地下水概述-ppt

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地下水化学成分的性质
• 氢离子浓度 地下水的酸性和碱性的程度，取决于水中氢离子的浓
度大小 大多数地下水的pH值在6.5-8.5之间，北方地区多为
pH=7-8的弱碱水
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地下水化学成分的性质
• 硬度 总硬度：地下水中所有Ca2+、Mg2+离子的总含量 暂时硬度：将水加热至沸腾周，由于形成碳酸盐沉淀
第四章 地下水的物理性质 和化学成分
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4.1 地下水的物理性质
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地下水的物理性质、化学成分特征是地下水与环境 （自然地理、地质背景及人类活动）长期作用的结果。 地下水的化学性质为认识和了解地下水形成的地质历史 条件和过程提供依据
地下水在岩石的孔隙、裂隙或溶洞中储存和运动时， 溶滤和溶解着岩石的可溶成份，使地下水变成了含有各 种矿物质的天然溶液，而且随着运动环境和运动过程的 变化，地下水的化学成分也不断地更迭着
(6) 镁离(Mg2+)
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泥石
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地下水化学成分的性质
• 总含盐量与总溶解固体(TDS) 总含盐量：存在于地下水中的离子、分子和微粒(不
包括气体)之总含量 总溶解固体(TDS)：通常在105-110℃温度下将水样蒸
干后所得干涸残余物的总量
TDS ≈总含盐量-1/2HCO3TDS是反映地下水化学成分的主要指标：TDS含量低的 淡S要O水成42-为以分主HC要O3成-为分主；要T成DS分含；量T高DS的含盐量水中和等卤的水盐常质以水C常l-为以主
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地下水在运动过程中的各种作用
(2)水中阳离子的浓度 水中某种阳离子浓度越大，则其交替吸附能力就越强，
甚至可以发生吸附能力小的交替岩土颗粒表面吸附能力 大的阳离子

正确的计算未来井巷及采区的涌水量大小，是一项重要而复杂的工作。 它对煤田的技术经济评价有很大的影响，并且也是开采设计部门选择采掘 方案，制定疏于措施，确定排水设备的主要依据。
一、地下水的运动规律
岩层必须透水 必备条件 沿水流方向具有水位差
地下水的运动条件
运动速度及水量 水力坡度 =（H1-H2）/L
地表水防治
堵塞通道 河流改道 铺整河床
井下防治水 老容积水的探放 ：采空区，由于地表水和地下水的补给，充满了大量积水。
其特点： 一般积水范围不明（特别是一些老矿井），串联关系复杂、水量大、酸性 强、水头压力高、危害大。 要隔离积水需保留大量的安全煤柱，一方面影响资源的回收，另一方面， 由于资料不清、范围不确，可能引起积水的突然涌出，酿成灾害事故。 因此，探故老窑水是采矿工作中防患于未然的必要措施，是探明可采边界 和安全开来的主要手段。
程，称为水循环。
水循环包括内陆循环、海陆循环、海洋循环。
水的循环示意图
水循环意义 a.使大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间不断地进行着 能量交换和物质迁移。
b.使大气
降水、地表水、
地下水、土壤 水之间相互转
化，使水资源
形成不断更新 的统一系统。
二、含水层和隔水层
自然界中的岩层是在漫长的地质历史中形成，并经历了后期多次构造 运动与各种地质构造改造，因而发育了许多不同成因，不同方向，不同规 模的空隙。
二、井筒涌水量计算
潜水完整井涌水量计算: 系指井筒开凿在潜水含水层中，并打穿含水层到隔水底板； 自流水完整井涌水量计算： 系指井筒开凿在自流水含水层中，并全部揭露含水层；
巷道涌水量预测方法：
第三节 矿井水的防治
——以防为主，法治结合

