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地下水的基本概念及類型
信息來源:網站編輯部   添加日期:2014-9-22   瀏覽次數:3033
營銷管理中心 蘇敏敏 整理
    地下水是存在于地下沉積物或巖石空隙中的水,它是水資源的重要組成部分。我國水資源總量大致為3-3.3萬億m3/a,其中地下水資源估算為0.7m3/a。地下水還是改造地殼表層外貌的外力,尤其是在濕熱氣候地區具有特殊意義。
一 地下水的賦存條件
    1 巖石的空隙:地下水賦存與巖石(含沉積物)的空隙之中,空隙包括孔隙、裂隙和洞穴。如下圖一所示。巖石顆粒之間的空隙,稱為孔隙;可溶性巖石受溶蝕后形成的孔洞成為洞穴或溶洞;巖石的裂縫即為裂隙??紫兜氖坑每紫抖缺硎?,它是某一體積沉積物或巖石(包括孔隙在內)中孔隙體積所占的比例。如以n表示孔隙度,Vn表示孔隙度體積,V表示沉積物或巖石體積,其表示式為:
圖一 沉積物及巖石的各種空隙
    影響孔隙度的主要因素有四:第一,顆粒的粗細。粗者孔隙度低,細者孔隙度高。第二,分選程度。分選好者孔隙度高,分選差者孔隙度低。如顆粒均勻的砂和礫石其孔隙度為30%-35%。而砂與礫石混合物的孔隙度為15%-20%。第三,顆粒的形狀。于球形者孔隙度高,不規則形狀者孔隙度低。第四,膠結程度。膠結程度差者孔隙度高,膠結程度好者孔隙度低。此外,顆粒排列的疏密程度對孔隙度也有影響。
    巖石中裂隙的數量用裂隙率表示,它是巖石中裂隙的總體積和巖石總體積之比。巖石中洞穴的數量則以喀斯特率度量,它是溶洞總體積和巖石總體積之比。
    2 巖石的透水性:井的出水量差別很大,有的井一天出水幾千噸,有的出水少,有的幾乎不出水。出水量不同的重要原因在于巖石的透水能力即透水性不同。透水性強的巖石出水量大,反之則小。在空隙連同的前提下,決定巖石透水性的主導因素是空隙大小,其次是空隙多少。如果巖石空隙細微,其空隙數量雖多,水則難于或者根本無法透過,這種巖石稱為不透水巖層或隔水層,如淤泥和粘土。如果巖石空隙粗大并互相連通,水能自由透過,這種巖層稱為透水層。透水層中如飽含地下水則稱為含水層。
    3 地下水面:水井挖到某一深度,就有水自井壁和井底滲出,匯成一個水面。相鄰水井的水面是一個連續的面,即地下水面。此面以上巖石的空隙中充氣,液態水不飽和,稱為包氣帶;地下水面以下的巖層空隙中充滿水,稱為飽水帶。地下水面就是飽水帶的頂面。
二 地下水的化學成分
    地下水是流動的。它一方面通過各種形式流失,另一方面通過一定的渠道得到補充。
    含水層從外界獲得水稱為補給。大氣降水是最重要的補給來源。因此,降水量的多少、包氣帶的巖石性質和厚度是影響地下水補給的主要因素。此外,水位高于地下水面的河流和湖泊也補給地下水。然而,如河流與湖泊的水位低于地下水面,地下水反而向河湖排泄。進入土壤孔隙的大氣中的水汽冷凝形成的凝結水對干旱沙漠地區的地下水有一定的補給意義。此外,農田灌溉用水及其它含水層的水也能起補給作用。
    含水層失去水稱為排泄。排泄主要是通過泉以及蒸發;此外,還有人工排泄、——開采地下水。
    泉是地下水的天然露頭。山區及丘陵區的溝谷、山麓、以及沖積扇的邊緣常??梢約餃?。平原區泉就少得多了。
    泉可以分為兩類:水流具有壓力而向上運動者稱為上升泉,如噴泉。水流不具壓力,僅受重力驅使而向下運動者稱為下降泉。
    泉的形成是由:含水層被侵蝕;地下水在流動中遇到透水性弱的巖石或隔水層阻攔;由于斷層使隔水層阻擋地下水流;地下水沿導水斷層上升。舉世聞名的泉城——濟南,有一百多個泉,都是因為市區北側地下水遇閃長巖及輝長巖體受阻,被迫上升而出露地表而形成,大多數具有上升泉性質。
地下水從補給區向排泄區流動成為地下徑流。地下水在巖石的有限空隙中運動受到較大的摩擦阻力,使運動速度緩慢,而且愈向深部愈慢。這是因為隨著深度的增加,巖石透水性減弱及水的運動途經增大,并在一定深度,水的交替運動就停息了。
三 地下水的類型劃分
(一)根據地下水掩藏條件劃分的類型
