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一、承压水的概念与特征
承压水是充满在两个稳定不透水层或弱透水层间的含水层中承受水压力的地下水(见图1-4-7)。承压水多埋藏在第四纪以前岩层的孔隙中或展层裂隙中,第四纪堆积物中亦有孔隙承压水存在。
当铅孔打穿上部隔水层至含水层时,地下水在静水压力的作用下,上升到含水层顶板以上某一高度,如图 1-4-7中的 H1及 H2,该高度叫做承压水位或承压水头。各承压水位的连线叫承压水位线(或水头线)。承压水位高出地表的叫正水头,低于地表的叫负水头。因此,在适宜的地形地质条件下,水可以溢出地面,甚至喷出,如图 5-9 中的 H1，所以通常又称承压水为自流水(但并非所有承压水都能自流)。由于承压水具有这一特点,因而是良好的水源,在我国早已被广泛地开采利用了。早在 2000 多年以前,四川的自流井凿井取水煮盐,便是世界上最早发现和利用承压水(卤水)的记录。承压水的存在,有时也给地下工程、坝基稳定等造成很大的困难。所以,研究承压水具有重要意义。
从图 1-4-7 可以看出,承压水的埋藏条件是:上下均为隔水层,中间是含水层:水必须充满整个含水层;含水层露出地表吸收降水的补给部分,要比其承压区和泄水区的位置为高。具备上述条件,地下水即承受静水压力。如果水不充满整个含水层,则称为层间无压水。
上述承压水的埋藏条件决定了它的下述特征
(1)承压水的分布区和补给区是不一致的。
(2)地下水面承受静水压力,非自由面。
(3)承压水的水位、水量、水质及水温等受气象水文因素季节变化的影响不显著,(4)任一点的承压含水层的厚度稳定不变,不受降水季节变化的支配,
二、承压水的埋藏类型
承压水的形成主要取决于地质构造。不同的地质构造决定了承压水埋藏类型的不同。这是承压水与潜水形成的主要区别。
在适当的地质构造条件下,无论孔隙水、裂隙水还是岩溶水,均能构成承压水。构成承压水的地质构造大体上可以分为两类:一类是盆地或向斜构造,另一类是单斜构造。这两类地质构造在不同的地质发展过程中,常被一系列的褶皱或断裂所复杂化。埋藏有承压水的向斜构造和构造盆地,称为承压(或自流)盆地;埋藏有承压水的单斜构造,称为承压(或自流)斜地。
(1)承压盆地。每个承压盆地都可以分成三个部分:补给区、承压区和排泄区(见图1-4-7)。盆地周围含水层出露地表,露出位置较高者为补给区(图 1-4-7中a),位置较低者为排泄区(图 1-4-7 中c),补给区与排泄区之间为承压区(图1-4-7中b)。在钻井时打穿上部隔水层,水即涌入井中,此高程(即上部隔水层底板高程)的水位叫做初见水位。当水上涌至含水层顶板以上某一高度稳定不变时,称为静止水位(即承压水位);上部隔水层底板到下部隔水层顶板间的垂直距离,称为含水层厚度(M)。承压区含水层厚度是长期稳定的,而补给区含水层厚度则受水文气象因素影响而发生变化。
当有数个含水层存在时,各个含水层都有各自的承压水位。储水构造和地形一致的情况下称为正地形,此时,下层的承压水位高于上层的承压水位。储水构造和地形不一致的情况下称为负地形,其下层的承压水位则低于上层的承压水位。这一点可以帮助我们初步判断各含水层发生水力联系的补给情况。如果用钻孔或井将两个承压含水层贯通那么,在负地形的情况下,可以由上面的含水层流到下面的含水层:在正地形的情况下,下面含水层中的水可以流入到上面的含水层。
承压盆地的规模差异很大。四川盆地是典型的大型承压盆地。小型的一般只有几平方公里。
(2)承压斜地。如图1-4-8、图 1-4-9所示,由含水岩层和隔水岩层所组成的单斜构造,由于含水层岩性发生相变或尖灭,或者含水层被断层所切,均可形成承压斜地。
在图 1-4-8(b)、图 1-4-9 所示的承压斜地内,补给区和排泄区是相邻近的,而承压区位于另一端,在含水层出露的地势低处有泉出现。此时,水自补给区流到排泄区并非必须经过承压区,这与上述的介绍显然有所不同。
图 1-4-8(a)所示的承压斜地,补给、承压和排泄区各在一处,类似承压盆地。