第三節 地下水類型及特征

根據含水情況不同，地面以下的巖土層可分為包氣帶和飽水帶兩個帶。地面以下穩定地下水面以上為包氣帶，穩定地下水面以下為飽水帶。

根據埋藏條件，可以把地下水劃分為包氣帶水、潛水和承壓水三類 （圖1-5）；根據含水層空隙性質不同，可以將地下水劃分為孔隙水、裂隙水和巖溶水三類。按這兩種分類，可以組合成九種不同類型的地下水，見表1-1。

一、地下水按埋藏條件分類

（一） 包氣帶水

地表到地下水面之間的巖土空隙中既有空氣，又含有地下水，這部分地下水稱為包氣帶水。包氣帶水存在于包氣帶中，其中包括土壤水和上層滯水。

1.土壤水

土壤水位于地表以下的土壤層中，主要是以結合水和毛細水的形式存在，靠大氣降水滲入、水汽凝結及潛水補給。大氣降水滲入，必須通過土壤層，這時滲入水的一部分就保持在土壤層里，多余部分的重力水下降補給潛水。

2.上層滯水

上層滯水是局部或暫時儲存于包氣帶中局部隔水層或弱透水層之上的重力水 （圖1-5）。這種局部隔水層或弱透水層在松散堆積物地區可能由黏土、亞黏土等組成的透鏡體組成；在基巖裂隙介質中可能由局部地段裂隙不發育或裂隙被充填所造成；在巖溶介質中則可能是差異性溶蝕使局部地段巖溶發育較差或存在非可溶巖透鏡體。

上層滯水的水量一方面取決于補給來源，即氣象、水文因素，同時還取決于下伏隔水層的分布范圍。通常其分布范圍較小，因而不能保持常年有水，水量隨季節性變化較大。但當氣候濕潤，隔水層分布范圍較大、埋藏較深時，也可賦存相當水量。因此，在缺水地區可以利用它來做小型生活用水水源地，或暫時性供水水源。由于距地表近，補給水入滲途徑短，所以易受污染，作水源地時，應注意水質問題。另外上層滯水危害工程建設，常突然涌入基坑危害施工安全，應考慮排水的措施。

（二） 潛水

潛水主要是埋藏在地表以下第一個連續穩定的隔水層 （不透水層）以上、具有自由水面的重力水 （圖1-6）。一般是存在于第四紀松散堆積物的孔隙中 （孔隙潛水）及出露于地表的基巖裂隙和溶洞中 （裂隙潛水和巖溶潛水）。

潛水的自由水面稱為潛水面。潛水面上每一點的絕對 （或相對）高程稱為潛水位。潛水水面至地面的距離稱為潛水的埋藏深度。由潛水面往下到隔水層頂板之間充滿了重力水的巖層，稱為潛水含水層，其間距離則為含水層厚度。

潛水的這種埋藏條件決定了潛水具有以下特征：

（1）由于潛水含水層上面不存在完整的隔水或弱透水頂板，與包氣帶直接連通，因而在潛水的全部分布范圍都可以通過包氣帶接受大氣降水、地表水的補給。潛水在重力作用下由水位高的地方向水位低的地方徑流。潛水的排泄，除了流入其他含水層以外，泄入大氣圈與地表水圈的方式有兩類：一類是徑流到地形低洼處，以泉、泄流等形式向地表或地表水體排泄，這便是徑流排泄；另一類是通過土面蒸發或植物蒸騰的形式進入大氣，這便是蒸發排泄。

（2）潛水與大氣圈及地表水圈聯系密切，氣象、水文因素的變動，對它影響顯著。豐水季節或年份，潛水接受的補給量大于排泄量，潛水面上升，含水層厚度增大，埋藏深度變小。干旱季節排泄量大于補給量，潛水面下降，含水層厚度變小，埋藏深度變大。潛水的動態有明顯的季節變化特點。

（3）潛水積極參與水循環，資源易于補充恢復，但受氣候影響，且含水層厚度一般比較有限，其資源通常缺乏多年調節性。

（4）潛水的水質主要取決于氣候、地形及巖性條件。

（5）潛水的排泄 （即含水層失去水量）主要有兩種方式：一種是以泉的形式出露于地表或直接流入江河湖海中，這是潛水的一種主要排泄方式，稱為水平方向的排泄；另一種是消耗于蒸發，為垂直方向的排泄。濕潤氣候及地形切割強烈的地區，有利于潛水的徑流排泄，往往形成含鹽量不高的淡水。干旱氣候下由細顆粒組成的盆地平原，潛水的蒸發排泄為主，常形成含鹽高的咸水，潛水容易受到污染，對潛水水源應注意衛生防護。

