地下水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查與評(píng)價(jià)

地下水是水資源的重要組成部分，在保障我國城鄉(xiāng)居民生活、支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、維持生態(tài)平衡等方面具有十分重要的作用。

一、地質(zhì)學(xué)的一些基本概念

地球自形成以來，經(jīng)歷了約46億年的演化過程，進(jìn)行過錯(cuò)綜復(fù)雜的物理、化學(xué) 變化。在距今200萬300萬年前，才開始有了人類出現(xiàn)。人類為了生存和發(fā)展，一 直在努力適應(yīng)和改變周圍的環(huán)境。利用堅(jiān)硬巖石作為用具和工具，從礦石中提取的銅、 鐵等金屬，對(duì)人類社會(huì)的歷史產(chǎn)生了劃時(shí)代的影響。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)地球的影響越來越大，地質(zhì)環(huán)境對(duì)人類的制約作用也越來越明顯。如何合理有效 地利用地球資源、維護(hù)人類生存的環(huán)境，已成為當(dāng)今世界所共同關(guān)注的問題。

1. 地質(zhì)的概念

地質(zhì)是指地球的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造、外部特征，以及各層圈之間的相互作用 和演變過程。

2. 礦物和巖石

在地球的化學(xué)成分中，鐵的含量最高(35%)，其他元素依次為氧(30%)、 硅(15%)、鎂(13%)等。如果按地殼中所含元素計(jì)算，氧最多(46%)，其他 依次為硅(28%)、鋁(8%)、鐵(6%)、鎂(4%)等。這些元素多形成化合物, 少量為單質(zhì)，它們的天然存在形式即為礦物。

礦物具有確定的或在一定范圍內(nèi)變化的化學(xué)成分和物理特征。礦物在地殼中常 以集合的形態(tài)存在，這種集合體可以由一種，也可以由多種礦物組成，這在地質(zhì)學(xué)中被稱為巖石。由此可見，地質(zhì)學(xué)中所說的巖石不僅指我們?nèi)粘Ｋ斫獾摹笆^”， 還包括地球表面的松散沉積物——土壤。巖石的特征用巖性來表示。所謂巖性，是 指反映巖石特征的一些屬性，包括顏色、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、膠結(jié)物質(zhì)、膠結(jié)類型、 特殊礦物等。

3. 地質(zhì)構(gòu)造

地球表層的巖層和巖體，在形成過程中及形成以后，都會(huì)受到各種地質(zhì)作用力 的影響，有的大體上保持了形成時(shí)的原始狀態(tài)，有的則產(chǎn)生了形變。它們具有復(fù)雜的空間組合形態(tài)，即各種地質(zhì)構(gòu)造。斷裂和褶皺是地質(zhì)構(gòu)造的兩種最基本形式。

4. 地層與地層層序律

地層是以成層的巖石為主體，在長(zhǎng)期的地球演化過程中在地球表面低凹處形成 的構(gòu)造，是地質(zhì)歷史的重要紀(jì)錄。狹義的地層專指己固結(jié)的成層的巖石，也包括尚 未固結(jié)成巖的松散沉積物。依照沉積的先后，早形成的地層居下，晚形成的地層在

上，這是地層層序關(guān)系的基本原理，稱為地層層序律。

二、水文學(xué)的一些基本概念

1. 水量平衡

所謂水量平衡，是指任意選擇的區(qū)域(或水體)，在任意時(shí)段內(nèi)，其收入的水 量與支出的水量之間差額必等于該時(shí)段區(qū)域(或水體)內(nèi)蓄水的變化量，即水在循環(huán)過程中，從總體上說收支平衡。水量平衡概念是建立在現(xiàn)今的宇宙背景下。地球 上的總水量接近于一個(gè)常數(shù)，自然界的水循環(huán)持續(xù)不斷，并具有相對(duì)穩(wěn)定性這一客 觀的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)之上的。

從本質(zhì)上說，水量平衡是質(zhì)量守恒原理在水循環(huán)過程中的具體體現(xiàn)，也是地球 上水循環(huán)能夠持續(xù)不斷進(jìn)行下去的基本前提。一旦水量平衡失控，水循環(huán)中某一環(huán)節(jié)就要發(fā)生斷裂，整個(gè)水循環(huán)亦將不復(fù)存在。反之，如果自然界根本不存在水循環(huán) 現(xiàn)象，亦就無所謂平衡了。因而，兩者密切不可分。水循環(huán)是地球上客觀存在的自 然現(xiàn)象，水量平衡是水循環(huán)內(nèi)在的規(guī)律。

2. 蒸發(fā)

在常溫下水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)進(jìn)入大氣的過程稱為蒸發(fā)?？諝庵械乃饕獊碜?地表水、地下水、土壤和植物的蒸發(fā)。有了蒸發(fā)作用，水循環(huán)才得以不斷進(jìn)行。

水面蒸發(fā)的速度和數(shù)量取決于許多因素(氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速等)，其中 主要決定于氣溫和絕對(duì)濕度的對(duì)比關(guān)系。氣溫決定了空氣的飽和水汽含量，而絕對(duì)濕度則是該溫度下空氣中實(shí)有的水汽含量，該兩水汽含量之差稱為飽和差。蒸發(fā)速 度或強(qiáng)度與飽和差成正比，即飽和差愈大，蒸發(fā)速度也愈大。

風(fēng)速是影響水面蒸發(fā)的另一重要因素。蒸發(fā)的水汽容易積聚在水面上而妨礙進(jìn) 一步蒸發(fā)，風(fēng)將水面蒸發(fā)出來的水汽不斷吹走，蒸發(fā)加快，因此，風(fēng)速愈大，蒸發(fā)就愈強(qiáng)烈。

蒸發(fā)包括水面蒸發(fā)、土面蒸發(fā)、葉面蒸發(fā)等。通常用水面蒸發(fā)量的大小表征一個(gè) 地區(qū)蒸發(fā)的強(qiáng)度。氣象部門常用蒸發(fā)皿(直徑數(shù)十分米的圓皿)測(cè)定某一時(shí)期內(nèi)蒸發(fā)水量，以蒸發(fā)的水柱高度毫米數(shù)表示蒸發(fā)量，如北京的多年平均年蒸發(fā)量為1 102 mm。

必須注意，氣象部門提供的蒸發(fā)量是指水面蒸發(fā)量，只能說明蒸發(fā)的相對(duì)強(qiáng)度， 而不代表實(shí)際的蒸發(fā)水量。因?yàn)橥ǔＲ粋€(gè)地區(qū)不全是水面，并且，用小直徑的蒸發(fā)皿測(cè)得的蒸發(fā)量比實(shí)際的水面蒸發(fā)量要偏大許多。

3. 降水

當(dāng)空氣中水汽含量達(dá)飽和狀態(tài)時(shí)，超過飽和限度的水汽便凝結(jié)，以液態(tài)或固態(tài) 形式降落到地面，這就是降水?？諝饫鋮s是導(dǎo)致水汽凝結(jié)的主要條件。暖濕氣團(tuán)由于各種原因變冷就可以產(chǎn)生降水。其中最常見的是鋒面降水。當(dāng)暖濕氣團(tuán)與冷氣團(tuán) 相遇時(shí)，在兩者接觸的鋒面上，水汽大量凝結(jié)形成降水。氣象部門用雨量計(jì)測(cè)定降

