地下水的结构与运动

第八章地下水系统一、系统的概念1.系统，按著名科学家钱学森的说法是：相互作用和相互依赖的若干部分结合而成的具有特定功能的整体。

如，一个完整健康的人就是一个极其复杂的系统，它由管呼吸的部分（呼吸分系统）、管血液循环的部分（循环分系统），管消化、运动、思维的等各部分组成，各个部分相互作用相互依赖，少哪一部分都不行，都不是一个完整的人。

人是一个完整的大系统，某一部分则是一个子系统，如消化系统。

各个部分相互配合，才能学习、工作、生活、生存，才具有特定的功能，才是一个完整的人。

地下水主要是由含水介质和流动的水组合而成，各种各样的含水介质和大、小规模不同的水流，通过一定的结构组合在一起，具备着补给—径流——排泄功能。

所以地下水以及含水介质、隔水地层等也构成一个系统，称为地下水系统。

不同的系统具有不同的特征，具有相对的独立性。

不然就分不出这个系统那个系统了。

但这种相对独立并非绝缘，它必然与外界发生联系，要接受环境物质、能量、信息，我们把这个过程叫做“输入”。

输入的物质、能量、信息，通过系统内部的转换处理，再向环境物质、能量、信息。

环境对系统的作用，是通过输入来完成的，这种环境对系统的输入作用也称为“激励”。

系统受到激励以后，由于它本身特有的结构、功能，会通过系统内部的变换以输出的形式作用于环境，这种系统对环境的作用称为“响应”。

环境对系统的输入（激励），经过系统的变换而产生对环境的输出（响应）。

变换是系统特定功能的体现，是对输入（激励）的应对，输出（响应）是系统变换的结果。

系统对环境激励的应对变换情况，取决于系统的结构。

所谓系统的结构，是指系统内部各要素之间相互联系的方式和相互作用的方式。

系统的结构不同，对相同的输入（激励）会产生不同的输出（响应）效果。

例如，两个在相同环境里生活、工作的人，其衣、食、住、行等情况相同，但也会由于构成这两人的结构不同，而对环境所产生的输出（响应）也会不一样。

再如，相同的气候条件，相同的降雨条件，在不同的地下水系统，由于其岩性、结构、构造、地貌、分布范围以及包气带特征等要素的不同，所产生的泉水流量、地下水水位变化各不一样。

第二节地下水类型一、地下水基本类型的划分地下水与地表上其他水体相比较，无论从形成、平面分布与垂向结构上讲，还是从水的理化性状、力学性质上看，均显得复杂多样。

地下水的这种多样性和变化复杂性，是地下水类型划分的基础；而地下水的分类，又是揭示地下水内在的差异性，充分认识和把握地下水的特性及其动态变化规律的有效方法和手段。

因而具有十分重要的理论意义和实际价值。

地下水的分类方法有多种，并可根据不同的分类目的、不同的分类原则与分类标准，可以区分为多种类型体系。

如按地下水的起源和形成，可区分为渗入水、凝结水、埋藏水、原生水和脱出水等；按地下水的力学性质可分为结合水、毛细水和重力水；如按地下水的化学成分的不同，又有多种分类。

但从地理水文学角度来说，特别重视如下的分类：（一）按地下水的贮存埋藏条件分类1.包气带水结合水（分吸湿水、薄膜水）毛管水（分毛管悬着水与毛管上升水）重力水（分上层滞水与渗透重力水）2.饱水带水潜水承压水（分自流溢水与非自流溢水）（二）按岩土的贮水空隙的差异分类1.孔隙水2.裂隙水3.岩溶水在上述两种基本类型的基础上，将它们组合在一起，便可得到如表5－2所示的组合类型，如孔隙潜水、承压裂隙水等等。

二、包气带水（一）包气带水的特征与包气带的类型贮存在地下自由水面以上包气带中的水，称为包气带水。

包气带水包括吸湿水、薄膜水、毛细水、汽态水、过路的重力渗入水以及上层滞水。

1.包气带水的主要特征与饱和带中的地下水相比较，包气带水具有如下特征：其一包气带含水率和剖面分布最容易受外界条件的影响，尤其是与降水、气温等气象因素关系密切，多雨季节，雨水大量入渗，包气带含水率显著增加；干旱月分，土壤蒸发强烈，包气带含水量迅速减少，致使包气带水呈现强烈的季节性变化。

