地下水的地质作用..优秀PPT.ppt
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1、地下水的地质作用地下水的地质作用一.地下水的基本特征二.地下水的剥蚀作用三.地下水的搬运和沉积作用 地下水是指以各种形式存在于地表之下岩石和松散积累物地下水是指以各种形式存在于地表之下岩石和松散积累物空隙中的水体。地下水有气态、液态和固态三种,但以液态为空隙中的水体。地下水有气态、液态和固态三种,但以液态为主。主。一一.地下水的基本特征地下水的基本特征地表水 按来源不同,可将地下水分为渗入水、凝合水、岩浆水和埋藏水。渗入水:降水渗入地下形成渗入水。埋藏水:与沉积物同时生成或海水渗入到原生沉积物的孔隙中而形成的地下水成为埋藏水。岩浆水:既不是降水渗入,也不是水汽凝合形成的,而是由岩浆中分别出来的
2、气体冷凝形成,这种水是岩浆作用的结果,成为初生水。凝合水:水汽凝合形成的地下水称为凝合水。当地面的温度低于空气的温度时,空气中的水汽便要进入土壤和岩石的空隙中,在颗粒和岩石表面凝合形成地下水。吸湿水又称强结合水,水分子与岩土颗粒表面之间的分子吸引力可达到几千甚至上万个大气压,因此不受重力的影响,不能自由移动,密度大于1,不溶解盐类,无导电性,也不能被植物根系所吸取。薄膜水又称弱结合水,它们受分子力的作用,但薄膜水与岩土颗粒之间的吸附力要比吸湿水弱得多,并随着薄膜的加厚,分子力的作用不断减弱,直至向自由水过渡。毛管水当岩土中的空隙小于1毫米,空隙之间彼此连通,就象毛细管一样,当这些细小空隙贮存液
3、态水时,就形成毛管水。重力水当含水层中空隙被水充溢时,地下水分将在重力作用下在岩土孔隙中发生渗透移动,形成渗透重力水。饱和水带中的地下水正是在重力作用下由高处向低处运动,并传递静水压力。地下水存在状态 通常,岩土颗粒愈细小,其颗粒的比表面积愈大,分子吸附力亦愈大,吸湿水和薄膜水的含量便愈多。综上所述,地下水在垂向上不仅形成结合水、毛细水与重力水等不同的层次结构,而且各层次上所受到的作用力亦存在差异,形成垂向力学结构。岩石中的孔隙是地下水储运的主要场所和运移通道。孔隙的多少、大小、匀整程度及其连通状况,干脆确定了地下水的埋藏、分布和运动特性。通常,将松散沉积物颗粒之间的空隙称为孔隙,坚硬岩石因裂
4、开产生的空隙称裂缝,可溶性岩石中的空隙称溶隙(包括巨大的溶穴,溶洞等)。孔隙率孔隙率 又称孔隙度,它是反映含水介质特性的重要指标,以孔隙又称孔隙度,它是反映含水介质特性的重要指标,以孔隙体积(体积(Vn)与包括孔隙在内的岩土体积()与包括孔隙在内的岩土体积(V)之比值来表示,即)之比值来表示,即n=Vn/V100%。孔隙率的大小,取决于岩土颗粒本身的大小,颗粒之间。孔隙率的大小,取决于岩土颗粒本身的大小,颗粒之间的排列形式、分选程度以及颗粒的形态和胶结的状况等。必需指出,的排列形式、分选程度以及颗粒的形态和胶结的状况等。必需指出,孔隙率只有孔隙数量多少的概念,并不说明孔隙本身的大小(即孔隙孔隙
5、率只有孔隙数量多少的概念,并不说明孔隙本身的大小(即孔隙率大并不表示孔隙也大)。孔隙的大小与岩土颗粒粗细有关,通常是率大并不表示孔隙也大)。孔隙的大小与岩土颗粒粗细有关,通常是颗粒粗则孔隙大,颗粒细则孔隙小。但因细颗粒岩土表面积增大,因颗粒粗则孔隙大,颗粒细则孔隙小。但因细颗粒岩土表面积增大,因而孔隙率反而增大,如粘土孔隙率达到而孔隙率反而增大,如粘土孔隙率达到4555%;而砾石的平均孔隙;而砾石的平均孔隙率只有率只有27%。地下水的储运及运动特点孔隙水溶隙水裂隙水透水性透水性 指在确定条件下,岩土允许水通过的性能。透指在确定条件下,岩土允许水通过的性能。透水性能一般用渗透系数水性能一般用渗透