水量，以某一地區(qū)某一時(shí)期的降水總量平鋪于地面得到的水層高度毫米數(shù)表示。

降水是水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)之一，一個(gè)地區(qū)降水量的大小，決定了該地區(qū)水資源 的豐富程度，對(duì)地下水資源的形成具有重要影響。

以上介紹了主要?dú)庀笠氐幕靖拍?，這些氣象要素的變化決定了大氣的物理 狀態(tài)。在一定地區(qū)一定時(shí)間內(nèi)，各種氣象因素綜合影響所決定的大氣物理狀態(tài)稱為天氣。而某一區(qū)域天氣的平均狀態(tài)(用氣象要素多年平均值表征)，稱為該地區(qū)的 氣候。無論是變化迅速的氣象要素，還是變化緩慢的氣候因素，對(duì)于自然界水文循環(huán)過程，以至地下水的時(shí)空分布都具有重要影響。

4. 下滲

下滲又稱入滲，是指水從地表滲入土壤和地下的運(yùn)動(dòng)過程。它不僅影響土壤水 和地下水的動(dòng)態(tài)，直接決定壤中流和地下徑流的生成，而且影響河川徑流的組成。下滲強(qiáng)度指的是單位面積上單位時(shí)間內(nèi)滲入土壤中水量，用下滲率/表示，常用毫 米/分或毫米/小時(shí)計(jì)。在超滲產(chǎn)流地區(qū)，只有當(dāng)降水強(qiáng)度超過下滲率時(shí)才能產(chǎn)生徑 流。可見，下滲是將地表水與地下水、土壤水聯(lián)系起來的紐帶，是徑流形成過程、水循環(huán)過程的重要環(huán)節(jié)。

在天然條件下，下滲過程往往呈現(xiàn)不穩(wěn)定和不連續(xù)性形成這種情況的原因是多 方面的，歸納起來主要有以下四個(gè)方面。

(1) 土壤特性的影響。土壤特性對(duì)下滲的影響，主要決定于土壤的透水性能及土壤的前期含水量。其中透水性能又和土壤的質(zhì)地、孔隙的多少與大小有關(guān)。一般 來說土壤顆粒愈粗，孔隙直徑愈大，其透水性能愈好，土壤的下滲能力亦愈大。

(2) 降水特性的影響。降水特性包括降水強(qiáng)度、歷時(shí)、降水時(shí)程分配及降水空間分布等。其中降水強(qiáng)度直接影響土壤下滲強(qiáng)度及下滲水量，在降水強(qiáng)度/小于下滲率/的條件下，降水全部滲入土壤，下滲過程受降水過程制約。在相同土壤水分條件下，下滲率隨雨強(qiáng)增大而增大。尤其是在草被覆蓋條件下情況更明顯。但對(duì)裸 露的土壤，由于強(qiáng)雨點(diǎn)可將土粒擊碎，并充填土壤的孔隙中，從而可能減少下滲率。 此外，降水的時(shí)程分布對(duì)下滲也有一定的影響，如在相同條件下，連續(xù)性降水的下滲量要小于間歇性下滲量。

(3) 流域植被、地形條件的影響。通常有植被的地區(qū)，由于植被及地面上枯枝落葉具有滯水作用，增加了下滲時(shí)間，從而減少了地表徑流，增大了下滲量。而地 面起伏，切割程度不同，要影響地面漫流的速度和匯流時(shí)間。在相同的條件下，地 面坡度大、漫流速度快，歷時(shí)短，下滲量就小。

(4) 人類活動(dòng)的影響。人類活動(dòng)對(duì)下滲的影響，既有增大的一面，也有抑制的一面。例如，各種坡地改梯田、植樹造林、蓄水工程均增加水的滯留時(shí)間，從而增 大下滲量。反之砍伐森林、過度放牧、不合理的耕作，則加劇水土流失，從而減少 下滲量。在地下水資源不足的地區(qū)采用人工回灌，則是有計(jì)劃、有目的的增加下滲

水量;反之在低洼易澇地區(qū)，開挖排水溝渠則是有計(jì)劃有目的控制下滲，控制地下 水的活動(dòng)。從這意義上說，人們研究水的入滲規(guī)律，正是為了有計(jì)劃、有目的控制入滲過程，使之朝向人們所期望的方向發(fā)展。

5. 徑流

徑流是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)和水均衡的基本要素，系指降落到地表的降水在重 力作用下沿地表或地下流動(dòng)的水流。因此，徑流可分為地表徑流和地下徑流，兩者具有密切聯(lián)系，并經(jīng)常相互轉(zhuǎn)化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球大陸地區(qū)_平均有47 000 km3的水量通過徑流返回海洋，約占陸地降水量的40%。這部分水量大體上是人類可利用的淡水資源。

地表徑流和地下徑流均有按系統(tǒng)分布的特點(diǎn)。匯注于某一干流的全部河流的總 體構(gòu)成一個(gè)地表徑流系統(tǒng)，稱為水系。一個(gè)水系的全部集水區(qū)域，稱為該水系的流域。流域范圍內(nèi)的降水均通過各級(jí)支流匯注于干流。相鄰兩個(gè)流域之間地形最高點(diǎn) 的連線即為分水線，又稱分水嶺。這些概念同樣可用于地下水，但地下水的系統(tǒng)不 像地表水系那樣明顯和易于識(shí)別，具有自己的一些特點(diǎn)。

在水文學(xué)中常用流量、徑流總量、徑流深度、徑流模數(shù)和徑流系數(shù)等特征值說 明地表徑流。水文地質(zhì)學(xué)中有時(shí)也釆用相應(yīng)的特征值來表征地下徑流。

流量(0):系指單位時(shí)間內(nèi)通過河流某一斷面的水量，單位為m3/s。Q流量等于過水?dāng)嗝婷娣eF與通過該斷面的平均流速F的乘積，艮P:

Q=VXF

徑流總量(F):系指某一時(shí)段/內(nèi)，通過河流某一斷面的總水量，單位為m3。 可由下式求得：

W=QXt

徑流模數(shù)(M):系指單位流域面積F (km2)上平均產(chǎn)生的流量，以US km2 為單位，計(jì)算式為：

M=Q/FX\03

徑流深度(y):系指計(jì)算時(shí)段內(nèi)的總徑流量均勻分布于測(cè)站以上整個(gè)流域面積 上所得到的平均水層厚度，單位為mm，計(jì)算式為：

Y=W/FX\03

徑流系數(shù)(ah為同一時(shí)段內(nèi)流域面積上的徑流深度y(mm)與降水量尤(mm) 的比值KAT,以小數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示。

6. 水文循環(huán)

水文循環(huán)是發(fā)生于大氣水、地表水和地殼巖石空隙中的地下水之間的水循環(huán)， 水文循環(huán)的速度較快，途徑較短，轉(zhuǎn)換交替比較迅速。

水文循環(huán)是在太陽輻射和重力共同作用下，以蒸發(fā)、降水和徑流等方式周而復(fù) 始進(jìn)行的。平均每年有577 000km3的水通過蒸發(fā)進(jìn)入大氣，通過降水又返回海洋

和陸地。

地表水、包氣帶水及飽水帶中淺層水通過蒸發(fā)和植物蒸騰而變?yōu)樗魵膺M(jìn)入大氣圈。水汽隨風(fēng)飄移，在適宜條件下形成降水。落到陸地的降水，部分匯集于江河 湖沼形成地表水，部分滲入地下。滲入地下的水，部分滯留于包氣帶中(其中的土 壤水為植物提供了生長(zhǎng)所需的水分)，其余部分滲入飽水帶巖石空隙之中，成為地 下水。地表水與地下水有的重新蒸發(fā)返回大氣圈，有的通過地表徑流或地下徑流返回海洋。水文循環(huán)的過程參見圖3-17中的710及圖3-18。