其二包气带在空间上的变化，主要体现在垂直剖面上的差异，一般规律是愈近表层，含水率的变化愈大，逐渐向下层，含水率变化趋于稳定而有规律。

其三包气带含水率变化还与岩土层本身结构，岩土颗粒的机械组成有关，因为颗粒组成不同，使得岩土的孔隙大小和孔隙度发生差异，从而导致了含水量的不同。

8.1 系统概述一、系统概念的提出贝塔朗菲（1901～1972），美籍奥地利生物学家，一般系统论和理论生物学创始人，50年代提出抗体系统论以及生物学和物理学中的系统论，并倡导系统、整体和计算机数学建模方法和把生物看作开放系统研究的概念，奠基了生态系统、器官系统等层次的系统生物学研究。

系统论系统概念系统思想与方法系统思想与方法的核心是：把研究的对象看成一个有机整体（系统），并从整体的角度去考察、分析与处理事物。

二、系统相关概念（钱学森，1978年）系统结构：系统内部各要素相互联系和作用的方式便是系统的结构。

系统方法认为：不应当将系统理解为各组成部分（要素）的简单集合，而应将其理解为诸要素以一定规则组织起来并共同行动的整体。

系统：由相互作用和相互依赖（联系）的若干组成部分结合而成的具有特定功能的（有机）整体。

系统的概念所涉及的范围广泛1+1=21+1＞21+1＜2三、系统与环境一个系统不仅内部各个要素间存在相互作用，而且整个系统与外部环境之间还存在相互作用，即系统接受环境的物质、能量、信息的输入，然后经过系统变换，再向环境输出物质、能量和信息。

即系统与环境间存在物质、能量、信息的交换。

环境对系统的作用称之为激励；系统在接受激励后对环境的反作用称之为响应；环境的输入（激励）经过系统的变换而产生对环境的输出（响应），这种变换取决于系统的结构：S=f（I，O）（INPUT，OUTPUT）在此提供了一种研究系统内部结构的方法，即通过输入、输出研究系统内部结构例如，在同等降水条件下，不同的地下水系统，由于其岩层、构造、地貌乃至分布范围大小不同，泉流量的变化各不相同。

系统分析的意义：一方面，分析系统输入与输出（激励与响应）的对应关系有助于了解系统结构；另一方面，对系统结构的了解有助于我们预测“激励——响应”关系。

再如，在不同的地下水系统中，以同种方式开采同样数量的地下水，地下水位的降低也有很大差别。

HS W ∆⋅⋅=μ四、系统分类1）按照自然属性：自然系统和人工系统2）按照物质属性：实体系统和概念系统3）按照运动属性：静态系统和动态系统4）按照系统与环境的关系：开放系统和封闭系统5）按照反馈的属性系统的输出反过来影响系统的输入时，称该系统具有“反馈”。

地下水基础知识（史上最全）地下水(ground water)，是指赋存于地面以下岩石空隙中的水，狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。

在国家标准《水文地质术语》(GB/T 14157-93）中，地下水是指埋藏在地表以下各种形式的重力水。

目录：一、地下水的来源和赋存形式1.地下水的来源2.岩石中的孔隙和水分3.岩石中水存在的形式4.与水分的储存和运移有关的岩石性质二、地下水及其分类1.基本概念2.地下水分类三、包气带、饱水带、含水层与隔水层1.基本概念2.含水层类型划分3.上层滞水和潜水4.层间水（承压水）5.潜水和承压水（层间水）比较地下水的来源和赋存形式|一、地下水的来源1.渗入水2.沉积水3.再生水4.初生水5.有机成因水|二、岩石中的孔隙和水分1.岩石中的孔隙：孔隙、裂隙和溶孔2.有关孔隙度的几个基本概念孔隙：组成松散岩石颗粒或颗粒集合体之间的间隙；裂隙：应力作用下坚硬岩石破裂变形产生的。

