地下水,隐藏在地表以下的水,广泛存在于岩石孔隙之中。根据国家标准《水文地质术语》,它是指埋藏在地表以下的各种形式的重力水。了解地下水,我们先从它的来源和赋存形式开始。
地下水的来源多样,包括渗入水、沉积水、再生水、初生水和有机成因水。岩石中的孔隙和水分紧密相连,其中孔隙包括孔、裂隙和溶孔。水在岩石中以气态水、固态水、结合水和重力水等多种形式存在。气态水以蒸汽形式储存在地下;固态水即冰态水,通常在0℃以下,分布于季节性和永久性结冰地区;结合水受固体表面引力影响,束缚于固态表面,不能自由移动。重力水是地下水的一种,能在重力作用下自由运动,具有内层重力和外层重力水的特性。毛细水则是在岩石的毛细孔隙或狭窄孔道中移动的水。岩石骨架中的水则是保存在矿物结晶格架中,成为矿物组成部分的水。
岩石的性质对水分的储存和运移有着重要影响。岩石的给水度和透水度会受到水位下降速率和渗透途径的影响。给水度是指岩石在吸水饱和状态下的含水量,而透水度则反映了岩石允许水分通过的能力。
地下水的分类基于其埋藏条件,可以分为广义地下水和狭义地下水,而地下水的埋藏条件则决定了含水岩层在地质剖面中的位置及其与隔水层的关系。
包气带是地下水面以上的一部分,分为土壤水带、中间带和毛细水带。饱水带则位于地下水面以下,是含水层所在的区域。隔水层是阻隔水透过作用的岩层,空隙细小的岩层如致密黏土和页岩,含的几乎为结合水,这类岩层实际上起到隔水作用。
含水层类型包括上层滞水和潜水。上层滞水存在于局部隔水层之上,具有自由水面。潜水则位于饱水带的第一个含水层中,其水面为自由水面,称为潜水面。潜水的排泄方式包括向低凹地区的渗流。潜水流的形状可以是水平、倾斜、抛物线或各种组合,潜水面的表示方法包括确定潜水流向和水力坡度。
承压水,即层间水,存在于透水层和隔水层相间分布的地质构造中,或在含水层变相、尖灭、断层阻截或侵入体阻截的条件下形成。水头是承压水的重要特征。
综上所述,地下水是一个复杂而多变的系统,涉及岩石性质、水分形态、埋藏条件等多个方面。理解这些基本概念对于岩土工程师来说至关重要,有助于在实际应用中做出正确的决策。