长安大学工程地质水文地质学考试资料

水文地质学根底的研究对象与内容1、 研究对象：水文地质学是研究地下水的科学，它研究与岩石圈、水圈、大气圈以与人类活动相互作用地下水水量和水质的时空变化规律。2、 特征：水文地质学是一门边缘交叉学科。3、 研究内容：1〕地下水的形成、埋藏、赋存、分布2〕地下水的运动3〕地下水的补给、径流、排泄4〕物理化学性质、成份与形成原因5〕地下水的起源、循环、转化规律6〕地下水的动态与均衡水文地质学根底与其他课程的衔接水文地质学包括：水文地质根底/原理地下水动力学水文地质调查专门水文地质学〔水文地质调查方法、供水水文地质、矿床水文地质〕地质工程专业的后续课程： 降水工程〔36学时，第8学期〕与地下水有关的问题1、地下水水位变动破坏原有的岩土与地下水的力学平衡系统，以与产生的各种效应。最典型的是斜坡稳定问题。3、沙漠化、荒漠化面积不断扩大，草地退化和沙化面积逐年增加某某沙漠化土地面积已达9.61万Km2合961万Km2，1.44亿亩)。 某某省沙漠化面积每年以13万Km2(1300Km2)的速度扩大。水文地质学在国民经济建设中作用6、 地下水是有些工程效益降低的主要原因：1〕溶解作用2〕润滑作用3〕侵蚀作用7、 地下水是破坏土壤肥力的重要因素；&地下水是某些地方性疾病的致病原因第一章地球上的水与其循环地球上的水一、 地球上的水的起源与其存在空间1、 起源2、 存在空间浅部层圈水，深部层圈水二、 浅部层圈水的总水量地球浅部层圈水的分布自然界的水循环水循环：自大气圈到地幔的地球各个圈层中的水构成的系统中水相互联系、相互转化的过程叫做自然界的水循环。自然界的水循环分为水文循环和地质循环两类。水循环水文循环示意图水文循环1、 天然水循环1〕循环过程2〕循环原因：a:内因：固液气三相水可以相互转化b:外因：太阳辐射使得水体蒸发，地球重力使水降落到地面。3〕循环环节：蒸发—运移—降水—径流4〕循环类型：a：大循环〔洋陆之间〕b :小循环c :内循环5〕水循环的作用〔对水〕：a：促进天然水的更新b:促进海洋和大气水的交换，也促进大陆内部不同流域内的水交换；c：促进各个圈层之间的交换〔大气圈、生物圈、水圈、岩石圈〕6〕研究水循环的意义：加强小循环，阻截大循环塔里木河，世界第二大内陆河某某塔里木河的断流和输液疗法2、 人为因素影响下的水循环1〕循环的过程：在蒸发和径流两环节之间参加了人为因素。2〕人为活动影响的结局：a:由于水量变化导致地下水量的变化b:天然水受到污染，水质发生变化c：打破了原有的生态系统平衡。研究水文循环的意义：全球多年平均降水量为1130mm折合水量57.7万km3,还不到全球总水量13.86亿km3的0.0416%。但是这局部经常参与水循环运动的有效水量，对于自然界和人类的生活和生产活动却有重大意义。直接影响气候的变化。形成江、河、湖、沼等水体与各种地貌。造成巨大的水利资源。形成一切水文现象。地质循环1、 定义：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程叫做地质循环。2、 过程有二：与水文循环有关的气象因素1、 气象因素：影响地下水形成与动态的气候特征与其变化的要素。包括：气温、气压、湿度、蒸发、降水。2、 气温随时间的变化指一个地区气温的昼夜变化、季节变化和多年变化。气温随空间变化包括水平方向和垂直方向的变化。3、 气压：大气的质量施加在地表或地表物体上的压力称为大气压力。赤道处临近地面下部形成低压带，赤道两侧地面处形成亚热带高压带。对于我国气候起到控制作用的是两个高气压中心带：夏威夷亚热带高压中心和蒙古寒带高压中心。与水文循环有关的气象因素4、 湿度:1〕绝对湿度：e或m2〕相对湿度：绝对湿度于饱和水汽含量的比值。r=e/E=m/M3〕饱和湿度：一定温度下空气中水汽的最大含量， E或M5、 蒸发：常温下水由液态变为气态进入大气的过程叫做蒸发。水面的蒸发速度取决于气温、 气压、湿度、风速等。饱和差：某温度下空气中的饱和水汽含量与实际水汽含量之差。d=E-e。6、 降水：空气中水汽含量达到饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结， 以液态或固态降落到地面， 形成降水。〔2〕高层降水，低层降水〔3〕描述指标有：降水量，降水历时，降水强度，降水类型描述降雨特性的几个特征值：降雨强度分级：暴雨、大雨、中雨、小雨2002.08.29某某佛坪暴雨成灾与水文循环有关的水文因素1、 径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表和地下流动的水流。2、 水系:汇注于某一干流的全部河流的总体构成一个地表径流系统，称为水系。3、水系的流域：一个水系的全部集水区域 。4、 分水岭/线：相邻两个流域之间地形最高点的连线即为分水线，又称分水岭。5、 流量(Q):系指单位时间内通过河流某一断面的水量，单位为m3/s。流量Q等于过水断面面积F与通过该断面的平均流速V的乘积，即：Q=V?F6、 径流总量：W(RunofVolume):指一定的时段内T(=t2-⑴通过河流某一断面的总水量，(单位：m3)。可由下式求得：W=QT7、径流模数(M):系指单位流域面积 F〔km2〕上平均产生的流量，以L/s?km2为单位，计算式为：M=Q/F?103(1L=10—3m3)&径流深度：径流深度(Y):系指计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度，单位为mm计算式为：Y=W/F?103径流系数(a:为同一时段内流域面积上的径流深度Y(mm)与降水量X(mm)的比值：a=Y/X,以小数或百分数表示。蒸发系数〔B〕：为同一时段内流域面积上的蒸发量Z(mm)与降水量X(mm)的比值：3=Z/X,以小数或百分数表示。1.4我国水文循环概况一、 循环系统〔途径〕1、 太平洋水循环系统2、 印度洋水循环系统3、 南海水循环系统4、 东北鄂霍次克水循环系统5、 西北内陆水循环系统二、 我国水文循环的根本特点1、 在降水时间上分布不平衡2、 在降水空间上分布不均匀我国的水文循环五大系统并不是独立存在的，相互之间产生干扰，水循环系统复杂。二、2降水在空间上的不均匀性降水量东南沿海在1500mm长江流域约为1200mm某某580mm某某327.7mm,某某87.3mm,格尔木38.3mm,乌鲁木齐277.5mm,和田33.4mm,吐鲁番20mm且末18.6mmo有些地方在有些年份终年无雨。