    1 包氣帶水:包氣帶中含有的水。它可以是以氣體狀態存在的氣態水,因靜電引力而存在的毛細管水,以及“過路”重力水等。過路重力水出現于雨后不久,這是水的重力影響大于固體質點表面對水的引力,因而水向下運動。包氣帶水處在地表最上層,與植物生長、土壤的物理性質關系密切。
如果包氣帶中有局部隔水層存在,隔水層以上的透水層中可局部蓄水,這種水稱為上層帶水。它能自由流動,可以為人們所取用,但水量不大,并受氣候影響而有明顯的季節性變化。在補給充沛的季節它的水量較大,在干旱季節水量減少,甚至消失,在地形切割處它能以泉的形式排泄。
    2 潛水:地面以下第一個穩定隔水層上面的飽和水。它的上面一般沒有隔水層,而是通過包氣帶和大氣相通。潛水具有自由的表面,稱為潛水面,即地下水面。
    潛水面和下伏隔水層頂板之間的距離稱為潛水層厚度;潛水面到地面的距離稱為潛水的埋藏深度。
    潛水面有高低起伏,一般說,地下水是順著潛水面的傾斜方向從高處向低處流動,運動的速度每天數厘米或每年若干米。取決于潛水面的坡度和巖石空隙的大小。
    深部的水因受到上覆巖層的強大壓力也可以向上運動流向壓力小的河、湖之中。
    潛水產出在孔隙、裂隙或洞穴中,分布廣泛。潛水的埋藏狀況決定于自然地理環境和地質條件。山區地形強烈割切,潛水埋藏深度較大,可達十余米,幾十米或更深;平原區地形平坦,切割微弱,潛水埋藏淺,一般在幾米以內。統一地區潛水的埋藏深度隨著季節也有變化。雨季的補給充分,潛水面上升,埋藏深度變淺,水量豐富;干旱季節則出現相反情況。與此相應的是:在雨量豐富及地形切割強烈的地區,潛水的循環和更新較快;在干旱氣候地區潛水因蒸發而濃縮,其礦化度較高。潛水由于埋藏淺,分布廣泛,是常用的水源。一般民用井都是取用潛水。
    3 承壓水:充滿于上、下兩個穩定隔水層間的含水層中的地下水。承壓水因被圍限在兩個隔水層之間,承受著靜水壓力。如鉆孔打穿隔水層頂板,水便能沿著鉆孔上升甚至能夠噴出地表,成為自流井。如地形條件不利,則承壓水只能上升到含水層頂板以上的某一高度。
    承壓水是在巖性、地質構造、地形等條件相互配合下形成的,其中地質構造有決定性意義。最適宜的地質構造是向斜盆地或單斜盆地。向斜盆地含水層中心部分埋沒于隔水層之下,兩端出露于地表。含水層從高位一側的補給區獲得補給,向低位一側的排泄區排泄,中間是承壓區。在補給區和承壓區之間地下水有水位差,產生水頭壓力,故在排泄區形成上升泉。
    從總體看,承壓水含水層面積較大,水量較豐富,排泄范圍有限,動態比較穩定。因此,它是比較理想的地下水源。
    承壓水只有在含水層出露于地表或與地表連通處才能獲得補給。當補給受到限制,特別是深部承壓水補給條件更差時,它被迅速而大量開采后,易出現水位持續下降,甚至枯竭現象。因此,不能認為壓力高的承壓含水層就是最好的含水層,也絕不能認為這種水源可以“取之不盡,用之不竭”。
(二)根據含水層空隙性質劃分的類型
    1 孔隙水:存在于孔隙中。她多呈均勻而連續的層狀分布,構成具有統一水力聯系的含水層,廣泛見于第四紀松散沉積物及一部分基巖中。
    2 裂隙水:存在于巖石裂隙中。裂隙的規模、密集程度、張開程度、連通程度各不相同,因之裂隙水的分布不均勻。它的水力聯系較差,水的運動受裂隙方向及其連通程度制約和補給條件的影響,因而裂隙水在不同部位的富水程度相差懸殊,同一巖層中相距幾米的井,可能一井有水,另一井水少或無水。如裂隙發育密集、均勻且相互連通,則水的分布相對均勻,可聯系稱為整體,有統一的水位,稱為層狀裂隙水;如裂隙稀疏,且分布不均勻,彼此隔絕或僅局部連通,則地下水呈脈狀分布,一般缺乏統一的水位,稱為脈狀裂隙水。裂隙水埋藏深淺不一可能承壓也可能無壓,主要決定于埋藏條件。
    3 喀斯特水:存在于可溶性巖石的溶蝕裂隙、洞穴、暗河中。它的分布較裂隙水更不均勻,但相對集中且流動迅速,可能承壓也可能不承壓。它的水量往往比較豐富,??勺魑笮凸┧?。但是它也是采礦的主要障礙。
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