水資源中地下水的分類及特征研究

李爽

摘 要：我國水安全形勢嚴(yán)峻，水資源短缺，水污染非常嚴(yán)重。地下水是水資源的重要組成部分，是水安全的重要保障。根據(jù)地下水的水力特征和埋藏條件，將其分為包氣帶水、潛水和承壓水;根據(jù)地下水的儲存與出露狀況，將其分為潛水、承壓水、裂隙水和巖溶水四類。本文主要對地下水的分類及特征進(jìn)行詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：地下水;包氣帶水;承壓水;裂隙水;巖溶水

中圖分類號：P641 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）10-0076-03

Abstract： China's water security situation is grim， water resources shortage， water pollution is very serious. Groundwater is an important part of water resources and an important guarantee of water security. According to the hydraulic characteristics and burial conditions of groundwater， groundwater can be divided into aerated zone water， phreatic water and confined water， and groundwater can be divided into phreatic water， confined water， fissure water and karst water according to the storage and outcrop of groundwater. In this paper， the classification and characteristics of groundwater were analyzed in detail.

Keywords： groundwater;water in aeration zone; confined water;crevice water;cavern water

1 水資源及地下水概述

水是地球上生物賴以生存的基礎(chǔ)，是生命的源泉。水資源是指可資利用或有可能被利用的水源，該水源應(yīng)具有充足的數(shù)量和合適的質(zhì)量，并滿足某場所在一定時間內(nèi)具體利用的需求。全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會公布的水利科技名詞中有關(guān)水資源的定義是，水資源是指地球上具有一定數(shù)量和可用質(zhì)量能從自然界獲得補(bǔ)充并可資利用的水。狹義水資源是指地球上可利用的或者可能被利用的、具有一定數(shù)量和質(zhì)量保證的、在一定時間內(nèi)可以更新的那部分淡水量。淡水資源包括地表水和地下水。人類所需的淡水資源僅占全球水量的2.5%。

我國的水資源形勢非常嚴(yán)峻，面臨水資源短缺和水資源污染問題。我國是一個水資源嚴(yán)重缺乏的國家，人均淡水資源量僅有世界平均水平的1/4[1]。水資源短缺主要表現(xiàn)為：水資源空間分布不均、年際變化大、水資源超采嚴(yán)重和水資源利用率低下等。大多數(shù)城市水資源受到嚴(yán)重污染，日趨嚴(yán)重的水污染不斷加重了水資源短缺。水資源短缺和水資源污染嚴(yán)重制約著我國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

地下水是指賦存于地面以下巖石空隙中的水，狹義上是指地下水面以下飽和含水層中的水。地下水是水資源的重要組成部分，水量穩(wěn)定，水質(zhì)好，是農(nóng)業(yè)灌溉、礦業(yè)和城市生活的重要水源之一。地下水賦存于各種自然條件下，其形成條件不同，在埋藏、分布、運(yùn)動、物理性質(zhì)及化學(xué)成分等諸多方面也存在差異。

2 地下水分類及特征

地下水的埋藏條件是指含水巖層在地質(zhì)剖面中所處的部位及受隔水層限制的情況。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，可將地下水分為不同的種類。根據(jù)地下水的水力特征和埋藏條件，可將其分為包氣帶水、潛水和承壓水;根據(jù)地下水的儲存與出露狀況，可將其分為潛水、承壓水、裂隙水和巖溶水四類。接下來對這幾種分類進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 包氣帶水

包氣帶水是指埋藏于包氣帶中的地下水，主要包括土壤水、上層滯水、沼澤水、沙漠及濱海沙丘中的水及基巖風(fēng)化殼（黏土裂隙）中季節(jié)性存在的水等[2]。本文主要分析土壤水和上層滯水。

2.1.1 土壤水。土壤水指的是位于地表附近土壤層中的土壤顆粒結(jié)合水和土壤毛細(xì)管懸著水，其主要來源有降水、水汽凝結(jié)和潛水等。大氣降水向下滲透，必然經(jīng)過土壤層，由于土壤層中的土壤顆粒和毛細(xì)管具有一定的吸力，從而截流了一部分入滲的水量，形成所謂的田間持水量（即土壤層最大懸掛毛細(xì)水含量），多余的水量在重力作用下下滲補(bǔ)給潛水。土壤水主要消耗在大氣蒸發(fā)和植物蒸騰;土壤水分的動態(tài)變化受天氣及氣候影響，因此土壤水的季節(jié)變化較為明顯。當(dāng)潛水面極淺，飽和毛細(xì)管水到達(dá)地表，與土壤水帶相接時，發(fā)生土壤沼澤化;氣候干燥，地下水大量蒸發(fā)時，鹽分在土壤表面不斷積累，形成鹽漬;氣候潮濕，雨水多，土壤的透水性差，在潛水位接近地表的地區(qū)形成沼澤。在地下水位較深時，這部分毛細(xì)水是懸掛毛細(xì)水。