1.5全球的水均衡海洋的蒸发量大于降水量。大陆的降水量大于蒸发量。大陆内陆区降水量和蒸发量根本相等。Z—蒸发X—降水Y—径流Z洋=X洋+Y陆Z陆=X陆一Y陆Z洋+Z陆=X洋+X陆也即：通过水循环，每年有4.7万km3的淡水从海洋转移到大陆上，成为人类可以利用的淡水资源。绪论复习思考题一、关键概念 水文地质学二、 简答题水文地质学有哪些分支？简述水文地质学在国民经济中的作用？试举例。第一章复习思考题一、 关键概念水循环；水文循环；大循环；蒸发；小循环；降水；蒸发；流量；径流总量；径流模数；径流深度；径流系数；蒸发系数；二、 简答题何谓自然界的水循环？水循环的作用？研究意义？5、 我国水循环特点二？三、某水文站上游流域面积为576km2,多年平均径流量8.7m3/s,流域多年平均降水量为850mm试求:径流模数：流域出口断面流量与流域面积的比值 ,即流域单位面积上所产生的流量。径流深度Runofdepth第二章 岩石中的空隙与水分§2.1岩石中的空隙岩石的空隙是地下水储存和运移的先决条件，空隙的多少、大小、形状、联通状况和分布规律，决定着地下水的埋藏、分布和运动。将岩石空隙作为地下水储存场所和运动通道研究时，可分为三类，即:松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴。§2.1.1孔隙1、孔隙：在松散堆积物中或胶结不好的沉积岩中以与局部喷出岩中，组成岩石的颗粒或颗粒集合体之间能存在的多孔状的空隙。2、 孔隙性：岩土孔隙的大小、分布规律、数量、形状、性质、联通情况等的总称。3、孔隙度：岩石孔隙体积与岩石总体积之比。 n=Vn/V4、 影响孔隙度大小的因素：1〕分选程度2〕颗粒排列状况：排列方式一样但颗粒直径不同的等粒岩石，其孔隙度完全一样。3〕颗粒形状4〕胶结充填情况§2.1.2裂隙固结的坚硬岩石，包括：沉积岩、岩浆岩、变质岩，一般不存在或只是保存一局部颗粒之间的孔隙， 而主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。按照成因分类：成岩裂隙构造裂隙风化裂隙裂隙率：裂隙体积与岩石总体积之比。Kr=Vr/V野外研究裂隙时，还应注意测定裂隙的方向、宽度、延伸长度、充填情况。在花岗岩闪长岩岩体边坡上，分布大量陡于 80°倾角的构造裂隙。§2.1.3溶穴1、 溶穴：起因于水的溶蚀，在可溶岩〔白云岩、岩盐、石膏、石灰岩等〕中形成的空洞〔溶隙〕。2、 岩溶率：Kk=Vk/V特点：岩溶率的变化X围很大，且在相邻很近地点处岩溶率完全不同，同一地点的不同深度处岩溶率也有很大变化。四、岩石中的空隙小结1、 岩石中的空隙是研究地下水的根底2、 分布特点：孔隙主要分布于松散堆积物中，分布广泛，联通均匀裂隙分布于坚硬岩石中，分布不均溶穴分布可溶性岩石中，分布不均3、 孔隙度，运用X围广；裂隙率、岩溶率受到地区限制，运用不广，代表性不强。三者定义也各不一样。4、 裂隙率和岩溶率可以直接评价赋水性，孔隙度加孔隙大小才可评价。5、 孔隙度与其影响因素。按岩层的空隙类型分为三种类型地下水：①孔隙水；裂隙水；③岩溶水。§2.2岩石中水的存在形式岩石空隙中水的存在形式有：结合水；重力水；毛细水；固态水和气态水。岩石骨架中的水〔矿物结合水〕一、结合水1、 定义:2、 强结合水〔吸着水〕：3、 弱结合水〔薄膜水〕：结合水区别于普通液态水的最大特征是： 具有抗剪强度，即必须施加一定的力方能使其发生变形， 施加的外力越大，发生流动的水层厚度也越大。二、 重力水1、 定义:2、 重力水是水文地质研究的主要对象三、 毛细水1、 毛细水定义：2、 毛细现象：3、 支持毛细水4、 悬挂毛细水5、悬留孔角毛细水〔触点毛细水〕：四、 气态水、固态水以与矿物中的水气态水在一定温度、压力条件下，于液态水相互转化，两者之间保持动态平衡。五、 小结：1、 重力水是水文地质研究的主要对象，毛细水是消耗地下水水量的，结合水影响地下水的运动。2、 在大孔隙中以重力水为主，细小孔隙中以结合水为主，裂隙、溶穴中几乎全部为重力水。§2.3与水储容与运移有关的岩石性质岩石空隙大小、多少、连通程度与其分布的均匀程度，都对其储容、滞留、释出以与透过水的能力有影响。§2.3与水储容与运移有关的岩石性质一、 容水性1、 容水性：岩石的孔隙具有容纳地下水的性质。2、 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之比。 Sc=Vw/V。一般说来，容水度在数值上于孔隙度〔裂隙率、岩溶率〕相当。但是，……3、 含水量：某一时刻岩石孔隙中的实际水量与岩石的比值。该指标说明松散岩石实际保存水份的状况。1〕重量含水量：Wg=Gw/Gs2〕体积含水量：Wv=Vv/V3〕当水的比重为1,岩石的干容重〔单位体积干土的重量〕为ra时，重量含水量与体积含水量的关系为：Wv=Wg*ra二、 给水性1、 给水性：含水岩石在重力作用下能释放出水的性质。2、 给水度：在重力作用下岩石所能释放出水体积与岩石总体积的比值。口=Vw/V。野外识别：地下水水位下降一个单位深度， 从地下水水位延伸到地外表的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出水的体积，称为给水度。3、 注意：野外地层的给水度为一变值，室内试验中给水度为定值。4、 给水度的影响因素：1〕岩性：主要是孔隙的大小与多少；2〕初始地下水埋藏深度3丨地下水下降速率4丨地下水下降幅度5、 给水度在理想数值上等于容水度减去持水度三、 持水性1、持水性：饱水岩石在重力作用下失水， 依赖静电引力和毛细力依然能保持水的性质。2、持水度：地下水水位下降一个单位深度， 单位水平面积岩石柱体中对抗重力而保持于岩石空隙中的水量，称作持水度。Sr3、 给水度、持水度与孔隙度的关系：卩+Sr=n四、 透水性1、 透水性：岩石允许水透过的能力叫做透水性。2、 定量指标：渗透系数3、 影响透水性的因素：1〕空隙的大小和联通情况，特别是最小空隙直径的影响，平均孔隙直径。2〕孔隙度：粘土和砂砾石孔隙度的区别。颗粒的分选性，决定孔隙的变化和曲折性。五、 小结：1、 应该掌握的性质：①容水度；②含水量；③给水度；④持水度；⑤透水性。