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1、东华理工大学水文地质学11-13 孔隙水、裂隙水、岩溶水 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望松散岩石的孔隙分布于颗粒之间，连通良好，分布均松散岩石的孔隙分布于颗粒之间，连通良好，分布均匀，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少都很接近。匀，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少都很接近。赋存于其中的地下水分布和流动都比较均匀。赋存于其中的地下水分布和流动都比较均匀。坚硬岩石的裂隙宽窄不等，长度有限，呈线状，具有坚硬岩石的裂隙宽窄不等，长度有限，呈线状，具有一定
2、的方向性，只有当不同裂隙相互穿切连通时，才一定的方向性，只有当不同裂隙相互穿切连通时，才在某一范围内构成彼此连通的裂隙网络，地下水在裂在某一范围内构成彼此连通的裂隙网络，地下水在裂隙中的相互联系交叉，分布和流动不均匀。隙中的相互联系交叉，分布和流动不均匀。可溶岩石的溶隙或溶穴大小悬殊且分布极不均匀，赋可溶岩石的溶隙或溶穴大小悬殊且分布极不均匀，赋存于其中的地下水分布与流动极不均匀。存于其中的地下水分布与流动极不均匀。11.1 孔隙水孔隙水定义定义：埋藏和运动于松散沉积物孔隙中的重力水。：埋藏和运动于松散沉积物孔隙中的重力水。特定沉积环境会形成类型不同的松散沉积物，受到的水特定沉积环境会形成类型
3、不同的松散沉积物，受到的水动力条件也不相同，岩性和地貌的变化规律都决定了赋存于动力条件也不相同，岩性和地貌的变化规律都决定了赋存于其中的地下水的特征。其中的地下水的特征。因此，松散沉积物按照成因类型可分为：洪积、冲积、坡积因此，松散沉积物按照成因类型可分为：洪积、冲积、坡积1 1）洪积扇中的地下水）洪积扇中的地下水2 2）冲积平原中的地下水）冲积平原中的地下水3 3）湖积物中的地下水）湖积物中的地下水4 4）黄土高原的地下水）黄土高原的地下水1 1）洪积扇中的地下水）洪积扇中的地下水典型的洪积扇形成于干旱半干旱地区的山前地带。典型的洪积扇形成于干旱半干旱地区的山前地带。暴雨形成流速极大的洪流，
4、山区洪流沿河槽流出，进入暴雨形成流速极大的洪流，山区洪流沿河槽流出，进入平原或盆地，地势转为平坦，集中的洪流转变成辫状散流，平原或盆地，地势转为平坦，集中的洪流转变成辫状散流，水的流速顿减，搬运能力急剧降低，洪流所携带的物质以山水的流速顿减，搬运能力急剧降低，洪流所携带的物质以山口为中心堆积成扇形，称为口为中心堆积成扇形，称为洪积扇洪积扇。洪积扇洪积扇上上部（部（径流带径流带）：粗大的颗粒直接出露地表或覆盖薄土层，透水）：粗大的颗粒直接出露地表或覆盖薄土层，透水性强，厚度较大、潜水埋藏深，有利于吸收降水及山区汇流的地表水，性强，厚度较大、潜水埋藏深，有利于吸收降水及山区汇流的地表水，是主要补给
5、区。是主要补给区。洪积扇洪积扇中中部（部（溢出带溢出带）：地形变缓，颗粒变细，透水性变差，地下径流）：地形变缓，颗粒变细，透水性变差，地下径流受阻，地下水被迫抬升，排泄（泉或蒸发）加强。受阻，地下水被迫抬升，排泄（泉或蒸发）加强。洪积扇洪积扇下下部（部（滞缓带滞缓带）：地势平缓，岩性变细，透水性极弱，径流缓慢，）：地势平缓，岩性变细，透水性极弱，径流缓慢，蒸发排泄加剧。蒸发排泄加剧。岩性变化岩性变化渗透性变化渗透性变化蒸发程度变化蒸发程度变化矿化度变化矿化度变化含水层性质变化含水层性质变化水动力条件水动力条件 水流集中水流集中 分散分散 流速快（高能区）流速快（高能区）慢（低能区）慢（低能区）
6、地形地貌地形地貌 地形高，陡（扇顶地形高，陡（扇顶）地形低缓（扇缘）地形低缓（扇缘）沉积物粒度沉积物粒度 粗（砾，粗砂）粗（砾，粗砂）中砂中砂 细细 极细、粘土极细、粘土 沉积特征沉积特征 分选分选 差差 中等中等 好好 透水性（透水性（K）好好 差差 水位埋深水位埋深 深深 浅浅 渐深（或承压）渐深（或承压）赋存赋存 （深埋区）（深埋区）（溢流区）（溢流区）（下沉区）（下沉区）补给补给 好好 差差 流速水交替流速水交替 V大，交替快大，交替快 V小，交替慢小，交替慢 排泄排泄 径流排泄径流排泄 蒸发排泄蒸发排泄 形成作用形成作用 溶滤作用溶滤作用 蒸发浓缩作用蒸发浓缩作用 矿化度（矿化度（T
