水文地质学基础习题完善版

1、绪论一、名词解释1、水文地质学:水文地质学是研究地下水的科学。它研究地下水与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质在时空上的变化规律,并研究如何运用这些规律去兴利避害,为人类服务。2、地下水:地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。二、填空题1、水文地质学是研究地下水的科学。它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律。2、地下水的功能主要包括:资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力、或信息载体。三、问答题1、水文地质学的研究对象答:(1地下水赋存条件;(2地下水资源形成条件及运动特征;(3地下水的水质;(4地下水动态规律;(5

2、地下水与环境的相互关系;(6地下水资源的开发利用。第二章地球上的水及其循环一、名词解释:1、水文循环:发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。水文循环的速度较快,途径较短,转换交替比较迅速。2、地质循环:发生于大气圈到地幔之间的水分交换3、径流:降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。二、填空1、自然界的水循环按其循环途径长短、循环速度的快慢以及涉及圈层的范围,分为水文循环和地质循环。2、水循环是在太阳辐射和重力作用下,以蒸发、降水和径流等方式周而复始进行的。3、在水文学中常用流量、径流总量、径流深度、径流模数和径流系数等特征值说明地表径流。三、问答题1、简述水文

3、循环的驱动力及其基本循环过程?水文循环的驱动力是太阳辐射和重力。地表水、包气带水及饱水带中浅层水通过蒸发和植物蒸腾而变为水蒸气进入大气圈。水汽随风飘移,在适宜条件下形成降水。落到陆地的降水,部分汇聚于江河湖沼形成地表水,部分渗入地下,部分滞留于包气带中,其余部分渗入饱水带岩石空隙之中,成为地下水。地表水与地下水有的重新蒸发返回大气圈,有的通过地表径流和地下径流返回海洋。第三章岩石中的空隙与水分一、名词解释1、孔隙度:单位体积岩土(包括空隙在内中空隙所占的比例2、裂隙:各种应力作用下,岩石破裂变形产生的空隙。3、溶穴:可溶的沉积岩原有的裂隙或孔隙在地下水溶蚀下产生的空洞。4、结合水:受固相表面的

4、引力大于水分子自身重力的水。5、重力水:重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力,因而能在自身重力作影响下运移的水。6、毛细水:受毛细力作用保持在岩石空隙中的水。7、容水度:岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积的比值。8、给水度:地下水位下降单位体积,释出水的体积和疏干体积的比值9、持水度:地下水位下降时,滞留于非饱和带中而不释出的水的体积与单位疏干体积的比值二、填空1、岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律,对地下水的分步和运动具有重要影响。2、岩体空隙可分为松散岩土中的孔隙、坚硬岩石中的裂隙、和可溶岩石中的溶穴。3、孔隙度的大小主要取决于分

5、选程度及颗粒排列情况,另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。4、岩石裂隙按成因分为:成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙。5、地下水按岩层的空隙类型可分为:孔隙水、裂隙水、和岩溶水。6、通常以容水度、含水量、给水度、持水度和透水性来表征与水分的储容和运移有关的岩石性质。7、岩性对给水度的影响主要表现为空隙的大小与多少。8、松散岩层中,决定透水性好坏的主要因素是孔隙大小;只有在孔隙大小达到一定程度,孔隙度才对岩石的透水性起作用。三、问答题1、简述影响孔隙度大小的主要因素,并说明如何影响?影响孔隙度大小的因素有:颗粒排列情况、分选程度、颗粒形状及胶结程度。排列方式愈规则、分选性愈好、颗粒形状愈不规则、胶

6、结充填愈差时,孔隙度愈大;反之,排列方式愈不规则、分选性愈差、颗粒形状愈规则、胶结充填愈好时,孔隙度愈小。2、影响给水度的因素有哪些,如何影响?影响给水度的因素有岩性、初始地下水位埋深、地下水位降速。岩性主要表现为决定空隙的大小和多少,空隙越大越多,给水度越大;反之,越小。初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上升高度时,地下水下降后给水度偏小。地下水位下降速率大时,释水不充分,给水度偏小。3、影响岩石透水性的因素有哪些,如何影响?影响因素有:岩性、颗粒的分选性、孔隙度。岩性越粗、分选性越好、孔隙度越大、透水能力越强;反之,岩性越细、分选性越差、孔隙度越小,透水能力越弱。4、为什么说空隙大小和数量不

7、同的岩石,其容纳、保持、释出及透水的能力不同?岩石容纳、保持、释出及透水的能力与空隙的大小和多少有关。而空隙的大小和多少决定着地壳岩石中各种形式水所占的比例。空隙越大,结合水所占的比例越小,则容纳、释出及透水能力越强,持水能力越弱;反之,空隙度越小,结合水所占的比例越大,则容纳、释出及透水能力越弱,持水能力越强。所以说空隙大小和数量不同的岩石其容纳、保持、释出及透水的能力不同。第四章地下水的赋存一、名词解释1、包气带:地表以下一定深度的地下水面以上的部分称为包气带,其中存在气态水、结合水和毛细水。2、饱水带:地表以下一定深度的地下水面以下的部分称为饱水带3、含水层:饱水并能传输与给出相当数量水