（三） 承壓水

1.承壓水的概念

充滿于兩個隔水層 （弱透水層）之間的含水層中承受水壓力的地下水，稱為承壓水（圖1-7）。承壓含水層上部的隔水層 （弱透水層）稱作隔水頂板，下部的隔水層 （弱透水層）稱為隔水底板。隔水頂底板之間的距離為承壓含水層厚度。承壓水多埋藏在第四紀以前巖層的孔隙中或層狀裂隙中，第四紀松散沉積物中亦有孔隙承壓水存在。

承壓性是承壓水的一個重要特征。圖1-7表示一個基巖向斜盆地。含水層中心部分埋沒于隔水層之下，是承壓區；兩端出露于地表，為非承壓區。含水層從出露位置較高的補給區獲得補給，向另一側出露位置較低的排泄區排泄。由于來自出露區地下水的靜水壓力作用，承壓區含水層不但充滿水，而且含水層頂面的水承受大氣壓強以外的附加壓強。當鉆孔揭穿隔水頂板時，鉆孔中的水位將上升到含水層頂部以上一定高度才靜止下來。鉆孔中靜止水位到含水層頂面之間的距離稱為承壓高度，這就是作用于隔水頂板的以水柱高度表示的附加壓強。井中靜止水位的高程就是承壓水在該點的測壓水位。測壓水位高于地表的范圍是承壓水的自溢區，在這里井孔能夠自噴出水。

2.承壓水的類型

承壓水的形成主要取決于地質構造，不同的地質構造決定了承壓水埋藏類型的不同，這是承壓水與潛水形成的主要區別。構成承壓水的地質構造大體可以分為兩類：一類是盆地或向斜構造；另一類是單斜構造。這兩類地質構造在不同的地質發展過程中，常被一系列的褶皺或斷裂所復雜化。埋藏有承壓水的向斜構造和構造盆地，稱為承壓 （或自流）盆地；埋藏有承壓水的單斜構造，稱為承壓 （或自流）斜地。

（1）承壓盆地。每個承壓盆地都可以分成三個部分：補給區、承壓區和排泄區 （圖1-7）。盆地周圍含水層出露地表，露出位置較高者為補給區 （A），位置較低者為排泄區（C），補給區與排泄區之間為承壓區 （B）。在鉆井時打穿上部隔水層，水即涌入井中，此高程 （即上部隔水層底板高程）的水位叫做初見水位。當水上涌至含水層頂板以上某一高度穩定不變時，稱靜止水位 （即承壓水位）；上部隔水層底板到下部隔水層頂板間的垂直距離，稱為含水層厚度。承壓水含水層厚度是長期穩定的，而補給區含水層厚度則受水文氣象因素影響而發生變化。

（2）承壓斜地。由含水巖層和隔水巖層所組成的單斜構造，由于含水巖層巖性發生相變、尖滅或者含水層被斷層所切，均可形成承壓斜地。

圖1-8（a）所示的承壓斜地內，補給、承壓和排泄區各在一處，類似承壓盆地；圖1-8（b）所示的承壓斜地內，補給區和排泄區是相鄰近的，而承壓區位于另一端，在含水層出露的地勢低處有泉出現。此時，水自補給區流到排泄區并非必須經過承壓區，這與上述的介紹顯然有所不同。

二、地下水按含水介質性質分類

1.孔隙水

孔隙水廣泛分布于第四紀松散沉積物中，其分布規律主要受沉積物的成因類型控制。孔隙水最主要的特點是其水量在空間分布上連續性好，相對均勻。孔隙水一般呈層狀分布，同一含水層中的水有密切的水力聯系，具有統一的地下水面，一般在天然條件下呈層流運動。

（1）洪積物中的孔隙水。洪積物是山區洪流攜帶的碎屑物在山口處堆積而成的。洪積物常分布于山谷與平原交接部位或山間盆地的周緣，地形上構成以山口為頂點的扇形體或錐形體，故稱洪積扇。從洪積扇頂部到邊緣地形由陡逐漸變緩，洪水的搬運能力逐漸降低，因而沉積物顆粒由粗逐漸變細。據水文地質條件，可把洪積扇分為潛水深埋帶、潛水溢出帶和潛水下沉帶3個帶。

