水文地质学考试资料学习教案

1、会计学1水文地质学考试水文地质学考试(kosh)资料资料第一页，共82页。2.1.1 孔隙孔隙(kngx) 次生孔隙：在碳酸盐岩层中，除粒间孔隙或晶粒间孔隙所构成的次生孔隙：在碳酸盐岩层中，除粒间孔隙或晶粒间孔隙所构成的原生孔隙外，还有由孔洞原生孔隙外，还有由孔洞(kngdng)(kngdng)、裂隙、白云岩化所构成的次、裂隙、白云岩化所构成的次生孔隙。生孔隙。颗粒形状颗粒形状结构孔隙结构孔隙：粘性土颗粒表面带有的：粘性土颗粒表面带有的电荷，在沉积过程中粘粒聚合，构成电荷，在沉积过程中粘粒聚合，构成颗粒集合体，形成直径比颗粒本身还颗粒集合体，形成直径比颗粒本身还大的结构孔隙。大的结构孔隙。第2

2、页/共82页第二页，共82页。2.1.1 孔隙孔隙(kngx) 孔隙度的影响孔隙度的影响(yngxing)(yngxing)因素：因素： 孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况，孔隙度的大小主要取决于分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另外颗粒形状及胶结充填情况也影响(yngxing)(yngxing)孔隙度孔隙度。对于粘性土，结构及次生孔隙常是影响。对于粘性土，结构及次生孔隙常是影响(yngxing)(yngxing)孔孔隙度的重要因素。隙度的重要因素。岩石名称岩石名称砾石砾石砂砂粉砂粉砂粘土粘土孔隙度孔隙度变化区间变化区间25%40%25%50%35%50%40%

3、70%松散岩石孔隙度参考数值松散岩石孔隙度参考数值 第3页/共82页第三页，共82页。2.1.2 裂隙裂隙(li x) 固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，一般不存在固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，一般不存在(cnzi)(cnzi)或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各种应力作或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。用下岩石破裂变形产生的裂隙。成岩成岩裂隙裂隙构造构造裂裂隙隙风化风化裂隙裂隙裂隙率裂隙率：体体裂隙率、裂隙率、面面裂隙率、裂隙率、线线裂隙率裂隙率卸荷卸荷裂隙裂隙第4页/共82页第四页，共82页。 野外研究裂隙时，应注意

4、测定裂隙的方向、宽度、延伸野外研究裂隙时，应注意测定裂隙的方向、宽度、延伸(ynshn)(ynshn)长度、充填情况等。因为这些都对地下水的运动具长度、充填情况等。因为这些都对地下水的运动具有重要影响。有重要影响。2.1.3 2.1.3 溶穴溶穴 可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等，在地下可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等，在地下水溶蚀下会产生水溶蚀下会产生(chnshng)(chnshng)空洞，这种空隙称为溶穴（隙）空洞，这种空隙称为溶穴（隙）。岩溶率岩溶率录像录像图片图片第5页/共82页第五页，共82页。 孔隙、裂隙、溶穴不是独立存在。自然界岩石中空隙的发孔隙、裂隙、

5、溶穴不是独立存在。自然界岩石中空隙的发育状况远较上面所说育状况远较上面所说(su shu)(su shu)的复杂。的复杂。总结总结(zngji)(zngji)与比较与比较 松散岩石松散岩石固然以固然以孔隙为主孔隙为主，但某些，但某些粘土粘土干缩后可产干缩后可产生生裂隙裂隙，而这些裂隙的水文地质意义，甚至远远超过，而这些裂隙的水文地质意义，甚至远远超过其原有的孔隙。其原有的孔隙。第6页/共82页第六页，共82页。 因此，在研究岩石空隙时，必须注意观察，收集实际资因此，在研究岩石空隙时，必须注意观察，收集实际资料，在事实料，在事实(shsh)(shsh)的基础上分析空隙的形成原因及控制因的基础上分

6、析空隙的形成原因及控制因素，查明其发育规律。素，查明其发育规律。 岩石中的空隙，必须以一定方式连接起来构成岩石中的空隙，必须以一定方式连接起来构成(guchng)(guchng)空隙、网络，才能成为地下水有效的运移通道（空隙、网络，才能成为地下水有效的运移通道（）和储容空间和。松散岩石、坚硬基岩和可溶岩石中的空）和储容空间和。松散岩石、坚硬基岩和可溶岩石中的空隙网络具有不同的特点。赋存于不同岩层中的地下水，具有隙网络具有不同的特点。赋存于不同岩层中的地下水，具有不同的分布与运动特点。不同的分布与运动特点。 孔隙水、裂隙水和岩溶水孔隙水、裂隙水和岩溶水固结程度不高的固结程度不高的沉积岩沉积岩，往

7、往，往往既有孔隙既有孔隙，又有裂隙又有裂隙。可溶岩石，由于溶蚀不均一，有的部分可溶岩石，由于溶蚀不均一，有的部分发育溶穴发育溶穴，而有的部，而有的部分则为分则为裂隙裂隙，有时还可保留，有时还可保留原生的孔隙与裂缝原生的孔隙与裂缝。第7页/共82页第七页，共82页。2.3.3 给水给水(jshu)度度定义：我们把地下水位下降定义：我们把地下水位下降(xijing)一个单位深度，从地下水位一个单位深度，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体， 在重力作用下释出的水在重力作用下释出的水的体积，的体积， 称为给水度称为给水度 。 例如，地下水位下降例如，地下水

8、位下降 2m，1m2水平面积岩石柱体，在重力作用下释水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积为出的水的体积为0.2m3（相当于水柱高度（相当于水柱高度0.2m），则给水度为），则给水度为 0.1或或 10。影响因素影响因素：对于均质的松散岩石，给水度的大小与：对于均质的松散岩石，给水度的大小与岩性岩性、初始地下初始地下水位埋藏深度水位埋藏深度以及以及地下水位下降速率地下水位下降速率等因素有关。等因素有关。单位单位体积体积饱水饱水岩石体在重力作用下自由释出的水的体积岩石体在重力作用下自由释出的水的体积第8页/共82页第八页，共82页。2.3.3 给水给水(jshu)度度岩性对给水岩性对给水(