可分为成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙；溶孔（洞）：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空洞；孔隙度Φ：某一体积V岩石中孔隙体积Vn所占比例Φ=Vn/V裂隙率Kr：裂隙体积Vr与包括裂隙在内的岩石体积V的比值Kr=Vr/V熔岩率K：溶洞的体积Vk与岩石总体积V的比值K=Vk/V3.影响孔隙度大小的因素颗粒的排列方式：立方体排列紧密，孔隙度大；四面体排列，松散，孔隙度大;颗粒分选程度：分选好，孔隙度大；分选差，颗粒大小悬殊，细小颗粒充填于粗大颗粒之间，孔隙度降低;颗粒形状：颗粒形状不规则--排列松散--孔隙度大粘性土的结构和次生孔隙：带电粘粒--聚合--结构孔隙--孔隙度增大--次生孔隙（虫洞、根孔、干裂缝）发育--孔隙度增大。

孔隙的特点4.岩石中的各种裂隙1-分选良好，排列酥松的砂；2-分选良好，排列紧密的砂；3-分选不良的，排列紧密的砂；4-经过部分胶结的砂岩；5-具有结构性孔隙的黏土；6-经过压缩的黏土；7-具有裂隙的岩石；8-具有溶的可溶岩|三、岩石中水存在的形式1.气态水：以水蒸气的形式储存在地下的水；2.固态水：指岩石中温度在0℃以下的重力水。

地下水系统的结构特征水文地质学根据含水岩层在地质剖面中所处的部位及隔水层（非透水层）限制的情况，将地下水分为包气带水、潜水和承压水（见图2-1）。

图2-1潜水、承压水及上层滞水（据王大纯等,1986）a.上层滞水;b.潜水;c.承压水1.隔水层;2.透水层;3.饱水部分;4.潜水位;5.承压水测压水位;6.泉（上升泉）;7.水井，实线表示井壁不透水（一）包气带水包气带中以各种形式存在的水（结合水、毛细水、气态水）统称为包气带水。

来源于大气降水及灌溉水的入渗，地表水体的渗漏，由地下水面通过毛细上升输送的水分，以及地下水蒸发形成的气态水。

包气带的含水量及其水盐运动受气象因素影响极为显著，天然和人工植被也对其起很大的作用。

研究污染物质在地下水系统中的运移与转化，应重视对包气带水形成及其运动规律的研究。

（二）潜水饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称为潜水（见图2-1）。

潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板。

潜水的表面称作潜水面；从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度；潜水面到地表的距离称为潜水埋藏的深度。

潜水含水层厚度与潜水面埋藏深度随潜水面的升降而发生相应的变化。

潜水在其全部分布范围都可以通过包气带接受大气降水及地表水的补给，在重力作用下由水位高的地方向水位低的地方径流。

它的排泄，除流入其它含水层外，或是径流到地形低洼处，以泉、泄流等形式向地表或地表水体排泄；或是通过地面蒸发或植物蒸腾的形式排入大气。

潜水的水质主要取决于气候、地形及岩性条件。

另一方面，潜水很容易受到人为作用的污染，故应对潜水水源加强保护。

（三）承压水充满于两个隔水层（或弱透水层）之间的含水层中的水，称为承压水。

承压含水层上部的隔水层称为隔水顶板，下部的隔水层称为隔水底板。

隔水顶底板之间的距离为承压含水层的厚度（见图2-1）。

承压水主要来源于现代大气降水与地表水的入渗补给，补给区主要是含水层出露地表的范围，在一定的条件下，当含水层顶底板为弱透水层时，它还可以从上下含水层获得越流补给，也可向上下部含水层进行越流排泄。

地下水形成的原因是什么有何特点地下水是指赋存于地面以下岩石空隙中的水，地下水的形成并不简单，我们学过地理的朋友就有可能知道其中一些知识，下面就让店铺来给你科普一下地下水怎么形成的。

地下水的形成原因地下水主要来源于大气降水和地表水的入渗补给;同时以地下渗流方式补给河流、湖泊和沼泽，或直接注入海洋;上层土壤中的水分则以蒸发或被植物根系吸收后再散发入空中，回归大气，从而积极地参与了地球上的水循环过程，以及地球上发生的溶蚀、滑坡、土壤盐碱化等过程，所以地下水系统是自然界水循环大系统的重要亚系统。

