含水层的透水性、富水性、突水量及等级划分

1透水性

1.1定义与概念

透水性是指岩石或土壤允许水透过的能力。它主要取决于岩土的孔隙大小、孔隙连通性和孔隙的数量等因素。从微观角度看，水在岩土孔隙中流动时，会受到孔隙壁面的阻力。如果孔隙较大、连通性好，水所受到的阻力就小，透水性就强；反之，透水性就弱。

例如，像砾石层，其颗粒较大，孔隙也大，而且颗粒之间的连通性较好，水能够比较容易地在其中流动，透水性良好；而黏土颗粒细小，孔隙极小，并且孔隙之间的连通通道也很狭窄，水在其中流动就非常困难，透水性差。

1.2影响因素

岩土颗粒大小和形状

一般来说，颗粒越大，透水性越强。粗砂的颗粒直径大于细砂，粗砂的透水性就比细砂好。颗粒形状也有影响，球形颗粒之间的孔隙相对规则，连通性较好，而片状或针状颗粒可能会堵塞孔隙，降低透水性。

孔隙大小和孔隙率

孔隙率是指岩土中孔隙体积与总体积之比。孔隙率高并不一定意味着透水性好，还需要考虑孔隙大小。例如，海绵的孔隙率很高，但孔隙很小，透水性不如孔隙率较低但孔隙较大的砾石。

孔隙的连通性

即使岩土有一定的孔隙率，但如果孔隙之间不连通，水也无法顺利通过。像一些被胶结物填充了部分孔隙的岩石，其孔隙连通性变差，透水性也会降低。

1.3透水性的定量描述

渗透系数

渗透系数是衡量岩土透水性的重要指标，用符号K表示，单位是m/d（米 / 天）或cm/s（（厘米 / 秒）。它是根据达西定律（Q=KAI，其中是Q渗流量，是A过水断面面积，是I水力梯度）定义的。

不同岩土的渗透系数差异很大。例如，砾石的渗透系数可能达到100-1000m/d，而黏土的渗透系数可能小于0.001m/d。

2富水性

2.1定义

富水性是指含水层储存和给出水的能力。它不仅与含水层的厚度有关，还与含水层的孔隙度、给水度等因素密切相关。一个富水性好的含水层能够在一定时间内提供较多的水量。

例如，在一个地下水开采井中，如果含水层富水性好，在抽水时能够持续稳定地提供较大水量；而富水性差的含水层，在抽水过程中水量很快就会减少，甚至枯竭。

2.2影响因素

含水层厚度

含水层厚度越大，其储存水的空间就越大，富水性相对较好。比如，一个厚度为的砂层含水层比厚度为的同一砂层含水层能够储存更多的水。

孔隙度和给水度

孔隙度决定了含水层能够储存水的潜在空间大小。给水度是指饱水岩土在重力作用下能自由排出水的体积与岩土总体积之比。孔隙度高、给水度大的含水层富水性好。例如，粗砂的孔隙度和给水度通常比细砂大，其富水性也相对较好。

边界条件和补给条件

含水层的边界如果是透水的，有利于地下水的补给，会增强其富水性。例如，靠近河流的含水层，河水可以通过侧向补给使含水层富水性增强。而且，如果含水层有良好的降水补给或其他水源的补给，其富水性也会得到改善。

3透水性和富水性等级划分

3.1透水性等级划分

强透水

渗透系数K≥10 m/d。这类岩土主要包括砾石、粗砂等。在实际工程中，强透水地层在排水工程中有重要作用，如在基坑排水时，强透水地层中的水可以很快被排出，但在防水工程中则是需要重点处理的对象，因为水很容易渗透通过。

中等透水

渗透系数在1-10 m/d之间。中砂等属于中等透水地层。在地下水模拟和水资源评价中，中等透水地层的渗流特性介于强透水和弱透水之间，其水流运动相对较容易预测和控制。

弱透水

渗透系数在0.1-1 m/d之间。细砂、粉砂等属于这一等级。在地下水污染防治方面，弱透水地层可以在一定程度上减缓污染物的扩散速度，因为其透水性相对较弱。

微透水（不透水）

渗透系数K＜0.01m/d。黏土等属于微透水或不透水地层。在水利工程中，黏土常被用作防渗材料，如在水库大坝的防渗心墙中使用黏土，就是利用其微透水性来防止库水渗漏。

3.2富水性等级划分

极丰富

单井涌水量Q≥5000m³/d。这种含水层通常厚度较大，孔隙度高，而且有良好的补给条件。例如，在一些大型的岩溶含水层中，由于其巨大的储水空间和良好的地下水循环条件，富水性极丰富。在供水工程中，极丰富的含水层是理想的水源地，可以满足大量的用水需求。