2、 一般情况下，孔隙越小，持水度越大，给水度越小。3、 一般不能用容水性来评价水资源，因为容水性同时包括有重力水、结合水和毛细水。真正能利用的只有重力水。第二章岩石中的空隙与水分复习思考题一、 关键概念空隙性；孔隙；孔隙度；裂隙；裂隙度；溶隙〔穴〕 :岩溶率；结合水；容水性；容水度；含水量；给水性；给水度；持水性；持水度;透水性；渗透系数二、 论述题1、 影响孔隙度的因素？〔按主次表示〕2、影响孔隙大小的主要因素有哪些？ 〔按主次表示〕3、 岩土中水的主要存在形式有哪些？其各自的特点？4、 影响透水性的主要因素？第三章 地下水的赋存§3.1包气带与饱水带一、 包气带、饱水带定义二、 包气带与饱水带界面的划分标准以初见地下水水位为依据。三、 包气带形态、分带以与研究意义1、 形态：不同部位、不同时间运动方向、速度都在变化，是x、y、t的函数，受到气象因素影响严重。2、 分带：1丨土壤水带2 〕中间带3丨毛细水带3、 研究意义：1〕降水要经过包气带下渗，地下水蒸发排泄也必然经过包气带。2〕包气带水盐的形成与其运动规律对饱水带水的形成有重要意义。4、 包气带中水的几种形式：结合水、毛细水、气态水、过路重力水四、 饱水带的特征1、 饱水带中岩石的空隙完全被液态水充满。2、 饱水带中水是连续分布的，可以传递静水压力，在水头差的作用下可以发生连续运动。 这也是打井一定要打到饱水带的重要原因。饱水带中的重力水是开发利用或排除的主要对象。§3.2含水层、隔水层与弱透水层一、含水层、隔水层的定义。1、按照渗透性可以分为透水层和不透水层。2、 含水层：能够透过并给出相当数量水的饱水岩层。3、 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。不透水层通常称为隔水层。4、 弱透水层：在越流场很有意义。区别：含水层与透水层二、 含水层的构成条件〔三个〕1、 岩土体必须具备饱含重力水的空隙一一空间问题。2、 具有有利于地下水聚集和储存的地质构造。1〕含水层下要有隔水层，使得水不能向下渗漏；2〕在地下水流动方向上要有阻水构造，使得水不能排空。3、 要有充足的补给来源。三、 含水层和隔水层的相对性1、 隔水层的相对性1〕没有绝对隔水的岩层；2〕粘土层也可以含水；3〕石英岩在多数地区是富水的，但是在华北震旦系的石英岩又是隔水的。4〕不同岩性组合时，隔水层是相对的。如细砂层。2、 含水层划分的相对性1〕释出多少水就是含水层并无定量绝对指标。要根据供水意义和研究目的来区别。2〕地表的亚粘土覆盖在砂砾石层上，两种情况。3〕供水意义：四、 含水层、隔水层、透水层的相互转化五、 野外如何判断含水层1、 仔细研究岩性，不同岩性的储水空间也不同。2、 研究岩层的组合关系。3、 地质构造条件的分析。4、 地貌条件分析。六、 含水层概念的回顾1、 孔隙含水层称为含水层比拟符合实际。2、 裂隙称为含水带，因不同部位裂隙的成因不同，裂隙发育情况不同。3、 岩溶称为含水系统较为适宜。因其不均匀性比裂隙带更严重。§3.3地下水分类一、 地下水定义1、 广义地下水：指赋存于地面以下岩土体空隙中的水；包气带与饱水带中所有含于岩土体空隙中的水均属^之。2、 狭义地下水：仅指赋存于饱水带岩土体空隙中的水。二、 地下水的赋存特征：埋藏条件与含水介质类型三、 按照含水介质分类：1、 孔隙水2、 裂隙水3、 岩溶水四、 按照埋藏条件分类。1、 潜水2、 承压水3、 上层滞水五、 综合两种条件分类：表3—1地下水分类表图3—3潜水、承压水与上层滞水1—隔水层；2—透水层；3—饱水局部；4—潜水位；5—承压水测压水位；6—泉（上升泉）;7—水井，实线表示井壁不进水；a—上层滞水；b—潜水；c—承压水§3.4上层滞水一、 定义1、 狭义：包气带中局部隔水层〔弱透水层〕上面积聚的具有自由水面的重力水。2、 广义：同包气带水，包括有毛细水，结合水和过路重力水。二、 形成上层滞水的条件较厚砂层中夹有粘土或亚粘土透镜体时， 降水或下渗的地下水受到透镜体阻挡而滞留于其上。在裂隙发育、透水性好的基岩下有裂隙发育程度较差的相对隔水层•在岩溶发育的岩层中夹有局部非岩溶化的岩层 •在黄土中夹有钙质板层时，其上形成上层滞水。在酷寒地带有永久冻土层时，夏季地表解冻后永冻层起到局部隔水层的作用。三、 上层滞水的特征1、 补给：承受大气降水的补给2、 排泄：通过蒸发或向隔水底板（弱透水层底板）的边缘下渗排泄3、 根本特征：1〕 一般水量小，动态不稳定，水量、水位季节性变化明显。2〕 一个局部隔水层上的上层滞水与其他含水层之间无水力联系，无统一水位。3〕 埋藏浅，径流短，矿化度低，容易污染。4、 包气带中的上层滞水对其下部的潜水的补给与蒸发排泄，起到一定的滞后调节作用。供水意义：因水量小，动态变化显著，只有在缺水地区才能成为小型供水水源或暂时性供水水源。§3.5潜水一、根本定义：1、 潜水：饱水带中第一个具有自由外表的含水层中的水。2、 潜水面：潜水的第一个自由外表称为潜水面。3、潜水埋藏深度：潜水面到地面的铅直距离。 D4、 潜水含水层的厚度：从潜水面到隔水底板的距离。M5、 潜水位：潜水面上任一点的标高称为该点的潜水位。将潜水位相等的各点连线即得到潜水等水位线图。6、 潜水湖与潜水流7、 潜水的水力梯度：在潜水流的渗透途径上，任意两点的水位差除以该两点的水平渗透距离叫做潜水水力梯度。8、潜水的分布区：潜水含水层的分布 X围。潜水的补给区：大气降水入渗补给潜水的地区。潜水的排泄区：潜水出流的地区。二、 特征1、 要素:2、 补给：在潜水的全局部布X围都可以通过包气带承受大气降水、地表水的补给 。3、 排泄：流入其它含水层，径流排泄〔泉、泄流〕，蒸发排泄。4、 径流：在重力作用下由高水头向低水头流动，主要受到地形控制。5、 水质：主要取决于气候、地形与岩性条件，容易受到污染三、 潜水面形状潜水面形状的意义：反映外界因素对潜水的影响， 和潜水自身的特征如流向、水力梯度、含水层厚度等。四、 潜水面的表示方法1、 剖面图表示法2、 平面图表示法一潜水等水位线图3、 绘制方法：1〕在调查区内布置一定数量的水文地质点〔包括人工露头和天然露头〕；布置点有技巧。2〕进展水准测量和水位测量。如何测水位？〔地面标咼减去潜水埋藏深度〕3〕按照内插法绘制等水位线图。注意：等水位线图上应注明水位测得时间，各个点的水文资料应在一样时间内测得，否如此精度不能保证。