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地下水

[拼音]:dixiashui

[外文]:ground water

存在于地面以下岩石或土体空隙中的水,是一种宝贵的天然资源。常见有泉水和井水。

地下水埋藏条件

岩石和土体空隙既是地下水的储存场所,又是运移通道。空隙的大小、多少、连通性、充填程度及其分布规律决定着地下水埋藏条件。根据成因可把空隙区分为孔隙、裂隙与溶隙三种,并可把岩层划分为孔隙岩层(松散沉积物、砂岩等)、裂隙岩层(非可溶性的坚硬岩层)与可溶岩层(可溶性的坚硬岩石)。孔隙岩层中的空隙分布比裂隙可溶岩层均匀,溶隙一般比孔隙、裂隙岩层中的空隙规模大。这三种空隙的大小分别以孔隙度、裂隙率与岩溶率表示,即某一体积岩石中孔隙、裂隙和溶隙体积与岩石总体积之比,以百分数表示。

岩石空隙中存在着各种形式的水,按其物理性质可分为气态水、吸着水、薄膜水、毛细水、重力水和固态水。此外,还有存在于矿物晶体内部及其间的沸石水、结晶水与结构水。水文地质学所研究的主要对象是饱和带的重力水,即在重力作用支配下运动的地下水。

岩石的水理性质

指岩石与地下水相互作用时所表现出的物理性质,主要包括岩石的持水性,容水性,给水性与透水性等。岩石的水理性质是对岩石进行水文地质评价的重要依据。它们的评价指标分别为岩石的持水度(在重力作用下岩石仍能保持的水体积与岩石体积之比)、容水度(岩石所能容纳的较大水体积与溶水岩石体积之比)、给水度及渗透系数(见水文地质参数)。

含水层和隔水层

根据饱水带岩层给出与透过水的能力划分。含水层是地下水在其中储存、渗透并能给出相当数量水的岩层。相反,隔水层是不能给出和不能透过水的岩层,或者仅能给出与透过数量极少的水。在水文地质实际工作中,通常是把某一地层单元内饱含重力水的透水岩层,或由其构成统一水动力体系的几个地层,称为含水层系或含水岩组。有些文献还划分出透水层,它是只透过重力水而不饱含重力水的岩层。含水层与隔水层的概念是相对的,因为自然界没有绝对不含水的岩层,也没有绝对的隔水层,而且在一定条件下,含水层和隔水层还可以相互转化。

地下水形成条件

指参与现代水循环的地下水补给、径流、排泄条件而言,不涉及讨论地下水首次形成的地下水起源问题。

地下水补给

含水层中的地下水自外界获得水量补充的作用称为补给。地下水的主要补给来源有大气降水,地表水,凝结水,灌溉回归水,以及来自其他含水层中的水和人工补给的水。大气降水是地下水最普遍和最主要的补给来源。降水量的大小对一个地区的地下水补给量起控制作用。降水性质、包气带岩石的透水性与厚度、地形、植被等因素,都影响大气降水对含水层的补给强度。当在含水层之上没有稳定隔水层覆盖而且降水量丰富时,这种补给具有重要意义。河流、湖泊、水库、海洋等地表水体均可补给地下水,只要其底床和边岸岩石为相对透水岩层,便与其下部含水层中地下水发生水力联系,当地表水体水位高于边岸地下水时便会补给地下水。在农田灌溉地区,由于渠道渗漏及田间地面灌溉回归水下渗,使浅层地下水获得大量补给。相邻含水层可在水位差的作用下产生层间补给。近年来,地下水人工补给(回灌)已成为增加地下水资源补给量的重要手段。

地下水径流

地下水由补给区流向排泄区的过程称为径流,是连接补给与排泄两个作用的中间环节。径流的强弱影响着含水层中水量与水质。径流强度可用地下水的平均渗透速度衡量。含水层透水性好,地形高差大、切割强烈、大气降水补给量丰沛地区的地下径流强度大。同一含水层的不同部位径流强度也有差异。

地下水排泄

含水层排出地下水的作用称为排泄。地下水的主要排泄方式,包括以泉的形式排泄、向地表水体排泄、蒸发排泄、人工排泄及向另一含水层排泄等。

(1)泉是地下水的天然露头,是地下水循环过程中的一种重要排泄方式。

(2)地下水也可排泄到河流等地表水体中去。地下水位与河水水位相差越大,含水层透水性越好,河床切割的含水层面积越大,则排泄量也越大。地表水与地下水之间的补排关系复杂,有转化交替现象,主要取决于区域气候、地质构造条件及水文网发育情况。

