一、地下水的基本知识

（一）自然界中水的循环

自然界中的水：

1、大气水：水蒸气、云、雾、雨、雪和冰雹；

2、地表水：河流、湖泊、海洋、冰雪；

3、地下水：保存在地下岩石的空隙、裂隙及岩溶中的水。

自然界中的水在太阳辐射热和重力的作用下不断地循环着。从海洋、河流、湖泊的表面，岩石的表面及植物的叶面上蒸发，变成水汽上升至大气圈中。在高空凝结，形成不同形式的降水而降落到地面。降落下来的水一部分就地蒸发，一部分通过地表和地下径流的形式回归到海洋、河流、湖泊中。

（二）岩石的空隙性和透水性

1、岩石的空隙性

（1）孔隙：岩石颗粒之间存在的空隙。孔隙以孔隙度(n)表示。

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颗粒大小均匀，孔隙度大；大颗粒之间空隙充填有较小颗粒，孔隙度小。沉积岩孔隙度一般为10%，砾岩和充填胶结差的砂岩可达20%30%或更大。

（2）裂隙：坚硬岩石受地壳运动作用，产生各式各样的裂缝，称为裂隙。

（3）岩溶：地下水溶蚀了某些可溶性岩石（如石灰岩、石膏、岩盐）后，在岩石中形成了洞穴，称为岩溶溶洞。

2、岩石的透水性

岩石能使水透过本身的性能，称透水性。根据岩石透水性的大小，岩石可分为透水岩石和不透水岩石。

砂、砾石、砾岩以及裂隙与岩溶比较发育的岩石（砂岩、石灰岩）为透水性岩石；粘土及裂隙不发育的岩石（如页岩）为不透水岩石。

岩石的透水性是相对的。在普通压力下为不透水岩石，在高压力下可能是透水性岩石。

介于透水与不透水之间的岩石为半透水性岩石，如亚粘土和亚砂土等。

岩石透水性的大小，用渗透系数表示。(见图1)

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渗透系数是水力坡度为1时的渗透速度。测得太原组石灰岩含水层渗透系数平均为4.792×10-6m/s（0.414m/d）;本溪组石灰岩含水层渗透系数平均为1.446×10-6m/s(0.125m/d)。

3、透水层与不透水层；含水层与隔水层

能够透水或透水性强的岩石，称为透水层，如石灰岩，白云岩，空隙度大的砾岩和砂岩。充满了地下水的透水层，称为含水层。

不能透水或透水性差的岩石，称为不透水层或隔水层，如粘土，页岩，裂隙少的岩浆岩。

根据渗透系数K(m/d)的大小，岩石透水性可分为五级：1、极强透水性岩石（K>10）；2强透水性岩石(K=10-1)；3、中等透水性岩石(K=1-0.01)；

4、弱透水性岩石(K=0.01-0.001)；

5、极弱透水性或不透水性岩石(K<0.001).

几种岩石的渗透系数见表1。

表1几种岩石的渗透系数

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（三）地下水分类及其特征

1、潜水与承压水

潜水：地下第一个稳定隔水层以上含水层中的地下水，是具有自由表面的重力水。潜水水面至地表有一定距离。潜水由高位向低位流动，又称无压水。（见图2）

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承压水：承压水是充满于两个隔水层之间的含水层中的重力水，又称为自流水。承压水形成条件是向斜构造和单斜构造：Ⅰ区为补水区，位置较高，接受大气降水或地表水的补给，渗入地下沿含水层流动，；Ⅲ区为排泄区，位置较低，以泉的形式出露于地表；补水区与排泄区之间的Ⅱ区，充满具有静压力的地下水，就是承压水。由于充满于两个隔水层之间的地下水具有压力，钻孔通过隔水层后，地下水便涌入孔内，不断上升，有可能喷出至地表。（见图3）

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2、降压漏斗的概念（见图4）

在潜水（或承压水）井中抽水，水位下降，程漏斗形，直到形成稳定的降压漏斗为止。

潜水井涌水量（即井的排水量）计算公式为：

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（四）地下水的化学成分

自然界有许多岩石（如石灰岩、白云岩）都溶于水，因此地下水不是化学纯水，而是复杂的溶液。已发现有几十种元素。

离子状态：阴离子Cl-、SO4--、HCO3-

阳离子Na+、K+、Ca++、Mg++

化合物状态：Fe2O3、Al2O3等

气体状态：N2、O2、CO2、CH4、H2S等

以主要阴阳离子来表征地下水的化学类型。若地下水主要阴离子成分为HCO3-、阳离子为Ca++时，称为重碳酸钙型水；若地下水主要阴离子成分为SO4--、阳离子为Na+时，称为硫酸钠型水。

反映地下水化学性质常用指标有以下几个：

1、水的总矿化度（矿化度）

单位体积水中所含的离子、分子和各种化合物的总量称为水的总矿化度，以克/升来表示。它表明水中含盐分的多少。矿化度高，说明地下水的循环条件差；矿化度低，说明地下水的循环条件好。按总矿化度大小，可将地下水分为以下几类：（见表2）

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2、氢离子浓度(pH值)

pH值是水中氢离子浓度的负对数值：

pH=-lgH+

当pH＝7时，说明水为中性；pH7时，说明水呈酸性反应；

当pH>7时，说明水呈碱性反应。根据pH，可将地下水分为五类：

（见表3）

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3、水的硬度

地下水的硬度大小取决于Ca++和Mg++的含量。硬度又有：总硬度（Ca＋＋、Mg＋＋的总含量）、暂时硬度（沸腾后Ca＋＋、Mg＋＋沉淀量）和永久硬度（沸腾后Ca＋＋、Mg＋＋不沉淀量）。根据总硬度，可将地下水分为五类：极软水、软水、弱硬水、硬水和极硬水。

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