地下水形成的原因是什么有何特點
地下水形成的原因是什么有何特點
地下水是指賦存于地面以下巖石空隙中的水，地下水的形成并不簡單，我們學(xué)過地理的朋友就有可能知道其中一些知識，下面就讓學(xué)習(xí)啦小編來給你科普一下地下水怎么形成的。
地下水的形成原因
地下水主要來源于大氣降水和地表水的入滲補給;同時以地下滲流方式補給河流、湖泊和沼澤，或直接注入海洋;上層土壤中的水分則以蒸發(fā)或被植物根系吸收后再散發(fā)入空中，回歸大氣，從而積極地參與了地球上的水循環(huán)過程，以及地球上發(fā)生的溶蝕、滑坡、土壤鹽堿化等過程，所以地下水系統(tǒng)是自然界水循環(huán)大系統(tǒng)的重要亞系統(tǒng)。
地下水的組成結(jié)構(gòu)
地下水流系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，則是地下水空間立體性的具體表征。典型水文地質(zhì)條件下，地下水垂向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的基本模式。自地表面起至地下某一深度出現(xiàn)不透水基巖為止，可區(qū)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(qū)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(qū)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(yīng)的是存在結(jié)合水(包括吸濕水和薄膜水)和毛管水;與飽和水帶相對應(yīng)的是重力水(包括潛水和承壓水)。以上是地下水層次結(jié)構(gòu)的基本模式，在具體的水文地質(zhì)條件下，各地區(qū)地下水的實際層次結(jié)構(gòu)不盡一致。有的層次可能充分發(fā)展，有的則不發(fā)育。如在嚴重干旱的沙漠地區(qū)，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(qū)，尤其是在地下水排泄不暢的低洼易澇地帶，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(jié)構(gòu)亦不明顯。至于象承壓水帶的存在，要求有特定的貯水構(gòu)造和承壓條件。而這種構(gòu)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(jié)構(gòu)在地區(qū)上的差異性，并不否定地下水垂向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)的總體規(guī)律性。這一層次結(jié)構(gòu)對于人們認識和把握地下水性質(zhì)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(jù)。
地下水在垂向上的層次結(jié)構(gòu)，還表現(xiàn)為在不同層次的地下水所受到的作用力亦存在明顯的差別，形成不同的力學(xué)性質(zhì)。如包氣帶中的吸濕水和薄膜水，均受分子吸力的作用而結(jié)合在巖土顆粒的表面。通常，巖土顆粒愈細小，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(jié)合水，水分子與巖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(dǎo)電性，也不能被植物根系所吸收。
薄膜水 又稱弱結(jié)合水，它們受分子力的作用，但薄膜水與巖土顆粒之間的吸附力要比吸濕水弱得多，并隨著薄膜的加厚，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(zhì)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(jié)合水本身的抗剪強度(指能抵抗剪應(yīng)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 當巖土中的空隙小于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態(tài)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(guān)系，水源來自地面滲入而形成的毛管水，稱為懸著毛管水。毛管水受重力和負的靜水壓力的作用，其水分是連續(xù)的，并可以把飽和水帶與包氣帶聯(lián)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，地下水分將在重力作用下在巖土孔隙中發(fā)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(jié)合水、毛細水與重力水等不同的層次結(jié)構(gòu)，而且各層次上所受到的作用力亦存在差異，形成垂向力學(xué)結(jié)構(gòu)。
地下水的運動模式
絕大多數(shù)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(zhì)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標。根據(jù)理查茲(Richards)的測定，發(fā)現(xiàn)勢能(Φ)是隨距離(L)呈遞減趨勢，并證明勢能梯度(-dΦ/dL)是地下水在巖土中運動的驅(qū)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(jù)其力源性質(zhì)，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)指將單位質(zhì)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標準，并將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(xù)水層對它層下的水所產(chǎn)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，所以處于平衡狀態(tài)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，其壓力的大小隨水的深度而增加，以單位質(zhì)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態(tài)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，產(chǎn)生了負壓效應(yīng)，稱為負的靜水壓勢，又稱基模勢。
3、滲透壓勢(Φ0)又稱溶質(zhì)勢，它是由于可溶性物質(zhì)在溶于水形成離子時，因水化作用將其周圍的水分子吸引并作走向排列，并部分地抑制了巖土中水分子的自由活動能力，這種由溶質(zhì)產(chǎn)生的勢能稱為溶質(zhì)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)巖土作為吸水介質(zhì)，所以能夠吸收和保持水分，主要是由吸附力的作用，水分被巖土介質(zhì)吸附后，其自由活動的能力相應(yīng)減弱，如將不受介質(zhì)影響的自由水勢作為零，則由介質(zhì)所吸附的水分，其勢值必然為負值，這種由介質(zhì)吸附而產(chǎn)生的勢值稱為吸附勢?；蚪橘|(zhì)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。
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