五、 等水位线的实际用途：1、 确定地下水的流向2、 确定潜水面的坡度〔水力梯度〕3、 确定潜水的埋藏深度4、 确定流量5、 推断含水层厚度和岩性变化§3.6承压水一、定义：1、 承压水：充满于两个隔水层〔弱透水层〕之间的含水量中的水。2、 承压含水层的厚度：隔水顶底板之间的距离。3、 初见水位：钻孔揭穿顶板后刚见到承压水时的水面高程。H14、静止水位〔稳定水位、测压水位、承压水位〕：由于承压性，承压水含水层被揭穿后水位不断上升，达到一定高度后稳定下来时的水面高程。H25、 测压水位面：承压含水层各点的测压水位所连成的面即该含水层的测压水位面。6、 承压水位埋藏深度：地面向下距测压水位的铅直距离叫做承压水位埋藏深度。7、 承压水头：由隔水顶板到测压水面之间的垂直距离。h图3—6 自流盆地中的承压水1—隔水层；2—含水层；3—潜水位与承压水测压水位；4—地下水流向；5—泉；6—钻孔，虚线为进水局部； 7—自喷孔；8—大气降水补给；H—承压高度；M—含水层厚度二、 特征1、 承压性2、 要素：上下各一个隔水板。3、 补给：补给区（潜水分布区）获得补给，越流补给。4、 排泄：通过X围有限的排泄区，以泉或其它径流方式向地表或地表水体泄出 ，越流排泄。5、 径流：主要受构造控制。三、 形成条件1、 常形成承压水的岩层组合：不透水层覆盖在透水性好的岩层上，且含水层下部还应有稳定的隔水底板。2、 适宜形成承压水的地质构造〔1〕向斜盆地a、 透水层和隔水层相间分布的承压斜地〔2〕单斜构造〔承压斜地〕b、 含水层相变或尖灭形成的承压斜地c、 含水层被断层阻隔形成的承压斜地d、 含水层被侵入体阻截形成承压斜地2005.5.3 趵突泉胜景四、 承压水的测压水位面和等水压线图1、 测压水位面〔须知事项〕2、 等水压线图潜水和承压水比照潜水和承压水比照§3.7潜水与承压水的相互转化除了封闭构造条件下与外界没有联系的承压含水层外，所有的承压水最终都是由潜水转化而来的，或者由补给区的潜水测向流入，或者通过弱透水层承受潜水的补给。第三章复习参考题一、 关键概念包气带；饱水带；含水层；隔水层；弱透水层；上层滞水；承压水；潜水二、 简答题1、 构成含水层的条件？2、 潜水含水层的构成要素？3、 承压含水层的构成要素？4、 上层滞水的特点？5、 潜水等水位线图的实际用途？6、 潜水等水位线是否能正交穿越河流？三、 绘图题绘制水平的承压水含水层， 含水介质为砂层，顶底板隔水层为粘土层，要求在图上表示出测压水位面，初见水位，承压水位，承压水位埋藏深度，承压水头，并用H1、H2h等字母表示。四、 论述题1、 说明隔水层的相对性和含水层划分上的相对性？2、 潜水含水层的主要特征？3、 承压含水层的主要特征？4、 说明如下图地下水与河流的补排关系？第四章 地下水运动的根本规律§4.1概述〔地下水运动的根本形式〕一、 研究对象与其特征1、 岩石中水的存在形式：结合水液态水〔重力水、毛细水〕固态、气态水2、 地下水与地表水最大区别在于储存和运移；地下水的运动通道非常复杂，地表水〔河流〕是占满整个过水断面，而地下水水流通过的断面小于地质断面。注意区别：过水断面与实际过水断面。一3、假想水流的性质：〔1〕任一断面上假想水流的流量与实际水流的流量相等。〔2〕任一断面上假想水流的水位与实际水流的水位相等。〔3〕假想水流和实际水流所克制的阻力相等。4、渗流：符合以上三条的地下水在岩土体空隙中的运动称为渗流。渗流场：发生渗流的空间区域叫做渗流场。二、 重力水运动的形式1、 地下水流态的类型〔1〕 层流运动：在岩土体空隙中渗流时，水质点作有秩序的、互相不混杂的运动。〔2〕 紊流运动：当流速加大，水质点作无秩序的、互相混杂、流线极不规如此的运动。一般空隙狭小重力水受介质的吸引力较大，多作层流运动。只有当裂隙发育或岩溶发育地带， 水的流速大，呈紊流运动。另外，在抽水井附近小 X围内，当井内水位降落很大时，地下水的流速很大，也呈紊流运动。2、 地下水运动的类型〔1〕稳定流：在渗流场内各个运动要素不随时间改变。〔2〕非稳定流：在渗流场中任意点的运动要素都随时间而变化。运动要素包括：地下水水流方向，运动速度，流量等。§4.2重力水运动的根本规律1852——1856年四年的实验二、 线性渗透定律一达西定律Q=KFI=KFh/L流量Q=VF比拟两式V=KI图4—2过水断面3〔斜阴线局部〕与实际过水断面3'〔直阴线局部〕颗粒边缘涂黑局部为夸大表示的结合水三、 公式中各项的物理意义：1、 渗透流速V（与实际流速u）:u>V2、 水力梯度〔1〕 沿着渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值。〔2〕 单位长度渗透途径上为克制摩擦阻力所耗失的机械能。〔3〕 驱动力。3、渗透系数〔1〕单位与速度一样，但是不等于速度单位。〔2〕可以定量说明岩石的透水性能，是表征透水性能的定量指标。〔3〕渗透系数与液体的性质有关，与容重和粘滞性有关。根据渗透系数大小，可将岩石分类：四、 达西定律的适用X围1、并非任何渗流都适用。Re雷诺数介于1〜10的层流运动才符合达西定律。2、 天然情况下，绝大多数的地下水流是服从达西定律的。3、 不仅适用于垂直运动，也适用于其它任意方向的地下水运动。五、 非线性渗透定律一折才定律六、 达西定律应用举例1、 计算单宽流量2、 分析等水位线图3、 判断岩石透水性或含水层厚度的变化4、 其它公式的根底§4.3流网一、 根本定义1、 流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上，由一系列等水头线与流线组成的网格。2、 流线：渗流场中某一瞬间的一条线，线上各个水质点在此瞬时的流向均与此线相切。〔拍照定格〕3、 迹线：渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。〔连续摄影〕二、 含水介质的类型：按照岩土体渗透系数大小划分：三2、按照渗透系数是否随空间位置变化划分：均质含水层，非均质含水层。〔1〕 均质含水层：整个渗流场中渗透系数处处相等，即渗透系数不随空间位置变化而变化。 K=常量。〔2〕 非均质含水层：渗流场中渗透系数不相等，随空间位置而变化。 K=f(x,y,z)三3、按照渗透系数是否随渗流方向改变划分为：各向同性，各向异性〔2)各向异性：同一地点不同方向上渗透系数都不相等，即渗透系数随方向变化。