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打井一定要了解的地下水層知識!這是成功的關(guān)鍵之一! 2022-03-17 12:11:41

地下水按埋藏條件可分為三大類:包氣帶水、潛水、承壓水。根據(jù)含水層的空隙性質(zhì),地下水可分為三個亞類:孔隙水、裂隙水、巖溶水。 

打井是一門技術(shù)很深的活,打井最主要的就是能夠找到地下水線,如果找錯了地方,打不出水來,所做的努力就白白浪費了?,F(xiàn)在科技發(fā)達了,找地下水位的方法更加科學(xué),精確度也更高了。在過去找地下水線純粹靠的是打井人的經(jīng)驗,不過打打井人們依據(jù)經(jīng)驗總結(jié)了很多方法,一直流傳至今被使用著。

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       松散巖類空隙水僅在區(qū)內(nèi)地勢較低的低洼地段零星分布,地下水主要為第四系孔隙潛水,其動態(tài)極不穩(wěn)定,埋深較淺,水質(zhì)易受周圍環(huán)境影響,供水意義不大。 

        基巖裂隙水在區(qū)內(nèi)廣泛分布。主要分布于各向斜及背斜軸部和區(qū)內(nèi)基巖網(wǎng)狀風(fēng)化帶中。地下水主要賦存在淺部風(fēng)化帶裂隙中,地下水分布普遍、埋藏淺,但水量貧乏。 

       碎屑巖類裂隙孔隙水(承壓水)主要分布在向斜兩翼。含水層主要為泥巖互層,砂巖為透水層,泥巖為相對隔水層,形成疊置的多層互無水力聯(lián)系的層間承壓含水層,具向斜自流盆地儲水構(gòu)造特征,多數(shù)承壓,少數(shù)自流。其單井水量大,水質(zhì)較好,且水質(zhì)不易受周圍環(huán)境影響。是打井工程布置的主要對象。

 

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   包氣帶水 

    

       包氣帶水處于地表面以下潛水位以上的包氣帶巖上層中,包括土壤水、沼澤水、上層滯水以及基巖風(fēng)化殼(粘土裂隙)中季節(jié)性存在的水。包氣帶水的主要特征是受氣候控制,季節(jié)性明顯,變化大,雨季水量多,旱季水量少,甚至干涸。

       包氣帶水對農(nóng)業(yè)有很大意義,對建筑工程有一定影響。

 

 

 

 

 潛水

    

       埋藏在地表以下第一層較穩(wěn)定的隔水層以上具有自由面的重力水叫潛水。潛水的自由表面,承受大氣壓力,受氣候條件影響,季節(jié)性變化明顯,春、夏季多雨,水位上升,冬季少雨,水位下降,水溫隨季節(jié)而有規(guī)律的變化,水質(zhì)易受污染。

 

       潛水主要分布在地表各種巖、土里,多數(shù)存在于第四紀松散沉積層中,堅硬的沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖的裂隙及洞穴中也有潛水分布。潛水面隨時間而變化,其形狀則隨地形的不同而異,可用類似于地形圖的方法表示潛水面的形狀,即潛水等水位線圖。此外,潛水面的形狀也和含水層的透水性及隔水層底板形狀有關(guān)。在潛水流動的方向上,含水層的透水性增強;含水層厚度較大的地方,潛水面就變得平緩,隔水底板隆起處,潛水厚度減小。潛水面接近地表,可形成泉。當?shù)乇砗恿鞯暮哟才c潛水含水層有水力聯(lián)系時,河水可以補給潛水,潛水也可以補給河流。潛水的流量。水位、水溫、化學(xué)成分等經(jīng)常有規(guī)律的變化,這種變化叫潛水的動態(tài)。潛水的動態(tài)有日變化、月變化、年變化及多年變化。潛水動態(tài)變化的影響因素有自然因素及人為因素兩方面。自然因素有氣象、水文、地質(zhì)、生物等。人為因素主要有興修水利。修建水庫。大面積灌溉和疏干等。這些因素都會改變潛水的動態(tài),我們掌握潛水動態(tài)變化規(guī)律就能合理地利用地下水,防止地下水可能造成的對建筑工程的危害。