（3）水力坡度I：水力坡度为沿渗流途径的水头损失 与相应渗透途径长度的比值。 地下水在空隙中运动时，受到空隙壁以及水质点 自身的摩阻力，克服这些阻力保持一定流速，就要消 耗能量，从而出现水头损失。
§5.2 地下水类型及其主要特征
地下水按埋藏条件可分为三大类：即包气带水、 潜水、承压水 。根据含水层的空隙性质，地下水可分为 三个亚类：孔隙水、裂隙水、岩溶水。
二、地下水及含水层 1. 基本概念
地下水的来源：大气降水。降落的水分，一部分渗
入地下，另一部分沿地面汇集于低处，成为河流、湖泊、 海洋的地表水，而地表水也可以通过岸边或谷底渗入地 下。这些渗入的水，就是地下水的主要补给来源。
地下水：存在于地壳表面以下岩土空隙（如岩石裂
隙、溶穴、土孔隙等）中的水称为地下水。
§5.1 地下水概述
一、地下水的地质作用 地下水能降低岩上强度和地基承载力； 对砂性土、粉性土产生潜蚀作用，破坏土体的 结构； 会使粉细砂和粉性土产生流砂现象，影响建筑 物和地下设施的稳定性，甚至引起破坏，同时 给地下工程施工带来许多麻烦; 当深基坑下部有承压水时，若不降低承压水头 压力，可能会冲毁坑底土体造成突涌危害; 地下水对其水位以下的岩土会产生静水压力作 用； 有些地下水会腐蚀钢筋混凝土。
▲矿化度：地下水中所含各种离子、分 子与化合物的总量称为矿化度，以g/L表示。 习惯上用105～110℃温度将地下水样品 蒸干后所得的干涸残余物总量来表示矿化度。 可以将分析所得阴阳离子含量相加，求得 理论干涸残余物总量。
注意: 由于在蒸干时有将近一半的HCO3-了分解 生成CO，及H2O而逸失。所以，阴阳离子相加 时， HCO3只取重量的50％。
毛细水对建筑工程的意义主要有：
（1） 产生毛细压力， 对于砂性土特别是细 砂、粉砂，由于毛细压力作用使砂性土具有一 定的粘聚力（称假粘聚力）。

达上层滞水或潜水，一些深井则可揭露到 承压水，因而可获得水量稳定、水质好的 地下水。
地下水的开采不能超过一定限度。否则会导 致地面下沉。
地面塌陷
袁隆平1950年大一期末考试成绩单
袁隆平1950年大一期末考试成绩单清楚地表明：袁隆平 当时农学课程成绩并不很突出，反而英文成绩特别好， 高达93分。国文64分，植物学65分，普通化学60分，地 质学88分，农业概论88分，气象学84分，农场实习67分。 他专业成绩在班上仅相当于中等。
隔水层（impervious bed）：地下水不易透过 和储存的岩层。
三、地下水的运动特点
地下水在岩石空隙中的存在形式随岩石的空 隙及含水量大小而有所不同。 吸着水、薄膜水、毛细水、重力水
（1）吸着水（hydroscopic water）：水量少， 水分子因静电引力作用，吸附在岩石颗粒 表面或孔隙壁面上。
对此，西南大学教授、国际著名蚕学专家向仲怀表示， 成绩并不代表实际能力，袁隆平自己也说过：“书本很 重要，电脑很重要，但书本和电脑都种不出水稻”。
这验证了一句古诗所讲的道理：“纸上得来终觉浅,绝 知此事要躬行。”
泉（spring）
是地下水的天然露头。是地下水在适当条件下溢 出地面的自然现象。
泉的分类方案：
（1）根据泉水பைடு நூலகம்出情况，一般把泉分为上升泉 和下降泉。
（2）根据泉的成因可分为接触泉、断层泉和侵 蚀泉。
（3）根据泉的温度可分为普通泉、温泉和冷泉。
（4）部分泉水中可溶有各种矿物质（如碳酸、 硫、氟等，甚至含放射性元素），这种泉称为 矿泉（mineral spring）。
接触泉——透水层和不透水层的接触面正好遇到 地面，于是在岩层里流动的地下水，就会沿着接 触面流出地面，这种泉叫接触泉。