8、的岩层。4、隔水层:不能传输与给出相当数量水的岩层、弱水层:本身不能给出水量,但是垂直层面方向能够传输水量越流:相邻含水层通过期间的相对隔水层发生水量交换含水系统:由隔水或相对隔水边界圈围的,内部具有统一水力联系的赋存于地下水的岩系5、潜水:饱水带中第一个具有自由表面且具有一定规模的含水层中的重力水。6、承压水:充满于两个隔水层之间的含水层中的水。7、承压高度:揭穿隔水顶板的钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离。8、测压水位:揭穿隔水顶板的井中静止水位的高程。9、贮水系数:测压水位下降(或上升一个单位深度,单位水平面积含水层释出(或储存的水体积。10、上层滞水:当包气带局部隔水层之上积聚的具有

9、自由表面的重力水。二、填空1、包气带自上而下可分为土壤水带、中间带和毛细水带。2、地下水的赋存特征对其水量、水质时空分布有决定意义,其中最重要的是埋藏条件和含水介质类型。3、据地下水埋藏条件,可将地下水分为包气带水、潜水和承压水。4、按含水介质(空隙类型,可将地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。5、潜水的排泄除了流入其它含水层以外,泄入大气圈与地表水圈的方式有两类,即:径流排泄和蒸发排泄。6、承压含水层获得补给时测压水位上升,一方面,由于压强增大含水层中水的密度加大;另一方面,由于孔隙水压力增大,有效应力降低,含水层骨架发生少量回弹,空隙度增大。7、承压含水层排泄时,减少的水量表现为含水层中水的

10、密度变小及含水介质空隙缩减。三、问答题1、简述包气带特征?(1包气带一般含有结合水、毛细水、气态水、过路重力水;(2包气带自上而下可分为土壤水带、中间带和毛细水带;(3包气带水来源于大气降水的入渗、地面水渗漏和地下水通过毛细上升输入的水分,以及地下水蒸发形成的气态水。(4包气带水的运移受毛细力和重力的共同影响。2、简述饱水带特征?(1饱水带一般含有重力水和结合水。(2饱水带的水体是连续分布的,能传递静水压力。(3饱水带水在水头差的作用下可以发生连续运动。3、潜水有哪些特征?(1具有自由水面,潜水面上任意一点均受大气压力作用,不承受静水压力,因此是无压水。(2含水层上面不存在完整的隔水(弱透水顶

11、板,可以通过包气带直接接受大气降水和地表水的补给,而且分布区与补给区一致。(3在重力作用下,由高水位向低水位运动。(4排泄除流入其它含水层外,还通过径流和蒸发进行排泄。(5水量、水位等动态变化受气象和水文因素影响。(6水质主要取决于大气、地形及岩性条件。4、承压水有哪些特征?(1含水层中的水承受静水压力。(2主要通过大气降水和地表水补给,分布区与补给区不一致。(3参与水循环不如潜水积极,受气象和水文因素影响小,动态变化不显著。(4水质取决于埋藏条件及其与外界联系的程度。5、简述含水层形成的必要条件(1岩层必须具有相当的空隙空间。岩石的空隙越大,数量越多,连通性越好,储存和通过的重力水就越多,就

12、越有利于形成含水层,如砂砾层等。(2必需具备储存地下水的地质结构。一个含水层的形成必须要有透水层和不透水层组合在一起,才能形成含水地质结构。(3必须具有充足的补给水源。若缺乏补给水源,即使该岩层具有很好的空隙空间和储水结构,也不能形成良好的含水层。6、简述含水层与隔水层定义的相对性,并举例说明在利用与排除地下水的实际工作中,如何划分含水层与隔水层。(1含水层是指能够透过并给出相当数量水的岩层。隔水层:不能透过与给出水,或者透过与给出的水量微不足道的岩层。这两个定义没有给出区分含水层与隔水层的定量指标,定义具有相对性。(2在利用与排除地下水的实际工作中,区分含水层与隔水层,应当考虑岩层所能给出水

13、的数量大小是否具有实际意义。例如:某一岩层能够给出的水量较小,对于水量丰沛、需水量很大的地区,由于远不能满足供水需求,而被视为隔水层;但在水源匮乏、需水量小的地区,同一岩层能够满足实际需要,可被视为含水层。而隔水层的“微不足道”,在实际问题中是相对“时间尺度”而言的;当时间足够长时,“隔水层”都会透过一定数量的水,具有透水性。四、材料题(一潜水等水压线图1、根据下列图1的三图分析指出(A、(B、(C各河的河水与潜水的相互关系及潜水流线。答案要点:(A图:河流右侧为地下水(潜水补给地表水(河流;左侧侧地表水(河流补给地下水(潜水。(B图:地表水(河流补给地下水(潜水。(C图:地下水(潜水补给地表

14、水(河流。地下水流线见图2 图1 图22、下图是某地区潜水等水位线图,A 、B 两点水平距离为50m,图中的数字单位为m ,试确定:(1潜水与河水间的补排关系;(2A 、B 两点间的平均水力梯度(坡降;(3若在 C 点处凿水井,至少打多深才能见到地下水;(4D 点处有何水文地质现象,写出其类型。答案要点:(1 地下水的流向为垂直等水位线从高到低的方向,故本区河谷两岸地下水均指向河流,属地下水补给地表水。 (202.0508485=-=AB AB L H I(3d = 88-84 = 4m ,即在 C 点处达 4m 就可见到地下水。(4D 点有泉水出露,属下降泉(侵蚀下降泉。3、龙江河谷地区的潜