水文循環(huán)分為小循環(huán)與大循環(huán)。海洋與大陸之間的水分交換為大循環(huán)。海洋或 大陸內(nèi)部的水分交換稱為小循環(huán)。通過調(diào)節(jié)小循環(huán)條件，加強(qiáng)小循環(huán)的頻率和強(qiáng)度，可以改善局部性的干旱氣候。目前人力仍無法改變大循環(huán)條件。

地殼淺表部水分如此往復(fù)不已地循環(huán)轉(zhuǎn)化，乃是維持生命繁衍與人類社會(huì)發(fā)展的必要前提。一方面，水通過不斷轉(zhuǎn)化而水質(zhì)得以凈化;另一方面，水通過不斷循 環(huán)水量得以更新再生。水作為資源不斷更新再生，可以保證在其再生速度水平上的 永續(xù)利用。大氣水總量雖然小，但是循環(huán)更新一次只要8天，每年平均更換約45 次。河水的更新期是16天。海洋水全部更新一次需要2 500年(中國大百科全書大氣科學(xué)海洋科學(xué)水文科學(xué)，1987)。地下水根據(jù)其不同埋藏條件，更新的周期 由幾個(gè)月到若干萬年不等。

三、地下水的基本知識(shí)

1. 地下水的概念

地下水是指以各種形式埋藏在地殼空隙中的水，包括包氣帶和飽水帶中的水。 地下水也是參于自然界水循環(huán)過程中處于地下隱伏徑流階段的循環(huán)水。

地下水是儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)于巖石和土壤空隙中的水，那么地下水必然要受到地質(zhì)條件 的控制。地質(zhì)條件包括巖石性質(zhì)、空隙類型與連通性、地質(zhì)地貌特征、地質(zhì)歷史等。

地下水環(huán)境是地質(zhì)環(huán)境的組成部分，它是指地下水的物理性質(zhì)、化學(xué)成分和貯存空間及其由于自然地質(zhì)作用和人類工程——經(jīng)濟(jì)活動(dòng)作用下所形成的狀態(tài)總和。

2. 地下水的埋藏條件

巖石和土體空隙既是地下水的儲(chǔ)存場(chǎng)所，又是運(yùn)移通道。空隙的大小、多少、 連通性、充填程度及其分布規(guī)律決定著地下水埋藏條件。根據(jù)成因可把空隙區(qū)分為孔隙、裂隙與溶隙三種，并可把巖層劃分為孔隙巖層(松散沉積物、砂巖等)、裂隙巖層(非可溶性的堅(jiān)硬巖層)與可溶巖層(可溶性的堅(jiān)硬巖石)?？紫稁r層中的 空隙分布比裂隙可溶巖層均勻，溶隙一般比孔隙、裂隙巖層中的空隙規(guī)模大。這三 種空隙的大小分別以孔隙度、裂隙率與巖溶率表示，即某一體積巖石中孔隙、裂隙 和溶隙體積與巖石總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示。

巖石空隙中存在著各種形式的水，按其物理性質(zhì)可分為氣態(tài)水、吸著水、薄膜 水、毛細(xì)水、重力水和固態(tài)水。此外，還有存在于礦物晶體內(nèi)部及其間的沸石水、結(jié)晶水與結(jié)構(gòu)水。水文地質(zhì)學(xué)所研究的主要對(duì)象是飽和帶的重力水，即在重力作用支配下運(yùn)動(dòng)的地下水。

巖石空隙是地下水儲(chǔ)存場(chǎng)所和運(yùn)動(dòng)通道。空隙的多少、大小、形狀、連通情況 和分布規(guī)律，對(duì)地下水的分布和運(yùn)動(dòng)具有重要影響。將巖石空隙作為地下水儲(chǔ)存場(chǎng)所和運(yùn)動(dòng)通道研究時(shí)，可分為三類，即：松散巖石中的孔隙，堅(jiān)硬巖石中的裂隙和可溶巖石中的溶穴。

(1) 孔隙。松散巖石是由大小不等的顆粒組成的。顆?；蝾w粒集合體之間的空隙，稱為孔隙。巖石中孔隙體積的多少是影響其儲(chǔ)容地下水能力大小的重要因素。 孔隙體積的多少可用孔隙度表示?？紫抖仁侵改骋惑w積巖石(包括孔隙在內(nèi))中孔 隙體積所占的比例。

由于多孔介質(zhì)中并非所有的孔隙都是連通的，于是人們提出了有效孔隙度的概 念。有效孔隙度為重力水流動(dòng)的孔隙體積(不包括結(jié)合水占據(jù)的空間)與巖石體積 之比。顯然，有效孔隙度小于孔隙度。

松散巖石中的孔隙分布于顆粒之間，連通良好，分布均勻，在不同方向上，孔 隙通道的大小和多少都很接近。賦存于其中的地下水分布與流動(dòng)都比較均勻。

(2) 裂隙。固結(jié)的堅(jiān)硬巖石，包括沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖，一般不存在或只保留一部分顆粒之間的孔隙，而主要發(fā)育各種應(yīng)力作用下巖石破裂變形產(chǎn)生的裂 隙。按裂隙的成因可分成巖裂隙、構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙。

成巖裂隙是巖石在成巖過程中由于冷凝收縮(巖衆(zhòng)巖)或固結(jié)干縮(沉積巖) 而產(chǎn)生的。巖漿巖中成巖裂隙比較發(fā)育，尤以玄武巖中柱狀節(jié)理最有意義。構(gòu)造裂隙是巖石在構(gòu)造變動(dòng)中受力而產(chǎn)生的。這種裂隙具有方向性，大小懸殊(由隱蔽的 節(jié)理到大斷層)，分布不均一。風(fēng)化裂隙是風(fēng)化營力作用下，巖石破壞產(chǎn)生的裂隙，主要分布在地表附近。

裂隙的多少以裂隙率表示。裂隙率(K)是裂隙體積(R)與包括裂隙在內(nèi)的 巖石體積(K)的比值，即或(V/F) 100%。除了這種體積裂隙率，還 可用面裂隙率或線裂隙率說明裂隙的多少。野外研究裂隙時(shí)，應(yīng)注意測(cè)定裂隙的方向、寬度、延伸長(zhǎng)度、充填情況等，因?yàn)檫@些都對(duì)地下水的運(yùn)動(dòng)具有重要影響。

堅(jiān)硬基巖的裂隙是寬窄不等，長(zhǎng)度有限的線狀縫隙，往往具有一定的方向性。只有當(dāng)不同方向的裂隙相互穿切連通時(shí)，才在某一范圍內(nèi)構(gòu)成彼此連通的裂隙網(wǎng) 絡(luò)。裂隙的連通性遠(yuǎn)較孔隙為差。因此，賦存于裂隙基巖中的地下水相互聯(lián)系較差。 分布與流動(dòng)往往是不均勻的。

(3) 溶穴?？扇艿某练e巖，如巖鹽、石膏、石灰?guī)r和白云巖等，在地下水溶蝕 下會(huì)產(chǎn)生空洞，這種空隙稱為溶穴(隙)。溶穴的體積(Vk)與包括溶穴在內(nèi)的巖 石體積(F)的比值即為巖溶率(&),即尤k=Fk/F或A：k= ( Vk/V) 100%。