7、DS）低低 中中 高高 成分与类型成分与类型 HCO3 SO4 Cl 动态动态 变幅变幅 大大 小小 均衡均衡 整体、统一的均衡区整体、统一的均衡区景观（环境）景观（环境）缺水区缺水区 泉，沼泽泉，沼泽 盐渍化区盐渍化区2 2）冲积平原中的地下水）冲积平原中的地下水冲积物是常年有水河流形成的松散堆积，主要分布于河流的冲积物是常年有水河流形成的松散堆积，主要分布于河流的两侧，及其摆动地带。两侧，及其摆动地带。河流沉积物与洪积物相比：河流沉积物与洪积物相比：经常性（常年）水流作用的结果经常性（常年）水流作用的结果 河流是线状或带状分布的，横向与纵向差异大；在河流是线状或带状分布的，横向与纵向差异大
8、；在冲积平原区往往发育有多条河流，呈交织状、发生改道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且长期作用 冲积平原地下水的冲积平原地下水的形成和分布除受岩形成和分布除受岩性和地形的控制外性和地形的控制外，还受到水文、气，还受到水文、气候等因素的影响。候等因素的影响。平原河流的冲积物平原河流的冲积物颗粒细小，地形坡颗粒细小，地形坡度平缓，地下水埋度平缓，地下水埋藏浅，径流缓慢。藏浅，径流缓慢。3 3）湖积物中的地下水）湖积物中的地下水湖积物属于静水沉积，颗粒分选性良好，层理细密，岸边浅湖积物属于静水沉积，颗粒分选性良好，层理细密，岸边浅水处沉积砂砾等粗粒物质，湖心则多为粘土。构成
9、含水层的水处沉积砂砾等粗粒物质，湖心则多为粘土。构成含水层的砂砾石分选性较好，磨圆度高，空隙度大，透水性强。砂砾石分选性较好，磨圆度高，空隙度大，透水性强。波浪力是颗粒分选的动力，波浪力影响的范围内，波浪反复波浪力是颗粒分选的动力，波浪力影响的范围内，波浪反复淘洗沉积物，粗粒留在岸边，细粒落于远岸，波浪力影响不淘洗沉积物，粗粒留在岸边，细粒落于远岸，波浪力影响不到的湖心，则沉积细小的粘粒。到的湖心，则沉积细小的粘粒。随着气候和构造运动发生变化。随着气候和构造运动发生变化。4 4）黄土高原的地下水）黄土高原的地下水在我国西北部广泛、大面积分布，西北部地区又是我国干旱在我国西北部广泛、大面积分布，
10、西北部地区又是我国干旱半干旱气候区，水资源严重匮乏，基本上无常年性河流（或半干旱气候区，水资源严重匮乏，基本上无常年性河流（或地表水），地下水水量也不丰富。地表水），地下水水量也不丰富。赋存于黄土孔隙与裂隙中的地下水是当地人民生活的主要水赋存于黄土孔隙与裂隙中的地下水是当地人民生活的主要水源。源。黄土特征：黄土特征：厚度大，结构疏松，粉土含量大于厚度大，结构疏松，粉土含量大于60%60%，含钙质，含钙质结合，呈棕黄，微红，棕黑色。结合，呈棕黄，微红，棕黑色。黄土形成时期：黄土形成时期：第四纪中、下更新世第四纪中、下更新世 （Q2Q2与与Q3Q3黄土）黄土）4 4）黄土高原的地下水）黄土高原的地
11、下水垂直节理发育良好，且多虫孔、根孔等以垂向为主的大孔隙。垂直节理发育良好，且多虫孔、根孔等以垂向为主的大孔隙。因此，黄土的垂向渗透系数比水平方向大几倍到几十倍。且因此，黄土的垂向渗透系数比水平方向大几倍到几十倍。且随着埋深加大，黄土中大孔隙减少，渗透性明显降低。随着埋深加大，黄土中大孔隙减少，渗透性明显降低。总之，黄土高原地下水水量匮乏。总之，黄土高原地下水水量匮乏。黄土塬：黄土塬：原始地貌保持较好的原始地貌保持较好的规模较大规模较大的黄土平台的黄土平台黄土梁：长条状黄土梁：长条状的垅岗的垅岗 黄土峁：浑圆形黄土峁：浑圆形的土丘的土丘黄土仗地：梁与峁之间黄土仗地：梁与峁之间宽浅谷地宽浅谷地黄
12、土塬黄土塬 黄土梁峁黄土梁峁 黄土杖地黄土杖地 4 4）黄土高原的地下水）黄土高原的地下水Company LogoCompany Logo山西黄土地区实景照片右上黄土杖地右上黄土杖地左下黄土塬、梁左下黄土塬、梁右下黄土塬右下黄土塬黄土峁黄土峁黄土杖地黄土杖地黄土梁黄土梁黄土塬黄土塬黄土梁黄土梁黄土塬黄土塬11.2 裂隙水裂隙水坚硬岩石在应力作用下产生各种裂隙：坚硬岩石在应力作用下产生各种裂隙：成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙贮存并运移于基岩裂隙中的水就叫做贮存并运移于基岩裂隙中的水就叫做裂隙水裂隙水。分布较广的构造裂隙水的特点：分布较广的构造裂隙水的特点：分布不均匀分布
