水资源中地下水的分类及特征研究

李爽

摘 要：我国水安全形势严峻，水资源短缺，水污染非常严重。地下水是水资源的重要组成部分，是水安全的重要保障。根据地下水的水力特征和埋藏条件，将其分为包气带水、潜水和承压水;根据地下水的储存与出露状况，将其分为潜水、承压水、裂隙水和岩溶水四类。本文主要对地下水的分类及特征进行详细分析。

关键词：地下水;包气带水;承压水;裂隙水;岩溶水

中图分类号：P641 文献标识码：A 文章编号：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 水资源及地下水概述

水是地球上生物赖以生存的基础，是生命的源泉。水资源是指可资利用或有可能被利用的水源，该水源应具有充足的数量和合适的质量，并满足某场所在一定时间内具体利用的需求。全国科学技术名词审定委员会公布的水利科技名词中有关水资源的定义是，水资源是指地球上具有一定数量和可用质量能从自然界获得补充并可资利用的水。狭义水资源是指地球上可利用的或者可能被利用的、具有一定数量和质量保证的、在一定时间内可以更新的那部分淡水量。淡水资源包括地表水和地下水。人类所需的淡水资源仅占全球水量的2.5%。

我国的水资源形势非常严峻，面临水资源短缺和水资源污染问题。我国是一个水资源严重缺乏的国家，人均淡水资源量仅有世界平均水平的1/4[1]。水资源短缺主要表现为：水资源空间分布不均、年际变化大、水资源超采严重和水资源利用率低下等。大多数城市水资源受到严重污染，日趋严重的水污染不断加重了水资源短缺。水资源短缺和水资源污染嚴重制约着我国经济社会的可持续发展。

地下水是指赋存于地面以下岩石空隙中的水，狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。地下水是水资源的重要组成部分，水量稳定，水质好，是农业灌溉、矿业和城市生活的重要水源之一。地下水赋存于各种自然条件下，其形成条件不同，在埋藏、分布、运动、物理性质及化学成分等诸多方面也存在差异。

2 地下水分类及特征

地下水的埋藏条件是指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔水层限制的情况。根据不同的标准，可将地下水分为不同的种类。根据地下水的水力特征和埋藏条件，可将其分为包气带水、潜水和承压水;根据地下水的储存与出露状况，可将其分为潜水、承压水、裂隙水和岩溶水四类。接下来对这几种分类进行详细分析。

2.1 包气带水

包气带水是指埋藏于包气带中的地下水，主要包括土壤水、上层滞水、沼泽水、沙漠及滨海沙丘中的水及基岩风化壳（黏土裂隙）中季节性存在的水等[2]。本文主要分析土壤水和上层滞水。

2.1.1 土壤水。土壤水指的是位于地表附近土壤层中的土壤颗粒结合水和土壤毛细管悬着水，其主要来源有降水、水汽凝结和潜水等。大气降水向下渗透，必然经过土壤层，由于土壤层中的土壤颗粒和毛细管具有一定的吸力，从而截流了一部分入渗的水量，形成所谓的田间持水量（即土壤层最大悬挂毛细水含量），多余的水量在重力作用下下渗补给潜水。土壤水主要消耗在大气蒸发和植物蒸腾;土壤水分的动态变化受天气及气候影响，因此土壤水的季节变化较为明显。当潜水面极浅，饱和毛细管水到达地表，与土壤水带相接时，发生土壤沼泽化;气候干燥，地下水大量蒸发时，盐分在土壤表面不断积累，形成盐渍;气候潮湿，雨水多，土壤的透水性差，在潜水位接近地表的地区形成沼泽。在地下水位较深时，这部分毛细水是悬挂毛细水。