15、水等水位线图如下图所示,试确定:(1龙江两岸潜水的流向(用箭头表示,并阐明潜水与河水的补给关系;地形等高线 等水位线 河流及流向81(2 A 、B 两点之间的平均水力坡度,设 A 、B 之间的水平距离为 10 m ;(3潜水流过的土层的渗透系数 K ,如已测得潜水在该土层的渗透速度 V=12 m /d 。 答案要点:(1龙江两岸潜水的流向见图中箭头所示。河流西部为潜水补给河流,东部为河流补给潜水。 (22.0107880=-=AB AB L H I 。(3渗透系数602.012=I V K (m /d 。(二承压水等水压线图1、某区域承压水的等水压线图(如下图所示,试确定:(1本地区地下水的主

16、要流向(以箭头表示;(2A 点承压水头;(3B点含水层埋深;(4C点的初见水位和稳定(承压水位(如果在C点凿井时。地形等高线等压线含水层顶板等高线答案要点:(1垂直等水压线由高水位指向低水位(见图。(2HA=3720.5=16.5m(承压水头即承压高度=侧压水位标高含水层顶板标高(3hB=6623=43m(含水层埋深=地形标高含水层顶板标高(4初见水位hC=19m,承压水位hC=37m2、某地区承压水等水压线图如下所示,试确定:(1本区地下水流向(以箭头表示;(2P点地下水埋深;(3若在P 点打井,其稳定水位;(4自流水范围。 答案要点:(1垂直等水压线由高水位指向低水位(见图。(2hP=46

17、38=8m(含水层埋深=地形标高含水层顶板标高(3在P 点打井,其稳定水位即为揭穿隔水顶板的井中静止水位的高程,等于侧压水位标高,所以为44m(4自流水范围为承压水测压水位高于地形标高(见图红线范围内。 3、读某地承压水等水压线图,回答下面问题。(1P 处承压水的流向是( A .自西北向东南;B .自东北向西南;C .自西南向东北;D .自东南向西北(2a 、b 、c 、d 四口水井中,井水水位海拔最高的是( A .a ;B .b ;C .c ;D .d(3a 、b 、c 、d 四口水井中,挖得最浅的是( A .a ;B .b ;C .c ;D .dab ac bd c答案要点:(1B;(2A

18、;(3D第五章地下水运动的基本规律一、名词解释1、渗流场:地下水在岩石空隙中的运动称为渗流,发生渗流的区域称为渗流场。2、层流运动:在岩层空隙中流动时,水的质点作有秩序的、互不混杂的流动。3、紊流运动:在岩层空隙中流动时,水的质点作无秩序地、互相混杂的流动。4、稳定流:水在渗流场内运动,各个运动要素(水位、流速、流向不随时间改变。5、非稳定流:水在渗流场中运动,各个运动要素随时间变化的水流运动。6、有效空隙度:重力水流动的孔隙体积与岩石体积之比。7、水力梯度:沿等水头面(线法线方向水头降低方向的水头变化率。8、渗透系数:水力坡度等于1时的渗透流速。9、流网:在渗流场的某一典型剖面或切面上由一系

19、列流线和等水头线组成的网。10、流线:流场中某一瞬时的一条线,线上各水质点此时的流向与此线相切。11、迹线:渗流场中某一段时间内某一质点的运动轨迹。12、层状非均质:介质场内各岩层内部渗透性相同,但不同岩层介质渗透性不同。二、填空1、根据地下水流动状态,地下水运动分为层流和紊流。2、根据地下水运动要素与时间的关系,地下水运动分为稳定流和非稳定流。3、水力梯度为定值时,渗透系数愈大,渗透流速就愈大。4、渗透系数可以定量说明岩石的渗透性能。渗透系数愈大,岩石的透水能力愈强。5、流网是由一系列流线与等水头线组成的网格。6、流线是渗流场中某一瞬时的一条线,线上各水质点在此瞬时的流向均与此线相切。迹线是

20、渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。7、在均质各向同性介质中,地下水必定沿着水头变化最大的方向,即垂直于等水头线的方向运动,因此,流线与等水头线构成正交网格。8、流线总是由补给区(源指向排泄区(汇。9、如果规定相邻两条流线之间通过的流量相等,则流线的疏密可以反映径流强度,等水头线的疏密则说明水力梯度的大小。三、问答题1、在地下水运动规律研究中用假想的一种水流“渗流”来代替真实的地下水流,需要做怎样的假设?(1假想水流的性质,包括密度、粘滞性等和真实的地下水流相同,但它充满了既包括含水层空隙的空间,也包括岩石颗粒所占据的空间。(2假想水流运动时,在任意岩石体积内所受的阻力等于真实水流所受的

21、阻力。(3假想水流通过任一断面的流量及任一点的压力或水头和实际水流相同。2、流线和迹线有什么不同?流线是流场中某一瞬时的一条线,线上各水质点的流向与此线相切,是同一时间不同质点的连线。而迹线是渗流场中某一质点在一段时间内的运动轨迹。流线可看作多个水质点的摄影,迹线则是某一水质点运动所拍的电影。3、简述流网的作用。(1判断地下径流的强弱。(2判断地下水的补给与排泄。(3在地下水污染治理中,可追踪污污染物质的运移。(4根据某些矿体溶于水的标志成分的浓度分析,确定深埋于地下的盲矿体的位置。4、简述汇制流网图的一般步骤?(1根据边界条件绘制容易确定的等水头线和流线。(2流线总是由源指向汇。(3根据流线