溶的規(guī)模懸殊，大的溶洞可寬達(dá)數(shù)十米，高數(shù)十乃至百余米，長(zhǎng)達(dá)幾至幾十 公里，而小的溶孔直徑僅幾毫米。巖溶發(fā)育帶巖溶率可達(dá)百分之幾十，而其附近巖 石的巖溶率幾乎為零。

可溶巖石的溶穴是一部分原有裂隙與原生孔縫溶蝕擴(kuò)大而成的，空隙大小懸殊 且分布極不均勻。因此，賦存于可溶巖石中的地下水分布與流動(dòng)通常極不均勻。

3.包氣帶和飽水帶

地表以下一定深度，巖石中的空隙被重力水所充滿，形成地下水面。地表與潛 水面之間的地帶稱為包氣帶;地下水面以下，土層或巖層的空隙全部被水充滿的地帶稱為飽水帶(圖3-19)。在包氣帶中，空隙壁面吸附有結(jié)合水，細(xì)小空隙中含有毛細(xì)水，未被液態(tài)水占據(jù)的空隙包含空氣及氣態(tài)水，空隙中的水超過吸附力和毛細(xì) 力所能支持的量時(shí)，空隙中的水便以過重力水的形式向下運(yùn)動(dòng)。上述以各種形式存 在于包氣帶中的水統(tǒng)稱為包氣帶水。包氣帶水來源于大氣降水的入滲，地表水體的滲漏，由地下水面通過毛細(xì)上升輸送的水，以及地下水蒸發(fā)形成的氣態(tài)水

4.含水層、隔水層與弱透水層

巖石中含有各種狀態(tài)的地下水，由于各類巖石的水力性質(zhì)不同，可將各類巖石層劃分為含水層、隔水層和弱透水層。

含水層：指能夠給出并透過相當(dāng)數(shù)量重力水的巖層或土層。構(gòu)成含水層的條件，一是巖石中要有空隙存在，并充滿足夠數(shù)量的重力水;二是這些重力水能夠在巖石

空隙中自由運(yùn)動(dòng)。

含水層一般分為承壓含水層、潛水含水層。承壓含水層是指充滿于上下兩個(gè)隔 水層之間的地下水，其承受壓力大于大氣壓力。潛水含水層是指地表以下，第一個(gè)穩(wěn)定隔水層以上具有自由水面的地下水。在承壓含水層強(qiáng)抽水形成的漏斗區(qū)域，或 地形切割嚴(yán)重的區(qū)域，有時(shí)承壓水水頭下降至承壓含水層的隔水頂板之下，這部分 承壓水就變成了無壓水，通常將這樣的含水層稱為無壓一承壓含水層。

隔水層：指不能給出并透過水的巖層、土層，如黏土、致密的巖層等。

含水層和隔水層是相對(duì)概念，有些巖層也給出與透過一定數(shù)量的水，介于含水 層與隔水層之間，于是有人提出了弱透水層(弱含水層)的概念。

弱透水層(弱含水層)：所謂弱透水層是指那些滲透性相當(dāng)差的巖層，在一般的供排水中它們所能提供的水量微不足道，似乎可以看作隔水層;但是，在發(fā)生越流時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)水流的水力梯度大且發(fā)生滲透的過水?dāng)嗝婧艽?等于弱透水層分布 范圍)，因此，相鄰含水層通過弱透水層交換的水量相當(dāng)大，這時(shí)把它稱作隔水層就不合適了。松散沉積物中的黏性土，堅(jiān)硬基巖中裂隙稀少而狹小的巖層(如砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖等)都可以歸入弱透水層之列。

嚴(yán)格地說，自然界中并不存在絕對(duì)不發(fā)生滲透的巖層，只不過某些巖層(如缺少裂隙的致密結(jié)晶巖)的滲透性特別低罷了。從這個(gè)角度說，巖層之是否透水(即 地下水在其中是否發(fā)生具有實(shí)際意義的運(yùn)移)還取決于時(shí)間尺度。當(dāng)我們所研究的某些水文地質(zhì)過程涉及的時(shí)間尺度相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)，任何巖層都可視為可滲透的。諾曼與 威瑟斯龐(Neuman and Witherspoon, 1969)曾經(jīng)指出，有5個(gè)含水層被4個(gè)弱透 水層所阻隔，當(dāng)在含水層3中抽水時(shí)，短期內(nèi)相鄰的含水層2與4的水位均未變動(dòng) (圖3-20)。圖中所示a的范圍構(gòu)成一個(gè)有水力聯(lián)系的單元。但當(dāng)抽水持續(xù)時(shí)，最終影響將波及圖中b所示范圍，這時(shí)5個(gè)含水層與4個(gè)弱透水層構(gòu)成一個(gè)發(fā)生統(tǒng)一水力聯(lián)系的單元。這個(gè)例子雖然涉及的是弱透水層，但對(duì)典型的隔水層同樣適用。

1. 地下水形成條件

指參與現(xiàn)代水循環(huán)的地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件而言，不涉及討論地下水首 次形成的地下水起源問題。地下水的形成必須具備兩個(gè)條件，一是有水分來源，二是要有貯存水的空間。它們均直接或間接受氣象、水文、地質(zhì)、地貌和人類活動(dòng)的 影響。

(1) 自然地理?xiàng)l件。氣象、水文、地質(zhì)、地貌等對(duì)地下水影響最為顯著。大氣 降水是地下水的主要補(bǔ)給來源，降水的多寡直接影響到一個(gè)地區(qū)地下水的豐富程度。在濕潤(rùn)地區(qū)，降雨量大，地表水豐富，對(duì)地下水的補(bǔ)給量也大，一般地下水也 比較豐富;在于旱地區(qū)，降雨量小，地表水貧乏，對(duì)地下水的補(bǔ)給有限，地下水量 一般較小。另外，干旱地區(qū)蒸發(fā)強(qiáng)烈，淺層地下水濃縮，再加上補(bǔ)給少，循環(huán)差， 多形成高礦化度的地下水。

地表水與地下水同處于自然界的水循環(huán)中，并且互相轉(zhuǎn)化，兩者有著密切的聯(lián)系。

除了降水對(duì)地下水的補(bǔ)給外，地表水對(duì)地下水也能起到補(bǔ)給作用，但主要集中在地表水分布區(qū)，如河流沿岸、湖泊的周邊。所以有地表水的地區(qū)地下水既可得到 降水補(bǔ)給，又可得到地表水補(bǔ)給，所以水量比較豐富，水質(zhì)一般也好。

在不同的地形地貌條件下，形成的地下水存在很大差異。

地形平坦的平原和盆地區(qū)，松散沉積物厚，地面坡度小，降水形成的地表徑流 流速慢，易于滲入地下，補(bǔ)給地下水，特別是降水多的沿海地帶和南方，平原和盆 地中地下水廣而豐富。

在沙漠地區(qū)盡管地面物質(zhì)粗糙，水分易于下滲，但因?yàn)闅夂蚋珊?，降水少，?下水很難得到補(bǔ)給，許多巖層是能透水而不含水的干巖層。

黃土高原，組成物質(zhì)較細(xì)，且地面切割劇烈，不利于地下水的形成，又加上位 于干旱半干旱氣候區(qū)，地下水貧乏，是中國有名的貧水區(qū)。

山區(qū)地形陡峻，基巖出露，地下水主要存在于各種巖石的裂隙中，分布不均。由于降水受海拔高度的影響，具有垂直分布規(guī)律，在高大山脈分布地區(qū)，降水充足, 地表水和地下水均很豐富，特別在干旱地區(qū)，這一現(xiàn)象表現(xiàn)更為明顯。位于中國干旱區(qū)腹部的祁連山、昆侖山、天山等，山體高大，攔截了大氣中的大量水汽，并有山岳冰川分布，成為干旱區(qū)中的“濕島”，為周圍地區(qū)提供大量的地表徑流，使位于山前的部分平原具有充足的地表水和地下水資源。