9、jshu)度的影响主要表现为空隙的大小与多度的影响主要表现为空隙的大小与多少。少。 例如，例如，颗粒颗粒粗粗大大的的松散松散岩石，岩石，裂隙裂隙比较宽比较宽大大的坚硬岩石的坚硬岩石，以及具有溶穴的，以及具有溶穴的可溶岩可溶岩，空隙宽大空隙宽大，重力释水时，重力释水时，滞留滞留于岩于岩石空隙中的石空隙中的结合水结合水与与孔角毛细水较少孔角毛细水较少， 理想条件下给水度的理想条件下给水度的值接值接近孔近孔隙度、隙度、 裂隙率与岩溶率。裂隙率与岩溶率。 相反，相反，若若空隙细小空隙细小（如粘性土），重力释水时大部分（如粘性土），重力释水时大部分水以结合水与悬挂毛细水形式滞留于空隙中，给水度往往很水以

10、结合水与悬挂毛细水形式滞留于空隙中，给水度往往很小。小。第9页/共82页第九页，共82页。2.3.3 给水给水(jshu)度度当初始当初始(ch sh)地下水地下水位埋藏深度小于最大毛细位埋藏深度小于最大毛细上升高度时，地下水位下上升高度时，地下水位下降后，重力水的一部分将降后，重力水的一部分将转化为支持毛细水而保留转化为支持毛细水而保留于地下水面之上，从而使于地下水面之上，从而使给水度偏小。给水度偏小。第10页/共82页第十页，共82页。2.3.3 给水给水(jshu)度度可能可能(knng)的的原因原因 1）重力释水重力释水并非瞬时并非瞬时完成完成，而往往，而往往滞后滞后于水位下降；于水位

11、下降； 2）迅速释水时迅速释水时大大、小孔小孔道释水不同步道释水不同步，大的孔道优，大的孔道优先释水，在小孔道中形成悬先释水，在小孔道中形成悬挂毛细水而不能释出。挂毛细水而不能释出。地下水位下降速率地下水位下降速率第11页/共82页第十一页，共82页。2.3.4 持水度持水度定义定义(dngy)：地下水位下降一个单位深度，单位水平：地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石柱体反抗重力而保持于岩石空隙中的水量，面积岩石柱体反抗重力而保持于岩石空隙中的水量，称作持水度。称作持水度。S 包气带充分重力释水而又未受到蒸发、蒸腾消耗时包气带充分重力释水而又未受到蒸发、蒸腾消耗时的含水量称作残留的含水量

12、称作残留(cnli)含水量数值上相当于最大的持含水量数值上相当于最大的持水度。水度。nS 给水度、持水度与孔隙度的给水度、持水度与孔隙度的关系关系p影响因素影响因素第12页/共82页第十二页，共82页。2.3.5 透水性透水性岩石允许岩石允许(ynx)水透过的能力水透过的能力以松散岩石为例，分析以松散岩石为例，分析(fnx)一个理想孔隙通道中水的运动一个理想孔隙通道中水的运动情况情况第13页/共82页第十三页，共82页。2.3.5 透水性透水性岩石允许岩石允许(ynx)水透水透过的能力过的能力 圆管状孔隙通道的纵断面，孔隙的边缘上分布着在寻常条件下圆管状孔隙通道的纵断面，孔隙的边缘上分布着在寻

13、常条件下不运动的结合水，其余部分是重力水。由于附着于隙壁的结合水层不运动的结合水，其余部分是重力水。由于附着于隙壁的结合水层对于重力水，以及重力水质点之间存在着摩擦阻力，最近边缘的重对于重力水，以及重力水质点之间存在着摩擦阻力，最近边缘的重力水流速力水流速(li s)趋于零，中心部分流速趋于零，中心部分流速(li s)最大。最大。 结论结论：孔隙直径愈小，结合水所占据的无效空间愈大：孔隙直径愈小，结合水所占据的无效空间愈大，实际渗流断面就愈小；同时，孔隙直径愈小，可能达，实际渗流断面就愈小；同时，孔隙直径愈小，可能达到的到的最大流速最大流速愈小。愈小。 因此因此，孔隙直径愈小，透水性就愈差孔隙

14、直径愈小，透水性就愈差。当孔隙直径小于两。当孔隙直径小于两倍结合水层厚度时，在寻常条件下就不透水。倍结合水层厚度时，在寻常条件下就不透水。第14页/共82页第十四页，共82页。2.3.5 透水性透水性 把松散把松散(sngsn)岩石中的全部孔岩石中的全部孔隙通道概化为一束相互平行的等径圆隙通道概化为一束相互平行的等径圆管，则不难推知：管，则不难推知： 当孔隙度一定而孔隙直径愈大，当孔隙度一定而孔隙直径愈大， 则圆管通道的数量愈少，则圆管通道的数量愈少， 但有效渗流但有效渗流断面愈大，透水能力就愈强；反之，断面愈大，透水能力就愈强；反之，孔隙直径愈小，透水能力就愈弱。孔隙直径愈小，透水能力就愈弱

15、。 由此可见，决定透水性好坏的主要因素是孔隙大小由此可见，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；只有在孔隙大小达到一定程度，孔隙度才对岩石(ynsh)的透水性起作用，孔隙度愈大，透水性愈好。的透水性起作用，孔隙度愈大，透水性愈好。第15页/共82页第十五页，共82页。b概化为沿程等经的圆管概化为沿程等经的圆管a孔隙通道孔隙通道(tngdo)原型原型c概化为沿程不等径圆管概化为沿程不等径圆管第16页/共82页第十六页，共82页。 实际的孔隙通道并不是直径均一的圆管，而是直径变化实际的孔隙通道并不是直径均一的圆管，而是直径变化、断面形状复杂的管道、断面形状