Kx工Ky工Kz。典型例证：黄土。非均质含水层四、均质各向同性介质中的流网1、流网的绘制〔步骤有四〕〔1〕 绘制地形线，地表水轮廓线，隔水层与含水层的界限，潜水含水层的浸润曲线。〔2〕 根据边界条件，绘制容易确定的等水头线或流线。〔河渠的周边，隔水底板近旁的流线；分水岭线〕〔3〕 插补流线〔4〕 根据正交原理，绘制等水头线。流网图流网图包含的信息(I)由分水岭到河谷，流向从由上向下到接近水平再向上；(2)在分水岭地带打井，井中水位随井深加大而降低，河谷地带井中水位如此随井深加大而抬升；(3)由分水岭到河谷，流线愈来愈密集，流量增大，地下径流加强；(4)由地表向深部，地下径流减弱；(5)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。五、非均质各向同性介质中的流网1、 层状非均质：介质场内各个岩层内部渗透性均为均质各向同性的，但不同介质的渗透性不同。2、 有典型的三种情况：〔1〕 非均质层上下水平叠置，上下没有水量交换，流线平行于层面流动。〔2〕 渗流前进方向上渗透系数改变，假设流量不变，如此水力梯度随渗透系数改变而改变，K变小如此I变大。〔3〕 地下水流线通过具有不同渗透系数的两层边界时，流线发生折射，并服从以下规律：五3、规律：〔1〕 流线趋于在强透水层中走最长的途径， 而在弱透水层中在最短的途径。 结果是：强透水层中流线接近于平行于层面，而在弱透水层中流线接近于垂直于层面。〔2〕 含水层中存在其渗透性透镜体时，流线将向其会聚〔等水头线却变疏〕，当含水层中存在有弱渗透性透镜体时，流线将绕流〔等水头线将变密〕。〔3〕 各向异性介质中，流线与等水位线斜交。§4.4饱水粘性土中结合水运动规律一、 结合水运动的根本规律1、研究对象：弱结合水性质：结合水是非牛顿流体，不遵循牛顿的内摩擦定律，它是有抗剪强度的，必须是外力克制抗剪强度后才能产生流动。一2、罗查〔戴〕公式：V=K(I—I0)〔1〕I0—起始水力梯度，克制结合水的抗剪强度使结合水发生明显渗流时所必须具有的水力梯度；〔2〕 罗查公式所描述的结合水的运动规律：由于V-I曲线通过原点，说明只有施加微小的水力梯度，结合水就会流动。但是I不超过I0时，结合水的渗透速度V非常微小，只有通过精细测量才能得到。随着I加大，曲线斜率〔表征渗透系数 K〕逐渐增加，然后趋于定值。注意：罗查公式在形式上与于达西定律一样， 但是K是一个变量，受到岩性和水力梯度 I的影响。一3、隐渗流：渗透系数K趋于定值以前的渗流阶段叫做隐渗流。4、显渗流：K趋于定值以后的渗流称为显渗流。二、 结合水运动与越流渗透传统观点认为：粘性土不透水，是良好的隔水层。但是实际工作中常遇到粘性土的越流渗透现象。越流的产生正是结合水运动的结果。V=K( △h/L—10)当粘性土厚度较大，粘性土层上下含水层水头差较小是，如此I<I0,V>0,就产生渗透。粘性土土层越薄，透水能力越大；含水层水头差越大，如此渗透量就越大。越流渗透可以在任意两个相邻的含水层以与含水层与地表水体之间发生。§4.5毛细现象的本质一、 根本定义产生原因：1、 毛细现象：微细玻璃管插入水中，水会在管中上升到一定高度才会停止，这即是固、液、气三相界面上产生的毛细现象。2、 毛细力：由弯液面产生的向上的拉力称为毛细力。3、 毛细现象产生的原因：〔1〕任何物体处于最低能量状态最稳定。〔2〕任何液体都有力图缩小其外表的趋势，液滴总是力求为球状。原因是：同体积物体，球形外表积最小；〔3〕气液界面上不饱和，因而具有外表能，故外表积越小，外表能越小。4、 毛细水存在X围：土中毛细水主要存在于孔径为 0.002〜0.5mm的毛细孔隙中。这些孔隙多存在于粉细砂与粉土中。6、研究毛细现象的实践意义：对由于地下水位变化而引起的地面沼泽化， 盐渍化，建筑物地基土浸湿而造成的力学强度降低与附加沉降增加，冻土地带加剧冻胀作用等都有实践价值。二、 评价土的毛细性的指标1、 毛细负压〔附加外表压强〕：由分子引力和外表X力的合力在弯液面上产生的附加外表压强， 因其方向与重力相反，故称为毛细负压。2、 附加外表压强总是指向液体外表的曲率中心方向，凸起的弯液面对液面内侧的液体附加一个正的 〔与重力同向的〕外表压强；凹进的弯液面对液面内侧的液体，附加一个负的〔与重力反向的〕外表压强。3、 水柱高度：表示水中某点所受的应力4、 毛细上升高度：Capillary毛细现象第四章复习参考题一根本定义层流，紊流，水力梯度，稳定流，非稳定流，渗透速度，流线，迹线，流网，均质，非均质，各向同性，各向异性，边界条件，初始水力梯度二论述题1、简述线性渗透定律，分析K、I、V的物理意义。2、简述渗透水流于实际水流的关系。3、比拟分析V=KI与V=K〔I—I0〕。第五章地下水的化学成分本章是水文地质学课程的重点之一，要求学生通过本章的学习：掌握地下水中主要化学成分与其与矿化度的关系；掌握地下水的化学成分有哪些形成作用；掌握不同水化学分类，重点是舒卡列夫分类。§5.1概述一、地下水是一种良好的溶剂，是十分复杂的溶液solution水是良好的溶剂，这是水最突出的特性。地下水运移于岩石空隙中，由于水的这种特征，必然要和岩石发生相互作用， 使岩石溶解，就此而言，水是一种良好的溶剂。盐分进入地下水中，因而自然界的水是非单纯的纯净水，而成为一种溶液。由于在地下径流的过程中，环境不断地发生变化，物理化学条件不断改变，所以这种溶液也在不断的发生变化，最终使地下水的化学成分变得非常复杂。在地下水中，就其组分而言，有：有机物、无机物、气体、微生物和元素的同位素组分。就元素在水中的存在形式又有：单一离子、分子、复阴离子、化合物和络合物。就水溶液的类型，可以分为：真溶液、胶体溶液和悬浮液。所以说：地下水是一种复杂的溶液。二、 研究地下水化学成分的意义帮助说明地下水的起源、形成和分布；完善成矿理论；找矿标志；宝贵的液体矿产和矿水；工农业与饮用水等都有水质要求。三、 水化学成分形成作用研究方法的指导思想以前学者们的研究偏重于分类，如阿廖金分类，舒卡列夫分类，与各种离子含量的比例。 现在的研究趋势主要是从水岩体系来研究。水与岩石是相互作用的体系，我们把这归结为水文地球化学体系， 在溶液与介质的化学场中，以热力学方法来研究溶液的平衡。