地下水:地面以下岩石空隙中的水-中文百科頻道

簡介

地下水（ground water）泛指存在于地下多孔介質中的水，其中多孔介質包括孔隙介質、介質和岩溶介質。

補給方式

地下水主要有降水入滲、灌溉水入滲、地表水入滲補給，越流補給和人工補給。在一定條件下，還有側向補給。地下水的排洩主要有泉、潛水蒸發、向地表水體排洩、越流排洩和人工排洩。泉是地下水天然排洩的主要方式。

組成結構

地下水流系統的空間上的立體性，是地下水與地表水之間存在的主要差異之一。而地下水垂向的層次結構，則是地下水空間立體性的具體表征。典型水文地質條件下，地下水垂向層次結構的基本模式。自地表面起至地下某一深度出現不透水基岩為止，可區分為包氣帶和飽和水帶兩大部分。其中包氣帶又可進一步區分為土壤水帶、中間過渡帶及毛細水帶等3個亞帶；飽和水帶則可區分為潛水帶和承壓水帶兩個亞帶。從貯水形式來看，與包氣帶相對應的是存在結合水（包括吸濕水和薄膜水）和毛管水；與飽和水帶相對應的是重力水（包括潛水和承壓水）。以上是地下水層次結構的基本模式，在具體的水文地質條件下，各地區地下水的實際層次結構不盡一緻。有的層次可能充分發展，有的則不發育。如在嚴重幹旱的沙漠地區，包氣帶很厚，飽和水帶深埋在地下，甚至基本不存在；反之，在多雨的濕潤地區，尤其是在地下水排洩不暢的低窪易澇地帶，包氣帶往往很薄，甚至地下潛水面出露地表，所以地下水層次結構亦不明顯。至于象承壓水帶的存在，要求有特定的貯水構造和承壓條件。而這種構造和承壓條件并非處處都具備，所以承壓水的分布受到很大的限制。但是上述地下水層次結構在地區上的差異性，并不否定地下水垂向層次結構的總體規律性。這一層次結構對于人們認識和把握地下水性質具有重要意義，并成為按埋藏條件進行地下水分類的基本依據。

地下水在垂向上的層次結構，還表現為在不同層次的地下水所受到的作用力亦存在明顯的差别，形成不同的力學性質。如包氣帶中的吸濕水和薄膜水，均受分子吸力的作用而結合在岩土顆粒的表面。通常，岩土顆粒愈細小，其顆粒的比表面積愈大，分子吸附力亦愈大，吸濕水和薄膜水的含量便愈多。其中吸濕水又稱強結合水，水分子與岩土顆粒表面之間的分子吸引力可達到幾千甚至上萬個大氣壓，因此不受重力的影響，不能自由移動，密度大于1，不溶解鹽類，無導電性，也不能被植物根系所吸收。

薄膜水又稱弱結合水，它們受分子力的作用，但薄膜水與岩土顆粒之間的吸附力要比吸濕水弱得多，并随着薄膜的加厚，分子力的作用不斷減弱，直至向自由水過渡。所以薄膜水的性質亦介于自由水和吸濕水之間，能溶解鹽類，但溶解力低。薄膜水還可以由薄膜厚的顆粒表面向薄膜水層薄的顆粒表面移動，直到兩者薄膜厚度相當時為止。而且其外層的水可被植物根系所吸收。當外力大于結合水本身的抗剪強度（指能抵抗剪應力破壞的極限能力）時，薄膜水不僅能運動，并可傳遞靜水壓力。

毛管水當岩土中的空隙小于1毫米，空隙之間彼此連通，就象毛細管一樣，當這些細小空隙貯存液态水時，就形成毛管水。如果毛管水是從地下水面上升上來的，稱為毛管上升水；如果與地下水面沒有關系，水源來自地面滲入而形成的毛管水，稱為懸着毛管水。毛管水受重力和負的靜水壓力的作用，其水分是連續的，并可以把飽和水帶與包氣帶聯起來。毛管水可以傳遞靜水壓力，并能被植物根系所吸收。

重力水當含水層中空隙被水充滿時，地下水分将在重力作用下在岩土孔隙中發生滲透移動，形成滲透重力水。飽和水帶中的地下水正是在重力作用下由高處向低處運動，并傳遞靜水壓力。

綜上所述，地下水在垂向上不僅形成結合水、毛細水與重力水等不同的層次結構，而且各層次上所受到的作用力亦存在差異，形成垂向力學結構。

運動模式

絕大多數地下水的運動屬層流運動。在寬大的空隙中，如水流速度高，則易呈紊流運動。

地下水體系作用勢。所謂“勢”是指單位質量的水從位勢為零的點，移到另一點所需的功，它是衡量地下水能量的指标。根據理查茲（Richards）的測定，發現勢能（Φ）是随距離（L）呈遞減趨勢，并證明勢能梯度（-dΦ/dL）是地下水在岩土中運動的驅動力。地下水總是由勢能較高的部位向勢能較低的方向移動。

地下水體系的作用勢根據其力源性質，可分為重力勢、靜水壓勢、滲透壓勢、吸附勢等分勢，這些分勢的組合稱為總水勢。

1.重力勢（Φg）指将單位質量的水體，從重力勢零的某一基準面移至重力場中某給定位置所需的能量，并定義為Φg=Z，式中Z為地下水位置高度。具體計算時，一般均以地下水位的高度作為比照的标準，并将該位置的重力勢視為零，則地下水位以上的重力勢為正值，地下水面以下的重力勢為負值。

