[醫(yī)學(xué)]水文地質(zhì)學(xué)第二章(編輯修改稿)
2025-03-14 03:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 三種存在形式 。 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 ? ?? ?????????????????? ???? ??????????????????沸 石 水巖 石 ? 骨 架 中 的 水 ( 礦 物 結(jié) 合 水 ) 結(jié) 晶 水結(jié) 構(gòu) 水結(jié) 合 水強(qiáng) 結(jié) 合 水( 礦 物 表 面 結(jié) 合 水 )地 殼 巖 石 中 的 水 弱 結(jié) 合 水重 力 水巖 石 空 隙 中 的 水 液 態(tài) 水毛 細(xì) 水固 態(tài) 水氣 態(tài) 水 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 ? 結(jié)合水 ? 松散巖石的顆粒表面及堅(jiān)硬巖石空隙壁面均帶有電荷，水分子又是偶極體 ，（當(dāng)原子或離子處于電場(chǎng)中時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，使正負(fù)電荷的重心發(fā)生相對(duì)位移，從而產(chǎn)生偶極。其結(jié)果使離子的形狀和大小發(fā)生改變，原子或離子在外電場(chǎng)的作用下改變其形狀與大小，稱為原子或離子的極化） 由于靜電吸引，固相表面具有吸附水分子的能力（圖 2－ 6）。根據(jù)庫倉定律， F∝ Q1Q2/r2 電場(chǎng)強(qiáng)度與距離平方成反比。 ? 因此，離固相表面很近的水分子受到的靜電引力很大；隨著距離增大，吸引力減弱，而水分子受自身重力的影響就愈顯著。 ? 受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部份水，稱為結(jié)合水。此部分水束縛于固相表面，不能在自身重力影響下運(yùn)動(dòng)。 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 圖 2－ 6 結(jié)合水與重力水 左圖：橢圓形小粒代表水分子，結(jié)合水部分的水分子帶正電荷一端朝向顆粒； 右圖：箭頭代表水分子所受合力方向 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 ? 由于固相表面對(duì)水分子的吸引力自內(nèi)向外逐漸減弱，結(jié)合水的物理性質(zhì)也隨之發(fā)生變化。因此，將最接近固相表面的結(jié)合水稱為 強(qiáng)結(jié)合水 ，其外層稱為弱結(jié)合水（圖 2－ 6） ? 強(qiáng)結(jié)合水 （又稱吸著水）的厚度，不同研究者說者不一，一般認(rèn)為相當(dāng)于幾個(gè)水分子的厚度；也有人認(rèn)為，可達(dá)幾百個(gè)水分子厚度。它所受到的引力可相當(dāng)于 101325 10000Pa，水分子排列緊密，其密度平均達(dá) 2g/cm3左右。不能流動(dòng)，但可轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水而移動(dòng)。 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 ? 弱結(jié)合水 （又稱薄膜水）處于強(qiáng)結(jié)合水的外層，受到固相表面的引力比強(qiáng)結(jié)合水弱，但仍存在范德華爾斯 [Van der Waals]引力和強(qiáng)結(jié)合水最外層水分子的靜電引力的合力的影響，不同學(xué)者認(rèn)為其厚度為幾十、幾百或幾千個(gè)水分子厚度。水分子排列不如強(qiáng)結(jié)合水規(guī)則和緊密，溶解鹽類的能力較低。弱結(jié)合水的外層能被植物吸收利用。 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 ? 結(jié)合水 區(qū)別于普通液態(tài)水的最大 特征 是 具有抗剪強(qiáng)度 ，即必須施一定的力方能使其發(fā)生變形。 ? 結(jié)合水的抗剪強(qiáng)度由內(nèi)層向外層減弱。 ? 當(dāng)施加的外力超過其抗剪強(qiáng)度時(shí)，外層結(jié)合水發(fā)生流動(dòng)，施加的外力愈大，發(fā)生流動(dòng)的水層厚度也加大 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 ? 關(guān)于粘土礦物表面與結(jié)合水的連接有物理連接（引處所論述的即為物理連接）和化學(xué)連接兩種看法， ? 主張化學(xué)連接者認(rèn)為，強(qiáng)結(jié)合水相當(dāng)于雙電層中吸附層的水，弱結(jié)合水相當(dāng)于雙電層中擴(kuò)散層中的水。