水資源中地下水的分類及特征研究

李爽

摘 要：我國水安全形勢嚴峻，水資源短缺，水污染非常嚴重。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行詳細分析。

關鍵詞：地下水;包氣帶水;承壓水;裂隙水;巖溶水

中圖分類號：P641 文獻標識碼：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，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，該水源應具有充足的數量和合適的質量，并滿足某場所在一定時間內具體利用的需求。全國科學技術名詞審定委員會公布的水利科技名詞中有關水資源的定義是，水資源是指地球上具有一定數量和可用質量能從自然界獲得補充并可資利用的水。狹義水資源是指地球上可利用的或者可能被利用的、具有一定數量和質量保證的、在一定時間內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為：水資源空間分布不均、年際變化大、水資源超采嚴重和水資源利用率低下等。大多數城市水資源受到嚴重污染，日趨嚴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重制約著我國經濟社會的可持續發展。

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，水量穩定，水質好，是農業灌溉、礦業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、運動、物理性質及化學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剖面中所處的部位及受隔水層限制的情況。根據不同的標準，可將地下水分為不同的種類。根據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行詳細分析。

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化殼（黏土裂隙）中季節性存在的水等[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合水和土壤毛細管懸著水，其主要來源有降水、水汽凝結和潛水等。大氣降水向下滲透，必然經過土壤層，由于土壤層中的土壤顆粒和毛細管具有一定的吸力，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水含量），多余的水量在重力作用下下滲補給潛水。土壤水主要消耗在大氣蒸發和植物蒸騰;土壤水分的動態變化受天氣及氣候影響，因此土壤水的季節變化較為明顯。當潛水面極淺，飽和毛細管水到達地表，與土壤水帶相接時，發生土壤沼澤化;氣候干燥，地下水大量蒸發時，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形成沼澤。在地下水位較深時，這部分毛細水是懸掛毛細水。

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、地形和地質構造特點決定。一般平坦、低凹或地質構造（平緩的地層及傾斜）有利地下水匯集的地區，地表巖的透水性好，包氣帶中存在一定范圍的隔水層，補給水滲透時，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，且季節變化強，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。上層停滯水的補給區域與分布區一致，從當地接受降水或地表水的滲透補給，以蒸發或向隔水底板邊緣進行側向散流排泄。一般情況下，上層滯水礦化度低，由于與地表直接連通，因此水質容易被污染。

上層滯水不具有穩定水位和穩定的運動規律。由于上層滯水具有特殊性，其常常引起淺層滑坡等地質災害，且對包括水利工程在內的建筑工程以及工程基礎和基坑開挖具有破壞性。

通常，暴雨級別以上的高強度降水時，土壤層中上層滯水迅速大量聚集，對表層土壤和巖體產生上浮力，使得山體斜坡處的松散巖層和土壤變得不穩定，從而引發淺層滑坡，并誘發滑坡-泥石流復合型地質災害。雖然上層滯水產生滑坡的失穩深度只有幾米，但其已經遠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。

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，潛水面上任一點的標高稱為該點的潛水位，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存在隔水層的情況下，會引起潛水的局部耐壓現象。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給水層中，因此，潛水的分布區域和補給區域經常是一致的。潛水的水位、水量、水質等動態變化與氣象水文、地形等因素有著密切的關系，因此，其動態變化有明顯的季節性、地域性。例如，在降水量較大的季節，含水層獲得大量補給，水位上升，含水層變厚，埋深變淺，水量增大;在干燥季節，排泄量大于補給量，水位下降，含水層變薄，埋深變大。

潛水是埋藏淺、補給源豐富、水量比較豐富、開發利用簡單、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，平原區通常為1/1 000以下，山地為1%以上。這主要是因為不同地區的水文網的發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，在水文網下切至含水層的情況下，潛入補給河流;在河流的下游區域，河流水位降低，河水補給潛水。

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，并最終穩定，此時的水位被稱為穩定水位。孔或孔內穩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高時，承壓水被揭穿后便可以噴出地表而自流。各點承壓水位相連的面為承壓水位面。

地質構造決定了承壓水的形成。在合適的地質條件下，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造、單斜構造中。

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，且往往無統一的水力聯系，是丘陵和山區供水的重要水源，也是地下水的重要來源。根據裂隙的成因，可將裂隙水分為風化裂隙水、構造裂隙水和成巖裂隙水。

風化裂隙水存儲于巖石的風化帶中。受風化作用與卸荷作用的影響，巖體的風化裂隙帶在近地表處呈殼狀分布，通常厚數米至數十米。由于縫隙分布密集，連通良好的風化裂隙帶構成含水層;未風化或風化程度較輕的母巖構成相對隔水層。因此，風化裂隙水一般為潛水。風化裂隙水通常分布比較均勻，水力聯系良好，但水體的規模和水量存在局限性。

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

成巖裂隙水存在于沉積巖固結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，不構成含水層。然而，某些玄武巖裂隙發育裂開時可以形成良好的含水層，甚至形成強富水帶。

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。由于獨特的構造，巖溶水的無壓水流與承壓水流并存，層流與紊流并存。

巖溶水補給主要來源于大氣降水，有灌式補給和滲入式補給。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。

巖溶水能形成強富水帶，是優良的供水水源。但是，其對分布區內的礦坑及地下建筑工程具有巨大威脅，極易造成突發的大涌水情況，甚至淹沒礦區和工程。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 結語

我國水安全形勢依然嚴峻，地下水在保障水安全中可以發揮更大作用。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，應因地制宜，進行科學勘探和充分論證，將開采中可能產生的問題剿滅在萌芽狀態。

參考文獻：

[1]江巍峰，司瑞敏.淺談水資源中地下水的分類及特征[J].中國新技術新產品，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].地質學報，2016（10）：2939-2947.