16、复杂的管道(gundo)系统（图系统（图a）。岩石的透水）。岩石的透水能力并不取决于平均孔隙直径（图能力并不取决于平均孔隙直径（图b），而在很大程度上取），而在很大程度上取决于最小的孔隙直径（图决于最小的孔隙直径（图c）（木桶原理）（木桶原理） 实际的孔隙通道也不是直线的，而是曲折的（图实际的孔隙通道也不是直线的，而是曲折的（图a）。孔隙通）。孔隙通道愈弯曲，水质点实际流程就愈长，克服摩擦阻力所消耗道愈弯曲，水质点实际流程就愈长，克服摩擦阻力所消耗(xioho)的能量就愈大。的能量就愈大。孔隙孔隙大小大小孔隙通道沿程直径的孔隙通道沿程直径的变化和曲折性变化和曲折性颗颗粒粒分分选选程程度度孔孔隙

17、隙度度第17页/共82页第十七页，共82页。3.2 含水层含水层(shu cn)、隔水层、隔水层(shu cn)（弱透（弱透水层水层(shu cn)）含水层含水层隔水层隔水层 透水性能好空隙大的岩层。【代表】卵石、砾石、粗砂透水性能好空隙大的岩层。【代表】卵石、砾石、粗砂的沉积物（孔隙）；富含裂隙的沉积物（孔隙）；富含裂隙(li x)的岩层；岩溶发育的岩层的岩层；岩溶发育的岩层aquifer kwif 定义：能够透过并给出相当数量定义：能够透过并给出相当数量(shling)水的岩层水的岩层定义：定义：不能透过与给出水，或者透过给出的不能透过与给出水，或者透过给出的水量微不足道水量微不足道的岩的

18、岩层层【代表】【代表】致密的致密的基岩；压实性强的粘性土层。基岩；压实性强的粘性土层。aquiclude kwiklu:d第18页/共82页第十八页，共82页。3.2 含水层含水层(shu cn)、隔水层、隔水层(shu cn)（弱透水层（弱透水层(shu cn)） 对于一些渗透性相当差的岩层，在一般的供水排水中他们所能提供的水量微不足道，视乎可以看作隔水层；对于一些渗透性相当差的岩层，在一般的供水排水中他们所能提供的水量微不足道，视乎可以看作隔水层； 但是，当发生越流（相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换）时，由于驱动但是，当发生越流（相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换）时，由于驱

19、动(q dn)水流的水力梯度大且发生渗透的过水断面很大，越流交换的水量相当可观，此时，再称作隔水层就不合适了。水流的水力梯度大且发生渗透的过水断面很大，越流交换的水量相当可观，此时，再称作隔水层就不合适了。 【代表】在平原区：粉质粘土层，粉质亚粘土层，淤泥【代表】在平原区：粉质粘土层，粉质亚粘土层，淤泥质粉质粘土层和亚砂土层等；质粉质粘土层和亚砂土层等； 在坚硬岩石地区：一些在坚硬岩石地区：一些(yxi)微裂隙、节理发育的泥岩层微裂隙、节理发育的泥岩层、页岩层、砂砾岩层等。、页岩层、砂砾岩层等。弱透水层（相对隔水层）弱透水层（相对隔水层）第19页/共82页第十九页，共82页。含水层、隔水层概念

20、的相对性（岩层含水层、隔水层概念的相对性（岩层(yncng)渗透性能的相对渗透性能的相对性）性）利用地下水的工作利用地下水的工作供水水源（需要水量）供水水源（需要水量） A）在利用地下水供水时，某一岩层能够）在利用地下水供水时，某一岩层能够(nnggu)给出的水量给出的水量较小，对于水源丰沛、需水量很大的地区，由于远不能满足供水需较小，对于水源丰沛、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；求，而被视为隔水层； B）在水资源匮乏、需水量较小的地区，就可以被视为含水层。）在水资源匮乏、需水量较小的地区，就可以被视为含水层。排除地下水的工作排除地下水的工作工程防渗（杜绝水量）工程防

21、渗（杜绝水量） 如某种岩层如某种岩层(yncng)的渗透性较低，从供水的角度来说，的渗透性较低，从供水的角度来说，它被视作隔水层；但是从水库渗漏的角度出发，这种渗漏量就不它被视作隔水层；但是从水库渗漏的角度出发，这种渗漏量就不容忽视，依旧视作隔水层就不合适了。容忽视，依旧视作隔水层就不合适了。第20页/共82页第二十页，共82页。时间尺度时间尺度：m3tIKtVtQWm3/sm/sm/sm2ssm2s第21页/共82页第二十一页，共82页。 在讨论油气二次运移这种时间尺度很大的水文地质在讨论油气二次运移这种时间尺度很大的水文地质过程时，流体能够穿越所有的地层过程时，流体能够穿越所有的地层(dc

22、ng)。从整体上说。从整体上说，地层，地层(dcng)具有水力连续性。具有水力连续性。如上图：如上图： 有有5个含水层被个含水层被4个弱透水层所阻隔。个弱透水层所阻隔。 当在含水层当在含水层3中抽水时，短期内相邻的含水层中抽水时，短期内相邻的含水层2与与4的水位均未变的水位均未变动，图中所示动，图中所示a的范围构成一个有水力联系的单元。的范围构成一个有水力联系的单元。 当抽水持续时，最终影响当抽水持续时，最终影响(yngxing)将波及图中将波及图中b所示范围，这所示范围，这时时5个含水层与个含水层与4个弱透水层构成一个发生统一水力联系的单元。个弱透水层构成一个发生统一水力联系的单元。第22页