(3)地下水的蒸发排泄包括土壤表面蒸发和植物叶面蒸腾两种方式。这种排泄不但消耗水量,而且往往造成水的浓缩,导致地下水矿化的增高,水化学类型改变及土壤盐碱化。

(4)地下水的人工排泄是指采用集水构筑物(井、钻孔、渠道等)开采或排泄含水层中的地下水。

地下水动态与均衡

在各种天然和人为因素影响下,地下水的水位、水量、流速、水温、水质等随时间变化的现象,称为地下水动态。研究地下水动态是为了预测地下水的变化规律,以便采取相应的水文地质措施,并有助于查明含水层的补给和排泄关系,含水层之间及其与地表水体的水力联系,以了解地下水的资源状况。地下水量均衡是指地下水的补给量与排泄量之间的相互关系,主要研究潜水的水量均衡。而地下水化学成分的增加量与减少量之间的相互关系,则称为地下水的盐均衡。

地下水化学性质

地下水溶有各种不同的离子、分子、化合物以及气体,是一种成分复杂的水溶液。氯化物和碱金属、碱土金属的硫酸盐和碳酸盐属于最易溶解的化合物,Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO厈和HCO婣离子等成为地下水中的主要组分。它们的不同组合决定了地下水的化学类型。此外,还有某些数量较少的次要组分,它们在地壳中分布不广,或者分布量广但其溶解性能很低。如NO娛、NO婣、NH嬄、Br-、I-、F-、Li+、Sr2+等;还包括以胶体状态存在于水中的物质,如Fe、Al、SiO2和有机化合物以及气体物质。地下水中主要气体成分是 N2、O2、CO2、CH4、H2S,有时还有放射性起源的气体(如 Rn)及惰性气体(He、Ar等)。根据这些气体成分可判明地下水赋存的水文地球化学环境。地下水中含量甚微的稀有组分是各种金属元素──Pt、Co、Ni、Cu、In、Sn、Mo以及分散在地壳中的其他元素。研究这些元素的含量变化,对给排水工程是有意义的,水中某些微量元素的存在影响人体健康(见水体污染)。

地下水中的有机物质种类很多,包括生物排泄和生物残骸分解产生的有机质,也有构成水生生物机体的有机质。有机质可能是随废水进入地下水的各种废弃物分解的产物,它们是各种细菌繁殖的良好媒介。

地下水的同位素成分,包括水的同位素和水中元素的同位素两种。研究地下水的氢、氧同位素对判明地下水的形成、运动等问题有重要意义。

地下水分类

通常是指地下水按埋藏条件的分类,也有按地下水的某一种特征(如运动特征、化学特征等)或地下水的形成条件(成因)进行分类的。比较通用的地下水分类:一是按其埋藏条件划分为上层滞水、潜水和承压水三类,另一是按其赋存的介质空隙类型划分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三种(见表)。

上层滞水是聚集在包气带中局部隔水层上面具有自由水面的水,而潜水则是饱水带中第一个稳定隔水层以上具有自由水面的水。两者的区别是:前者分布范围常常有限,而且不能终年保持有水;后者分布范围广,常年存在。承压水是充满在两个隔水层之间的含水层中的水,具有承压性质,水量比较稳定。由于承压水在一定条件下能自流溢出地面,故也称自流水。孔隙水是指埋藏在松散沉积物及胶结程度不好的基岩孔隙中的水,分布较均匀;裂隙水埋藏在裂隙发育的岩层中(未被水充满的层间裂隙水属潜水类型),分布不均匀;岩溶水则是埋藏在可溶岩石溶洞中的水,其分布一般很不均匀。

参考书目陈雨孙:《单井水力学》,我国建筑工业出版社,北京,1977。参考文章我国的地下水(groundwater of China)我国地理城市地下水污染成因分析废水治理地下水污染修复技术废水治理微污染地下水回用处理废水治理水稻应用地下水灌溉技术粮食作物二氧化氯在石油污染地下水治理中的应用废水治理可渗透性反应墙(PRB)技术修复受污染地下水废水治理纳滤膜净化地下水时预处理工艺的选择研究废水治理基坑施工中的地下水处理及工程应用研究废水治理为什么要保护地下水?环保百科

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