潛水深埋帶位于洪積扇的頂部，地形較陡，沉積物顆粒粗，多為卵石、粗砂，徑流條件好，地下水埋藏深，水量豐富，水質好，是良好的供水水源。潛水溢出帶位于洪積扇中部，地形變緩，沉積物顆粒逐漸變細，由砂礫變為粉砂、粉土，徑流條件逐漸變差。此帶上部為潛水，下部為承壓水，潛水埋深變淺，常以泉或沼澤的形式送出地表。潛水下沉帶處于洪積扇邊緣與平原的交接處，地形平緩，沉積物為粉土、粉質黏土與黏土，潛水埋藏變深，徑流條件較差，水礦化度高，水質也變差。

（2）沖積物中的孔隙水。河流上游山間盆地常形成砂礫石河漫灘，厚度不大，由河水補給，水量豐富，水質好，可作供水水源。河流中游河谷變寬，形成寬闊的河漫灘和階地。河漫灘常沉積有上細 （粉細砂、黏性土）下粗 （砂礫）的二元結構。有時上層構成隔水層，下層為承壓含水層。河漫灘和低階地的含水層常由河水補給，水量豐富，水質好，是很好的供水水源。我國許多沿江城市多處于階地、河漫灘之上，地下水埋藏淺不利于工程建設。

（3）黃土中的孔隙水。黃土分布地區特定的地質和地理條件，加之黃土結構疏松，無連續隔水層，總的來說比較缺水。黃土塬寬闊平坦，補給面積較大，有相對隔水層蓄積潛水，地下水較豐富，而黃土梁、峁地形不利于地下水的富集。

2.裂隙水

埋藏于基巖裂隙中的地下水稱裂隙水。裂隙的密集程度、張開程度、連通情況和充填情況等直接影響裂隙水的分布、運動和富集。由于巖石中裂隙大小懸殊，分布不均勻，所以裂隙水的埋藏、分布和水動力性質都不均勻。在某些方向上裂隙的張開程度和連通性較好，那么這些方向上的裂隙導水性強，水力聯系好，常成為裂隙水徑流的主要通道。在另一些方向上裂隙閉合，導水性差，水力聯系也差，徑流不暢。所以裂隙巖石的導水性呈現明顯的各向異性。裂隙水的不均勻性是其同孔隙水的主要區別。

裂隙水根據裂隙成因不同，可分為風化裂隙水、成巖裂隙水與構造裂隙水。

（1）風化裂隙水。一般分布于暴露基巖的風化帶中，風化帶厚度一般為20～30m。在潮濕地區上部強風化帶，由于被化學風化產生的次生礦物充填，其富水性反而比下部中等風化帶差。風化裂隙水多為潛水，水質好，但水量不豐富，可作小型供水水源。地形低洼處，當風化帶被不透水的土層覆蓋時常形成承壓裂隙水，有時承壓水頭還比較高，對工程建設有危害。

（2）成巖裂隙水。巖石在成巖過程中，由于冷凝、固結、脫水等作用而產生的原生裂隙，一般見于巖漿巖和變質巖中。成巖裂隙發育均勻，呈層狀分布，多形成潛水。當成巖裂隙巖層上覆不透水層時，可形成承壓水。如玄武巖成巖裂隙常以柱狀節理形式發育，裂隙寬，連通性好，是地下水賦存的良好空間，水量豐富，水質好，是很好的供水水源。

（3）構造裂隙水。巖石構造裂隙是在構造應力作用下產生的裂隙，存在于其中的地下水為構造裂隙水。構造裂隙水可呈層狀分布，也可呈脈狀分布，可形成潛水，也可形成承壓水。斷層帶是構造應力集中釋放造成的斷裂。大斷層常延伸數十公里至數百公里，斷層帶寬數百米。發育于脆性巖層中的張性斷層、中心部分多為疏松的構造角礫巖，兩側張裂隙發育，具良好的導水能力。當這樣的斷層溝通含水層或地表水體時，斷層帶兼具儲水空間、集水廊道與導水通道的能力，對地下工程建設危害較大，必須給予高度重視。

3.巖溶水

賦存并運移于巖溶化巖層 （石灰巖、白云巖）中的水稱巖溶水 （喀斯特水），它可以是潛水也可以是承壓水。巖溶水的補給是大氣降水和地面水，其運動特征是層流與紊流、有壓流與無壓流、明流與暗流、網狀流與管道流并存。巖溶常沿可溶巖層的構造裂隙帶發育，通過水的溶蝕，常形成管道化巖溶系統，并把大范圍的地下水匯集成一個完整的地下河系。因此，巖溶水在某種程度上帶有地表水系的特征：空間分布極不均勻，動態變化強烈，流動迅速，排泄集中。巖溶水水量豐富，水質好，可作大型供水水源。