第二节 地下水类型及其主要特征
3. 承压水的补给与排泄 承压水的补给源有大气降水、地表水及潜水； 承压水的排泄方式有：向潜水排泄、泉的排泄及向地表 水排泄。 4. 承压水对工程建设的影响 （1）良好的城市供水水源； （2）基坑突涌； （3）排水比较困难，井深，范围广，水量大。
运动多属于非层流运动。
第二节 地下水类型及其主要特征
地下水按照埋藏条件可以分为包气带水、潜水和承压水 三类；按照含水层的空隙性质可分为孔隙水、裂隙水和岩溶 水三类。
第二节 地下水类型及其主要特征
5.2.1 包气带水 处于地表面以下潜水位以上的包气带岩土层中，包括土 壤水、沼泽水、上层滞水以及基岩风化壳(粘土裂隙)中季节 性存在的水。主要特征是受气候控制，季节性明显，变化大， 雨季水量多，旱季水量少，甚至干涸。包气带水对农业有很 大意义，对工程建筑有一定影响。
第二节 地下水类型及其主要特征
承压斜地
第二节 地下水类型及其主要特征
承压含水层在同一区域内均可在不同深度有着若干层 同时存在的情况，它们之间的水头高度与地形和构造二者 有关。 当地形和构造一致时称为正地
形。下部含水层压力高，若有裂隙
穿透上下含水层，下部含水层的水 通过裂隙补给上部含水层。如山东
济南的承压斜地，地下水通过近20m厚的第四系覆盖层出
水下施工。若潜水对施工有危害，宜用排水、降低水位、隔离(包括冻结法
等)等措施处理。
第二节 地下水类型及其主要特征
5.2.3 承压水 承压水是指埋藏并充满在两个稳定隔水层之间的含水层 中的地下水，是一种有压重力水。
第二节 地下水类型及其主要特征
1. 承压水的形成 最适宜形成承压水的地质构造有向斜构造盆地和单斜构 造。 承压盆地 此类承压水的水 位受到气候及地形的 控制，往往有较好的 径流条件。

水力性质评价
对地下水的物理性质进行评价，如渗透性、含水性、导水性等。
工程地下水的预测模型
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水文地质模型
根据地下水的形成规律和水文地质条件，预测地 下水的补给量、储存量、水位变化等。
水动力学模型
根据地下水的流动规律和水动力学条件，预测地 下水的流速、流向、水压等变化情况。
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水质模型
根据地下水的化学成分形成规律和水质条件，预 测水质的变化情况，如化学需氧量、悬浮物等。
工程地下水ppt课件
contents
目录
• 工程地下水概述 • 工程地下水的水文地质条件 • 工程地下水的勘察与评价 • 工程地下水的防护与治理 • 工程地下水的资源利用与保护 • 工程地下水案例分析
01
工程地下水概述
定义与特点
定义
工程地下水是指存在于地下岩石空隙中的水，它可以通过孔隙、裂隙、溶洞等空隙流动，是地下工程中需要关注 和研究的重要因素。
特点
工程地下水具有不均匀性、流动性和不可见性等特点，不均匀性指地下水的分布和运动在不同地区和不同深度上 存在差异；流动性指地下水可以流动，其流向和水位受地势、地质条件等多种因素的影响；不可见性指地下水的 存在和运动不能直接被观察到，需要通过一定的观测和实验手段来探测和研究。
工程地下水的分类
根据来源
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工程地下水的防护与治理
工程地下水的防护措施
预防渗漏
01
在工程设计和施工过程中，应采取有效的防渗措施，如设置防
渗墙、铺设防渗膜等，以防止地下水的渗漏。
排水措施
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对于地下水位较高的区域，应设置排水系统，如排水沟、排水
管等，以降低地下水位，防止地下水对工程的影响。
监测与检测

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重力水的特点：能传递静水压力；具有溶解固体物质的能力；无 抗剪强度；流动时，产生动水压力，能带走土中细颗粒 地下水对工程建筑的影响：地下工程施工时，对基坑开挖，排水 等方面均产生很大影响 二.含水层与隔水层 （一）含水层 透水：水在岩土体空隙中流动的性能 含水层：能透水又饱含重力水的岩土层 常见的含水层：砂层，粉砂层，碎石层，块石层 含水层的构成要具备的条件： 1.具有良好的储水空间，即空隙大，孔径大，空隙连通性好；含 水层上下左右要有隔水层防止漏空 2.具有良好的补给来源 （二）隔水层
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(二)管涌(潜蚀):在渗透水流的作用下,土中细颗粒在粗颗粒形成 的孔隙中移动,以致流失,最终导致土体中形成贯 通的流动通道,造成土体坍塌 易于发生管涌的土层:不均匀的砂土层 管涌处理措施: 1.基坑外排水 2.打板桩 3.保护渗流出口 (1)汲水井:在过滤管与井壁之间充填反滤层 (2)土石坝:垂直截渗;水平铺盖 4.改良土石性质
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隔水层：相对不透水的岩土层 常见的隔水层：粘土层，完整致密的岩石 三.地下水的补给与排泄 补给：含水层从外界获得水量的过程 排泄：含水层耗失水量的过程 径流：地下水由补给区到排泄区流动的过程 ＃ 补给与排泄是含水层与外界进行水量和盐分交换的过 程，径流则是含水层内部水量和盐分的交流过程
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四.地下水的形成条件 1.地质条件 岩性：岩土体中空隙大小，数量，连通情况 构造：构造发育程度，越发育，裂隙越多，越连通，透水性能越 好，储水越多 2.气候条件 影响地下水水量 3.地貌条件 水由高向底处流动，故低洼地区，地下水埋藏浅，水量大； 高处埋藏深，水量小。一般平原，山前区易于储水，山区很难储 存大量的地下水 4.人为因素：过量开采地下水，导致地下水水位降低，水量减少