      潛水的補給來源主要有:大氣降水、地表水、深層地下水及凝結(jié)水。大氣降水是補給潛水的主要來源。降水補給潛水的數(shù)量多少,取決于降水的特點及程度、包氣帶上層的透水性及地表的覆蓋情況等。一般來說,時間短的暴雨,對補給地下水不利,而連綿細雨能大量的補給潛水。在干旱地區(qū),大氣降雨很少,潛水的補給只靠大氣凝結(jié)水。地表水也是地下水的重要補給來源,當?shù)乇硭桓哂跐撍粫r,地表水就補給地下水。在一般情況下,河流的中上游基本上是地下水補給河流,下流是河水補給地下水。潛水的動態(tài)變化往往受地表水動態(tài)變化的影響。如果深層地下水位較潛水位高,深層地下水會通過構(gòu)造破碎帶或?qū)當鄬友a給潛水,也可越流補給潛水,總之,潛水的補給來源是多種多樣的,某個地區(qū)的潛水可以有一種或幾種來源補給。

 

        潛水的排泄,可直接流入地表水體。一般在河谷的中上游,河流下切較深,使?jié)撍苯恿魅牒恿?。在干旱地區(qū)潛水也靠蒸發(fā)排泄。在地形有利的情況下,潛水則以泉的形式出露地表。

 

 
 
 

 承壓水 

    

        地表以下充滿兩個穩(wěn)定隔水層之間的重力水稱為承壓水或自流水。由于地下水限制在兩個隔水層之間,因而承壓水具有一定壓力,特別是含水層透水性愈好,壓力愈大,人工開鑿后能自流到地表。因為有隔水頂板存在,承壓水不受氣候的影響,動態(tài)較穩(wěn)定,不易受污染。承壓水的形成與所在地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造及沉積條件有密切關(guān)系。只要有適宜的地質(zhì)構(gòu)造條件,地下水都可形成承壓水。適宜形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造大致有兩種:一為向斜構(gòu)或盆地,稱為自流盆地;另一為單斜構(gòu)造亦稱為自流斜地。

 

        但是,自然界中的自流盆地及自流斜地的含水層,埋藏條件是很復(fù)雜的,往往在同一個區(qū)域內(nèi)的自流盆地或自流斜地,可埋藏多個含水層,它們有不同的穩(wěn)水位與不同的水力聯(lián)系,這主要取決于地形和地質(zhì)構(gòu)造二者之間的關(guān)系。當?shù)匦魏蜆?gòu)造一致時,即為正地形,下部含水層壓力高,若有裂隙穿透上下含水層,下部含水層的水通過裂隙補給上部含水層。反地形,情況相反,含水層通過一定的渠道補給下部的含水層,這是因為下部含水層的補給與排泄區(qū)常位于較低的位置。

 

        承壓含水層直接出露在地面,屬潛水,補給靠大氣降水。若承壓含水層的補給區(qū)出露在表面水附近時,補給來源是地面水體;如果承壓含水層和潛水含水層有水力聯(lián)系,潛水便成為補給源。承壓水的徑流主要決定于補給區(qū)和排泄區(qū)的高差與兩者的距離及含水層的透水性。一般說來,補給區(qū)和排泄區(qū)距離短、含水層的透水性良好,水位差大,承壓水的徑流條件就好,如果水位相差不大,距離較遠,徑流條件差,承壓水循環(huán)交替就緩慢。承壓水的排泄方式是多種多樣的。當承壓含水層被河流切割,這時承壓水以泉的形式排出;當斷層切割承壓含水層時,一種情況是沿著斷層破碎帶以泉的形式排泄;另一種情況斷層將幾個含水層同時切割,使各含水層有了水力聯(lián)系,壓力高的承壓水便補給其他含水層。 

 

 

 

 

 裂隙水 

    

      埋藏在基巖裂隙中的地下水叫裂隙水。這種水運動復(fù)雜,水量變化較大,這與裂隙發(fā)育及成因有密切關(guān)系。裂隙水按基巖裂隙成因分類有:

 