23、/共82页第二十二页，共82页。岩石的各向异性：岩石的各向异性： 以沉积岩为例，由于不同岩性层的互层，有的层次发以沉积岩为例，由于不同岩性层的互层，有的层次发育裂隙或溶穴，垂直方向上是隔水的，但在顺层的方向上育裂隙或溶穴，垂直方向上是隔水的，但在顺层的方向上都是透水的。都是透水的。 例如，薄层例如，薄层(bo cn)页岩和石灰岩互层时，页岩中页岩和石灰岩互层时，页岩中裂隙接近闭合，灰岩中裂隙与溶穴发育，便成为典型的顺裂隙接近闭合，灰岩中裂隙与溶穴发育，便成为典型的顺层透水而垂直层面隔水的岩层。层透水而垂直层面隔水的岩层。 下为示意图下为示意图第23页/共82页第二十三页，共82页。构成含水层必

24、须构成含水层必须(bx)具备的具备的3个条个条件件岩层岩层(yncng)必须有储水空间必须有储水空间 即应有孔隙、裂隙和溶隙（穴）等空隙。这是储存地即应有孔隙、裂隙和溶隙（穴）等空隙。这是储存地下水的前提条件。下水的前提条件。第24页/共82页第二十四页，共82页。含水层存在含水层存在(cnzi)的意义的意义具备保存住地下水的地质构造（储水构造）具备保存住地下水的地质构造（储水构造） 在透水性良好的岩层下有隔水层（弱透水层）的存在，以免重在透水性良好的岩层下有隔水层（弱透水层）的存在，以免重力水向下全部漏失；力水向下全部漏失； 或在水平方向上有隔水层阻挡，以免全部漏空。或在水平方向上有隔水层阻

25、挡，以免全部漏空。要有足够要有足够(zgu)的水源（良好的补、排条件）的水源（良好的补、排条件） 使储水空间能不断地获得补给，方能成为含水层。使储水空间能不断地获得补给，方能成为含水层。第25页/共82页第二十五页，共82页。3.3 地下水分类地下水分类(fn li)广义：指赋存于地面广义：指赋存于地面(dmin)以下岩土空隙中的以下岩土空隙中的水水狭义狭义(xiy)：指赋存于饱水带岩土空隙中的水：指赋存于饱水带岩土空隙中的水重力水重力水包括：包气带及饱水带中所有含于岩石空隙中的水包括：包气带及饱水带中所有含于岩石空隙中的水地下水地下水概念概念的从的从“狭义狭义”“”“广义广义”从只研究从只研

26、究“重力水重力水”研究研究“包气带水包气带水&重力水重力水”水文地质学从研究水文地质学从研究“地壳浅层地下水地壳浅层地下水”研究研究“地下水地下水圈圈”第26页/共82页第二十六页，共82页。3.4 潜水潜水(qinshu)1）概念）概念(ginin) 潜水：饱水带中第潜水：饱水带中第一个具有自由表面且有一个具有自由表面且有一定一定(ydng)规模的含规模的含水层中的水称作潜水。水层中的水称作潜水。潜水没有隔水顶板，潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板或只有局部的隔水顶板 潜水面潜水面：潜水的表面为自由水面，称作潜水面：潜水的表面为自由水面，称作潜水面 潜水潜水含水层厚度含水层厚度：从：从潜

27、水面潜水面到到隔水底板隔水底板的距离的距离 潜水潜水理藏深度理藏深度：潜水面潜水面到到地面地面的距离的距离第27页/共82页第二十七页，共82页。2）补给）补给(b j)3）排泄：）排泄： 径流径流(jngli)排泄排泄 蒸发排泄蒸发排泄 潜水潜水(qinshu)与大气圈及地表水圈的密切联系性，潜水与大气圈及地表水圈的密切联系性，潜水(qinshu)与大气圈及地表水圈的联系通道是包气带，影响包气带水与大气圈及地表水圈的联系通道是包气带，影响包气带水分的因素都影响潜水分的因素都影响潜水(qinshu)。气象、水文因素对潜水。气象、水文因素对潜水(qinshu)影响显著。影响显著。4）动态变化）动

28、态变化第28页/共82页第二十八页，共82页。5）潜水）潜水(qinshu)特征特征没有隔水顶板，具有没有隔水顶板，具有(jyu)自由的水自由的水面面潜水分布区与补给区常常潜水分布区与补给区常常(chngchng)一致一致 湿润气候湿润气候（补给丰富）及（补给丰富）及地形切割强烈地形切割强烈（利于径流）的地区，有利于潜（利于径流）的地区，有利于潜水的径流排泄，往往形成含盐量不高的淡水。水的径流排泄，往往形成含盐量不高的淡水。 干旱气候干旱气候下，由细颗粒组成的下，由细颗粒组成的盆地平原盆地平原，潜水的蒸发排泄为主，常形成含，潜水的蒸发排泄为主，常形成含盐高的咸水。盐高的咸水。易污染易污染潜水的

29、水位、水量、水质等动态变潜水的水位、水量、水质等动态变化与气象水文、地形等因素密切相关化与气象水文、地形等因素密切相关，动态变化明显。，动态变化明显。埋藏浅，易于开发，重要水源埋藏浅，易于开发，重要水源第29页/共82页第二十九页，共82页。7）潜水）潜水(qinshu)等水位等水位线图线图潜水等水位线图：将潜水位相等的各点连线，得到潜水等水位线图。该图潜水等水位线图：将潜水位相等的各点连线，得到潜水等水位线图。该图与各种与各种( zhn)等值线图，例如等高线图类似，能反映潜水面形状等值线图，例如等高线图类似，能反映潜水面形状潜水位：潜水面上任潜水位：潜水面上任(shng rn)一点的高程称为

30、该点的潜水位一点的高程称为该点的潜水位第30页/共82页第三十页，共82页。确定确定(qudng)潜水的流潜水的流向向第31页/共82页第三十一页，共82页。水面坡度水面坡度(pd)：相邻两条等水位线的水位差除以其水平距离：相邻两条等水位线的水位差除以其水平距离水力梯度：沿渗透途径水头损失与相应水力梯度：沿渗透途径水头损失与相应(xingyng)渗透途径长渗透途径长度的比值度的比值当潜水面坡度当潜水面坡度(pd)不大时，潜水面坡度不大时，潜水面坡度(pd)可视为潜水水力可视为潜水水力梯度梯度hLS确定潜水面的水面坡度确定潜水面的水面坡度第32页/共82页第三十二页，共82页。第33页/共82页