13、不均匀 有的地方打井有水，有的地方无水有的地方打井有水，有的地方无水 水力联系不统一性水力联系不统一性 裂水含水系统的迭置与独立裂水含水系统的迭置与独立 渗透的各向异性渗透的各向异性 KKX XKKY Y 裂隙水的特征裂隙水的特征 脉状裂隙水脉状裂隙水 树状裂隙水树状裂隙水裂隙级次：裂隙级次：微小裂隙（原生和次生的）微小裂隙（原生和次生的）几十几十 十几条十几条/m /m 隙宽小隙宽小 中裂隙（顺层的）中裂隙（顺层的）几条几条/m/m大裂隙（巨裂隙）大裂隙（巨裂隙）空间一定延伸，宽度大空间一定延伸，宽度大作用：作用：微裂隙微裂隙储水，裂隙率较大储水，裂隙率较大 中裂隙中裂隙连通作用，储水导水作
14、用连通作用，储水导水作用 大裂隙大裂隙传输地下水中起控制作用传输地下水中起控制作用 11.3 岩溶水岩溶水岩溶（喀斯特）：水对岩石可进行化学溶解，并伴随以机械冲蚀作用及岩溶（喀斯特）：水对岩石可进行化学溶解，并伴随以机械冲蚀作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各种独特的地貌现重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各种独特的地貌现象以及特殊的水文现象。象以及特殊的水文现象。岩溶水：赋存并运移于岩溶化岩层中的水。岩溶水：赋存并运移于岩溶化岩层中的水。可溶岩分布可溶岩分布约占全国面约占全国面积的积的1/311.3 岩溶水岩溶水岩溶（喀斯特）：水对岩石可进行化学溶解，并伴随以机
15、械冲蚀作用及岩溶（喀斯特）：水对岩石可进行化学溶解，并伴随以机械冲蚀作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各种独特的地貌现重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各种独特的地貌现象以及特殊的水文现象。象以及特殊的水文现象。岩溶水：赋存并运移于岩溶化岩层中的水。岩溶水：赋存并运移于岩溶化岩层中的水。岩溶发育的基本条件：岩溶发育的基本条件：1 1）岩层具有可溶性）岩层具有可溶性 2 2）地下水具有侵蚀作用）地下水具有侵蚀作用 3 3）可溶岩必须是透水的）可溶岩必须是透水的 4 4）水是可流动的）水是可流动的 岩溶发育的影响因素：岩溶发育的影响因素：1 1）自然地理条件，气候、地
16、形）自然地理条件，气候、地形 2 2）地质条件）地质条件 3 3）水文地质条件，动力、化学）水文地质条件，动力、化学岩溶水特征岩溶水特征介质特征：介质特征：有规模巨大的溶洞，也有十分细小的裂隙或孔隙。细小孔隙有规模巨大的溶洞，也有十分细小的裂隙或孔隙。细小孔隙与裂隙的导水性差而总的容积大，成为主要与裂隙的导水性差而总的容积大，成为主要贮水空间贮水空间；大的岩溶管道与；大的岩溶管道与开阔的溶蚀裂隙构成主要开阔的溶蚀裂隙构成主要导水通道导水通道；规模介于两者之间的则兼备。；规模介于两者之间的则兼备。运动特征：运动特征：层流与紊流共存，在细小孔隙、裂隙中作层流运动；在大的层流与紊流共存，在细小孔隙、
17、裂隙中作层流运动；在大的岩溶管道中作紊流运动；介质空隙规模相差悬殊，不同空隙中的地下水岩溶管道中作紊流运动；介质空隙规模相差悬殊，不同空隙中的地下水运动不能保持同步；局部流向与整体流向常常是不一致；岩溶水可以承运动不能保持同步；局部流向与整体流向常常是不一致；岩溶水可以承压水与潜水共存。压水与潜水共存。补、排动态特征：补、排动态特征：南方岩溶发育，降水入渗系数可达南方岩溶发育，降水入渗系数可达80%80%以上，岩溶发以上，岩溶发育较差的北方降水入渗系数也可达育较差的北方降水入渗系数也可达30%30%；通过泉排泄；动态变化强烈。；通过泉排泄；动态变化强烈。北方岩溶水集中以岩溶大泉形式排泄；北方岩溶水集中以岩溶大泉形式排泄；南方岩溶水主要以地下暗河、泉、基流形式排泄。南方岩溶水主要以地下暗河、泉、基流形式排泄。地苏地下出口地苏地下出口地苏地下河出口附近落水洞地苏地下河出口附近落水洞南方的岩溶地下河排泄成为地表水之源