22、和等水头线正交在已知流线和等水头线间插入其它部分。四、材料题1、已知一等厚、均质、各向同性的承压含水层,其渗透系数为15 m/d ,孔隙度为0.2,沿着水流方向的两观测孔A 、B 间距L=1200m ,其水位标高分别为Ha=5.4m ,Hb=3m 。试求地下水的渗透速度和实际速度。答案要点:由题意得:03.0120034.515=-=-=L H H K V b a ( m/d15.02.003.0=n V u ( m/d2、在等厚的承压含水层中,实际过水断面面积为400m2的流量为10000m3/d ,含水层的孔隙度为0.25,试求含水层的实际速度和渗透速度。答案要点:由题意得:2540010

23、000=A Q V ( m/d10025.025=n V u ( m/d3、一底板水平的含水层,观测孔A 、B 、C 彼此相距1000m ,A 位于B 的正南方,C 则在AB 线的东面。A 、B 、C 的地面高程分别是95m 、110m 和135m ,A 中水位埋深为5m ,B 中和C 中的水位埋深分别是30m 和35m ,试确定通过三角形ABC 的地下水流的方向,并计算其水力梯度。 答案要点:由题意得:A 、B 、C 的水位标高分别为:90m 、80m 和100m ,那么AB 、BC 、AC 三边的水力梯度分别为:0.01、0.02、0.01,即CB 为通过三角形ABC 的地下水流的方向,其

24、水力梯度为0.02。4、根据图1条件,回答下列问题。(1在图中画出示意流网;(图中“ ”表示地下分水线。 图1(2在甲、乙处各打一口井,要求井的深度不同,且甲井水位比乙井水位高。试在图上表示出两口井如何打,并标出井水位。(3写出图示条件下的潜水均衡方程式,并注明式中各项的物理意义。(4停止降水后,河水位变化如图2 中所示,试说明观1 孔潜水位动态变化特征,并在图2 中用实线画出观1 孔水位变化曲线。 图2 图3答案要点:(1、(2见图3。(3Q 降雨入渗-Q 河=(4如图4,最初观1 孔水位下降速度比河水慢,后期比河水快。 图4 4、画出下面降雨入渗条件下河间地块剖面的流网(画出流线、等水头线

25、、分水线,标出钻孔中的水位。并回答可以获得哪些信息? 答案要点:(1流线、等水头线、分水线,钻孔中的水位见上图。(2获得信息主要有:由分水岭到河谷,流向从由上向下到接近水平再向上;在分水岭地带打井,井中水位随井深加大而降低,河谷地带井水位则随井深加大而抬升;由分水岭到河谷,流线愈来愈密集,流量增大,地下径流加强;由地表向深部,地下径流减弱;由分水岭出发的流线,渗透途径最长,平均水力梯度最小,地下水径流交替最弱,近流线末端河谷下方,地下水的矿化度最高。第六章毛细现象与包气带水的运动一、名词解释1、毛细压强:凹形弯液面产生的附加压强。2、毛细饱和带:在潜水面之上有一个含水量饱和的带。二、填空1、由

26、于表面张力的作用,弯曲的液面对液面以内的液体产生附加表面压强,而这一附加表面压强总是指向液体表面的曲率中心方向;突起的弯液面,对液面内侧的液体,附加一个正的表面压强;凹进的弯液面,对液面内侧的液体,附加一个负的表面压强。2、拉普拉斯公式的涵义是:弯曲的液面将产生一个指向液面凹侧的附加表面压强;附加表面压强与张力系数成正比,与表面的曲率半径成反比。3、包气带毛细负压随着含水量的变小而负值变大。渗透系数随着含水量降低而迅速变小。三、问答题1、为什么包气带中渗透系数随着含水量的降低而迅速变小?(1含水量降低,实际过水断面随之减小;(2含水量降低,水流实际流动途径的弯曲程度增加;(3含水量降低,水流在

27、更窄小的孔角通道及孔隙中流动,阻力增加。2、毛细饱水带与饱水带有哪些区别?毛细饱水带是在表面张力的支持下饱水的,不存在重力水,打井时打到毛细饱水带时,没有水流入井内;饱水带的水主要是重力水,井打到饱水带时,在重力作用下,水能流入井内。3、包气带水与饱水带水运动的区别是什么?(1饱水带只存在重力势,包气带同时存在重力势与毛细势(2饱水带任一点的压力水头是个定值,包气带的压力水头则是含水量的函数;(3饱水带的渗透系数是个定值,包气带的渗透系数随着含水量的降低而变小。第七章地下水的化学成分及其形成作用一、名词解释1、总溶解固体:溶解在水中的无机盐和有机物的总称矿化度:溶于水中的离子。分子与化合物的总

28、和2、溶滤作用:在水与岩土相互作用下,岩土中一部分物质转入地下水中,这就是溶滤作用。3、浓缩作用:由于蒸发作用只排走水分,盐分仍保留在余下的地下水中,随着时间延续,地下水溶液逐渐浓缩,矿化度不断增大的作用。4、脱碳酸作用:地下水中CO2的溶解度随温度升高或压力降低而减小,一部分CO2便成为游离CO2从水中逸出,这便是脱碳酸作用。5、脱硫酸作用:在还原环境中,当有有机质存在时,脱硫酸细菌能使硫酸根离子还原为硫化氢的作用。6、阳离子交换吸附作用:一定条件下,颗粒将吸附地下水中某些阳离子,而将其原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分,这便是阳离子交替吸附作用。7、混合作用:成分不同的两种水汇合在一起

