第4章 地下水1 工程地质.pptVIP

第4章 地下水 一、水循环基本过程 1 水循环概念 3 水循环基本类型 大循环 5 水循环的环境效应 （1）水循环参与了地球圈层构造 一、水量平衡概念 是指任意选定的区域（或水体），在任意时间段内，其收入的水量与支出水量之差等于该时间段内区域（或水体）内蓄水量的变化量，即水在循环过程中，从总体上来说收支是平衡的。 二、水量平衡方程 式中：I为水量收入项；Q为水量支出项； s为研究区域的储水量；t为时间；△s研究区域研究时段内储水量的变化量。 降水 1 概念 2 降水要素 降水量: 一定时段内降落在某一面积上的总水量。 1 孔隙 三、岩石的水理性质 1 岩石的容水性 在自然充水条件下，岩石所具有的容纳外来液态水分的性能。 容水度、持水度与给水度关系 河间地块各向同性介质中的近似水流型式 地下水运动 线性渗透定律－达西定律 式中： Q－为单位时间内透过的水量； F－为渗透水流过水断面面积； L－为渗透路线长度； △H－为渗透路径长度上的水头损失。 线性渗透定律－达西定律 令比值 ，I为水头梯度（单位渗透长度上的水头损失量）。 则有： 线性渗透定律－达西定律 达西定律适用于层流时，地下水在其它类型透水岩石中的运动 不仅适用于垂直方向，也适用于其它方向的运动 对于地下水而言，V并不是单个水质点的流速，而是流量相同，过水断面全部被水充满条件下的平均流速 非线性渗透定律 地下水呈紊流或流速较大时，渗透速率与水力坡度间已不是1次方关系，而变成非线性关系。 Q = kmAI 1/m 或 V = kmI 1/m 式中：km为随变化的含水层的渗透系数， 1/m为流态指数，其范围为1/2～1。 线性渗透定律在地下水计算中的应用 潜水完整井稳定运动时涌水量的计算 基本假设： 含水层为均质且各向同性 R外侧保持常水头 水井位于圆柱状含水层轴心处，抽水前地下水静止 缓变流，同一过水断面上，水头相等 地下水动态与平衡 影响地下水动态的因素 1 自然因素 A 气象气候因素 B 水文因素 C 地质地貌因素 D 生物与土壤因素 2 人为因素 地下水动态 1 地下水动态的地区特征 地下水动态的地带性分异规律 我国自南到北，地下水动态变 化呈现明显的地域分异规律。 地下水动态的地带性分异规律 华南地区 降水量大，年内分配比较均匀，因此地下水水位过程线起伏次数多，但起伏幅度不大，呈现锯齿状的多峰形态。 地下水动态的地带性分异规律 华北地区 降水稀少，且比较集中（在7～9月），冬春降雨稀少。地下水水位过程线为不对称的单峰形式，水位差异较大，低水位出现在春夏之交，高水位出现在8－9月份。 2 地下水动态的垂直分异规律 主要在我国西北内陆地区有明显的表现。主要受地表高差和气候的影响 地下水动态的多年变化特性 具有一定的准周期性 与降水量变化有关，但具有滞后的特点 地下水动态类型 渗入－蒸发型：干旱、半干旱平原与山涧盆地（井灌） 渗入－径流型：山麓冲积扇、山前地带（截流建筑物） 过渡型：气候比较湿润的平原地区 地下水平衡 基本概念 平衡区：进行平衡计算研究的一个完整地下水流系统。 平衡期：进行平衡计算的起止时间。 正平衡 负平衡 地下水垂向结构基本模式示意图 包气带水特点 含水率及其剖面分布易受外界条件影响 空间上含水率的变化主要体现在垂直剖面上的差异 含水率变化与岩土层本身结构和岩土颗粒的机械组成有关 包气带类型－厚型 包气带厚，带内毛管上升高度不能到达地表 有土壤水带，中间过渡带和毛管上升带三个亚带 厚型包气带水分垂直分带示意图 包气带类型－薄型 包气带厚度不到1m，只有毛管上升带和悬着水带，无中间过渡带 地下水潜水蒸发迅速，潜水季节变化强烈 包气带类型－过渡型 有明显的季节变化 雨季，只存在毛细上升带；旱季，有3个亚带存在 包气带的水分交换与动态 补给来源 降水与地表水补给 饱水带补给 影响因素 土壤水分势梯度 土壤水力传导特性 包气带的水分交换与动态 水的消退途径 上界面：土壤蒸发和植物散发（主要途径） 下界面：内排水 消退量的计算（三段模式）