    ( 1 )風(fēng)化裂隙水

      分布在風(fēng)化裂隙中的地下水多數(shù)為層狀裂隙水,由于風(fēng)化裂隙彼此相連通,因此在一定范圍內(nèi)形成的地下水也是相互連通的水體,水平方向透水性均勻,垂直方向隨深度而減弱,多屬潛水,有時也存在上層滯水。如果風(fēng)化殼上部的覆蓋層透水性很差時,其下部的裂隙帶有一定的承壓性,風(fēng)化裂隙水主要受大氣降水的補給,有明顯季節(jié)性循環(huán)交替性,常以泉的形式排泄于河流中。

 

      ( 2 )成巖裂隙水

       具有成巖裂隙的巖層出露地表時,常賦存成巖裂隙潛水。巖漿巖中成巖裂隙水較為發(fā)育。玄武巖經(jīng)常發(fā)育柱狀節(jié)理及層面節(jié)理。裂隙均勻密集,張開性好,貫穿連通,常形成貯水豐富、導(dǎo)水暢通的潛水含水層。成巖裂隙水多呈層狀,在一定范圍內(nèi)相互連通。具有成巖裂隙的巖體為后期地層覆蓋時,也可構(gòu)成承壓含水層,在一定條件下可以具有很大的承壓性。

 

     ( 3 )構(gòu)造裂隙水

      由于地殼的構(gòu)造運動,巖石受擠壓、剪切等應(yīng)力作用下形成的構(gòu)造裂隙,其發(fā)育程度既取決于巖石本身的性質(zhì),也取決于邊界條件及構(gòu)造應(yīng)力分布等因素。構(gòu)造裂隙發(fā)育很不均勻,因而構(gòu)造裂隙水分布和運動相當復(fù)雜。當構(gòu)造應(yīng)力分布比較均勻且強度足夠時,則在巖體中形成比較密集均勻且相互連通的張開性構(gòu)造裂隙,賦存層狀構(gòu)造裂隙水。當構(gòu)造應(yīng)力分布相當不均勻時,巖體中張開性構(gòu)造裂隙分布不連續(xù),互不溝通,則賦存脈狀構(gòu)造裂隙水。具有同一巖性的巖層,由于構(gòu)造應(yīng)力的差異,一些地方可能賦存層狀裂隙水,另一些地方則可能賦存脈狀裂隙水。反之,當構(gòu)造應(yīng)力大體相同時,由于巖性變化,裂隙發(fā)育不同;張開裂隙密集的部位賦存層狀裂隙水,其余部位則為脈狀裂隙水。層狀構(gòu)造裂隙水可以是潛水,也可以是承壓水。柔性與脆性巖層互層時,前者構(gòu)成具有閉合裂隙的隔水層,后者成為發(fā)育張開裂隙的含水層。柔性巖層覆蓋下的脆性巖層中便賦存承壓水。脈狀裂隙水,多賦存于張開裂隙中。由于裂隙分布不連續(xù),所形成的裂隙各有自己獨立的系統(tǒng)、補給源及排泄條件,水位不一致。有一定壓力,分布不均,水量小,水位水量變化大。但是,不論是層狀裂隙水還是脈狀裂隙水,其滲透性常常顯示各向異性。這是因為,不同方向的構(gòu)造應(yīng)力性質(zhì)不同,某些方向上裂隙張開性好,另一些方向上的裂隙張開性差,甚至是閉合的。

 

       綜上所述,裂隙水的存在、類型、運動、富集等受裂隙發(fā)育程度、性質(zhì)及成因控制,所以我們只有很好地研究裂隙發(fā)生、發(fā)展的變化規(guī)律,才能更好地掌握裂隙水的規(guī)律性。

 

 

 

 

 巖溶水 

    

      賦存和運移于可溶巖的溶隙溶洞(洞穴、管道、暗河)中的地下水叫巖溶水。我國巖溶的分布比較廣,特別在南方地區(qū)。因此,巖溶水分布很普遍,水量豐富,對供水極為有利,但對礦床開采、地下工程和建筑工程等都會帶來一些危害,因此研究巖溶水對國民經(jīng)濟有很大意義。根據(jù)巖溶水的埋藏條件可分為:

 

      ( 1 )巖溶上層滯水

      在厚層灰?guī)r的包氣帶中,常有局部非可溶的巖層存在,起著隔水作用,在其上部形成巖溶上層滯水。

 