29、,形成化学成分与原来两者都不相同的地下水,这便是混合作用。8、总硬度:水中所含钙离子和镁离子的总量。9、暂时硬度:指水中钙离子和镁离子与碳酸根离子和重碳酸根离子结合的硬度。10、永久硬度:指水中钙离子和镁离子与氯离子、硫酸根离子和硝酸根离子结合的硬度。二、填空1、地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等。2、地下水中分布最广、含量较高的阴离子有氯离子、硫酸根离子及重碳酸根离子等。3、地下水中分布最广、含量较高的阳离子有钠离子、钾离子、钙离子及镁离子等。4、一般情况下,低矿化水中常以重碳酸离子、钙离子及镁离子为主;高矿化水则以氯离子及钠离子为主。5、一般情况下,中等矿化的地下水中

30、,阴离子常以硫酸根离子为主,主要阳离子则可以是钠离子,也可以是钙离子。6、地下水化学成分的形成作用有溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子交替吸附作用和混合作用。7、地下水的物理性质主要包括:温度、颜色、透明度、嗅味和味道。8、水化学分析时,根据研究目的和要求不同,分析项目和精度要求各不相同,一般分为简分析、全分析和专项分析。三、问答题1、溶滤和溶解有什么相同点和不同点?相同点:岩土中的可溶性物质溶于水中。不同点:溶滤不破坏岩石的完整性,也未破坏矿物的结晶格架,只是一部分可溶物质溶于水。溶解则是组成岩土矿物的一切元素按原来的比例全部转入水中。2、简述发生浓缩作用应具备的条件。(1干

31、旱或半干旱的气候;(2低平地势控制下较浅的地下水位埋深;(3有利于毛细作用的细小的松散岩土;(4地下水流动系统的势汇地下径流的排泄处。3、钙离子与岩土颗粒表面的吸附能力比钠离子强,为什么海水在侵入陆相沉积物的时候,钠离子反而置换岩土颗粒表面吸附的钙离子?阳离子交替吸附作用不仅取决于地下水中阳离子与岩土颗粒表面的吸附能力,还与离子的相对浓度、颗粒比表面积的大小及水的酸碱度有关。海水中的钠离子浓度大大高于岩土颗粒表面的钙离子,使得钠离子的交替吸附能力超过了阳离子,因此水中钠离子反过来置换岩土颗粒表面吸附的钙离子。4、地下水全分析项目有哪些?重碳酸根离子、硫酸根离子、氯离子、碳酸根离子、硝酸根离子、

32、亚硝酸根离子、钙离子、镁离子、钾离子、钠离子、氨离子、亚铁离子、铁离子、硫化氢、二氧化碳、耗氧量、值、干固残余物。5、叙述地下水化学成分舒卡列夫分类的原则? 命名方法? 及优缺点?(1分类原则:根据地下水中6种主要离子(K+合并于Na+及TDS划分,含量大于25%毫克当量的阴离子与阳离子进行组合。依据离子含量划分为49种类型,依据矿化度划分为A、B、C、D 4组。(2命名方法:离子含量划分49种类型的数字放在前面,矿化度(TDS4组放在后面,如1-A 型水为TDS小于1.5g/L的HCO3-Ca型水。(3优缺点:优点:非常简单,可以大致推断水质的成因,所以只能叫水化学分类。缺点:以25%毫克当

33、量划分的依据带有人为性;对大于25%毫克当量的离子未反映其大小的次序,反映水质变化成因不够细致;分类中有些水型意义不大,如17,18,19,在自然界中极少见到或见不到的。四、材料题1、某第四纪沉积物覆盖下的花岗岩中出露一温泉,假定承压含水层满足等厚、均质、各向同性,其渗透系数为15 m/d,有效孔隙度为0.2,沿着水流方向的补给区内观测孔A和泉出露点B间距L=1200m,其水位标高分别为HA=5.4m,HB=3.0m。泉出露点B的地下水化学分析的结果见表5-1,补给区内观测孔A的水化学分析的结果见表5-2。表5-1 温泉水化学分析结果 表5-2 补给区地下水水化学分析结果 舒卡列夫分类表 舒卡

34、列夫分类中的矿化度分级表 回答下列问题:(1试求地下水的渗透速度和实际速度。 (2分别写出两水样的库而洛夫式。(3利用舒卡列夫分类法对两水样进行分类命名。(4试分析由补给区到排泄区地下水可能经受的化学成分形成作用。 答案要点:(1根据达西定律:KI V =,由于K =15m/d ,002.012000.34.5=-=-=L H H I B A ,因此,03.0002.015=KI V m/d ,又由于e un V =,所以实际流速15.02.003.0=e n V u m/d 。(2B 处泉水:1692103845.0005.02t Na Cl HCO M S H ;补给区A 处:141284

35、4183743.02011.0t Na Ca SO HCO M CO(3B 处泉水:7-A 型,即低矿化度的HCO3Na 型水;补给区A 处:1-A 型,即低矿化度的HCO3Ca 型水。(4可能经受了脱硫酸作用、浓缩作用,阳离子交替吸附作用。 2、某地下水水化学分析结果见表1,试回答下列问题: 表1 某地地下水水化学分析结果 (1计算矿化度; (2写出库尔洛夫式; (3进行舒卡列夫分类。 答案要点:(1矿化度为:192.9 mg/L=0.1929 g/L 。(2库尔洛夫式为:1.117.358.4543.114.881929.0K Ca Na SO Cl M(3舒卡列夫分类为:46-A 型,即