6、系数K值来表示。其值大小首先与岩值来表示。其值大小首先与岩土空隙的直径大小和连通性有关,其次才和空隙的多少土空隙的直径大小和连通性有关,其次才和空隙的多少有关。如粘土的孔隙度很大,但孔隙直径很小,水在这有关。如粘土的孔隙度很大,但孔隙直径很小,水在这些微孔中运动时,不仅由于水与孔壁的摩阻力大而难以些微孔中运动时,不仅由于水与孔壁的摩阻力大而难以通过,而且还由于粘土颗粒表面吸附形成一层结合水膜,通过,而且还由于粘土颗粒表面吸附形成一层结合水膜,这种水膜几乎占满了整个孔隙,使水更难通过。透水层这种水膜几乎占满了整个孔隙,使水更难通过。透水层与隔水层虽然没有严格的界限,不过常常将渗透系数与隔水层虽然
7、没有严格的界限,不过常常将渗透系数K值小于值小于0.001米米/日的岩土,列入隔水层,大于或等于此日的岩土,列入隔水层,大于或等于此值的岩土属透水层。值的岩土属透水层。透水性透水层隔水层含水层好坏含水好坏岩石:岩石:(1)包气带:岩石上部水未饱和带,岩石孔隙或裂隙未被液态地下水充溢,含有大量空气。(2)饱和带:当地下水向下运动到确定深处,遇到不透水层阻隔时,就不能往下运动了,于是在不透水层之上,地下水便渐渐积成一层饱和带。包气带包气带饱水带饱水带不同埋藏条件地下水的垂直分带季节变动带深循环带包气带饱水带上层滞水 地下水的流淌状态1)渗流地下水沿岩石空隙的这种缓慢运动,称为渗流。其运动场所称为渗
8、流场。2)当重力水在岩石的狭小空隙中渗流时,受介质的吸引力影响较大,水的质点排列较为有序,水作层流运动。3)当地下水在一些宽大的空隙中(溶洞或裂缝)流淌时,受介质的影响较小,水的流速较大,水的质点呈无序地、相互混杂地流淌,形成紊流。4)地下水在渗流场内运动,当其运动要素(水位、流速和 流向等)在确定时间内稳定不变时,则称为稳定流。达西定律达西定律:地下水呈现层流运动时的基本规律,可以表示为:地下水呈现层流运动时的基本规律,可以表示为:Q=KF h/L=KFI V=KI(Q=FV)式中,式中,Q:渗流流量;:渗流流量;F:为过水断面;:为过水断面;h:水头损失;:水头损失;L:渗流长度;:渗流长
9、度;I:水力坡度;:水力坡度;K:渗透系数。:渗透系数。V:流速:流速 渗透系数同渗流速度具有相同的因次。一般接受渗透系数同渗流速度具有相同的因次。一般接受m/d或或cm/s为单位。为单位。渗透系数可定量地说明岩石的渗透性能。岩石的渗透系数越大,表明其透水性渗透系数可定量地说明岩石的渗透性能。岩石的渗透系数越大,表明其透水性能越强。能越强。地下水的温度受地温限制,变温带地下水水温有较小的季节性变更;常温带地下水水温与当地平均气温接近;增温带地下水随地温梯度的增加而增加。通常状况下,地下水的温度接近或低于当地年平均气温称为冷水,温度高于当地年平均气温称为地下热水v低温低温20-40,中温中温40
10、-60,高温高温60-100,过热过热100。v高温热泉高温热泉(需具备较大的空隙、较热的岩体、通向地表的不规则裂隙系需具备较大的空隙、较热的岩体、通向地表的不规则裂隙系统)统)v地下热水分布区常是地热异样区;出露地表即成为温泉。地下热水分布区常是地热异样区;出露地表即成为温泉。v西藏羊八井、南京汤山、西安临潼华清池;冰岛、新西兰、美国黄石西藏羊八井、南京汤山、西安临潼华清池;冰岛、新西兰、美国黄石Yellow Stone醇厚泉醇厚泉(Old Faithful)v地下热水的成因:与断裂有关、与地热有关、与水文地质条件有关。地下热水的成因:与断裂有关、与地热有关、与水文地质条件有关。温度化学成分
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