2.1.2 上層滯水。上層滯水是存在于包氣帶中，局部隔水層之上的重力水。上層滯水的形成主要由包氣帶巖性的組合、地形和地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)決定。一般平坦、低凹或地質(zhì)構(gòu)造（平緩的地層及傾斜）有利地下水匯集的地區(qū)，地表巖的透水性好，包氣帶中存在一定范圍的隔水層，補(bǔ)給水滲透時，就容易形成上層滯水。疏松沉積層、裂隙巖層及可溶性巖層都埋藏有上層滯水，但其水量不大，且季節(jié)變化強(qiáng)，一般在雨季水量多，可做小型水源;而在旱季，水量減少，甚至枯竭。上層停滯水的補(bǔ)給區(qū)域與分布區(qū)一致，從當(dāng)?shù)亟邮芙邓虻乇硭臐B透補(bǔ)給，以蒸發(fā)或向隔水底板邊緣進(jìn)行側(cè)向散流排泄。一般情況下，上層滯水礦化度低，由于與地表直接連通，因此水質(zhì)容易被污染。

上層滯水不具有穩(wěn)定水位和穩(wěn)定的運(yùn)動規(guī)律。由于上層滯水具有特殊性，其常常引起淺層滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，且對包括水利工程在內(nèi)的建筑工程以及工程基礎(chǔ)和基坑開挖具有破壞性。

通常，暴雨級別以上的高強(qiáng)度降水時，土壤層中上層滯水迅速大量聚集，對表層土壤和巖體產(chǎn)生上浮力，使得山體斜坡處的松散巖層和土壤變得不穩(wěn)定，從而引發(fā)淺層滑坡，并誘發(fā)滑坡-泥石流復(fù)合型地質(zhì)災(zāi)害。雖然上層滯水產(chǎn)生滑坡的失穩(wěn)深度只有幾米，但其已經(jīng)遠(yuǎn)大于植被的根系深度。此時，植被的根系無法固定土層，相反由于植被根系的發(fā)展，土層變得疏松，降水非常容易深入地下形成上層滯水，從而加劇了斜坡失穩(wěn)。

2.2 潛水

潛水是位于潛水層的地下水，指埋藏在地表以下，第一個穩(wěn)定隔水層以上具有自由水面的重力水。潛水一般埋藏在第四系稀疏沉積物的孔中，以及裸露基巖的裂縫、溶洞中。潛水的自由水面稱為潛水面，潛水面至地表的距離稱為潛水埋藏深度，潛水面上任一點(diǎn)的標(biāo)高稱為該點(diǎn)的潛水位，潛水面至隔水底板的距離稱為含水層厚度。

潛水具有自由水面。因頂部沒有連續(xù)的隔水層，潛水層水面不承受靜水壓力，是一個僅承受大氣壓力作用的自由表面，故為無壓水。潛水由于重力作用而從高水位流到低水位。在潛水面以下的部分地區(qū)存在隔水層的情況下，會引起潛水的局部耐壓現(xiàn)象。潛水沒有隔水頂板，大氣降水、地表水等可以通過包氣帶直接浸透到補(bǔ)給水層中，因此，潛水的分布區(qū)域和補(bǔ)給區(qū)域經(jīng)常是一致的。潛水的水位、水量、水質(zhì)等動態(tài)變化與氣象水文、地形等因素有著密切的關(guān)系，因此，其動態(tài)變化有明顯的季節(jié)性、地域性。例如，在降水量較大的季節(jié)，含水層獲得大量補(bǔ)給，水位上升，含水層變厚，埋深變淺，水量增大;在干燥季節(jié)，排泄量大于補(bǔ)給量，水位下降，含水層變薄，埋深變大。

潛水是埋藏淺、補(bǔ)給源豐富、水量比較豐富、開發(fā)利用簡單、重要的水源。潛水面的形狀是潛水的重要特征之一。其一方面反映了外部因素對潛水的影響;另一方面，也反映潛水的特征，如流動方向、水力坡度等。通常情況下，潛水面是朝向排泄區(qū)傾斜的曲面。潛水面的形狀和水力坡度受到地形、含水層的透水性、厚度變化及隔水底板起伏、氣象因素和人為因素等的影響。在自然狀態(tài)下，潛水面的起伏和地表起伏大致一致，但較地形平緩。一般來說，潛水的水力梯度小，平原區(qū)通常為1/1 000以下，山地為1%以上。這主要是因為不同地區(qū)的水文網(wǎng)的發(fā)育程度和切斷程度不同，潛水的排泄條件也不同。排水條件好的，潛水面坡度就大;反之則小。埋藏在古凹地的潛水的水面是水平的，當(dāng)潛水不能流出古凹地時就成為潛水湖，能流出時就成為潛流。在隔水底板的凹陷部分，含水層變厚，潛水水面變緩;在隔水底板隆起的部位，潛水水流受到阻礙，含水層變薄，潛水水面突起，接近地表或溢出地表形成泉。在河流上游，在水文網(wǎng)下切至含水層的情況下，潛入補(bǔ)給河流;在河流的下游區(qū)域，河流水位降低，河水補(bǔ)給潛水。