地下水的组成结构地下水流系统的空间上的立体性，是地下水与地表水之间存在的主要差异之一。

而地下水垂向的层次结构，则是地下水空间立体性的具体表征。

典型水文地质条件下，地下水垂向层次结构的基本模式。

自地表面起至地下某一深度出现不透水基岩为止，可区分为包气带和饱和水带两大部分。

其中包气带又可进一步区分为土壤水带、中间过渡带及毛细水带等3个亚带;饱和水带则可区分为潜水带和承压水带两个亚带。

从贮水形式来看，与包气带相对应的是存在结合水(包括吸湿水和薄膜水)和毛管水;与饱和水带相对应的是重力水(包括潜水和承压水)。

以上是地下水层次结构的基本模式，在具体的水文地质条件下，各地区地下水的实际层次结构不尽一致。

有的层次可能充分发展，有的则不发育。

如在严重干旱的沙漠地区，包气带很厚，饱和水带深埋在地下，甚至基本不存在;反之，在多雨的湿润地区，尤其是在地下水排泄不畅的低洼易涝地带，包气带往往很薄，甚至地下潜水面出露地表，所以地下水层次结构亦不明显。

至于象承压水带的存在，要求有特定的贮水构造和承压条件。

而这种构造和承压条件并非处处都具备，所以承压水的分布受到很大的限制。

但是上述地下水层次结构在地区上的差异性，并不否定地下水垂向层次结构的总体规律性。

这一层次结构对于人们认识和把握地下水性质具有重要意义，并成为按埋藏条件进行地下水分类的基本依据。

地下水流向描述一、地下水的流向受地形和地质条件的影响。

地下水往往沿着地势低的方向流动。

在山地区，地下水往往由山顶向山脚流动。

在平原地区，地下水一般沿着平原的倾斜方向流动。

地下水流向的研究可以帮助我们了解地下水的运动规律，为地下水资源的开发和利用提供依据。

二、地下水的流向受地下水源和排水系统的影响。

地下水源是指地下水的补给来源，主要有降雨、河流、湖泊和人工补给等。

地下水的流向往往受到地下水源的影响。

例如，当地下水源来自于降雨时，地下水往往由高处向低处流动。

排水系统是指地下水流向的主要路径，包括河流、湖泊、井和渗流等。

地下水的流向受到排水系统的限制，往往沿着排水系统的方向流动。

三、地下水的流向受地下水的压力和渗透性的影响。

地下水的流动是由于地下水的压力差引起的。

当地下水压力差较大时，地下水往往沿着压力差的方向流动。

地下水的渗透性是指地下岩石或土壤对水的渗透能力。

地下水的流向受到地下岩石或土壤的渗透性的限制。

例如，当地下岩石或土壤的渗透性较小时，地下水往往难以流动。

四、地下水的流向对水资源的管理和利用具有重要意义。

地下水是重要的水资源之一，对农业、工业和生活等领域具有重要意义。

地下水的流向可以帮助我们了解地下水资源的分布和补给状况，为地下水资源的管理和利用提供依据。

例如，地下水的流向可以帮助我们选择合适的地点建设井和水库，提高地下水的利用效率。

地下水的流向是指地下水的运动方向和路径。

地下水流向受地形和地质条件、地下水源和排水系统、地下水的压力和渗透性等多种因素的影响。

地下水的流向对水资源的管理和利用具有重要意义。

通过研究地下水的流向，我们可以更好地了解地下水的运动规律，为地下水资源的管理和利用提供科学依据。

水循环知识：水循环中的地表水和地下水结构近年来，随着环境问题的不断加剧，人们对于水资源的保护和利用问题越来越重视。

而水循环作为水资源领域中的一个重要概念，对于我们深入了解水资源的运行机制和维持生态平衡具有重要的意义。

本文将以水循环中的地表水和地下水结构为主题，对此进行详细阐述。

一、水循环的基本概念水循环是指地球气候系统中因水的蒸发、降水等过程，经由空气和地质介质，将地表水和地下水、河川、湖泊、地下水之间不断进行交换和循环的过程。

水循环的主要过程包括蒸发和蒸散、降水、径流、地表渗漏、土壤渗透、植物蒸腾、地下水渗透等环节。