31、第三十三页，共82页。判断潜水判断潜水(qinshu)和地表水的补排关系和地表水的补排关系第34页/共82页第三十四页，共82页。确定确定(qudng)泉水出露位置和沼泽化泉水出露位置和沼泽化范围范围第35页/共82页第三十五页，共82页。侵蚀侵蚀(qnsh)（下降）泉（下降）泉接触接触(jich)泉泉溢流溢流(y li)泉泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉侵蚀（上升）泉侵蚀（上升）泉断层泉断层泉接触带泉接触带泉第36页/共82页第三十六页，共82页。推断推断(tudun)含水层含水层岩性或厚度的变化岩性或厚度的变化第37页/共82页第三十七页，共82页。确定潜水确定潜水(qinshu)埋

32、藏深度（结合地形等高线图埋藏深度（结合地形等高线图）确定含水层厚度（结合确定含水层厚度（结合(jih)隔水地板等高线图）隔水地板等高线图）确定泉水确定泉水(qunshu)出露位置和沼泽化出露位置和沼泽化范围范围 取水工程取水工程最好布置在潜水流汇合的地区（最好布置在潜水流汇合的地区（点点工程取水）工程取水）; 或潜水集中排泄的地段。取水建筑物排列方向一般应垂直地或潜水集中排泄的地段。取水建筑物排列方向一般应垂直地下水流向，即与等水位线相一致。（下水流向，即与等水位线相一致。（线状线状工程取水）工程取水）第38页/共82页第三十八页，共82页。 承压水：充满于两个稳定隔水层（弱透水层）之间的含水

33、层中的承压水：充满于两个稳定隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水水 隔水顶板隔水顶板(dngbn)：承压含水层上部的隔水层（弱透水层）：承压含水层上部的隔水层（弱透水层） 隔水底板：下部的隔水层（弱透水层）隔水底板：下部的隔水层（弱透水层） 承压含水层厚度：隔水顶板承压含水层厚度：隔水顶板(dngbn)与隔水底板之间的距离与隔水底板之间的距离 承压区与非承压区承压区与非承压区 承压高度：钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离成为承压高承压高度：钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离成为承压高度度 测压水位：井中静止水位的高程就是承压水在该点的测压水位测压水位：井中静止水位的高程就是承压水在该点的测

34、压水位3.5 承压水承压水1）概念）概念(ginin)第39页/共82页第三十九页，共82页。2）补给与排泄）补给与排泄(pixi)方式方式补给：大气补给：大气(dq)降水及地表水体入渗；降水及地表水体入渗； 从其它含水层越流补给从其它含水层越流补给排泄：泉；径流排泄：泉；径流(jngli)；向其它含水层越流；向其它含水层越流排泄排泄3）水质：取决于水质：取决于埋藏条件埋藏条件及其及其与外界联系的程度与外界联系的程度 与外界联系愈密切，参加水循环愈积极，承压水的水质就与外界联系愈密切，参加水循环愈积极，承压水的水质就愈接近于入渗的大气降水与地表水，通常为含盐量低的淡水。愈接近于入渗的大气降水与

35、地表水，通常为含盐量低的淡水。与外界联系差，水循环缓慢，水的含盐量就高。与外界联系差，水循环缓慢，水的含盐量就高。 承压水不像潜水那样容易污染，但是一旦污染后则很难使其净化承压水不像潜水那样容易污染，但是一旦污染后则很难使其净化第40页/共82页第四十页，共82页。4.1 重力重力(zhngl)水运动的基本规律水运动的基本规律4.1.1 达西定律达西定律(dngl)线性渗透线性渗透定律定律(dngl)达西试验示意图达西试验示意图KAILhKAQAVQAQV AQKIVIVK A第41页/共82页第四十一页，共82页。hhLL第42页/共82页第四十二页，共82页。第43页/共82页第四十三页，

36、共82页。4）信手）信手(xnshu)流网绘制流网绘制例例2第44页/共82页第四十四页，共82页。第45页/共82页第四十五页，共82页。 1 1）已知某向斜）已知某向斜(xin xi)(xin xi)盆地中，有一承压砂岩含水层，由大盆地中，有一承压砂岩含水层，由大气降水补给，以泉群形式呈线状排泄，水位稳定。含水层等厚均质各气降水补给，以泉群形式呈线状排泄，水位稳定。含水层等厚均质各向同性，平面上流线平行，其剖面如图所示。点向同性，平面上流线平行，其剖面如图所示。点A A、B B、C C、D D、E E、F F分分别在同一铅直面上。别在同一铅直面上。A A、C C、E E是沿隔水顶板流线上的

37、三个点；是沿隔水顶板流线上的三个点；B B、D D、F F是沿隔水底板流线上的三个点。画出向斜是沿隔水底板流线上的三个点。画出向斜(xin xi)(xin xi)盆地的流网图。盆地的流网图。第46页/共82页第四十六页，共82页。1K2K123KK 第47页/共82页第四十七页，共82页。123KK 1K2K第48页/共82页第四十八页，共82页。6.3 地下水的化学地下水的化学(huxu)特征特征6.3.1 地下水中主要气体地下水中主要气体(qt)成分成分 各种各种气体气体、离子离子、胶体物质胶体物质、有机质有机质以及以及微生物微生物等等 主要的主要的气体组分气体组分：O2、N2、CO2、H

38、2S、CH4、H2、碳氢、碳氢化合物及少量的惰性气体。化合物及少量的惰性气体。 来源：来源：空气（空气（O2、N2、CO2）、生物化学（）、生物化学（H2S、CH4、N2、CO2），化学及核反应（），化学及核反应（He、Rn） 气体成分气体成分存在的意义存在的意义：气体成分能够说明：气体成分能够说明地下水所处的地地下水所处的地球化学环境球化学环境；地下水中的有些气体会；地下水中的有些气体会增加水溶解盐类的增加水溶解盐类的能力能力，促进某些化学反应促进某些化学反应。第49页/共82页第四十九页，共82页。 6.3.2 地下水中的主要离子成分地下水中的主要离子成分 一般情况下，随着总矿化度（溶解性