      ( 2 )巖溶潛水

      在大面積出露的厚層灰?guī)r地區(qū)廣泛分布著巖溶潛水。巖溶潛水的動態(tài)變化很大,水位變化幅度可達數(shù)十米。水量變化的最大與最小值之差,可達幾百倍。這主要是受補給和徑流條件影響,降雨季節(jié)水量很大,其他季節(jié)水量很小,甚至干枯。 


      ( 3 )巖溶承壓水

       巖溶地層被覆蓋或巖溶層與砂頁巖互層分布時,在一定的構(gòu)造條件下,就能形成巖溶承壓水。巖溶承壓水的補給主要取決于承壓含水層的出露情況。巖溶水的排泄多數(shù)靠導(dǎo)水斷層,經(jīng)常形成大泉或群泉,也可補給其他地下水,巖溶承壓水動態(tài)較穩(wěn)定。

巖溶水的分布 主要受巖溶發(fā)育規(guī)律控制。 所謂巖溶 就是指水流與可溶巖石相互作用的過程以及伴隨產(chǎn)生的地表及地下地質(zhì)現(xiàn)象的總和。巖溶作用既包括化學(xué)溶解和沉淀作用,也包括機械破壞作用和機械沉積作用。因此,巖溶水在其運動過程中不斷地改造著自身的賦存環(huán)境。巖溶發(fā)育有的地方均勻,有的地方不均勻。若巖溶發(fā)育均勻,又無粘土填充,各溶洞之間的巖溶水有水力聯(lián)系,則有一致的水位。若巖溶發(fā)育不均勻,又有粘上等物質(zhì)充填,各洞之間可能沒有水力聯(lián)系,因而有可能使巖溶水在某些地帶集中形成暗河,而另外一些地帶可能無水。在較厚層的灰?guī)r地區(qū),巖溶水的分布及富水性和巖溶地貌很有關(guān)系。在分水嶺地區(qū),常發(fā)育著一些巖溶漏斗、落水洞等,構(gòu)成了特殊地形“峰林地貌”。它常是巖溶水的補給區(qū)。這里巖溶水徑流條件好,埋藏深度大,很少出露地表低洼的巖溶地形。在巖溶水匯集地帶,常形成地下暗河,并有泉群出現(xiàn),其上經(jīng)常堆積一些松散的沉積物。

 

       實踐和理論證明,在巖溶地區(qū)進行地下工程和地面建筑工程,必須弄清巖溶的發(fā)育與分布規(guī)律,因為巖溶的發(fā)育致使建筑工程場區(qū)的工程地質(zhì)條件大為惡化。

 

 

 
 
 

  

    

       泉是地下水天然露頭。主要是地下水或含水層通道露出地表形成的。因此,泉是地下的主要排泄方式之一。

 

       泉的實際用途很大,不僅可做供水水源。當水量豐富,動態(tài)穩(wěn)定,含有碘、硫等物質(zhì)時,還可做醫(yī)療之用。同時研究泉對了解地質(zhì)構(gòu)造及地下水都有很大意義。

 

      泉的類型按 補給源 可分為三類:

 

      包氣帶泉:主要是上層滯水補給,水量小,季節(jié)變化大,動態(tài)不穩(wěn)定。

 

      潛水泉:又稱下降泉,主要靠潛水補給,動態(tài)較穩(wěn)定,有季節(jié)性變化規(guī)律,按出露條件可分為侵蝕泉、接觸泉、溢出泉等。當河谷、沖溝向下切割含水層,地下水涌出地表便成泉,這主要和侵蝕作用有關(guān),故叫侵蝕泉。有時因地形切割含水層隔水底板時,地下水被迫從兩層接觸處出露成泉,故稱接觸泉。當巖石透水性變?nèi)趸蛴捎诟羲装迓∑?,使地下水流動受阻,地下水便溢出地面成泉,這就是溢出泉。

 

      自流水泉:又叫上升泉,主要靠承壓水補給,動態(tài)穩(wěn)定,年變化不大,主要分布在自流盆地及自流斜地的排泄區(qū)和構(gòu)造斷裂帶上。當承壓含水層被斷層切割,而且斷層是張開的,地下水便沿著斷層上升,在地形低洼處便出露成泉,故稱斷層泉。因為沿著斷層上升的泉,常常成群分布,也叫泉帶。

 