地下水化学成分的形成是地质历史时期的产物， 所以要从地质历史的角度去研究；水中的化学组分的存在是与地下水的起源严密联系在一起的，不同起源，组分不同；组分在地下水中达到饱和的状态，要注意地下水的运动过程，运动使地下水不断更新，达到平衡而未达到饱和；要注意后期的变化--吸附、 混合，使其再一次发生变化。§5.2地下水的物理、化学性质(physicalcharacteristic)地下水的物理性质包括：水温temperature、颜色color、透明度transparenee、味道taste、气味odor、比重、放射性、导电性electricconductivity 等。地下水的温度地壳表层有两个热能来源：一个是太阳的辐射，另一是来自地球内部的热流。 根据受热源影响的情况，地壳表层可分为变温带、常温带与增温带。地下水的温度受其赋存与循环处所的地温控制。处于变温带中的浅埋地下水显示微小的水温季节变化。常温带的地下水水温与当地年平均气温很接近。增温带的地下水随其赋存与循环深度的加大而提高，成为热水甚至蒸汽。地下水的其它物理性质一般地下水都是无色、无味、无气味、透明、低盐量的液体。当地下水中含有某些化学成分时， 其物理性质就发生了变化。如：含H2St绿色t臭鸡蛋味Fe2+ t淡红褐色t铁腥味Fe3+ t淡蓝绿色t淡墨水味腐植质t暗黄色t鱼腥味H2CO3t甜味有机质t甜味〔不适于饮用〕NaCIt咸味Na2SO4t涩味MgCI2或MgSO4t苦味H2S+碳酸气t酸味§5.3地下水的化学成分§主要气体成分地下水中气体含量尽管很少，但对其研究：可以帮助弄清地下水赋存的环境；对其它组分的存在影响很大。地下水中的气体成分：空气来源 N202CO2Ne（氖）Ar〔氩〕生物来源 CH4CO2N2H2SH2O2化学来源 CO2H2SH2CH4CON2HClHFSO2Cl2放射性和核反响来源的气体 He（氦）Rn〔氡〕氧和氮来源：主要来自大气，随大气降水和地表水的入渗一起进入地下；也有生物来源；对氮还有化学来源。影响氧含量的因素：（1）淡水含量高。氧在水中的溶液度较大，在 15C、101324.62Pa〔一个大气压〕下，每升蒸馏水可溶解氧10.06mg〔7.04cm3/l〕。〔2〕矿化度大的水、氧含量少。对于矿化度大的水，其它离子成分含量很高， 氧作为一种氧化剂，易于氧化其它成分而消耗，海水的溶液氧仅为淡水的 80%。〔3〕地下水埋藏越浅，越容易获得大气中的氧，氧含量较大，否如此如此相反。〔4〕温度越咼，溶解氧越少。厌氧细菌anaerobicbacteria一个大气压下，温度与氧含量的关系：温度C 氧含量mg/l cm3/l反映的环境：地下水中氧的多少，明确了地下水所处的氧化复原的环境。O2较N2活泼的多，当处在封闭环境中或水源被有机物污染时， 由于氧化作用，溶液氧很快被消耗，当得不到补充时，氧缺少；厌氧细菌繁殖并活跃起来，有机物质发生腐败作用，使水源产生臭气。现在在2000〜3000m深的卤水中，发现有高浓度的氧〔200cm3/l〕，可能是由于放射性元素的放射作用产生的。N2主要起源于大气，如水中N2单独存在〔没有O2〕，说明O2已耗尽，体系处于较为封闭的复原环境，否如此氧将得到补充。在封闭环境中，去硝化作用可将 NO3-、NO2—分解并析出自由N2,其反响式为：2HNOT2HNOT2HNO>N2④如何判断非大气来源的氮用氩、氟、氙与氮的比值确定=0.0118大气来源V0.0118N2多，有非大气来源>0.0118一般Ar〔氩〕多如果地下水中上述比值正好等于 0.0118，说明氮无其它来源，仅大气起源。如果小于0.0118，因Ar、Kr、Xe均为惰性气体，不会与其它物质化合而减少，所以小于 0.0118时，说明N2含量比大气来源的多，多余的N2如此为非大气来源。如果比值大于0.0118如此可能是含放射性同位素，Kr40较多，因为Kr40衰变后可变成Ar〔氩〕，增大Ar的含量，比值增大。H2S水中的H2S气体具有臭鸡蛋味。来源：主要来自硫酸盐的复原， 另外可来自火山喷发气体的析出。复原时：SO42-+2C+2H2OTH2S+2HCO3-环境：H2S的生成说明是在缺氧环境下，因为O2较S活泼，大量氧存在，硫将失去电子而被氧化，而在无氧时，硫才成为氧化剂，得到电子被复原。另外，必须在脱硫细菌的作用下，并且有有机质的存在。H2S一般出现在封闭的地质构造中，H2S的大量出现，说明地下水循环不畅，补给量受到限制，一般地下水〔浅层〕根本不含H2SH2S含量大于2mg/l的地下水为H2S矿水，洗浴可治疗皮肤病，在深层水中，特别是在油田水中，H2S含量可以很高，保加利亚一油田地下水中 H2S含量高达10g/l。CO2carbondioxide:来源：a.浅部有机物的氧化、分解；深部高温条件下CaCo3的分解；〔400C〕CaCo3J——T CaO+CO2空气中CO2按体积只占0.03%，这样的分压仅相当于1升蒸馏水中溶解0.5mg的CO2但天然地下水中CO2含量常较高，有两方面可能的原因：一是CO2气体较重，愈向下分压愈大，有人测得在地下6m深处空气中C02含量达7%;另一方面的原因是包气带的生物作用。由于现代工业的开展，空气中 C02显著增加，补给地下水的C02增大。含量：一般地下水C02含量小于40mg/l，最大时也不超过150mg/l。但C02含量有时很高，我国某某省浔邬县横迳温泉含C02725mg/l，冷泉含C021263mg/l。〔2005年数据〕某某省乌尼阿尔山矿泉含C022190mg/l。前苏联高加索矿水中1300m深处，C02含量达40g/l。C02含量随温度增高而降低，在一个大气压力下:温度mg/lml/l0C3343171310C2316119420C168987830C66540C53050C43660C339③作用：我国医疗矿水标准规定C02含量500mg/l以上为碳酸矿水，碳酸矿水无色透明稍有辣味，饮用清凉舒适解渴，可作饮料矿水。水中C02含量增多，产生侵蚀性C02加剧对砼、钢材的侵蚀。§地下水中主要ions成分地下水中以离子形态存在的成分很多。 天然水中普遍存在，且含量较大的通常有七种。C1-negativechlorideion氯在地壳中仅为0.017%，但在地下水中广泛分布，且有时含量很高，为什么？Cl在元素周期表中是第七主族第三周期。决定了它不容易形成难溶矿物，即一般氯盐溶解度都比拟高。除热带潮湿地区的红壤因外表有特异的电化学性质外，一般土粒外表很难将这样一种离子半径大， 外表电荷多的离子吸附到其外表， 即氯离子不容易被土粒外表吸收。