毛管水 当岩土中的空隙小于1毫米,空隙之间彼此连通,就象毛细管一样,当这些细小空隙贮存液态水时,就形成毛管水。如果毛管水是从地下水面上升上来的,称为毛管上升水;如果与地下水面没有关系,水源来自地面渗入而形成的毛管水,称为悬着毛管水。毛管水受重力和负的静水压力的作用,其水分是连续的,并可以把饱和水带与包气带联起来。毛管水可以传递静水压力,并能被植物根系所吸收。重力水 当含水层中空隙被水充满时,地下水分将在重力作用下在岩土孔隙中发生渗透移动,形成渗透重力水。饱和水带中的地下水正是在重力作用下由高处向低处运动,并传递静水压力。综上所述,地下水在垂向上不仅形成结合水、毛细水与重力水等不同的层次结构,而且各层次上所受到的作用力亦存在差异,形成垂向力学结构。 运动模式 绝大多数地下水的运动属层流运动。在宽大的空隙中,如水流速度高,则易呈紊流运动。地下水体系作用势。所谓“势”是指单位质量的水从位势为零的点,移到另一点所需的功,它是衡量地下水能量的指标。根据理查兹(Richards)的测定,发现势能(Φ)是随距离(L)呈递减趋势,并证明势能梯度(-dΦ/dL)是地下水在岩土中运动的驱动力。地下水总是由势能较高的部位向势能较低的方向移动。地下水体系的作用势根据其力源性质,可分为重力势、静水压势、渗透压势、吸附势等分势,这些分势的组合称为总水势。1.重力势(Φg)指将单位质量的水体,从重力势零的某一基准面移至重力场中某给定位置所需的能量,并定义为Φg=Z,式中Z为地下水位置高度。具体计算时,一般均以地下水位的高度作为比照的标准,并将该位置的重力势视为零,则地下水位以上的重力势为正值,地下水面以下的重力势为负值。2.静水压势(Φp)连续水层对它层下的水所产生的静水压力,由此引起的作用势称静水压势,由于静水压势是相对于大气压而定义的,所以处于平衡状态下地下水自由水面处静水压力为零,位于地下水面以下的水则处于高于大气压的条件下,承载了静水压力,其压力的大小随水的深度而增加,以单位质量的能量来表达,即为正的静水压势,反之,位于地下水面以上非饱和带中地下水则处于低于大气压的状态条件下。由于非饱和带中有闭蓄气体的存在,以及吸附力和毛管力的对水分的吸附作用,从而降低了地下水的能量水平,产生了负压效应,称为负的静水压势,又称基模势。3.渗透压势(Φ0)又称溶质势,它是由于可溶性物质在溶于水形成离子时,