于水的（如O2、Ca、Mg、Na、K ）；或是地壳中含 量虽不很大，但极易溶于水的（Cl、以SO42-形式出现 的S）。
• Si、Al、Fe等元素，虽然在地壳中含量很大，但由于难 溶于水，地下水中含量通常不大。
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• 一般情况下,随着总矿化度(总溶解固体）的变化,地 下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化，即 ：
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6.2 地下水的化学特征
• 主要气体成分 • 主要离子成分 • 其他成分 • 总矿化度及化学成分表示式
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一、地下水中主要气体成分
• 地下水中常见的气体成分：
O2、N2、CO2、CH4、H2S等。尤以前三种为主。 通常情况下，地下水中气体含量不高，只有几mg/L到 几十mg/L。
• 研究地下水中气体成分的意义：
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1.氧（02）、氮（N2）
• 02的化学性质远较N2活泼，在较封闭的环境中， 02将耗尽而只留下N2 。因此， N2的单独存在， 通常可说明地下水起源于大气并处于还原环境。
• 大气中的惰性气体（A、Kr、Xe）与N2的比例恒
定，即(A+Kr+Xe)/ N2 =0.0118。比值等于此数，
说明N2是大气起源的；小于此数，则表明水中含
• 人类活动的影响改变了地下水的化学面貌。 • 地下水的化学成分是地下水与环境（自然地理、地
质背景、人类活动）——长期相互作用的产物。 • 某区地下水的化学面貌,反映该区地下水的历史演变
。研究地下水的化学成分，可以帮助我们回溯一个 地区的水文地质历史，阐. 明地下水的起源与形成。2
• 水是最为常见的良好溶剂：
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• 地下水是宝贵的液体矿产：
含大量盐类(如NaCl、KCl)或富集某些 稀散元素(Br、I、B、Sr等)的地下水是宝 贵的工业原料；

• 即山口砂砾带，中间砂砾粘土交替带，边缘粘性土带.
（2）在铅直方向上的规律
由于洪流的季节反复性堆积，使洪积扇在纵向剖 面上呈相互叠置的倾斜沉积层。洪积扇的上游铅 直剖面上是以粗碎屑为主的厚层组合；下游铅直 剖面上是粗粒与细粒的互层，其中粗粒物质往往 愈来愈细而尖灭。
（3）在成分上的规律
• 洪流碎屑物质，一般搬运距离较近，所以 常常是磨圆度和分选性都较差，在纵向上 随着物质搬运距离愈来愈远，其磨圆度和 分选性就愈来愈好。当为冲积扇时，由于 长期水流作用，故磨圆度及分选性较洪积 物好。洪积扇中的水流经常集中的某些部 位，也会出现分选性良好的粗粒碎屑透镜 体或带状体。
(三)承压水等水压线图
绘制方法：
等水压线图绘制的方法与潜水等水位线 图相同。制作时，将各钻孔及地下水的 天然露头(泉)的承压水标高，标于一定 比例尺的地形图上，然后以内插法求出 各等间距的等水压线，即得等水压线图 (图3-15)。
承压水的等水压线图：分析承压水的形 成条件，掌握承压水的补给、径流、排 泄的情况，如确定地下水流向、水力坡 度、各含水层及地表水之间的水力联系、 含水层厚度及透水性的变化等，同时对 于工程建筑及供水都有很大的实际意义
潜水面在图上的表示：剖面图，等水位线图
（1）水文地质剖面图 剖面线方向，包含水 位，含水层岩性、厚度、隔水层位置，以及它 们的变化等。如图3—9。潜水面可以是倾斜曲 线、水平线或上拱半椭圆曲线。
（2）潜水等水位线图（等高线图），图3-10
（3）潜水等水位线图的用途（1、2、3、4、5、6、7）
图3-9 甘肃古浪保和附近水文地质剖面示意图
三、承压水
承压水是充满在 两隔水层或弱透 水层之间含水层 中的地下水。 当这种含水层中 未被水充满时， 其性质与潜水相 似，称为无压层 间水。