      泉的出露多在山麓、河谷、沖溝等地形低洼的地方,而平原地區(qū)出露較少,有時有些泉出露后,直接流入河水或湖水中,但水流清澈,這就是泉出露的標志。在干旱季節(jié),周圍草木枯黃,但泉的附近卻綠草如茵。

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基礎(chǔ)知識

       

   潛水等水位線圖即地下水的等值線圖。要對其作出正確的判斷,首先必須搞清潛水的幾個基本要素。如圖1,潛水面即潛水的自由表面(B);潛水埋藏深度即潛水面至地表的距離(h);潛水位即潛水面上任一點的海拔(H);潛水含水層厚度即潛水面至隔水底板的垂直距離(m)。

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  圖1

 

 

 
 
判讀方法

       

1. 潛水的流向:

  潛水是在重力作用下,由潛水位高處向低處作下降運動的,所以潛水的流向就是與潛水等水位線垂直且由潛水位數(shù)值大的指向潛水位數(shù)值小的短線,如圖2中的箭頭指向。

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  圖2

2. 潛水的埋藏深度:

  埋藏深度=某點地面標高-潛水位,即某點對應(yīng)的等高線的數(shù)值(地表高度)與其潛水水位數(shù)值的差。一般來說,地勢越高,潛水的埋藏越深,如圖2中P點潛水的埋藏深度為5米,Q點潛水的埋藏深度為10米。

3. 潛水與地表水(如河水)的補排關(guān)系:

  對照圖示觀察,若潛水等水位線圖上的等值線向數(shù)值大的方向凸出,說明河水水位低于潛水水位,潛水補給河水;相反,河水水位高于潛水水位,河水補給潛水。我們也可以通過確定地表水附近潛水的流向來確定彼此的補排關(guān)系,方法是在圖上按潛水位數(shù)值從大到小方向作潛水等水位線的垂線,若垂線指向河流,說明潛水補給河水;若作出的垂線偏離河流,則說明河水補給潛水,如圖3所示,①是潛水補給河水,②是河水補給潛水。

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  圖3

4. 水井位置的選擇:

  井是開采地下水的管狀垂向集水工程的設(shè)施。為增加開采補給量,保證水源地的長期均衡開采,水源地應(yīng)盡可能選擇在可以最大限度攔截區(qū)域地下徑流的地段,接近補給水源和能充分奪取各種補給量的地段,如水源地盡量靠近補給地下水的河流岸邊、區(qū)域地下徑流的排泄區(qū)附近等。如圖2中,要獲得充足的地下水資源,圖示地區(qū)打井的最佳地點應(yīng)是②處。根據(jù)等值線的特點和有關(guān)知識可知,等值線向數(shù)值大的方向凸出,說明該地的數(shù)值小,即該地是集水區(qū)。四個地點中,②處的曲率最大,說明此處變化大,且③④等處的潛水流向②處,所以四個地點相比,②處的地下水資源最為充足。

   

5.潛水水位和承壓水水位有何區(qū)別?

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      按照埋藏條件,地下水可以分為潛水和承壓水兩大類。

 

      埋藏在第一個隔水層之上的地下水,叫潛水。潛水有一個自由水面,它的上面為非飽和帶,同大氣相接觸。通常潛水水面因重力作用隨地形的高低起伏而略有起伏,因此,潛水一般由地形高處向低處滲流。


      埋藏在上下兩個隔水層之間,承受一定壓力的地下水,叫承壓地下水,又叫自流水。承壓地下水分布地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造,很多成盆地狀,這種地區(qū)叫自流水盆地。在自流水盆地上,只要把上面的隔水層鉆穿,地下水就在壓力作用下,沿鉆孔自流上涌,甚至噴出地表。


6.潛水和承壓水水位的區(qū)別及其與地勢的關(guān)系

 

        潛水水面是自由水面,因地形的高低起伏而略有起伏,意即地勢高,潛水水位高;地勢低,潛水水位低。而承壓水水面為固定(非自由)水面,不因地勢的高低起

伏而起伏。如附圖1,將承壓水的補給區(qū)和排泄區(qū)用直線連接起來的這條虛線就是承壓水的水位線(注意:是一條直線),而圖中的補給區(qū)和排泄區(qū)中的地下水都有潛水的特征,它們的水位都隨地勢的高低起伏而略有波動(注意:是一條曲線)。

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