36、低矿化度的Cl Na+ Ca 型水。3、某地区地表为厚约10米的第四纪沉积物,由沙土和亚粘土组成,下伏花岗岩体。一温泉源于花岗岩裂隙含水层中,并通过第四系溢出地表,其水化学成分用库尔洛夫式表示为:4592108435.0005.02t Na Cl HCO M S H ,已知温泉补给区的地下水库尔洛夫式为:1212841847432.0t Na Ca SO HCO M试分析由补给区到排泄区,地下水主要经受了哪些化学成分的形成作用?答案要点:对温泉和温泉补给区的地下水库尔洛夫式的比较(即两处的化学成分及其含量的比较,有以下的结论: 因此,由补给区到排泄区,地下水主要经受了脱硫酸作用、浓缩作用、溶滤

37、作用、阳离子交替吸附作用、混合作用。第八章地下水的补给与排泄一、名词解释1、入渗系数:每年总降水量补给地下水的份额。2、越流:相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换。3、泉:地下水的天然露头,地下水面或者地下含水通道与地形面相切时,地下水呈点状或散点状涌出地表形成的4、上升泉:由承压含水层排泄形成的泉。5、下降泉:由潜水或上层滞水排泄形成的泉。6、侵蚀(下降泉:由于地形切割地下水面而出露7、接触泉:地形切割达到含水层隔水底板时,地下水被迫从两层接触处形成的泉。8、溢流泉:水流前方出现相对隔水层,或下伏相对隔水层底板抬升时,地下水流动受阻,溢流地表9、断层泉:地形面切割导致水断裂,断裂带测压水

38、位高于地面时出露成泉10、接触带泉:岩脉或岩浆岩侵入体与围岩的接触带,地下水沿冷凝收缩形成导致水通道出露11、地下水的泄流:当河流切割含水层时,地下水沿河呈带状排泄,称作地下水泄流。12、蒸腾:植物生长过程中,经由根系吸收与地下水有联系的包气带水分,传输到叶面转化成气态水逸失于大气二、填空1、地下水补给的研究包括补给来源、补给条件与补给量。2、地下水的天然补给来源有大气降水、地表水、凝结水、其它含水层或含水系统的水。包气带主要通过岩性和厚度影响大气降水补给地下水。3、地下水的天然排泄方式有泉、泄流、蒸发、蒸腾、含水层之间的排泄。4、根据补给泉的含水层性质,可将泉分为上升泉及下降泉两大类。5、根

39、据泉的成因,下降泉可分为侵蚀泉、接触泉与溢流泉。6、上升泉按其成因可分为侵蚀泉、断层泉与接触带泉。7、影响潜水蒸发的因素是气候、潜水埋深、包气带岩性及地下水流动系统的规模。8、地下水径流的方向总的趋势是由补给区向排泄区运动,具体的说是从水位高处向水位低处流动。三、问答题1、松散沉积物中存在哪两种降水入渗形式? 二者有什么不同?(1两种形式为:捷径式和活塞式。(2两者不同点:活塞式下渗是年龄较新的水推动其下的年龄较老的水,始终是老水先到达含水层;捷径式下渗时新水可以超前于老水到达含水层;对于捷径式下渗,入渗水不必全部补充包气带水分亏缺,即可下渗补给含水层。2、含水层之间进行水量交换时,必须具备有

40、水力联系,常见的联系形式有哪几种?(1直接接触(2天窗;(3导水断层;(4止水不良的钻孔;(5越流。3、地下水的补给与排泄对地下水的水质是如何影响的?(1地下水补给对水质的影响主要取决于补给源的水质。(3径流排泄是盐随水走;蒸发排泄是水走盐留。四、材料题1、指出图1中泉的类型。答案要点:(1下降泉:a、b为侵蚀泉,c为接触泉,d、e、f、g为溢出泉;(2上升泉:h为侵蚀泉,i为断层泉,j为接触泉。 图12、如图2所示,回答下列问题。(1写出三个泉的名称;(2试比较含水层A 与含水层B 作为供水水源地的条件优劣。已知:1 号泉流量为1m3/s ;2 号泉流量为2 m3/s ;3 号泉流量为3 m

41、3/s 。(多年平均值 图2答案要点:(11 号泉溢流泉;2 号泉侵蚀(上升泉;3 号泉侵蚀(上升泉(2对于含水层A ,补给条件好于含水层B ,储存资源小,调节性差。对于含水层B ,补给条件取决于补给区以上的汇水条件,而含水层B 的储存资源较丰富,供水的调节性好。因此,作为供水源地,含水层A 和B 结合起来更有利于供水的持续性和稳定性。3、有一潜水含水层,潜水位为100m ,其下部有一承压含水层,测压水头为80m ,二含水层之间有一层10m 厚的弱透水层,其垂向渗透系数为0.001m/d ,试计算单位时间水平面积上的越流量。 答案要点:002.011080100001.0=-=KIF Q (m

42、3/d 式中,Q 单位水平面积上的越流量(m3/d ;K 渗透系数(m/d ;I 水力梯度;F 发生越流的弱透水层分布面积(m24、有一潜水含水层,潜水位为80m ,其下部有一承压含水层,测压水头为70m ,二含水层之间有一层5m 厚的弱透水层,测得单位水平面积上的越流量为0.01 m3/d ,试计算弱透水层的垂向渗透系数。答案要点:由KIF Q =,知005.015708001.0=-=IF Q K (m/d 第九章 地下水系统一、名词解释1、地下水含水系统:指由隔水或相对隔水岩层圈闭的,具有统一水力联系的含水岩系。2、地下水流动系统:指由源到汇的流面群构成的,具有统一时空演变过程的地下水体