2.1.2 上层滞水。上层滞水是存在于包气带中，局部隔水层之上的重力水。上层滞水的形成主要由包气带岩性的组合、地形和地质构造特点决定。一般平坦、低凹或地质构造（平缓的地层及倾斜）有利地下水汇集的地区，地表岩的透水性好，包气带中存在一定范围的隔水层，补给水渗透时，就容易形成上层滞水。疏松沉积层、裂隙岩层及可溶性岩层都埋藏有上层滞水，但其水量不大，且季节变化强，一般在雨季水量多，可做小型水源;而在旱季，水量减少，甚至枯竭。上层停滞水的补给区域与分布区一致，从当地接受降水或地表水的渗透补给，以蒸发或向隔水底板边缘进行侧向散流排泄。一般情况下，上层滞水矿化度低，由于与地表直接连通，因此水质容易被污染。

上层滞水不具有稳定水位和稳定的运动规律。由于上层滞水具有特殊性，其常常引起浅层滑坡等地质灾害，且对包括水利工程在内的建筑工程以及工程基础和基坑开挖具有破坏性。

通常，暴雨级别以上的高强度降水时，土壤层中上层滞水迅速大量聚集，对表层土壤和岩体产生上浮力，使得山体斜坡处的松散岩层和土壤变得不稳定，从而引发浅层滑坡，并诱发滑坡-泥石流复合型地质灾害。虽然上层滞水产生滑坡的失稳深度只有几米，但其已经远大于植被的根系深度。此时，植被的根系无法固定土层，相反由于植被根系的发展，土层变得疏松，降水非常容易深入地下形成上层滞水，从而加剧了斜坡失稳。

2.2 潜水

潜水是位于潜水层的地下水，指埋藏在地表以下，第一个稳定隔水层以上具有自由水面的重力水。潜水一般埋藏在第四系稀疏沉积物的孔中，以及裸露基岩的裂缝、溶洞中。潜水的自由水面称为潜水面，潜水面至地表的距离称为潜水埋藏深度，潜水面上任一点的标高称为该点的潜水位，潜水面至隔水底板的距离称为含水层厚度。

潜水具有自由水面。因顶部没有连续的隔水层，潜水层水面不承受静水压力，是一个仅承受大气压力作用的自由表面，故为无压水。潜水由于重力作用而从高水位流到低水位。在潜水面以下的部分地区存在隔水层的情況下，会引起潜水的局部耐压现象。潜水没有隔水顶板，大气降水、地表水等可以通过包气带直接浸透到补给水层中，因此，潜水的分布区域和补给区域经常是一致的。潜水的水位、水量、水质等动态变化与气象水文、地形等因素有着密切的关系，因此，其动态变化有明显的季节性、地域性。例如，在降水量较大的季节，含水层获得大量补给，水位上升，含水层变厚，埋深变浅，水量增大;在干燥季节，排泄量大于补给量，水位下降，含水层变薄，埋深变大。

潜水是埋藏浅、补给源丰富、水量比较丰富、开发利用简单、重要的水源。潜水面的形状是潜水的重要特征之一。其一方面反映了外部因素对潜水的影响;另一方面，也反映潜水的特征，如流动方向、水力坡度等。通常情况下，潜水面是朝向排泄区倾斜的曲面。潜水面的形状和水力坡度受到地形、含水层的透水性、厚度变化及隔水底板起伏、气象因素和人为因素等的影响。在自然状态下，潜水面的起伏和地表起伏大致一致，但较地形平缓。一般来说，潜水的水力梯度小，平原区通常为1/1 000以下，山地为1%以上。这主要是因为不同地区的水文网的发育程度和切断程度不同，潜水的排泄条件也不同。排水条件好的，潜水面坡度就大;反之则小。埋藏在古凹地的潜水的水面是水平的，当潜水不能流出古凹地时就成为潜水湖，能流出时就成为潜流。在隔水底板的凹陷部分，含水层变厚，潜水水面变缓;在隔水底板隆起的部位，潜水水流受到阻碍，含水层变薄，潜水水面突起，接近地表或溢出地表形成泉。在河流上游，在水文网下切至含水层的情况下，潜入补给河流;在河流的下游区域，河流水位降低，河水补给潜水。