2.靜水壓勢（Φp）連續水層對它層下的水所産生的靜水壓力，由此引起的作用勢稱靜水壓勢，由于靜水壓勢是相對于大氣壓而定義的，所以處于平衡狀态下地下水自由水面處靜水壓力為零，位于地下水面以下的水則處于高于大氣壓的條件下，承載了靜水壓力，其壓力的大小随水的深度而增加，以單位質量的能量來表達，即為正的靜水壓勢，反之，位于地下水面以上非飽和帶中地下水則處于低于大氣壓的狀态條件下。由于非飽和帶中有閉蓄氣體的存在，以及吸附力和毛管力的對水分的吸附作用，從而降低了地下水的能量水平，産生了負壓效應，稱為負的靜水壓勢，又稱基模勢。

3.滲透壓勢（Φ0）又稱溶質勢，它是由于可溶性物質在溶于水形成離子時，因水化作用将其周圍的水分子吸引并作走向排列，并部分地抑制了岩土中水分子的自由活動能力，這種由溶質産生的勢能稱為溶質勢，其勢值的大小恰與溶液的滲透壓相等，但兩者的作用方向正好相反，顯然滲透壓勢為負值。

4.吸附勢（Φa）岩土作為吸水介質，所以能夠吸收和保持水分，主要是由吸附力的作用，水分被岩土介質吸附後，其自由活動的能力相應減弱，如将不受介質影響的自由水勢作為零，則由介質所吸附的水分，其勢值必然為負值，這種由介質吸附而産生的勢值稱為吸附勢。或介質勢。

5.總水勢總水勢就是上述分勢的組合，即Φ=Φg+Φp+Φ0+Φa，但處于不同水帶的地下水其作用勢并不相等。

包含成分

地下水中分布最廣的是

鉀、鈉、鎂、鈣、氯、硫酸根和碳酸氫根7種離子。地下水中各種離子、分子和化合物的總量稱總礦化度，總礦化度小于1克/升的，稱淡水，1～3克/升的，稱微水，3 ～ 10克/升的，稱鹹水，10～50克/升的，稱鹽水，大于 50 克/升的，稱鹵水。地下水中鈣、鎂、鐵、錳、锶、鋁等溶解鹽類的含量稱硬度，含量高的硬度大，反之硬度小。

水質監測

2013年6月，環保部公布2012年環境公報，六成地級以上城市空氣質量不達标，新标準納入PM2.5達标率降低。對于2012年全國環境質量狀況，環保部表示總體保持平穩，但形勢依然嚴峻：超過30%的河流和超過50%的地下水不達标；空氣質量方面，325個地級城市中，有59.1%的城市不符合新的空氣質量标準，113個環保重點城市的不達标率更是達到76.1%。

公報稱，我國污染物總量排放均有所下降。環保部強制要求減排的四項污染物，和廢水相關的化學需氧量和氨氮，均較2010年有所減少，和廢氣相關二氧化硫和氮氧化物，也比上一年降低。

在2011年，和PM2.5關系密切的氮氧化物排放總量當年有所上升，環保部曾解釋這與該指标剛剛增加，尚未達到減排節點有關。2010年，全國氮氧化物的排放量也開始全面下降。但是，排放的廢水廢氣減少，不代表環境質量改善。根據《公報》，2012年，全國325個地級市及以上城市，如果用新的空氣質量标準衡量，達标城市比例僅40.9%，113個環保重點城市的達标率更是隻有23.9%。

對于水環境，環保部稱“質量不容樂觀”，針對全國798個村莊的農村環境質量試點監測結果表明，農村飲用水源和地表水受到不同程度污染。我國地下水污染正面臨着由點到面、由淺到深、由城市到農村不斷擴展和污染程度日益嚴重的趨勢,地下水污染防治迫在眉睫。根據地下水污染的成因,地下水污染源可以分為工業污染源、農業污染源、生活污染源和自然污染源。

此外，環保部認為，農村環境問題日益顯現，突出表現為工礦污染壓力加大，生活污染局部加劇，畜禽養殖污染嚴重等。

2012年，環保部批複了240個項目的建設項目環境影響評價，涉及總投資近1.4萬億元，其中基礎設施和民生工程有79個，約占總投資的一半，有24個項目被退回環評，不予審批或暫緩審批，涉及總投資1000多億元。2013年世界環境日中國主題為“同呼吸共奮鬥”，重點關注以防治PM2.5為重點的大氣污染防治工作。

在198個城市4929個地下水監測點位中，優良-良好-較好水質的監測點比例為42.7%，較差-極差水質的監測點比例為57.3%。農村地區的水環境問題更為嚴重，試點村莊飲用水源地的水質達标率僅77.2%，地下水飲用水源地水質達标率僅70.3%。地表水達标率隻有64.7%。

随着社會的進步和經濟的發展,中國的水資源緊張問題變得日益嚴重,水資源利用水平低下、開發利用不平衡、各地區水資源開發利用程度差異大、地下水開采過量、用水浪費嚴重、水資源利用效率較低等矛盾突顯出來。