氯离子不能被生物所积累，一般不被植物或细菌吸收，即使吸收，不被积累，排放仍在水中。由于上述三个原因，因而决定了氯离子在水中含量可以很高，又因为它不易被吸附， 不易沉淀，可以随水流的流动而蔓延，具有很强的迁移能力， 因而决定了它在水中分布广泛。含量：数毫克/升〜数百克/升在低矿化度水中含量很低，高矿化度水含量很高。地下水中Cl-常与Na+伴生，如果两者摩尔浓度相近,说明是溶解NaCI而来，如果Cl-vNa+,说明Na+有其它来源，一般高矿化度水中]Cl-]>[Na+]这是因为MgCI2、CaCl2溶解度更高。来源：NaCl与其它Cl-的化合物的溶解；含Cl-的矿物如方钠石、氯磷灰石的溶解；沿海地区海水飞沫，海水入浸；火山喷发物中，Cl2含量较多，到大气中，随大气水入渗；西北干旱地区地表常结了一层盐皮，随降水溶解带入地下；工业污染、排放废水；动物体中排出。2.SO42-Sulfate来源：硫酸盐矿物的溶解；含硫金属矿物的氧化；火山喷发与人类的大气污染， SO2氧化成SO42-；生活和工业废水，与H2S的氧化。含量：变化在数mg/l到数十g/l因为SO常与Ca2+伴生，CaSO4溶解度相对较小。SO42-最高含量较C1-低的原因硫酸盐类溶解度较氯化物低；硫是蛋白质和很多其他有机物的组成局部， 植物可以消化SO42-形成的硫，会被生物捕获；一般不被吸附，但天然水中Ca的存在抑制了SO42-的增大。环境不同，SO42-〜H2S可以转化。HCO-3Bicarbonate来源:A.碳酸盐溶解；B.CO2溶解。含量：一般数毫克/l〜数百毫克/I。阴离子小结：三种主要阴离子随矿化度变化的关系：低矿化水中常以HCO3与Ca2+、Mg2+为主；高矿化水如此以Cl-与Na+为主；中等矿化的地下水中，阴离子常以SO42-为主，主要阳离子如此可以是 Na+,也可以是Ca2+。三种主要阴离子绝对最高含量的变化： HCO3几十毫克，SO42-几百毫克，Cl-几十毫克到一百克。Na+sodium来源：a.岩盐与其它钠盐溶解；海水；含钠硅酸盐。含量：变化幅度，数毫克〜100克/I。Ca2+Calcium低矿化度水主要阳离子。〔1〕来源：含钙矿物与胶结物的风化溶解；碳酸盐与石膏的溶解。〔2〕含量：小于1g/升。Mg2+在地壳中含量不高，容易被岩土吸附和植物摄取， 故很少有以Mg2+为主的地下水。〔1〕来源：碳酸盐类、沉积岩等的风化分解、 溶解。〔2〕含量：一般小于钙。§地下水中的其它成份微量元素成份。胶体与有机质。细菌bacteria成份和污染问题。细菌总数：菌度：检出量：地下水的放射线成份。调查明确在饮水型氟中毒病区居民的病情与水氟浓度呈正相关因为氟中毒引起的牙齿病变，某某有 1000万氟斑牙某某氟骨病病人，有64万人；氟中毒的人口 1900万，占某某人口的一半。缺碘地区除地方性甲状腺肿〔简称地甲〕 、地方性克汀病〔简称地克病〕夕卜，尚有相当数量的亚临床克汀病、新生儿甲状腺功能低下〔简称新生儿甲低〕、早产、死产、新生儿死亡率高与甲状激素水平低下等病症。因而认识到缺碘不仅表现为甲状腺肿大、克汀病、聋、哑、瘫痪，而且还涉与机体神经系统、内分泌系统、生殖系统和骨骼肌肉系统的一种全身性疾病，也是目前世界上导致智力障碍的首要原因。据此，1983年第四届亚洲营养学年会上，Hetzel等提出了用碘缺乏病〔 iodindeficiencydisorders,IDD〕的新观念取代了原来仅限于地甲、地克病的旧概念。表2-1某某省7个地区饮水含碘量与甲状腺肿发病关系§地下水化学成分表示式一般以库尔洛夫式表示。库尔洛夫式：以类似数学分式形式表示单个水样化学成分的含意和组成的方法，表示成为：分式前：特殊成份〔g/i〕，气体成分〔g/i〕，矿化度〔g/l〕分子：阴离子〔毫克当量％>10者由大到小〕分母：阳离子〔毫克当量％>10者由大到小〕分式后：水温〔C〕，涌水量〔l/s〕。必要时分式中可将毫克当量%<10%者列入，用口表示。写库尔洛夫式时应注意的几个问题：主要成份，阴离子在横线上，阳离子在下；排列：多者在前，少者在后；横线前：特殊组分在前，气体在后，最后矿化度，横线后是温度；各元素原子数均在右上角，成分含量或％在右下角；横线前含量单位均为 g/l,横线上下为毫克当量％。§5.4地下水的化学性质地下水的化学成分总的特点：十分复杂。酸碱度PHvalue:研究意义：〔1丨酸性水对金属和混凝土有腐蚀作用；〔2丨指导水化学找矿。硬度hardness水中硬度是指除碱金属〔K、Na〕外，其它金属阳离子的含量。从地下水中的主要化学成分可知， 在地下水中碱土金属阳离子以CaMg最高，其它金属阳离子根本均成为地下水中的微量元素， 所以硬度实际就是表示Ca、Mg的含量，以mol/l或mg/l表示。CaMg的总含量就称为总硬度〔当然如有 FeA1等应加上〕。暂时硬度：水加热沸腾时，出现沉淀的钙、镁离子含量。Ca2++HCO3-宀CaCO3[+H2O+CO2Mg2++HCO3-宀MgCO3+H2O+CO2永久硬度：指水沸腾后仍留在水中的 Ca、Mg含量。显然，永久硬度=总硬度-暂时硬度地下水按硬度分类〔国标三类〕：1〕软水：总硬度〔CaCo3<150mg/12〕硬水：总硬度〔CaCo3150-450mg/13〕极硬水：总硬度〔CaCo3>450mg/1以前五类：1〕极软：总硬度〔CaCo3<75mg/12〕软水：总硬度〔CaCo375-150mg/13〕微硬水：总硬度〔CaCo3150-300mg/14〕硬水：总硬度〔CaCo3300-450mg/15〕极硬水：总硬度〔CaCo3>450mg/1我国饮用水标准规定总硬度应小于450mg/l。实际上极软水对人体危害亦很大。地下水的总矿化度总矿化度：地下水中所含各种离子、分子、化合物的总量称之为总矿化度，g/l。包括溶解状态，胶体状态，但不包括游离气体成分。但是人们习惯表示矿化度时，如此是和总矿化度概念有区别。习惯上是以105〜110C时将水蒸干后的干涸剩余物重量来表示，单位是 g/l。如果不是实际蒸干，而是根据其它成分之和计算，如此 HCO3含量相加时只加一半，这是因为要与干涸剩余物相匹配。干涸剩余物2HCO3-地下水按矿化度分类微咸水1.0〜3.0单位〔g/l〕 代号M生活饮用水标准Me1g/l腐蚀性和侵蚀性corrosion〔1〕对混凝土的碳酸侵蚀和硫酸侵蚀；〔2〕对金属的酸性侵蚀。