2.3 承压水

承压水是充满两个隔水层之间的含水层中的地下水。如果含水层未被水填充，其特性与潜水相似，称为无压层陷水。将承压含水层上部的弱透水层称为隔水顶板，将下部的弱透水层称为隔水底板，将顶板和底板之间的距离称为含水层厚度。转孔（井）在不剥离隔水顶板的情况下看不到承压水，隔水顶板穿孔后，在静水压力作用下，含水层中的水上升到隔水顶板以上的某一高度，并最终稳定，此时的水位被称为稳定水位。孔或孔内稳定水位的高度被称为含水层在该处的承压水位或测压水位。隔水顶板底面的标高被称为承压水的初见水位，即将顶板凿穿时看到的水面。从隔水顶板底面到承压水位之间的垂直距离称为承压水头或承压高度。如果承压水位高于地表的标高时，承压水被揭穿后便可以喷出地表而自流。各点承压水位相连的面为承压水位面。

地质构造决定了承压水的形成。在合适的地质条件下，孔隙水、裂隙水或岩溶水都能形成承压水。在不同的构造条件下，承压水的储量也不同。承压水主要埋藏在大的向斜构造、单斜构造中。

2.4 裂隙水

裂隙水是存在于岩石裂缝中的地下水，其分布不均匀，且往往无统一的水力联系，是丘陵和山区供水的重要水源，也是地下水的重要来源。根据裂隙的成因，可将裂隙水分为风化裂隙水、构造裂隙水和成岩裂隙水。

风化裂隙水存储于岩石的风化带中。受风化作用与卸荷作用的影响，岩体的风化裂隙带在近地表处呈壳状分布，通常厚数米至数十米。由于缝隙分布密集，连通良好的风化裂隙带构成含水层;未风化或风化程度较轻的母岩构成相对隔水层。因此，风化裂隙水一般为潜水。风化裂隙水通常分布比较均匀，水力联系良好，但水体的规模和水量存在局限性。

构造裂隙水存储于由固结岩石在构造应力下形成的构造裂隙中，通常分布不均匀，水力联系差。由于构造裂隙分布密度、方向性、张开性、延伸性等不均匀，造成涌水量、水位、水温和水质变化很大。

成岩裂隙水存在于沉积岩固结脱水及岩浆岩冷凝收缩形成的裂隙中。一般情况下，成岩裂隙多为闭合，不构成含水层。然而，某些玄武岩裂隙发育裂开时可以形成良好的含水层，甚至形成强富水带。

2.5 岩溶水

岩溶水，即喀斯特水，主要存在于可溶性岩层的溶蚀裂隙和溶洞中，分布极不均匀。岩溶水由于循环交替速度快，一般都是矿化度都在1g/L以下的重碳酸钙镁型淡水。由于独特的构造，岩溶水的无压水流与承压水流并存，层流与紊流并存。

岩溶水补给主要来源于大气降水，有灌式补给和渗入式补给。而岩溶水排泄方式主要为集中排泄，我国北方主要以岩溶泉水形式排泄，而南方主要以暗河和泉水形式排泄。

岩溶水能形成强富水带，是优良的供水水源。但是，其对分布区内的矿坑及地下建筑工程具有巨大威胁，极易造成突发的大涌水情况，甚至淹没矿区和工程。因此，大量开采岩溶水时，要特别注意防范地面、矿坑、工程等的突然塌陷。

3 结语

我国水安全形势依然严峻，地下水在保障水安全中可以发挥更大作用。不同类型的地下水，其特性及分布范围也不同，开采事项也不一致，因此，在开采过程中，应因地制宜，进行科学勘探和充分论证，将开采中可能产生的问题剿灭在萌芽状态。

参考文献：

[1]江巍峰，司瑞敏.浅谈水资源中地下水的分类及特征[J].中国新技术新产品，2012（8）：201.

[2]吴爱民，荆继红，宋博.略论中国水安全问题与地下水的保障作用[J].地质学报，2016（10）：2939-2947.