丰富

单井涌水量在1000-5000m³/d之间。砂卵石含水层在厚度和补给条件较好的情况下，富水性可以达到丰富等级。在城市供水系统中，丰富的含水层可以作为重要的补充水源，为城市的部分区域供水。

中等

单井涌水量在100-1000m³/d之间。一般的细砂含水层可能处于这一富水等级。对于一些小型的供水需求或者农业灌溉来说，中等富水性的含水层可以提供一定的水量支持。

贫乏

单井涌水量在10-100m³/d之间。这种含水层可能由于厚度较薄、孔隙度较低或者补给条件差等原因导致富水性贫乏。在干旱地区，贫乏的含水层可能难以满足当地居民的用水需求。

极贫乏

单井涌水量0.1-10m³/d。在一些岩石裂隙不发育的基岩地区或者是被污染严重导致孔隙堵塞的地层中，含水层的富水性可能极贫乏。这种情况下，开采地下水的成本较高，而且水量很难满足基本的用水需求。

4突水量

4.1定义

含水层突水是指在地下工程活动（如矿井开采、隧道掘进等）过程中，含水层中的地下水在压力作用下突然大量涌入作业空间的现象。突水量的大小直接关系到地下工程的安全、施工难度以及对周边环境的影响程度。准确划分突水量对于采取合理的防治措施、评估工程风险和损失具有至关重要的意义。

4.2突水量划分的依据

突水量划分主要依据突水过程中的涌水量大小、单位时间内的水量变化、突水的持续时间以及对工程的影响程度等因素。

涌水量大小

涌水量是最直观的划分依据。通常采用单位时间（如每分钟、每小时或每天）内涌出的水量来衡量。不同的涌水量范围对应不同的突水等级，因为涌水量大小直接反映了突水的严重程度和对工程的淹没速度。

水量变化速率

突水过程中水量可能会快速增加、缓慢增加或保持相对稳定。如果水量变化速率很快，短时间内涌水量就达到很大的值，这种突水情况往往更加危险。例如，在一些岩溶地区的矿井突水中，由于岩溶管道中的水在压力作用下瞬间释放，水量变化速率极高，会对矿井造成毁灭性的打击。

突水持续时间

持续时间较短的突水可能只会对局部区域造成暂时的影响，而长时间的突水会导致地下工程被大量积水淹没，甚至引发地面塌陷等次生灾害。例如，突水持续数小时可能只会使矿井的部分巷道积水，但如果持续数天甚至数周，整个矿井都可能被淹没。

对工程的影响程度

这包括对地下工程结构的破坏程度、对人员安全的威胁程度以及对设备的损坏程度等。例如，突水导致地下隧道的衬砌结构被冲垮，或者使矿井中的通风系统、排水系统等关键设备无法正常运行，都表明突水的影响程度较为严重。

4.3等级划分

小突水

涌水量范围：一般情况下，小突水的涌水量相对较小，例如在矿井开采中，突水量小于。对于一些小型的地下工程或者裂隙发育程度较低的含水层，这种突水量可能是由于局部裂隙中的水渗出导致的。

特点及影响：水量变化相对缓慢，突水持续时间可能较短，通常可以通过工程自身的排水系统进行处理。对工程结构和人员安全的威胁相对较小，可能只会造成局部潮湿，对施工进度的影响较小。例如，在一些浅埋隧道施工中，小突水可能只会使隧道壁面出现少量渗水，通过简单的排水措施就可以继续施工。

中等突水

涌水量范围：涌水量介于之间。这种突水量在地下工程中较为常见，可能是由于含水层中的较大裂隙或小型岩溶通道中的水涌出导致的。

特点及影响：水量变化速率适中，突水持续时间可能从数小时到数天不等。会对工程结构造成一定的破坏，如使矿井的部分巷道支护结构变形，或者使隧道的防水层破裂。对人员安全有一定的威胁，需要及时采取排水和加固措施。例如，在中等突水情况下，矿井可能需要暂停开采，启动备用排水设备，同时对受影响的巷道进行检查和加固。

大突水

涌水量范围：涌水量大于。大突水通常是由于大型岩溶洞穴、强富水含水层或者断裂带中的大量地下水涌出导致的。

特点及影响：水量变化速率快，突水持续时间较长，可能会迅速淹没地下工程的大部分区域。对工程结构造成严重破坏，如冲垮矿井的主要巷道、破坏隧道的支撑结构等。对人员安全构成巨大威胁，可能导致人员被困。在这种情况下，需要紧急撤离人员，同时采取大规模的排水和抢险措施。例如，在一些岩溶发育地区的矿井大突水中，大量的岩溶水涌出，整个矿井可能在短时间内被淹没，造成巨大的经济损失和人员伤亡。

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