43、。二、问答题1、地下水含水系统与地下水流动系统有哪些异同点?(1共同点:两者都摆脱了长期统治水文地质界的含水层思维,不再以含水层作为基本的功能单元;力求用系统的观点去考查、分析与处理地下水问题。(2不同点:地下水含水系统的圈定,通常以隔水或相对隔水的岩层作为系统边界流动系统以流面为边界;流动系统受人为因素影响比较大;含水系统受人为影响小。控制含水系统发育的,主要是地质结构;控制地下水流动系统发育的,是自然地理因素。2、简述地下水流动系统的水动力特征。(1高势区(势源地形高处:地下水由上至下运动。(2低势区(势汇地形低处:地下水由低向上运动。(3垂向运动中,由上至下:势能除克服摩擦消耗部分能量外

44、,势能压能转化;由下至上:部分储存的压能释放转化为势能。(4流动方向的多样性:存在水流由上至下、由下至上和水平运动。(5流动系统的多级性:多源、汇的流动系统,易产生多级多个地下水流动系统;“局部的、区域的、中间的”的系统共同出现,或出现两级系统等。3、简述地下水流动系统的水化学特征。(1局部系统:流程短,流速快(交替快,矿化度(TDS低,水型比较简单;(2区域系统:流程长,流速慢(交替迟缓,矿化度(TDS高,水型比较复杂;(3在水流相汇处(动力圈闭带与相背分流处(准滞留带:水流发生变化,常成为水化学积聚区或圈闭带;(4具有明显的垂直与水平分带性:地形复杂同时出现局部、中间、区域流动系统,以垂直

45、分带为主,地形变化简单区呈水平分带。三、材料题图1中有一个由隔水断层和弱透水层围成的均质各向同性孔隙含水层,补给区接受大气降水补给。区域内发育泉A和B,而钻孔W1W4的滤水管均位于孔底。回答下列问题:(1比较W3和W4钻孔水位高低;(2指出泉A和B属于上升泉还是下降泉;(3图2中的两个泉流量曲线分别属于泉A和B,请指出哪一个(实线或虚线属于泉A,哪一个(实线或虚线属于泉B;(4如果在W4中投入某放射性物质,在W1和W2中哪个孔最先观察到?答案要点: (1W3的钻孔水位低,W4钻孔水位高,由于W4的钻孔深度相对于W3的要深,所以承受的压力更大,水被压上来的高度越高,即钻孔水位高。(2泉A 是上升

46、泉,B 是下降泉。(3虚线属于泉A ,实线属于泉B 。一次降水过后,泉B 先得到补给,泉流量会先出现高峰;而泉A 由于是承压含水层的水补给,所以要过一段时间才能有较多的水量补给,出现高峰。(4如果在W4中投入某放射性物质,在W1孔最先观察到,因为含水层中的水径流方向是斜向下的,某放射性物质随径流先到达W1孔的下部,所以在W1孔最先观察到该放射性物质。第十章 地下水的动态与均衡一、名词解释1、地下水动态:在与环境相互作用下,含水层各要素(如水位、水量、水化学成分、水温随时间的变化。2、地下水均衡:某一时间段内某一地段内地下水水量(盐量、热量、能量的收支状况。3、均衡区:进行均衡计算所选定的区域。

47、4、均衡期:进行均衡计算的时间段。 泉流量 图1 含水系统示意图图2 泉流量示意图钻孔滤水管层5、正均衡:某一均衡区,在一定均衡期内,地下水水量(或盐量、热量的收入大于支出,表现为地下水储存量(或盐储量、热储量增加。6、负均衡:某一均衡区,在一定均衡期内,地下水水量(或盐量、热量的支出大于收入,表现为地下水的储存量(或盐储量、热储量减少。二、填空1、表征地下水动态要素有水位、水量、水化学成分、水温。2、地下水要素之所以随时间发生变动,是含水层水量、盐量、热量、能量收支不平衡的结果。3、潜水动态可分为蒸发型、径流型及弱径流型三种类型。4、陆地上某一地区地下水量收入项一般包括大气降水量、地表水流入

48、量、地下水流入量、水汽凝结量。5、陆地上某一地区地下水量支出项一般包括表水流出量、地下水流出量、蒸发量。三、问答题1、影响潜水动态的地质因素有哪些? 如何影响?影响因素有:包气带厚度与岩性、给水度。包气带岩性细,厚度大时,相对于降水,地下水位抬升的时间滞后与延迟愈长;反之,地下水位抬升的时间滞后与延迟小。给水度愈小,水位变幅愈大,反之,给水度愈大,水位变幅愈小。2、影响承压水动态的地质因素有哪些? 如何影响?影响因素有:含水层的渗透性和厚度、给水度、补给区范围、隔水顶底板的垂向渗透性。离补给区近时,水位变化明显;远离补给区,水位变化微弱,以至于消失。补给范围越大,含水层的渗透性越好,厚度越大,

49、给水度越大,则波及的范围愈大;反之,波及范围小。隔水顶底板的垂向渗透性越好,地下水位变幅越大;反之,越小。3、写出潜水均衡方程? 并说明各项的意义?潜水均衡方程式的一般形式为:(21-u d u t u c f f W Q Z Q W Z Y X h +=式中,h 潜水的变化量;f X 降水入渗补给量;f Y 地表水入渗补给量;c Z 凝结水补给量;1u W 上游断面潜水流入量;t Q 下伏承压含水层越流补给潜水水量;u Z 潜水蒸发量;d Q 潜水以泉或泻流形式排泄量;2u W 下游断面潜水出流量。四、材料题 1、某一干旱地区的山前平原,平原与山地边缘为洪流形成的沉积物洪积扇,在山前地带洪积