(2)地質(zhì)條件。影響地下水形成的地質(zhì)條件，主要是巖石性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造。巖

石性質(zhì)決定了地下水的貯存空間，它是地下水形成的先決條件;地質(zhì)構(gòu)造則決定了 具有貯水空間的巖石，能否將水儲(chǔ)存住以及儲(chǔ)存水量的多少等特性。

除了一些結(jié)晶致密的巖石外，絕大部分巖石都具有一定的空隙。堅(jiān)硬巖石中地 下水存在于各種內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)作用形成的裂隙之中，分布極不均勻;松散巖層中，地下水存在于松散巖土顆粒形成的孔隙之中，分布相對(duì)較為均勻。在一些構(gòu)造發(fā)育、 斷層分布集中的地區(qū)，巖層破碎，各種裂隙密布，地下水以脈狀、帶狀集中分布在 大斷層及其附近。在構(gòu)造盆地，由于基底是盆地式構(gòu)造，其上往往沉積了巨厚的第四紀(jì)松散沉積物，再加上良好的匯水條件，多形成良好的承壓含水層，蘊(yùn)藏著豐富 的自流水。

(1) 人類活動(dòng)對(duì)地下水的影響。隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)水資源的需求越來越大。統(tǒng)計(jì)資料表明，水資源的需求量是與社會(huì)進(jìn)步和生活水平的提高成正比。美國、 英國等發(fā)達(dá)國家的人平均年用水量遠(yuǎn)高于發(fā)展中國家。近年來，人類活動(dòng)對(duì)地下水 的影響范圍和強(qiáng)度都在不斷加強(qiáng)，人類對(duì)地下水的幵釆量不斷增加，導(dǎo)致地下水位下降，引起一些大中城市地面沉降;沿海地區(qū)海水入侵地下水含水層;內(nèi)陸平原地 下水位下降，地表植被衰退，土地荒漠化等。人類為調(diào)節(jié)徑流，大力興修水利，改 變了地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件，破壞了天然狀態(tài)下的地下水平衡，如措施不當(dāng)，則會(huì)產(chǎn)生土壤次生鹽潰化，破壞生態(tài)平衡，促使環(huán)境惡化。此外，人類生產(chǎn)和 生活排放的污水和廢料，進(jìn)入地下含水層，造成地下水污染。

人類采取有計(jì)劃的措施對(duì)地下水進(jìn)行合理而科學(xué)的開發(fā)和保護(hù)，則對(duì)促進(jìn)地下 水的循環(huán)，改善地下水條件非常有益。如在一些引客水灌區(qū)，適當(dāng)控制地表水灌溉量，增加地下水開釆，可降低地下水位，防治土壤鹽堿化。在一些因開釆過量而導(dǎo) 致地下水位大幅度下降，引起地面沉降的城市，采用人工回灌方法，可提高地下水 水位，控制地面沉降。在一些地質(zhì)條件合適的地方，可將地表水引入地下，將水貯存在地下含水層中，增加地下水水量，形成“地下水庫”，在需要時(shí)抽取引用。

6.地下水的分類

地下水存在于巖石、土層的空隙之中。巖石、土層的空隙既是地下水的儲(chǔ)存場(chǎng) 所，又是地下水的滲透通道，空隙的多少、大小及其分布規(guī)律，決定著地下水分布與滲透的特點(diǎn)。地下水根據(jù)其物理力學(xué)性質(zhì)可分為毛細(xì)水和重力水。根據(jù)含水介質(zhì) (空隙)類型，可分為孔隙水、裂隙水和巖溶水三類;根據(jù)埋藏條件可分為包氣帶 水、潛水和承壓水(圖3-21);將二者組合可分為9類地下水(表3-15)。

(1)毛細(xì)水與重力水。毛細(xì)水指在巖土細(xì)小的孔隙和裂隙中，受毛細(xì)作用控制 的水，它是巖土中三相界面上毛細(xì)力作用的結(jié)果。

重力水指存在于巖石顆粒之間，結(jié)合水層之外，不受顆粒靜電引力的影響，可在重力作用下運(yùn)動(dòng)的水。一般所指的地下水如井水、泉水、基坑水等都是重力水， 它具有液態(tài)水的一般特征。污染物進(jìn)入地下水后，可隨地下水的運(yùn)動(dòng)而遷移，并在

地下水中產(chǎn)生溶解與沉淀、吸附與解吸、降解與轉(zhuǎn)化等物理化學(xué)過程。

(1) 孔隙水、裂隙水及巖溶水。

(2) 包氣帶水、潛水與承壓水。

①包氣帶水指處于地表面以下潛水位以上的包氣帶巖土層中的水，包括土壤 水、沼澤水、上層滯水以及基巖風(fēng)化殼(黏土裂隙)中季節(jié)性存在的水。主要特征是受氣候控制，水量季節(jié)性變化明顯，雨季水量多，旱季水量少，甚至干涸。

②潛水指地表以下，第一個(gè)穩(wěn)定隔水層以上具有自由水面的地下水。潛水沒 有隔水頂板，或只有局部的隔水頂板。潛水的表面為自由水面，稱作潛水面;從潛水面到隔水底板的距離為潛水含水層的厚度。潛水面到地面的距離為潛水埋藏深 度。潛水含水層厚度與潛水面潛藏深度隨潛水面的升降而發(fā)生相應(yīng)的變化。如圖3- 22所示。

潛水主要分布在地表各種巖、土里，多數(shù)存在于第四紀(jì)松散沉積層中，堅(jiān)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(shí)間而變化，其 形狀則隨地形的不同而異，也和含水層的透水性及隔水層底板形狀有關(guān)。

潛水的自由表面，承受大氣壓力，并受氣候條件影響，因而季節(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)變化而有規(guī)律的變化; 水質(zhì)易受地面建設(shè)項(xiàng)目影響。

③承壓水是指充滿于上下兩個(gè)隔水層之間的地下水，其承受壓力大于大氣壓力。承壓水不具自由水面，并承受一定的靜水壓力，承壓水位是虛擬水位，稱為水頭。承壓含水層的分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)不一致，常常是補(bǔ)給區(qū)遠(yuǎn)小于分布區(qū)，一般只通 過補(bǔ)給區(qū)接受補(bǔ)給(圖3-23)。承壓的動(dòng)態(tài)比較穩(wěn)定，受氣候影響較小。水質(zhì)不易受地面建設(shè)影響。

1. 地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄

地下水作為水圈的重要組成部分，一方面積極地參與了全球的水循環(huán)過程，另 一方面在一定的環(huán)境條件下，一定區(qū)域范圍內(nèi)的地下水自身通過不斷地獲得補(bǔ)給、產(chǎn)生徑流而后排泄等環(huán)節(jié)，發(fā)生周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)，形成相對(duì)獨(dú)立的地下水循環(huán)系統(tǒng)。