39、总固体一般情况下，随着总矿化度（溶解性总固体/TDS）的变化）的变化(binhu)，地下，地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化水中占主要地位的离子成分也随之发生变化(binhu)。 低矿化水中常以低矿化水中常以HCO3-及及Ca2+、Mg2+为主；为主； 高矿化水则以高矿化水则以C1-及及Na+为主；为主； 中等矿化的地下水中，阴离子常以中等矿化的地下水中，阴离子常以SO42-为主，主要阳离子则可以是为主，主要阳离子则可以是Na+，也可以是，也可以是Ca2+。这是因为：。这是因为：地下水中常见地下水中常见(chn jin)盐类的溶解度（盐类的溶解度（0，单位单位g/L）盐类盐类溶解度溶解

40、度盐类盐类溶解度溶解度盐类盐类溶解度溶解度NaClKClMgCl2CaCl2350290558.1（18）731.9（18）Na2SO4MgSO4CaSO4502701.9Na2CO3MgCO3193.9（18）0.1第50页/共82页第五十页，共82页。6.4 地下水化学成分的形成地下水化学成分的形成(xngchng)作作用用6.4.1 溶滤作用溶滤作用1）定义）定义(dngy)：水与岩土相互作用下，岩土中一部分物质转入地下水：水与岩土相互作用下，岩土中一部分物质转入地下水中中2）结果）结果：岩土失去一部分可溶物质，地下水则补充了新的组分岩土失去一部分可溶物质，地下水则补充了新的组分3）溶解

41、的过程）溶解的过程4）溶解）溶解与与结晶结晶同时进行同时进行溶解度溶解度5）不同盐类具有不同盐类具有不同的溶解度不同的溶解度（原因）（原因）水是偶极分子水是偶极分子结晶格架中的盐类离子结晶格架中的盐类离子不同盐类，结晶格架中不同盐类，结晶格架中离子间的吸引力不同离子间的吸引力不同第51页/共82页第五十一页，共82页。6）温度）温度(wnd)对溶解度的对溶解度的影响影响 随着温度随着温度(wnd)上升，结晶格上升，结晶格架内离子的振荡运动加剧，离子间引架内离子的振荡运动加剧，离子间引力削弱，水的极化分子易于将离子从力削弱，水的极化分子易于将离子从结晶格架上拉出。因此，盐类溶解度结晶格架上拉出。

42、因此，盐类溶解度通常随温度通常随温度(wnd)上升而增大。上升而增大。 但是，某些盐类例外，如但是，某些盐类例外，如 Na2SO4 在温度在温度(wnd)上升时，由上升时，由于矿物结晶中的水分子逸出，离子间于矿物结晶中的水分子逸出，离子间引力增大，溶解度反而降低；引力增大，溶解度反而降低； CaCO3 及及 MgCO3的溶解度也的溶解度也随温度随温度(wnd)上升而降低，这与下上升而降低，这与下面所说的脱碳酸作用有关。面所说的脱碳酸作用有关。第52页/共82页第五十二页，共82页。7）溶滤作用的强度）溶滤作用的强度(qingd)（岩土中的组分转入水中的速率（岩土中的组分转入水中的速率）与下列因

43、素有关：）与下列因素有关：组成岩土的矿物盐类的溶解度组成岩土的矿物盐类的溶解度 NaCl与与SiO2比较比较(bjio)岩土的空隙特征岩土的空隙特征 缺乏裂隙的致密基岩，水难以与矿物盐类接触，溶滤作用便也无缺乏裂隙的致密基岩，水难以与矿物盐类接触，溶滤作用便也无从发生。从发生。水的溶解能力决定着溶滤作用的强度水的溶解能力决定着溶滤作用的强度 总的说来，低矿化水溶解能力强而高矿化水弱。总的说来，低矿化水溶解能力强而高矿化水弱。水中水中CO2、O2等气体成分的含量决定着某些盐类的溶解能力等气体成分的含量决定着某些盐类的溶解能力 如水中如水中CO2含量愈高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强。含量愈高，溶

44、解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强。O2的含的含量愈高，水溶解硫化物的能力愈强。量愈高，水溶解硫化物的能力愈强。水的流动状况水的流动状况第53页/共82页第五十三页，共82页。水的流动水的流动(lidng)状况状况 流动流动(lidng)停滞的地下水，最终将失去溶解能力，溶滤作停滞的地下水，最终将失去溶解能力，溶滤作用便告终止。地下水流动用便告终止。地下水流动(lidng)迅速，矿化度低的、含有大量迅速，矿化度低的、含有大量CO2、O2的大气降水和地表水，不断更新含水层中原有的溶解的大气降水和地表水，不断更新含水层中原有的溶解能力已经趋于饱和的水，溶滤作用便持续地强烈发育。能力已经趋于饱和的水，溶滤作

45、用便持续地强烈发育。 地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用强度的最活跃最地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用强度的最活跃最关键的因素关键的因素8）溶滤作用）溶滤作用(zuyng)与纯化学的溶解作用与纯化学的溶解作用(zuyng)的区别的区别溶滤作用溶滤作用时间上的阶段性时间上的阶段性 溶滤作用是一种与一定的溶滤作用是一种与一定的自然地理自然地理与与地质环境地质环境相联系的相联系的历史过程历史过程。第54页/共82页第五十四页，共82页。 经受构造变动与剥蚀作用的岩层，接受来自大气圈及地表水圈的入渗经受构造变动与剥蚀作用的岩层，接受来自大气圈及地表水圈的入渗水补给而开始其溶滤过程。水补给而开始其