现状
地下水过度开采现象普遍，许多地区 出现地下水位下降、地面沉降等问题 。
原因
人口增长、工农业发展、城市化进程 加速等导致用水需求急剧增加，而地 下水资源往往成为主要的供水来源。
地下水过度开采的影响与后果
水资源枯竭
过度开采导致地下水资 源枯竭，影响当地居民
和产业的发展。
地面沉降
地下水位下降导致地面 沉降，进而引发建筑物 的损坏和基础设施的破
水入侵等问题。
地下水污染
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由于工业废水、农业化肥和农药、生活污水等 污染源的排放，导致地下水受到重金属、有机
污染物、硝酸盐等污染，严重影响水质。
地下水资源枯竭
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长期过度开采和不合理利用，导致地下水资源 枯竭，严重影响生态平衡和人类生存环境。
地下水环境问题的影响
影响农业灌溉
地下水是农业灌溉的重要水源，地下 水环境问题会导致灌溉水源不足，影 响农业生产。
地下水是不可替代的自然资源，一旦 破坏或污染，很难恢复。因此，保护 地下水资源对于维护生态平衡和人类 生存至关重要。
地下水资源保护的措施与方法
加强水质监测
推广清洁生产
定期对地下水水质进行监测 ，及时发现污染源和污染物 ，采取有效措施进行治理。
01
02
推广清洁生产技术和方法， 减少污染物排放，从源头上
建立公众参与机制
鼓励公众参与地下水环境 保护和治理工作，建立健 全公众参与机制，提高公 众的积极性和参与度。
THANKS
保护地下水资源。
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划定保护区
根据地下水资源的分布和脆 弱性，划定地下水保护区， 限制人类活动和开发行为，
防止污染和破坏。
建立应急预案

一、地下水及含水层
强结合水 结合水 弱结合水 毛细水 液态水 重力水 土中水 非结合水 气态水 固态水
1、毛细水 定义：存在于细小孔隙中（直径0.002～0.5mm）， 受毛细作用控制的水。毛细水上升高度与土粒大 小相关，细小的土粒，水位上升越高。P120表5-1 为土层毛细水通常上升高度。毛细水对工程建筑 意义： （1）产生毛细力。 （2）导致土内产生封闭气体。 （3）助长地基土的冻涨现象；地下室受潮；危害 房屋基础及公路路面；土的沼泽化、盐渍化。
2、重力水 、 定义：存在于较粗大孔隙中，在重力作用 下自由流动的水。 产生浮托力；孔隙水压力；潜蚀。 含水层：能够给出并透过相当数量的重力 水的岩层或土层。如碎石土、碎屑岩。 隔水层：不能够给出并透过相当数量的重 力水的岩层或土层，或给出并透过水的数 量微不足道的岩土层。粘土层、页岩
二、岩土的水理性质
上层滞水 包 气 带 水 饱 和 带 水
潜水面 潜水
承压水
二、潜水 定义： 定义：埋藏在地表以下第一个连续稳定的隔水层 以上，具有自由水面的重力水。 以上，具有自由水面的重力水。 1、潜水特征 、 （1）潜水面以上无稳定的隔水层存在，大气降水 ）潜水面以上无稳定的隔水层存在， 和地表水直接补给。水位受气象要素影响较大。 和地表水直接补给。水位受气象要素影响较大。 （2）潜水自水位较高处向水位较低处渗流。在山 ）潜水自水位较高处向水位较低处渗流。 脊地带潜水位的最高处可形成潜水分水岭。 脊地带潜水位的最高处可形成潜水分水岭。
2、地下水中主要气体成分
主要气体成分有：O2、N2、CO2及H2S。一般情 况下，地下水中气体含量在几毫克/升到几十毫克/ 升，可反映地球的化学环境。 地下水中CO2含量越多，则溶解碳酸盐的能力越 强，如地下水中含有CO2气体，水体会对钢筋混 凝土产生侵蚀。 3、地下水中的胶体成分与有机质 以碳、氢、氧为主的有机质，常以胶体方式存在 于水中。难以离子状态溶于水中的化合物，常以 胶体型式存在于水中，如Fe(OH)2。