(1)地下水的補(bǔ)給。含水層中的地下水自外界獲得水量補(bǔ)充的作用稱為補(bǔ)給。 地下水的主要補(bǔ)給來源有：降水入滲補(bǔ)給、地表水補(bǔ)給、凝結(jié)水補(bǔ)給、來自其他含水層的補(bǔ)給以及人工補(bǔ)給等。

①降水入滲補(bǔ)給。大氣降水是地下水最主要的補(bǔ)給來源。降水的入滲過程是 在分子力、毛細(xì)管力以及重力的綜合作用下進(jìn)行的。地下水自降水獲得的補(bǔ)給量除了與降水本身的強(qiáng)度、降水總量等有關(guān)外，還與土層蓄水能力有關(guān)。只有降水入滲 量超過土層的蓄水能力，多余的降水才能補(bǔ)給潛水。在地下水埋藏較深的地方，這 一過程需要很長(zhǎng)時(shí)間才能完成。

②地表水入滲補(bǔ)給。地表上的江河、湖泊、水庫以及海洋，皆可成為地下水 的補(bǔ)給水源。

河流對(duì)于地下水的補(bǔ)給，主要取決于河水位與地下水位的相對(duì)關(guān)系、河床的透

水性能、河床的周界和高水位持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。

③含水層的補(bǔ)給。含水層補(bǔ)給分為兩種情況，一種是同一含水層通過側(cè)向排 泄補(bǔ)給下游含水層;另一種是兩個(gè)含水層之間的補(bǔ)給。兩個(gè)含水層之間的補(bǔ)給有兩個(gè)條件：一是兩個(gè)含水層具有水頭差，二是含水層之間具有水力聯(lián)系通道。兩個(gè)含 水層之間可通過天窗、導(dǎo)水?dāng)嗔选⑷跬杆畬釉搅?、不整合接觸面等途徑補(bǔ)給。

④地下水的人工補(bǔ)給。人工補(bǔ)給也是地下水的重要補(bǔ)給來源。人工補(bǔ)給可區(qū) 分為以下幾類情況，一類是人類修建水庫、渠道，引水灌溉農(nóng)田，從而補(bǔ)給地下水;另一類則是人類為了有效地保護(hù)和改善地下水資源、改善水質(zhì)、控制地下漏斗以及 地面沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)，而釆取的一種有計(jì)劃、有同的的人工回灌。城市工礦企業(yè)排 放工業(yè)廢水以及城鎮(zhèn)生活污水排放，因滲漏而補(bǔ)給地下水，經(jīng)常使地下水遭到污染，是一種特殊的人工補(bǔ)給。

含水層(含水系統(tǒng))從外界獲得水量的區(qū)域稱為地下水補(bǔ)給區(qū)。對(duì)于潛水含水 層，補(bǔ)給區(qū)與含水層的分布區(qū)一致;對(duì)于承壓含水層，裂隙水、巖溶水的基巖裸露區(qū)，山前沖洪積扇的單層砂卵礫石層的分布區(qū)都屬于補(bǔ)給區(qū)。

(2)地下水的徑流。地下水由補(bǔ)給區(qū)流向排泄區(qū)的過程稱為徑流，是連接補(bǔ)給與排泄兩個(gè)作用的中間環(huán)節(jié)。徑流的強(qiáng)弱影響著含水層的水量與水質(zhì)。徑流強(qiáng)度可 用地下水的平均滲透速度衡量。含水層透水性好，地形高差大、切割強(qiáng)烈、大氣降 水補(bǔ)給量豐沛地區(qū)的地下徑流強(qiáng)度大。同一含水層的不同部位徑流強(qiáng)度也有差異。

①地下水徑流方向與徑流強(qiáng)度。地下水的徑流方向與地表上河川徑流總是沿 著固定的河床匯流不同，呈現(xiàn)復(fù)雜多變的特點(diǎn)，具體形式則視沿程的地形，含水層的條件而定。當(dāng)含水層分布面積廣，大致水平時(shí)，地下徑流可呈平面式的運(yùn)動(dòng);在 山前洪積扇中的地下水則呈現(xiàn)放射式的流動(dòng)，具有分散多方向的特點(diǎn);在帶狀分布 的向斜、單斜含水層中的地下水，如遇斷層或橫溝切割，則可形成縱向或橫向的徑流。但這種復(fù)雜多變性，總離不開地下水從補(bǔ)給區(qū)向排泄區(qū)匯集，并沿著路徑中阻 力最小方向前進(jìn)，即自勢(shì)能高處向勢(shì)能較低處運(yùn)動(dòng)，反映在平面上，地下水流方向， 總是垂直于等水位線的方向。

地下水的徑流強(qiáng)度與地下水的流動(dòng)速度基本上與含水層的透水性，補(bǔ)給區(qū)與排 泄區(qū)之間水力坡度成正比，對(duì)承壓水來說，還與蓄水構(gòu)造的開啟與封閉程度有關(guān)。

地下徑流強(qiáng)度不僅沿程上有差別，在垂直方向上也不同，一般規(guī)律是從地表向 下隨著深度增加，地下徑流強(qiáng)度逐漸減弱，至侵蝕基準(zhǔn)面，地下水基本處于停滯狀

②地下水徑流類型。地下水是通過補(bǔ)給、徑流與排泄3個(gè)環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)交替循環(huán)的。根據(jù)水的交替循環(huán)途徑的不同，可區(qū)分為垂向交替、側(cè)向交替和混合交替。 其中垂向交替以內(nèi)陸盆地為最典型，自降水或地表水入滲得到補(bǔ)給，而后以蒸發(fā)方 式垂直排泄，徑流過程微弱;側(cè)向交替類型的補(bǔ)給來源多樣，地下水的交替基本上在水平方向上進(jìn)行，徑流比較發(fā)育;混合交替是介于上述兩類之間的過渡類型，自 然界中實(shí)際交替現(xiàn)象，大都屬這一類。

暢流型：暢流型的地下水流線近于平行，水力坡度較大，側(cè)向交替占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，補(bǔ)給排泄條件良好，徑流通暢，地下水交替積極，因而水的礦化度低，水質(zhì)好。

匯流型：匯流型地下水的流線呈匯集狀，水力坡度常由小變大。對(duì)于匯流型潛 水盆地，其水交替屬混合型，邊緣以側(cè)向?yàn)橹鳎虚g部位垂向交替所占的比重增大。 對(duì)于承壓水則屬側(cè)向水交替。匯流型的地下水一般交替積極，常形成可資利用的地下水資源。

散流型：散流型的特點(diǎn)是流線呈放射狀，水力坡度由大變小，呈現(xiàn)集中補(bǔ)給， 分散排泄。水交替屬混合型，以側(cè)向?yàn)橹?，徑流交替沿途由?qiáng)變?nèi)?，形成水化學(xué)水 平分帶規(guī)律，通常干旱地區(qū)山前洪積扇中的潛水，是此類型的代表。

緩流型：緩流型地下水面近于水平，水力坡度小，水流緩慢，水交替微弱，屬 于以垂向交替為主的混合型，通常礦化度較高，水質(zhì)欠佳。沉降平原中的孔隙水及排水不良的自流水盆地，是此類的代表。

滯流型：滯流型的水力坡度趨近于零，徑流停滯。對(duì)于潛水表現(xiàn)為滲入補(bǔ)給和蒸發(fā)排泄，屬垂向交替;對(duì)于承壓水可以有垂直越流補(bǔ)給與排泄。某些平原地區(qū)局 部洼地中封閉的潛水盆地和無排泄口的自流盆地，可作為此類代表。某些封閉良好 的承壓水，水分交替停止，多成為鹽鹵水、油田水。

