇中的地下水9/19/202113 扇形地中地下水特点(由扇顶至前缘)：①含水层介质：颗粒由粗变细，透水性由强变弱。②水位埋深：由大变小；水位变化由大变小。③地下水径流：由强变弱，渗透速度由大变小。④水化学作用：由单一（溶滤作用为主）变多样（溶滤、蒸发浓缩、阳离子交替吸附等），水化学类型由单一变复杂。⑤水质：由好变差，矿化度由低增高。城镇应分布于溢出带以上最有利于取用地下水地带。10.1冲洪积扇中的地下水9/19/202114 10.2冲积物中的地下水9/19/202115 冲积物与洪积物相比：①经常性水流作用的结果②河流是线状或带状分布的，横向与纵向差异大；在冲积平原区往往发育有多条河流，呈交织状、发生改道且长期作用10.2冲积物中的地下水9/19/202116 10.2冲积物中的地下水9/19/202117 郑州市以上黄河以侵蚀搬运作用为主，以下进入华北平原，坡降变小，堆积作用为主，河床抬高而成为地上河。现代河道与近期运动古河道地势高，岩性粗，渗透性好，利于降水，地表水入渗补给，水位埋深大，蒸发作用弱，溶滤作用为主，水质良好，自两侧向河间洼地、地势渐低、岩石变细，渗透性变差，水位变浅，蒸发增强，矿化度增大。10.2冲积物中的地下水黄河下游平原水文地质剖面9/19/202118 黄河冲积平原剖面图10.2冲积物中的地下水9/19/202119 黄河冲积平原剖面图10.2冲积物中的地下水9/19/202120 由河道向河间洼地地下水水质的变化还与本区普遍存在的咸水层以及咸水层在地下水流动系统的驱动下运移有关。黄河冲积平原相当普遍地存在着一层矿化度大于2g/L的咸水（厚度通常为50—200m），一般认为是上更新世晚期干旱气候下大陆盐化作用的产物。在地下水流动系统的长期影响下，咸水层发生过运移。现代河道与近期古河道由于占据高位形成地下水的势源，与相邻低地间形成局部性地下水流动系统，与河间洼地间形成较大的流动系统。因此，河道处地下水作下降运动形成淡水透镜体，并驱动咸水层下移；河间洼地处地下水作上升运动，推动咸水层整体上移，咸水层顶界往往在此达到地下水面。在河道两侧低地以及河间洼地中心的势汇地带，由于蒸发而造成土壤盐渍化。10.2冲积物中的地下水 黄河冲积平原剖面图10.2冲积物中的地下水地下分布有咸水层，其厚度50~200m，矿化度M>2g/l，为Q2晚期干旱气候下大陆盐化的产物。咸水层发生过运移。9/19/202122 10.2冲积物中的地下水地上河冲积物中的地下水（从河谷向两侧）：①岩性：②渗透性：从河谷向两侧，颗粒逐渐变细，渗透性由好变差，③补径排：补给方式由降水入渗补给变为降水入渗补给和侧向径流补给。径流条件由好变差，径流由强变弱，排泄由径流排泄转为蒸发排泄。④水化学：由溶滤作用变为蒸发作用为主，平面上形成多个含水条带，垂向上可能相互交叠形成天窗。 河谷冲积平原中的地下水：10.2冲积物中的地下水含水层颗粒较粗大，沿江河成条带状有规律地分布，与地表水水利联系密切，补给充分，水循环条件好，水质较好，开采技术条件好，一般可构成良好的地下水水源地。9/19/202124 湖积物特点（lacustrinedeposits）：静水沉积，颗粒细小，分选良好，层理细密，岸边浅水处沉积砂砾等粗粒物质，向湖心过渡为粘土.10.2湖积物中的地下水当没有河流穿越湖泊时，波浪力是唯一的分选营力。在近岸浅水带波浪力影响所及的范围内，波浪反复淘洗沉积物，粗粒留在岸边，细粒落于远岸处，波浪力所影响不到的湖心，则被细小的粘粒所占据，典型条件下湖心粘土层理十分细密。