地下水水文学.ppt

地下水水文学
Groundwater
各国饮用水中地下水的比例
美国 50%
欧洲 65%
墨西哥 75 %
中国 70%
丹麦 100%
荷兰 59%
西班牙 24 %
日本 22%
相对于其它水源，地下水有大气压。
 毛管上升水/毛管支持水
 毛管悬着水
在地下水面以上，毛管水影响到的范围内称作支持毛管带或毛管水活动层，毛管水高度随土壤性质不同而不同。
 毛管上升水/毛管支持水
从地下水面上升由毛管力吸附而存于土壤毛细孔隙中的水，故其与地下水有水力联系。
毛细管
悬着水
支持
毛管带
地下水
包气带
地 表
岩土名称
颗粒尺度
（mm）
毛细管上升高度（cm）
细砂砾岩
2~5

极粗砂
1~2

粗砂
~1

中砂
~

细砂
~

淤泥
~

松散岩土毛细管上升高度
由降水或灌溉水下渗，由毛细管引力作用而保持在土壤上层空隙中的水，其与地下水没有水力联系，呈现“挂悬”状态，故称毛细管悬着水。
 毛管悬着水：
可见，毛细水在地下水与大气水、地表水相互转化过程中起着重要的作用和影响。
毛细管
悬着水
支持
毛管带
地下水
包气带
地 表
 重力水：
是受重力作用而能自由运动的那一部分水，具有一般液态水性质，如可以在重力作用下产生水流运动，能传递压力等，因此，重力水不易保持在土壤上层，是形成地下水的重要来源。
2）气态水
气态水指以水蒸气状态存在于非饱和含水岩土空隙中的水。气态水在一定条件下可与液态水相互转化，两者之间保持动平衡。当岩土空隙内水汽达饱和时，或温度降至露点时，气态水即开始凝结形成液态水。气态水对岩土中水的重新分布有一定影响。
3）固态水
当岩土温度低于0oC时，岩土空隙中的液态即凝结为固态水，此时储存地下水的岩土称为冻土。
3．与水分储存运移有关的岩土性质
岩土空隙的大小和多少等有关的岩土性质与水分的存在形式及储存和运移性能密切相关。
1）容水性
岩土能容纳一定水量的性能称为容水性，常用含水率这一指标表示容水状况，含水率有二种表示方法:
 体积含水率
 重量含水率
⑴ 土壤重量含水率W（Weight ratio）：
式中，
Mw～土壤中水的重量, g；
Ms ～土壤中干土重量, g；
M ～土壤的湿重，
M=Ms+Mw
Va
Vw
Vs
V
Ma
Mw
Ms
M
土壤三相图
式中: Vw～土壤中水的容积，cm3；
V ～土样总体积，cm3；
  与W 的转换：
其中：rw=1为水的密度，r0为土壤干容重。
⑵ 土壤容积含水率（Volumetric ratio）
Va
Vw
Vs
V
Ma
Mw
Ms
M
土壤三相图
用来度量岩土最大容水性的指标，即指岩土完全饱水时所容纳的最大水体积与岩土总体积之比。实际上，这时的岩土空隙已全部充满水体，这时的含水率即称为饱和含水率s 。
因此，容水度在数值上一般与孔隙度（裂隙率、岩溶率）相等。
容水度：
 饱和度：
指含水体积与岩土空隙体积之比VW/VP，当含水率达到饱和时，其饱和度应为1；
此外，表征岩土容水状况的水分指标，还有饱和度和饱和差这二个指标。
2）持水性
含水岩土在重力作用下释水后，由于固体颗粒表面的吸附力和毛管力的作用，使岩土空隙中能保持一定水量的性能，称为持水性。
度量持水性的指标为持水度，即指饱水岩土在重力作用下，经过2～3天释水后，岩土空隙中尚能保持的水体积与岩土总体积之比，这时的岩土含水率也称为田间持水率。
田间持水量fc （Field Capacity）:
指土壤中所能保持的毛细管悬着水的最大量。当土壤含水量超过田间持水量时，超过的部分不能为毛细管力所维持，则成为自由重力水。
田间持水量是土壤水分运动性发生明显变化的重要标志，是划分土壤持水或下渗的重要参数，对水文学及在农业生产上都具重要意义。水文学中田间持水量常以符号fc 表示。
3）给水性
含水岩土在重力作用下能自由释出一定水量的性能，称为给水性。
度量绐水性指标为给水度 ，系指饱水岩土在重力作用下所释出的水体积与岩土总体积之比，在数值上它等于容水度减去持水度，也即岩土的饱和含水率s与田间持水率fc之差