50、扇的顶部、洪积扇与平原接触地带及远离山前的平原地带打3个钻孔取水样,水化学分析的结果显示:阴离子有HCO3、SO42 、Cl ,阳离子有Na+ 、Ca2+,矿化度也有明显的变化。水源地(均衡区位于平原地带,区域面积为100Km2,年平均降水量为600mm ,降水入渗系数为0.2,地下水位埋深较浅,蒸发强度为 0.00008 m3/ (m2.d。有一条河流补给地下潜水,河床的补给长度为8Km ,单宽流量为5m3/ (m.d,水源地开采量为每年2千万m3。回答以下问题:(1根据盆地边缘洪积扇中潜水的埋深和水质的特点,将地下水分为哪几个带?(2试述山前盆地边缘洪积扇的顶部至盆地中心地下水水化学成分的

51、变化情况,并简单分析发生这种变化的原因。(3列出该水源地进行水均衡计算的表达式。(4根据收入项和支出项,计算该水源地是正均衡还是负均衡?答案要点:(1洪积扇顶部到前缘,根据潜水埋深可分为潜水深埋带、溢出带和潜水下沉带;根据水质特点可分为盐分溶滤带、盐分过路带和盐分堆积带。(2山前地带气候相对湿润,洪积扇中颗粒较粗大,地形坡度大,潜水埋深大,以溶滤作用为主,形成低矿化度的HCO3Ca 型水;盆地中心地带气候相对干燥,地形坡度小,潜水埋深小,以蒸发作用为主,易形成高矿化度的Cl Na 型水;洪积扇与盆地接触地带气候条件、颗粒大小和潜水埋深介于上两者之间,易形成中等矿化度的SO4Ca 或SO4Na

52、型水。(3本水源地为典型的有人类活动影响的干旱、半干旱平原均衡区,水均衡方程式如下: hQ Z Y X kc u f f =-+ 式中:f X 降水入渗补给量;f Y 地表水入渗补给量;u Z 潜水蒸发量;kc Q 开采量;h 潜水存储变化量(4本均衡区的收入项为降水入渗补给量f X 、地表水入渗补给量f Y ;支出项为潜水蒸发量u Z ,开采量kc Q 。根据题意可知:f X =0.60.2108=1.2107(m3;f Y =58000365=1.46107(m3;u Z =0.00008108365=0.29107(m3;kcQ =2.0107(m3。 收入项f f Y X +=2.66

53、107(m3支出项kc u Q Z +=2.29107(m3,因此,本均衡区为正均衡。 2、某水源地开采区为正方形,边长为15Km ,区域面积为225 Km2。多年平均降水量为740mm ,降水入渗系数为0.2,开采区西部和北部约180 Km2的地区,地下水位埋深23m ,蒸发强度为 0.00008 m3 / (m2d,其它区无蒸发,南部和西部为补给边界,其单宽流量分别为5 m3 / (m d和10 m3 / (m d,北部和东部为隔水边界,水源地开采量为每天700000 m3,进行均衡计算,确定该水源地是正均衡还是负均衡。答案要点:以下用每天的收入与支出来计算:(1收入项降水入渗补给量(f

54、X = (0.74 225 106 0.2/365 = 92.5 103(m3/d 南、西部地表水补给量(f Y = (5+10 15 103 = 225 103 (m3/d (2支出项蒸发量(u Z = 0.00008 180 106 = 14.4 103(m3/d 开采量(kc Q = 700 103(m3/d 收入项f f Y X +=317.5103(m3/d 支出项kc u Q Z +=714.4104(m3/d 。因此,本均衡区为负均衡。第十一章 孔隙水一、名词解释1、孔隙水:赋存于松散沉积物颗粒构成的孔隙之中的地下水。二、填空1、天然状态下的洪积扇中,由山口向平原地下水排泄由 径

55、流 为主转化到以 蒸发 为主。2、天然状态下的洪积扇中,由山口向平原地下水的水化学作用由 溶滤作用 为主转化到以 浓缩作用 为主,矿化度由 大 到 小 。3、在冲积平原中,由现代河道与近期古河道向两侧河间洼地,地下水埋深由 深 变 浅 ,水化学作用由 溶滤作用 为主变为 浓缩作用 为主,矿化度由 小 变 大 。三、问答题1、孔隙水的特点?(1水量在空间分布相对均匀,连续性好;(2孔隙水一般呈层状分布;(3同一含水层中的孔隙水具有密切的水力联系和统一的地下水面;(4孔隙水的流动大多数呈层流,符合达西定律。2、洪积扇中地下水一般分几个带?各带有何特征?洪积扇中地下水一般分三个带:(1潜水深埋带:位于洪积扇顶部,地形坡度较陡,岩性粗;具良好的渗透性及补给径流条件和储水空间;地下水埋藏较深,蒸发作用很弱;地下水化学成分的形成以溶滤作用为主,水化学类型多为重碳酸盐水,矿化度低;其水位动态变化大。(2溢出带:位于洪积扇中部,地形变缓,岩性变细;渗透性、补给、径流条件均变差;由于渗透性变弱而阻挡,地下水埋藏浅,蒸发作用加强,潜水位接近地表形成泉和沼泽;地下水化学类型多为重碳酸硫酸盐水,或