【知识分享】了解地下水层的结构及污染物在地下的扩散运动|岩层_新浪财经

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地下水在地面以下是如何存在的？

地下水在地下是怎样运动的？

地下水的运移作用指的是什么？

对于上面的问题，大家是不是都十分好奇，我们今天就详细来讲一讲这些地下水的知识点。

地下水组成要素

地下水是指赋存于地面以下岩石孔隙中的水。地下水系统主要有两个要素组成：

岩石中的空隙

孔隙（孔隙水）

松散岩石是大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗粒集合体之间的空隙,称为孔隙。

岩石中孔隙体积的多少是影响其储容地下水能力大小的重要因素。

裂隙（裂隙水）

主要发育各种在应力作用下谷石破裂变形而产生的裂隙。按其成因分为：成岩裂隙是岩石在成岩过程中受内部应力作用而产生。构造裂隙是在地壳运动过程中岩石受构造应力作用产生的。风化裂隙是暴露于地表附近的岩石,在温度变化和水、空气、生物等风化营力作用下形成的。

岩石空隙中的水

结合水

在松散岩石的颗粒表面及坚硬岩石空隙壁面,受固相表面束缚,不能在自身重力作用下运动。

毛细水

存在于地下水面以上一定高度内,松散岩石细小的孔隙通道中,随地下水面升降,毛细水亦会上升或下降。

重力水

是指岩石空隙中能够在自身重力作用下运动的水。重力水能够自由流动,人们出井、泉取用的地下水,都是重力水。这部分水一旦被污染,污染物即会在其中扩散与迁移。

地下水的结构特征

隔水层和含水层

岩层按其透水性不同,可分为透水层与不透水层。饱含水的透水层称为含水层,不透水层通常称为隔水层。

岩层透水与否取决于时间尺度、发生渗透的过水断面的大小和驱动水流动的水力梯度的大小。

包气带水、潜水和承压水

水文地质学根据含水岩层在地质剖面中所处的部位及隔水层(非透水层)限制的情况,将地下水分为包气带水、潜水和承压水。

包气带水01

地表以下一定深度上,岩石中的空隙被重力水所充满,形成地下水面。

地下水面以上称为包气带;地下水面以下称为饱水带。

包气带中以各种形式存在的水(结合水、毛细水、气态水)统称为包气带水。

包气带水来源于大气降水及灌溉水的入渗,地表水体的渗漏,由地下水面通过毛细上升输送的水分,以及地下水蒸发形成的气态水。

包气带是饱水带与大气圈、地表水圈联系必经的通道。

潜水02

饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称为潜水。

潜水没有隔水顶板,或只有局部的隔水顶板。潜水的表面称为潜水面;从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的度;潜水面到地表的距离称为潜水埋藏的深度。潜水含水层厚度与潜水面埋藏深度随潜水面的升降而发生相应的变化:

潜水的水质主要取决于气候、地形及岩性条件。另一方面,潜水很容易受到人为作用的污染,故应对潜水水源加强保护。

承压水03

充满于两个隔水层(或弱透水层)之间的含水层中的水称为承压水。

承压含水层上部的隔水层称为隔水顶板,下部的隔水层称为隔水底板。隔水顶、底板之间的距离为承压含水层的厚度。

由于承压水与大气圈、地表水圈的联系较差,水循环缓慢,所以承压水不像潜水那样容易受到污染,但是，一旦被污染则很难使其净化。

地下水系统

01含水系统

是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的岩

系。

一个含水系统由若干含水层和相对隔水层（弱透水层）组成。

含水系统是个独立而统一的水均衡单元，可用于研究水量乃

至盐量与热量的均衡。

02流动系统

是指由源到汇的流而群构成的，具备统一时空演变过程的地

下水体。

地下水从补给区向排泄区的运动，由连接源与汇的流面反映

出来。

污染物在地下水系统中运移的物理动力作用

弥散现象

在多孔介质中,当存在两种或两种以上可混溶的流体时,在流体运动作用下其间发生过渡带,并使浓度趋于平均化,这种现象称为多孔介质中的水动力弥散现象,简称弥散现象。

实际上,污染物在含水层中运移时,一般都会发生弥散现象。

造成弥散现象的原因可归结为:水在介质中流动,介质孔隙系统的复杂微观形状、溶质浓度梯度引起的分子扩散、水性质的改变(如度、密度等)对速度分布(流速场)的影响:水中溶质与固相颗粒间的相互作用,如吸附、沉淀、降解、离子交换,生物化学等过程。

水动力弥散过程主要是分子扩散、对流与机械弥散结合的结果：

分子扩散

分子扩散是物质在物理化学作用下,由浓度不一引起的物质运动现象,它是由不均一向均一发展的过程。

在静止的流体中,溶质的分子扩散可以用Fick定律来描述:

对流

对流扩散是指污染物质点在含水层中以地下水平均实际流速(亦称平均流速)传播的现象,这个速度可以根据Darcy定律确定：

机械弥散

把溶质质点在微观尺度上由于流速的变化而引起的相对于平均流速的离散运动,称为机械弥散。

污染物在地下水系统中运移的其他作用

吸附作用

吸附作用就是污染物在含水层中运移时,由于介质的吸附,使某些污染物数量减少。主要有如下几种：

机械过滤作用

由于介质孔隙大小不一,在小孔隙或“盲孔"中,地下水中的悬浮物胶体物及乳状物被机械过滤而截留,使水中这些物质的含量减少。

物理吸附作用

在孔隙介质中,由于岩石颗粒具有表面能,可以吸附水中的阳离子特别是高度分散的黏性土颗粒,表面能很大,可以吸附大量的离子。此外,还会发生阳离子交换作用,使水中某些离子减少,而另一些离子增加。

化学吸附作用

污水中的某些离子被介质吸附进人其结晶格架中,成为介质结晶格架的组成部分,它不可能再返回溶液,从而使水中这些离子浓度减小。

生物吸附作用

微生物在地下水中运移情况,一方面取决于微生物在地下水中生存时间的长短,另一方面与岩石颗粒对其吸附性有关。由于岩石颗粒的表面能和静电力可以吸附大量的微生物,因此,生物(尤其是细菌)在地下水运移过程中浓度迅速降低,其迁移的距离一般不超过数百米。

液体密度和黏滞度的影响

污水在岩层中运移时,弥散带的形成主要是由于各种弥散作用所致，而弥散过渡带的发展演化,还要受到液体密度和黏滞度的影响。

衰变与降解

当研究放射性污染物和有机物在地下水中的运移时,放射性物质的物理衰变和有机物的牛物降解会导致它们在地下水中的浓度不断降低。

(生态修复网)

（转自：生态修复网）

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