9/19/202125 湖积物特点（lacustrinedeposits）：我国第四纪初期湖泊众多，湖积物发育，后期湖泊萎缩，湖积物多被冲积物所覆盖。侧向分布广泛的粗粒湖积含水砂砾层主要通过进入湖泊的冲积物~砂层与外界联系，而垂向上有粘土层分布越流补给比较困难。湖积物通常有规模大的含水砂砾层，因其与外界联系差，补给困难，地下水资源一般并不丰富。10.2湖积物中的地下水含水层分布：平面上展布广，垂向上延伸远，层状分布。气候的周期性干湿交替，或构造下降与停顿交替，可造成砂砾层与粘土层交替堆积，形成多个被粘土分隔的含水砂层。9/19/202126 我国西部黄土高原普遍分布黄土。黄土按其形成的年代可分为,形成于早更新世Q1的午城黄土和中更新世Q2的离石黄土,称为老黄土。普遍覆盖在上述黄土上部及河谷阶地地带晚更新世Q3的马兰黄土及全新世Q4下部的次生黄土,称之为新黄土。全新世Q4黄土形成于距今5千年内。午城黄土为相对隔水层，离石黄土整体或其上部以及马兰黄土多为含水层。10.4黄土高原中的地下水9/19/202127 黄土均发育垂直节理，且多虫孔、根孔等以垂向为主的大孔隙，其Kv比Kh大许多。甘肃黄土，Kv=0.19~0.37m/d，Kh=0.002~0.003m/d(张宗祜，1966)。随深度（h）加大，Kv明显变小。10.4黄土高原中的地下水9/19/202128 10.4黄土高原中的地下水黄土塬为在流水侵蚀下原始地貌保持较好的规模较大的黄土平台。黄土梁指长条带的黄土垅岗，黄土峁指深圆形的黄土土丘。9/19/202129 黄土高原的水文地质特点：黄土塬：分布面积大，有利于降水入渗补给（a＝0.05～0.10），地下水较丰富，径流由中心向四周地下水散流，至沟谷成泉、泄流。中心水位高，边缘水位低，矿化度向四周增大，水质中心好，边缘差。10.4黄土高原中的地下水9/19/202130 黄土高原的水文地质特点：10.4黄土高原中的地下水黄土梁：长条形，不利于降水入渗补给，贫水，水量少，水质差。黄土峁：浑圆状，面积小，切割强烈，不利于降水入渗（a<0.01），水量贫乏，水质较差，水位浅埋。黄土高原降水量少→补给量少，水质差，水平与垂向不一致9/19/202131 10.5孔隙含水系流实例分析甘肃省河西走廊石羊河流域，面积3000km2，石羊河全长100km，流出南部祁连山有古浪、黄羊等8条河，年总径流量14.4亿m3/a，到洪积扇（厚100~400m的巨大卵砾石）渗入地下为6.5亿m3/a（占45%），到武威盆地中部，沿河槽的泉水溢出量3.2亿m3/a，后汇成石羊河，占河川径流的94.5~95.7%。入民勤盆地后，被引入田间，最后排入北部的湖沼中，蒸发消耗。9/19/202132 10.5孔隙含水系流实例分析含孔隙水的沉积物成因类型的变化是地形和水流状态改变的结果，其变化是连续的，水是连续的，上游的取水量会影响到下游的用水。9/19/202133 综合上述分析：分析不同沉积物类型的地下水赋存、运动和水化学特征等（简称水文地质条件），应从沉积物形成时的水动力场到沉积物沉积规律，再到地下水的分带性特征来进行掌握分析问题的思路与方法比死记更重要,即：普通地质作用---地质地貌---水文地质条件分析问题的方法：沉积环境→水动力条件→沉积规律→地下水特征本章的重点是掌握从沉积物的沉积环境（水动力条件）出发，分析沉积物的沉积规律，进一步分析地下水的特征的思路与方法。重要的知识点是掌握洪积物和冲积物中地下水的赋存、运动、水化学和水动态的分带性特点。本章小结'