2.3 承壓水

承壓水是充滿兩個隔水層之間的含水層中的地下水。如果含水層未被水填充，其特性與潛水相似，稱為無壓層陷水。將承壓含水層上部的弱透水層稱為隔水頂板，將下部的弱透水層稱為隔水底板，將頂板和底板之間的距離稱為含水層厚度。轉(zhuǎn)孔（井）在不剝離隔水頂板的情況下看不到承壓水，隔水頂板穿孔后，在靜水壓力作用下，含水層中的水上升到隔水頂板以上的某一高度，并最終穩(wěn)定，此時的水位被稱為穩(wěn)定水位?？谆蚩變?nèi)穩(wěn)定水位的高度被稱為含水層在該處的承壓水位或測壓水位。隔水頂板底面的標(biāo)高被稱為承壓水的初見水位，即將頂板鑿穿時看到的水面。從隔水頂板底面到承壓水位之間的垂直距離稱為承壓水頭或承壓高度。如果承壓水位高于地表的標(biāo)高時，承壓水被揭穿后便可以噴出地表而自流。各點(diǎn)承壓水位相連的面為承壓水位面。

地質(zhì)構(gòu)造決定了承壓水的形成。在合適的地質(zhì)條件下，孔隙水、裂隙水或巖溶水都能形成承壓水。在不同的構(gòu)造條件下，承壓水的儲量也不同。承壓水主要埋藏在大的向斜構(gòu)造、單斜構(gòu)造中。

2.4 裂隙水

裂隙水是存在于巖石裂縫中的地下水，其分布不均勻，且往往無統(tǒng)一的水力聯(lián)系，是丘陵和山區(qū)供水的重要水源，也是地下水的重要來源。根據(jù)裂隙的成因，可將裂隙水分為風(fēng)化裂隙水、構(gòu)造裂隙水和成巖裂隙水。

風(fēng)化裂隙水存儲于巖石的風(fēng)化帶中。受風(fēng)化作用與卸荷作用的影響，巖體的風(fēng)化裂隙帶在近地表處呈殼狀分布，通常厚數(shù)米至數(shù)十米。由于縫隙分布密集，連通良好的風(fēng)化裂隙帶構(gòu)成含水層;未風(fēng)化或風(fēng)化程度較輕的母巖構(gòu)成相對隔水層。因此，風(fēng)化裂隙水一般為潛水。風(fēng)化裂隙水通常分布比較均勻，水力聯(lián)系良好，但水體的規(guī)模和水量存在局限性。

構(gòu)造裂隙水存儲于由固結(jié)巖石在構(gòu)造應(yīng)力下形成的構(gòu)造裂隙中，通常分布不均勻，水力聯(lián)系差。由于構(gòu)造裂隙分布密度、方向性、張開性、延伸性等不均勻，造成涌水量、水位、水溫和水質(zhì)變化很大。

成巖裂隙水存在于沉積巖固結(jié)脫水及巖漿巖冷凝收縮形成的裂隙中。一般情況下，成巖裂隙多為閉合，不構(gòu)成含水層。然而，某些玄武巖裂隙發(fā)育裂開時可以形成良好的含水層，甚至形成強(qiáng)富水帶。

2.5 巖溶水

巖溶水，即喀斯特水，主要存在于可溶性巖層的溶蝕裂隙和溶洞中，分布極不均勻。巖溶水由于循環(huán)交替速度快，一般都是礦化度都在1g/L以下的重碳酸鈣鎂型淡水。由于獨(dú)特的構(gòu)造，巖溶水的無壓水流與承壓水流并存，層流與紊流并存。

巖溶水補(bǔ)給主要來源于大氣降水，有灌式補(bǔ)給和滲入式補(bǔ)給。而巖溶水排泄方式主要為集中排泄，我國北方主要以巖溶泉水形式排泄，而南方主要以暗河和泉水形式排泄。

巖溶水能形成強(qiáng)富水帶，是優(yōu)良的供水水源。但是，其對分布區(qū)內(nèi)的礦坑及地下建筑工程具有巨大威脅，極易造成突發(fā)的大涌水情況，甚至淹沒礦區(qū)和工程。因此，大量開采巖溶水時，要特別注意防范地面、礦坑、工程等的突然塌陷。

3 結(jié)語

我國水安全形勢依然嚴(yán)峻，地下水在保障水安全中可以發(fā)揮更大作用。不同類型的地下水，其特性及分布范圍也不同，開采事項也不一致，因此，在開采過程中，應(yīng)因地制宜，進(jìn)行科學(xué)勘探和充分論證，將開采中可能產(chǎn)生的問題剿滅在萌芽狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]江巍峰，司瑞敏.淺談水資源中地下水的分類及特征[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（8）：201.

[2]吳愛民，荊繼紅，宋博.略論中國水安全問題與地下水的保障作用[J].地質(zhì)學(xué)報，2016（10）：2939-2947.