在自然條件下，地下徑流類型復(fù)雜多變，往往出現(xiàn)多種組合類型。

地下水徑流區(qū)是指地下水從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)的中間區(qū)域。對(duì)于潛水含水層，徑 流區(qū)與補(bǔ)給區(qū)是一致的。

③泄流排泄。地下水通過地下途徑直接排入河道或其他地表水體，稱為泄流 排泄。泄流只在地下水位高于地表水位的情況下發(fā)生，泄流量的大小，取決于含水 層的透水性能、河床切穿含水層的面積，以及地下水位與地表水位之間的高差。地下水位與河水水位相差越大，含水層透水性越好，河床切割的含水層面積越大，則 排泄量也越大。地表水與地下水之間的補(bǔ)排關(guān)系復(fù)雜，有轉(zhuǎn)化交替現(xiàn)象，主要取決 于區(qū)域氣候、地質(zhì)構(gòu)造條件及水文網(wǎng)發(fā)育情況。

④向含水層排泄。同一含水層通過側(cè)向排泄補(bǔ)給下游含水層;兩個(gè)含水層之間可通過天窗、導(dǎo)水?dāng)嗔选⑷跬杆畬釉搅?、不整合接觸面等途徑排泄。

⑤人工排泄。指人工開釆對(duì)地下水的排泄，包括各類水井、地下集水廊道取 水、地下礦產(chǎn)開發(fā)過程中的礦坑排水等。

過量的人工排泄是引起地下水環(huán)境問題的主要因素。

(3)地下水的排泄。地下水的排泄指地下水失去水量的過程。其排泄方式有點(diǎn) 狀排泄(泉)、線狀排泄(向河流泄流)及面狀排泄(蒸發(fā))、向含水層排泄和人工 排泄，在排泄過程中，地下水的水量、水質(zhì)及水位均相應(yīng)的發(fā)生變化。其中蒸發(fā)排 泄僅消耗水分，鹽分仍留在地下水中，所以蒸發(fā)排泄強(qiáng)烈地區(qū)的地下水，水的礦化 度比較高。

①泉排泄。泉是地下水的天然露頭，是含水層或含水通道出露地表發(fā)生地下 水涌出的現(xiàn)象。通常山區(qū)及山前地帶泉水出露較多，這是與這些地區(qū)流水切割作用比較強(qiáng)烈、蓄水構(gòu)造類型多樣及斷層切割比較普遍等因素的影響有關(guān)。

②蒸發(fā)排泄。潛水蒸發(fā)是淺層地下水消耗的重要途徑，潛水蒸發(fā)主要是通過 包氣帶巖土水分蒸發(fā)和植物的蒸騰來完成的。其蒸發(fā)的強(qiáng)度、蒸發(fā)量的大小與氣象條件、潛水埋藏深度及包氣帶的巖性有關(guān)。氣候愈干燥，相對(duì)濕度愈小，巖土中水 分蒸發(fā)便愈強(qiáng)烈，而且蒸發(fā)作用可深入巖土幾米乃至幾十米的深處。這種排泄不但 消耗水量，而且往往造成水的濃縮，導(dǎo)致地下水礦化的增高，水化學(xué)類型改變及土壤鹽堿化。

1. 水文地質(zhì)單元

水文地質(zhì)單元是指根據(jù)水文地質(zhì)條件的差異性(包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石性質(zhì)、含 水層和隔水層的產(chǎn)狀、分布及其在地表的出露情況、地形地貌、氣象和水文因素等)而劃分的若干個(gè)區(qū)域，是一個(gè)具有一定邊界和統(tǒng)一的補(bǔ)給、徑流、排泄條件的地下 水分布的區(qū)域。

有時(shí)，地表流域與水文地質(zhì)單元是重合的，地表分水嶺就是水文地質(zhì)單元的邊 界。從這個(gè)意義上說，可以簡(jiǎn)單地把水文地質(zhì)單元理解為“埋藏”在地下的流域。

2. 地下水系統(tǒng)

地下水系統(tǒng)包括兩個(gè)方面：地下水含水系統(tǒng)和地下水流動(dòng)系統(tǒng)。

地下水含水系統(tǒng)是指由隔水或相對(duì)隔水巖層圈閉的，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水 巖系。顯然，一個(gè)含水系統(tǒng)往往由若干含水層和相對(duì)隔水層(弱透水層)組成。然而，其中的相對(duì)隔水層并不影響含水系統(tǒng)中的地下水呈現(xiàn)統(tǒng)一水力聯(lián)系。

地下水流動(dòng)系統(tǒng)是指由源到匯的流面群構(gòu)成的，具有統(tǒng)一時(shí)空演變過程的地下 水體。

3. 地下水的動(dòng)態(tài)與均衡

在各種天然和人為因素影響下，地下水的水位、水量、流速、水溫、水質(zhì)等隨 時(shí)間變化的現(xiàn)象，稱為地下水動(dòng)態(tài)。研究地下水動(dòng)態(tài)是為了預(yù)測(cè)地下水的變化規(guī)律, 以便釆取相應(yīng)的水文地質(zhì)措施，并有助于查明含水層的補(bǔ)給和排泄關(guān)系，含水層之間及其與地表水體的水力聯(lián)系，以了解地下水的資源狀況。地下水量均衡是指地下 水的補(bǔ)給量與排泄量之間的相互關(guān)系，主要研究潛水的水量均衡。而地下水化學(xué)成 分的增加量與減少量之間的相互關(guān)系，則稱為地下水的鹽均衡。

均衡是地下水動(dòng)態(tài)變化的內(nèi)在原因，動(dòng)態(tài)則是地下水均衡的外部表現(xiàn)。地下水動(dòng)態(tài)反映了地下水要素隨時(shí)間變化的狀況，為了合理利用地下水或有效防范其危 害，必須掌握地下水動(dòng)態(tài)。地下水動(dòng)態(tài)與均衡的分析，可以幫助我們查清地下水的

補(bǔ)給與排泄，闡明其資源條件，確定含水層之間以及含水層與地表水體的關(guān)系。

地下水動(dòng)態(tài)影響因素有：

(1) 氣象(氣候)因素：氣象(氣候)因素對(duì)潛水動(dòng)態(tài)影響最為普遍。降水的 數(shù)量及其時(shí)間分布，影響潛水的補(bǔ)給，從而使?jié)撍畬铀吭黾樱惶?，?質(zhì)變淡。氣溫、濕度、風(fēng)速等與其他條件結(jié)合，影響著潛水的蒸發(fā)排泄，使?jié)撍孔兩?，水位降低，水質(zhì)變咸。

(2) 水文因素：地表水體補(bǔ)給地下水而引起地下水位抬升時(shí)，隨著遠(yuǎn)離河流， 水位變幅減小，發(fā)生變化的時(shí)間滯后。

(3) 地質(zhì)因素：當(dāng)降水補(bǔ)給地下水時(shí)，包氣帶厚度與巖性控制著地下水位對(duì)降水的響應(yīng)。河水引起潛水位變動(dòng)時(shí)，含水層的透水性愈好，厚度愈大，含水層的給 水度愈小，則波及范圍愈遠(yuǎn)。對(duì)于承壓含水層，從補(bǔ)給區(qū)向承壓區(qū)傳遞降水補(bǔ)給影 響時(shí)，含水層的滲透性愈好，厚度愈大，給水度愈小，則波及的范圍愈大。承壓含 水層的水位變動(dòng)還可以由于固體潮、地震等引起。