46、溶滤过程。 设想岩层中原来含有包括氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐等各种矿设想岩层中原来含有包括氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐等各种矿物盐类。物盐类。 开始阶段，氯化物最易于由岩层转入水中，而成为地下水中主要化学开始阶段，氯化物最易于由岩层转入水中，而成为地下水中主要化学组分。组分。 随着溶滤作用延续，岩层含有的氯化物由于不断转入水中并被水流带随着溶滤作用延续，岩层含有的氯化物由于不断转入水中并被水流带走而贫化，相对易溶的硫酸盐成为迁入水中的主要组分。走而贫化，相对易溶的硫酸盐成为迁入水中的主要组分。 溶滤作用长期持续，岩层中保留下来的几乎溶滤作用长期持续，岩层中保留下来的几乎(jh)(jh)只

47、是难溶的碳酸盐只是难溶的碳酸盐及硅酸盐，地下水的化学成分当然也就以碳酸盐及硅酸盐为主了。及硅酸盐，地下水的化学成分当然也就以碳酸盐及硅酸盐为主了。 因此，一个地区经受溶滤愈强烈，时间愈长久，地下水的矿化度愈低因此，一个地区经受溶滤愈强烈，时间愈长久，地下水的矿化度愈低，愈是以难溶离子为其主要成分。，愈是以难溶离子为其主要成分。第55页/共82页第五十五页，共82页。溶滤作用溶滤作用(zuyng)空间空间上的差异性上的差异性难溶离子的相对难溶离子的相对(xingdu)含量也就愈含量也就愈高高 气候愈是潮湿多雨气候愈是潮湿多雨地质构造的开启性愈好地质构造的开启性愈好岩层的导水能力愈强岩层的导水能力

48、愈强地形切割愈强烈地形切割愈强烈地下径流与水交替地下径流与水交替愈迅速愈迅速岩岩层层经经受受的的溶溶滤滤便便愈愈充充分分保留的易溶盐类保留的易溶盐类便愈贫乏便愈贫乏地下水的矿化度愈低地下水的矿化度愈低8）溶滤作用溶滤作用与纯化学的与纯化学的溶解作用溶解作用的区别的区别第56页/共82页第五十六页，共82页。6.4.2 浓缩浓缩(nn su)作用作用 溶滤作用将岩土中的某些成分溶入水中，地下水的溶滤作用将岩土中的某些成分溶入水中，地下水的流动又把这些溶解物质带到排泄区。流动又把这些溶解物质带到排泄区。 在干旱半干旱地区的平原与盆地的低洼处，地下水在干旱半干旱地区的平原与盆地的低洼处，地下水位埋藏

49、不深，蒸发成为地下水的主要排泄去路。位埋藏不深，蒸发成为地下水的主要排泄去路。 由于蒸发作用只排走水分，盐分由于蒸发作用只排走水分，盐分(yn fn)(yn fn)仍保留在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。，矿化度不断增大。1 1）浓缩作用的浓缩作用的过程（定义）过程（定义）第57页/共82页第五十七页，共82页。6.4.2 浓缩浓缩(nn su)作用作用2 2）浓缩作用）浓缩作用(zuyng)(zuyng)对地下水对地下水矿化度的影响矿化度的影响 随着地下水矿化度上升，溶解度较小的盐类在水中相继达到饱和而

50、随着地下水矿化度上升，溶解度较小的盐类在水中相继达到饱和而沉淀析出，易溶盐类（如沉淀析出，易溶盐类（如 NaCl）的离子逐渐成为水中主要成分。）的离子逐渐成为水中主要成分。 未经蒸发浓缩前未经蒸发浓缩前随着蒸发浓缩随着蒸发浓缩继续浓缩继续浓缩水水“走走”盐盐“留留”第58页/共82页第五十八页，共82页。3 3）产生浓缩作用必须同时）产生浓缩作用必须同时(tngsh)(tngsh)具备的条件具备的条件干旱干旱(gnhn)或半干旱或半干旱(gnhn)的气候；的气候；较浅的较浅的地下水位埋深地下水位埋深；有利于毛细作用有利于毛细作用的颗粒细小的松散岩土；的颗粒细小的松散岩土；空间上位于地下水流动系

51、统的势汇空间上位于地下水流动系统的势汇排泄处。排泄处。 干旱气候下，浓缩作用的干旱气候下，浓缩作用的规模规模从根本上说从根本上说取决于取决于地下水地下水流动系统的流动系统的空间尺度空间尺度以及其持续的以及其持续的时间尺度时间尺度。第59页/共82页第五十九页，共82页。思考：思考：纯粹纯粹(chncu)(chncu)的蒸发的蒸发浓缩作用浓缩作用有什么不同之处？有什么不同之处？第60页/共82页第六十页，共82页。6.4.8 人类活动在地下水化学成分形成人类活动在地下水化学成分形成(xngchng)中中的作用的作用 1 1）人类）人类(rnli)(rnli)生活与生产活动产生的废弃物污染地生活与

52、生产活动产生的废弃物污染地下水；下水； 工业生产的废气、废水与废渣以及农业上大量使用化工业生产的废气、废水与废渣以及农业上大量使用化肥农药，使天然地下水富集了原来含量很低的有害元素，肥农药，使天然地下水富集了原来含量很低的有害元素，如酚、氰、汞、砷、铬、亚硝酸等；如酚、氰、汞、砷、铬、亚硝酸等； 滨海地区过量开采地下水引起海水入侵；滨海地区过量开采地下水引起海水入侵； 不合理的打井采水使咸水运移；不合理的打井采水使咸水运移； 干旱半干旱地区不合理地引入地表水灌溉，引起大面积干旱半干旱地区不合理地引入地表水灌溉，引起大面积次生盐渍化等。次生盐渍化等。 2 2）人为作用大规模地人为作用大规模地改变