后一觀點(diǎn)可參見土質(zhì)學(xué)教科書及地質(zhì)出版社 1984年出版的 《 土中結(jié)合水譯文集 》 ， [汪民， 1987]。 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 ? 重力水 ? 距離固體表面更遠(yuǎn)的那部分水分子，重力對(duì)它的影響大于固體表面對(duì)它的吸引力，因而能在自身重力影響下運(yùn)動(dòng)，這部分水就是重力水。 ? 重力水中靠近固體表面的那一部分，仍然受到固體引力的影響，水分子的排列較為整齊，這部分水在流動(dòng)時(shí)呈層流狀態(tài)，而不作紊流運(yùn)動(dòng)。 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 ? 遠(yuǎn)離固體表面的重力水，不受固體引力的影響，只受重力控制。這部分水在流速較大時(shí)容易轉(zhuǎn)為紊流運(yùn)動(dòng)。 ? 巖土空隙中的重力水能夠自由流動(dòng)。井泉取用的地下水，都屬 重力水 ，是 水文地質(zhì)研究的主要對(duì)象。 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 ? 毛細(xì)水 ? 將一根玻璃毛細(xì)管插入水中，毛細(xì)管內(nèi)的水面即會(huì)上升到一定高度，這便是發(fā)生在固、液、氣三相界面上的毛細(xì)現(xiàn)象。 ? 松散巖石中細(xì)小的孔隙通道構(gòu)成毛細(xì)管，因此在地下水面以上的包氣帶中廣泛存在毛細(xì)水 。 ? 由于毛細(xì)力的作用，水從地下水面沿著小孔隙上升到一定高度，形成一個(gè)毛細(xì)水帶，此帶中的毛細(xì)水下部有地下水面支持，因此稱為支持毛細(xì)水（圖 2－ 7）。 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 圖２ ７ 支持毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水 圖２－ 8 孔角毛細(xì)水 井左側(cè)表示高水位時(shí)砂層中支持毛細(xì) 水；右側(cè)表示水位降低后砂層中的懸 掛毛細(xì)水；砂石層中孔隙直徑已超過 毛細(xì)管，故不存在支持毛細(xì)水 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 支持毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 ? 細(xì)粒層次與粗粒層次交互成層時(shí)，在一定條件下，由于上下彎液面毛細(xì)力的作用，在細(xì)土層中會(huì)保留與地下水面不相連接的毛細(xì)水，這種毛細(xì)水稱為懸掛毛細(xì)水（圖 2－ 7）。 ? 在包氣帶中顆粒接觸點(diǎn)上還可以懸留孔角毛細(xì)水（觸點(diǎn)毛細(xì)水），即使是粗大的卵礫石，顆粒接觸處孔隙大小也總可以達(dá)到毛細(xì)管的程度而形成彎液面，將水滯留在孔角上（圖 2－ 8）。 ? 關(guān)于毛細(xì)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)及毛細(xì)水運(yùn)動(dòng)規(guī)律詳見第五章。 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 ? 小結(jié) ? 巖石空隙中的水 —— 有三種存在形式 ? 三種形式的水有差異 —— 與受力狀態(tài)有關(guān) ? 自己總結(jié)、比較 —— 加深理解 ____有比較就會(huì)有記憶 昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院地球科學(xué)系 ? 氣態(tài)水、固態(tài)水及礦物中的水 ? 在未飽和水的空隙中存在著氣態(tài)水。氣態(tài)水可以隨空氣流動(dòng)而流動(dòng)。另外，即使空氣不流動(dòng)，它也能從水汽壓力（絕對(duì)濕度）大的地方向小的地方遷移。氣態(tài)水在一定溫度、壓力條件下，與液態(tài)水相互轉(zhuǎn)化，兩者之間保持動(dòng)平衡。 ? 巖石的溫度低于 0℃ 時(shí)，空隙中的液態(tài)水轉(zhuǎn)為固態(tài)水。我國北方冬季常形成凍土。東北及青藏高原，有一部分巖石賦存其中的地下水多年中保持固態(tài)，這就是所謂多年凍土。 ? 除了存在于巖石空隙中的水，還有存在于礦物結(jié)晶內(nèi)部及其間的水，這就是沸石水、結(jié)晶水及結(jié)構(gòu)水。如方沸石（ Na2AlSi4O12nH2O）中就含有沸石水，這
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