(4) 人為因素：鉆孔釆水、礦坑或渠道排水通過改變地下水的排泄去路影響地下水的動(dòng)態(tài);修建水庫、利用地表水灌溉等通過改變地下水的補(bǔ)給來源而使地下水 動(dòng)態(tài)發(fā)生變化。

4. 地下水降落漏斗

在開釆地下水時(shí)，會(huì)在圍繞開采中心的一定區(qū)域，形成漏斗狀的地下水水位(水 頭下降區(qū))，稱為地下水降落漏斗。地下水降落漏斗在潛水含水層中表現(xiàn)為漏斗狀 的地下水水面凹面，在承壓含水層中表現(xiàn)為抽象的漏斗狀水頭下降區(qū)域，承壓含水層中不存在水面凹面。地下水降落漏斗區(qū)的地下水等水位線往往呈不規(guī)則同心圓狀 或橢圓狀。

地下水資源為可更新資源，可開釆利用的水量主要是當(dāng)年或一定水文周期內(nèi)地 下水的補(bǔ)給量。一個(gè)地區(qū)或一個(gè)流域在各種天然補(bǔ)給與消耗因素的綜合影響下，地下水保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。如平原地區(qū)淺層地下水直接受大氣降水和地表水補(bǔ)給，其 補(bǔ)給量與潛水蒸發(fā)和地下徑流排泄之間，在相當(dāng)時(shí)期內(nèi)處于平衡狀態(tài)。由于地下水 過量開采，地下水收支平衡遭到破壞，地下水位持續(xù)下降，形成區(qū)域性地下水降落漏斗。我國華北地區(qū)由于多年干旱和地下水嚴(yán)重超采，已經(jīng)形成了區(qū)域性地下水降 落漏斗。世界許多大城市如莫斯科、倫敦、巴黎等的地下水位下降都在幾十米以上。

5. 地下水化學(xué)性質(zhì)

地下水溶有各種不同的離子、分子、化合物以及氣體，是一種成分復(fù)雜的水溶 液。氯化物和堿金屬、堿土金屬的硫酸鹽和碳酸鹽屬于最易溶解的化合物，Na、K、 Ca、Mg、Cl、S042_和110)3_等成為地下水中的主要組分。它們的不同組合決定了地下水的化學(xué)類型。此外，還有某些數(shù)量較少的次要組分，它們?cè)诘貧ぶ蟹植疾?廣，或者分布量廣但其溶解性能很低。如N02—、NCV、NH4+、Br-、I-、F、Li、

Sr等;還包括以膠體狀態(tài)存在于水中的物質(zhì)，如Fe、AK Si02和有機(jī)化合物以及 氣體物質(zhì)。地下水中主要?dú)怏w成分是N、0、CO、CH、H2S,有時(shí)還有放射性起源 的氣體(如Rn)及惰性氣體(He、Ar等)。根據(jù)這些氣體成分可判明地下水賦存的水文地球化學(xué)環(huán)境。地下水中含量甚微的稀有組分是各種金屬元素——Pt、Co、 Ni、Cu、In、Sn、Mo以及分散在地殼中的其他元素。

地下水中的有機(jī)物質(zhì)種類很多，包括生物排泄和生物殘骸分解產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)， 也有構(gòu)成水生生物機(jī)體的有機(jī)質(zhì)。有機(jī)質(zhì)可能是隨廢水進(jìn)入地下水的各種廢棄物分解的產(chǎn)物，它們是各種細(xì)菌繁殖的良好媒介。

1. 水文地質(zhì)圖

水文地質(zhì)圖是反映某地區(qū)的地下水分布、埋藏、形成、轉(zhuǎn)化及其動(dòng)態(tài)特征的地 質(zhì)圖件，主要表示地下水類型、性質(zhì)及其儲(chǔ)量分布狀況等，它是某地區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查、勘查研究成果的主要表示形式。水文地質(zhì)圖按其表示的內(nèi)容和應(yīng)用目的，可概 括為綜合性水文地質(zhì)圖、專門性水文地質(zhì)圖和水文地質(zhì)要素圖三類。

(1) 綜合性水文地質(zhì)圖。

反映某一區(qū)域內(nèi)總的水文地質(zhì)規(guī)律的為綜合性水文地質(zhì)圖。以區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)、 地形、氣候和水文等因素的內(nèi)在聯(lián)系為基礎(chǔ)，綜合反映地下水的埋藏、分布、水質(zhì)、水量、動(dòng)態(tài)變化等特征，以及區(qū)域內(nèi)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄等條件。綜合性水 文地質(zhì)圖的比例尺常小于1 : 10萬。

(2) 專門性水文地質(zhì)圖。

為某項(xiàng)具體目的而編制的為專門性水文地質(zhì)圖。如地下水開采條件圖、供水水 文地質(zhì)圖、土壤改良水文地質(zhì)圖等。這類圖的內(nèi)容以水文地質(zhì)規(guī)律為基礎(chǔ)，同時(shí)又考慮應(yīng)用目的的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件。專門性水文地質(zhì)圖多釆用大于1 : 10萬的比例尺。

(3) 水文地質(zhì)要素圖。

表示某一方面水文地質(zhì)要素的為水文地質(zhì)圖。例如，水文地質(zhì)柱狀圖、地下水 等水位線圖、地下水水化學(xué)類型圖、地下水污染程度圖等。

①水文地質(zhì)柱狀圖是指將水文鉆孔揭示的地層按其時(shí)代順序、接觸關(guān)系及各層 位的厚度大小編制的圖件。編制水文地質(zhì)柱狀圖所需的資料是在野外地質(zhì)工作中取得的，并附有簡(jiǎn)要說明。圖中標(biāo)明有鉆孔口徑、深度、套管位置、地層時(shí)代、地層 名稱、地層代號(hào)、厚度、巖性和接觸關(guān)系等信息，它含有含水層位置、厚度、巖性、 滲透性，隔水層的位置、巖性和厚度等水文地質(zhì)信息。

②地下水等水位線圖就是潛水水位或承壓水水頭標(biāo)高相等的各點(diǎn)的連線圖。 在專業(yè)水文地質(zhì)圖中，等水位線圖既含有地下水人工露頭(鉆孔、探井、水井)和 天然露頭(泉、沼澤)信息，還可能含有地層巖性、含水層富水性、地面標(biāo)志物等信息。等水位線圖主要有以下用途：

確定地下水流向：在等水位線圖上，垂直于等水位線的方向，即為地下水

的流向。

計(jì)算地下水的水力坡度。

確定潛水與地表水之間的關(guān)系：如果潛水流向指向河流，則潛水補(bǔ)給河水; 如果潛水流向背向河流，則潛水接受河水補(bǔ)給。

確定潛水的埋藏深度：某一點(diǎn)的地形等高線標(biāo)高與潛水等水位線標(biāo)高之差 即為該點(diǎn)潛水的埋藏深度。

確定泉或沼澤的位置：在潛水等水位線與地形等高線高程相等處，潛水出 露，即是泉或沼澤的位置。

推斷給水層的巖性或厚度的變化：在地形坡度變化不大的情況下，若等水 位線由密變疏，表明含水層透水性變好或含水層變厚;相反，則說明含水層透水性變差或厚度變小。

確定富水帶位置：在含水層厚度大、滲透性好、地下水流匯集的地方即為 地下水富集區(qū)。

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