53、了地下水形成条件改变了地下水形成条件，从而使地下水，从而使地下水化学成分发生变化。化学成分发生变化。第61页/共82页第六十一页，共82页。二、库尔洛夫二、库尔洛夫(lu f)式表示法式表示法 库尔洛夫式是用分数的形式来表示水化学成分的，分库尔洛夫式是用分数的形式来表示水化学成分的，分子表示阴离子，分母表示阳离子，单位为毫克当量百分数子表示阴离子，分母表示阳离子，单位为毫克当量百分数，排列次序从左到右为含量，排列次序从左到右为含量(hnling)(hnling)减少方向。减少方向。 含量含量(hnling)(hnling)小于小于10%10%毫克当量的离子不列入示内毫克当量的离子不列入示内。

54、气体成分及特殊组分，矿化度（气体成分及特殊组分，矿化度（M M），列在分式的左），列在分式的左边，单位为边，单位为g/Lg/L，右边列上水温（，右边列上水温（tt），），pHpH值等。值等。 表示式中各种含量表示式中各种含量(hnling)(hnling)一律标于该成分符合的一律标于该成分符合的右下角，将右下角的原子数移至右上角，例如：右下角，将右下角的原子数移至右上角，例如：1510734103845 . 101. 02002. 0tMgCaSOHCOMSHBr第62页/共82页第六十二页，共82页。7.1 地下水的补给地下水的补给(b j)定义定义(dngy)(dngy)：含水层或含水系统

55、从外界获得水量（盐量、热量）：含水层或含水系统从外界获得水量（盐量、热量）的过程的过程补给补给来源来源（人工）：灌溉回归水、水库渗漏水，以及专门性的（人工）：灌溉回归水、水库渗漏水，以及专门性的人工补给人工补给研究内容：研究内容：补给来源、补给条件、补给量。补给来源、补给条件、补给量。补给补给来源来源（自然）：（自然）：大气降水大气降水、地表水地表水、凝结水凝结水，来自，来自其它其它含水层或含水层或含水系统含水系统的水等的水等一、一、大气降水入渗机制大气降水入渗机制7.1.1 大气降水大气降水对地下水的补给对地下水的补给第63页/共82页第六十三页，共82页。 目前认为，松散目前认为，松散(s

56、ngsn)沉积物中的降水入渗存在活塞式与捷径沉积物中的降水入渗存在活塞式与捷径式两种：式两种：第64页/共82页第六十四页，共82页。二、影响大气二、影响大气(dq)降水补给地下水的因降水补给地下水的因素素降水降水地表地表渗入地下渗入地下蒸发蒸发地表径流地表径流渗入地面以下渗入地面以下(yxi)的水的水 补给含水层（潜水）的水补给含水层（潜水）的水土面蒸发土面蒸发叶面蒸腾叶面蒸腾土壤水土壤水大气水大气水第65页/共82页第六十五页，共82页。 影响大气降水补给地下水的因素比较复杂，其中主要有年降水总影响大气降水补给地下水的因素比较复杂，其中主要有年降水总量、降水特征、包气带的岩性和厚度、地形量

57、、降水特征、包气带的岩性和厚度、地形(dxng)、植被等。、植被等。降水特征也影响降水特征也影响值的大小。值的大小。 间歇性的小雨间歇性的小雨(xioy) 过分集中的暴雨过分集中的暴雨 不超过地面入渗速率的连绵细雨不超过地面入渗速率的连绵细雨降水量降水量中相当一部分要补足水分亏缺，因此中相当一部分要补足水分亏缺，因此年降水量年降水量过小时，能过小时，能够补给地下水的有效降水量就很小；年降水量大则有利于补给地下水够补给地下水的有效降水量就很小；年降水量大则有利于补给地下水， 值较大。值较大。第66页/共82页第六十六页，共82页。7.1.2 地表水对地下水的补给地表水对地下水的补给(b j)一、

58、河流与地下水的补给一、河流与地下水的补给(b j)关系沿河流纵断面的关系沿河流纵断面的变化变化第67页/共82页第六十七页，共82页。7.1.2 地表水对地下水的补给地表水对地下水的补给(b j)第68页/共82页第六十八页，共82页。 汛期开始，河水浸湿包气带并发汛期开始，河水浸湿包气带并发生垂直下渗，使河下潜水面形成水生垂直下渗，使河下潜水面形成水丘（图丘（图a）。）。河水不断下渗，水丘逐渐抬高与扩河水不断下渗，水丘逐渐抬高与扩大，与河水联成一体（图大，与河水联成一体（图b）。）。 汛期结束汛期结束(jish)，河水撤走，水，河水撤走，水丘逐渐趋平，使一定范围内潜水位丘逐渐趋平，使一定范围

59、内潜水位普遍抬高（图普遍抬高（图c）。）。二、间歇性河流二、间歇性河流(hli)对地下水的补给过程对地下水的补给过程第69页/共82页第六十九页，共82页。7.2 地下水的排泄地下水的排泄(pixi)定义：含水层或含水系统失去水量的过程称作排泄。定义：含水层或含水系统失去水量的过程称作排泄。 在排泄过程中，含水层与含水系统的水质在排泄过程中，含水层与含水系统的水质(shu zh)也发生相也发生相应变化。应变化。研究内容：研究含水层（含水系统）的排泄包括排泄去路、排泄研究内容：研究含水层（含水系统）的排泄包括排泄去路、排泄条件与排泄量等。条件与排泄量等。排泄方式：排泄方式：地下水通过泉、向河流泄

60、流及蒸发、蒸腾等方式向外界排泄。地下水通过泉、向河流泄流及蒸发、蒸腾等方式向外界排泄。此外，还存在一个含水层（含水系统）向另一含水层（含水系统此外，还存在一个含水层（含水系统）向另一含水层（含水系统）的排泄。（越流）的排泄。（越流）用井孔抽汲地下水，或用渠道、坑道等排除地下水，均属地下水用井孔抽汲地下水，或用渠道、坑道等排除地下水，均属地下水的人工排泄。的人工排泄。第70页/共82页第七十页，共82页。7.2.1 泉泉定义：泉是地下水的天然露头，在地形面与含水层或含水通道定义：泉是地下水的天然露头，在地形面与含水层或含水通道(tngdo)相交点地下水出露成泉。相交点地下水出露成泉。泉泉补给泉的