水循环是生命之源，维持着地球上生物系统的运行。

通过水循环，形成的水资源不仅满足了人类的生存需要，也为植物及动物等生物提供了生存的必要条件。

二、地表水与地下水在水循环中，地表水和地下水是两个主要的水体类型。

地表水一般分布于地表，如河流、湖泊、水库、农田灌溉等。

而地下水则主要分布于地下水层中。

这两种水体的分布、特点和动态均有其独特性。

下面将针对这两种水体分别进行详细的介绍。

1、地表水地表水是指分布在地表的水资源。

主要来源包括降雨、降雪、山间泉水、溪流、河流、湖泊等。

地表水对于生物系统的维持和水资源的利用都处于至关重要的地位。

以下是地表水的主要特征：（1）空间性分布广泛：地表水广泛分布于地表，包括江河湖泊、天然水库、洋面水体、农渠等。

（2）性质易受外界影响：地表水的水质易受到人类农业生产、生活污水、工业污染、大气降水等外界因素的影响。

同时，地表水在流动过程中还会收集带入各种物质，使得其水质变化剧烈。

（3）地表水利用广泛：地表水的水利、农业灌溉、城市供水、发电等都依赖于地表水的存在和利用。

2、地下水地下水是指自然聚积于地下孔隙中的水，包括土壤含水层、岩体裂隙、水文地质层等。

地下水在水循环中发挥了至关重要的作用，也被应用于农业灌溉、城市供水等多个方面。

以下是地下水的主要特征：（1）水源丰富：虽然地下水属于非常深层的地下水层，但目前的科技条件下还是可以通过井水等方式将其取出。

地下水就赋存在空隙中，原理就跟海绵吸水一样。

孔隙大的沙土，壤土就是含水层，致密的粘土或者岩层就是隔水层。

地下水就存在含水层里，你打个井如果到了地下水位，周围空隙里的水就渗出来了。

如果地下是纯水的只有在及其特殊的情况下才会产生，第一种是岩溶地区地下水侵蚀的溶洞中充满水，第二种就是挖矿特别是煤层造成的采空区积水。

一般情况下纯水塑性太大，承载力小；上面要是建个房子，一抽水那房子不下沉甚至直接塌了，就跟在注水的气球上一样了，地面都是软的了地下水和储水构造是结合的，不存在所谓的纯水。

地下水的分类：
1.按地下水的贮存埋藏条件分类
(1)包气带水
结合水（分吸湿水、薄膜水）
毛管水（分毛管悬着水与毛管上升水）
重力水（分上层滞水与渗透重力水）
(2)饱水带水
潜水
承压水（分自流溢水与非自流溢水）
2.按岩土的贮水空隙的差异分类
(1)孔隙水
(2)裂隙水
(3)岩溶水
一般粘土、泥岩、页岩为隔水层，砂岩、灰岩、花岗岩既可以是隔水层，也可以是含水层。

井排井灌原理
井排井灌原理是指通过井的开采和注水使地下水体运动，从而达
到取水或人为补充水资源的目的。

这一原理的应用非常广泛，在工农
业生产和城市水源供应中都有重要的作用。

井排井灌的原理是基于地下水的运动规律来进行的。

地下水是一
种流体，其流动的速度和方向取决于多个因素，例如地形、地层结构、水压和水文条件等。

当井口与地下水体相连通时，地下水开始通过井
口运动，如果井口处的水位高于周围地下水位，则井水会向外排出形
成井排；反之，如果井口处的水位低于周围地下水位，则井水会经由
井壁渗透进入地下水体，形成井灌。

井排井灌的应用非常广泛。

在农业生产中，井排灌水可以调节作
物的生长环境，提高产量和品质；在城市供水中，井水可以被处理后
作为饮用水供应给居民。

此外，在地下矿山开采和油气勘探中，井排
井灌也具有重要的应用价值，可以提升产量和降低成本。

值得提醒的是，井排井灌的应用需要注意地下水资源的保护和合
理利用，避免对地下水体造成过度的开采或过度的补给，避免形成水
资源的浪费或污染。

总之，井排井灌原理是利用地下水运动规律实现取水或补给水资
源的过程。

其应用范围广泛，但需要注意合理利用、保护地下水资源，避免造成不良影响。