长安大学B点高层8#钻孔水样对上面水质分析结果：分别按酸碱性、硬度、矿化度与舒卡列夫分类法、我国用法分类定名；写出库尔洛夫表达式。答案：①按酸碱性分类： PH7.60弱碱性水按硬度分类：506mg/l>450mg/l,极硬水舒卡列夫分类法：13-A我国方法分类定名：HCO3+SO42-—Mg2++Na淡水②写出库尔洛夫式§5.5地下水化学成分的形成作用地下水化学成分形成过程是在地质历史时期形成的，因此要以地质历史角度分析，既要考虑现在水文地质条件，也要考虑古水文地质条件和环境〔地质环境和人为环境〕。要以水？a岩体系考虑。§溶滤作用概念溶滤作用：在水和岩土相互作用下，岩土中一局部物质转入地下水中的作用。有狭义与广义之分，实际也是岩土成份转入水中有两种方式。狭义的溶滤作用，在不破坏晶体结晶格架情况下，局部组分进入地下水中。如难溶的硅铝酸盐中的某些成分。广义的溶滤作用，包括了狭义溶滤作用，也包括了溶解作用。溶解作用破坏了矿物结晶格架，使矿物全部溶于水中，如NaCI。水文地质中所讲溶滤作用指广义溶滤作用。影响溶滤作用的因素要进展溶滤作用，必须具备两个方面，一是要有可溶性物质，二是要有溶剂一一地下水，这两方面构成溶滤作用的内因。岩石的可溶性溶液度。温度。水的溶解能力溶滤作用的环境从上面分析可以看出，溶滤作用应该是一个开启性的环境，或说是上部的风化壳环境；铝硅酸盐难溶，溶滤作用必须有气体存在，因而还必须是一个氧化的环境，所以，溶滤作用的环境是表生带。溶滤作用进展的结果在结晶岩中，易溶成分先溶滤掉了，在溶滤作用进展很充分的地区，一般水中阴离子是HCO3-，阳离子是Ca2+o溶滤作用进展的很充分时，最后都形成淡水。对于这一点，溶滤作用顺序是：Cl- SO42-tHCO3-在垂直剖面上，上部开放性好，径流好，溶滤充分，以 HCO-3为主中部较差 以SO42-为主深部更差 以Cl-为主§蒸发浓缩作用在干旱地区，地下水蒸发强烈，引起水中成分浓缩，使水中盐分浓度增大，矿化度增高，成分发生变化，这种作用称为蒸发浓缩作用。水由HCO-TSO2-4tCl-矿化度由低t高影响蒸发浓缩作用的因素：气候；②地下水位埋深。所有埋深浅的地下水都可受到蒸发浓缩作用的影响，但实际并非所有这些地方都能产生矿化度增高，水质盐化。蒸发浓缩作用-死海中盐的堆积§脱碳酸作用脱碳酸作用：在温度升高，压力降低的情况下， CO2自水中逸出，水中HCO-3含量如此因形成碳酸盐沉淀而减少的作用。上述反响的影响因素：温度、压力。其结果是：地下水矿化度降低。§脱硫酸作用脱硫酸作用：在复原环境中，当有机质存在时，脱硫酸细菌能使SO复原成H2S的作用。SO2-4+2C+2H2TH2S+2HCO-3影响因素：地下水的埋深，构造的开放程度等。结果：H2S生成，SO2-4减少甚至消失，2HCO-3增加，PH增大。§阳离子交替吸附作用地下水与岩石相互作用，因岩石颗粒外表所带的负电荷吸附阳离子，在一定条件下，颗粒外表吸附的阳离子和水中的阳离子发生了变换， 即岩石吸附的阳离子进入水中，水中的阳离子被岩石颗粒吸附而使水中含量减少，即为阳离子交替吸附作用。例如，探为什么讲阳离子交替吸附，而不讲阴离子交替吸附：按元素在地壳中的分布 Si、Al丰度很高，因而岩石和土壤的胶体成分主要是 SiO2、Al2O3等带负电的胶粒，因此它们吸附阳离子。阳离子交替吸附的机理影响阳离子交替吸附的因素离子自身的性质H+>Fe3+>Al3+>Ba2+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+上面排列说明：除H+外，离子价愈高，被吸附的可能性愈大；离子半径愈大，如此被吸附的能力愈大。土粒的性质环境对交替吸附作用的影响§混合作用混合作用：成分和浓度不同的两种以上地下水集合在一起，形成浓度与化学成分与原来两者都不一样的地下水的作用。作用的结果有二：Ca(HCO3)2+Na2SOTCaSO4+2NaHCO3NaCI与Ca(HCO3)2~HCO3?OCl-Ca2+?ONa+§人为因素影响下的作用本节小结§5.6地下水化学成分研究方法研究内容：对地下水中各种离子、 分子、气体与有机物含量加以研究，确定其含量，同时确定它们之间的相互关系。地下水化学成份分析内容对地下水的物理性质进展描述，对水中 HCO-3SO2-4、Cl-、Ca2+、Mg2+PH进展分析。方法简便、快速、本钱低、技术易于掌握，可在野外进展，但分析项目少，精度低，主要用于了解区域地下水化学成分的概貌。全分析除简分析项目外，对气体成分：H2SCO2Fe3+、Fe2+、BP、F等进展分析，对矿化度进展实测〔不能用计算获得〕，分析项目较多，精度较高，一般在室内进展，结果用来全面了解水中的化学成分。探水分析注意的问题：按操作规程取样；取样点既考虑控制整个区域又要有代表性；取比照水样，如地表水，地下水。必要时要对岩土的含盐量进展分析。§地下水化学成分分类分类目的：便于归纳、掌握特征，帮助我们分析一个地区地下水的变化规律。地下水化学成分分类，由于分类依据不同，类型不同，而依据也较多，目前我国野外单位常用的还是舒卡列夫分类。①分类原如此根据阴阳离子在水中含量的毫克当量百分数分类， 当量浓度〉25%进展命名。分类7X7=49类。参考书P.61，表6-2舒卡列夫分类图表。B组C组D 组1.5〜1010-40>40g/l如某水样：60%30% 10%Ca2+4meq/l Mg2+0.6meq/l Na++K+0.4meq/l80%12%8%分类优缺点优点：简明而实用。水化学类型根本可以反映化学成分的形成过程。概括水型多。缺点：毫克当量25%是人为规定的，无任何依据。没有考虑同性离子均超过 25%以后，离子含量的主次。17-20号水在地下水中很少见到，不甚符合实际。大比例尺图不能得出满意的结果。我国目前常用舒卡列夫分类，但又不完全照搬其分类水型上没有编号，直接用离子表示。分主次。如上例写为HCO3-+SO42?aCa2+同性离子含量大者在前。矿化度标准未同舒卡列夫分类。3..阿廖金天然水分类分类原如此〔三大类-三组-四型〕：按阴离子分三大类，每一大类按主要阳离子分三组，并按阴阳离子含量均比例分四型，共分27种水。派珀三线图解§地下水水化学图水化学图是反映一个地区地下水化学成分的变化与其规律性的图件。以图的形式表示地下水资源的质量指标，回答生产中的问题，也可以用图来分析地下水资源的形成。类型分区图 离子等值线图 矿化度图比例系数等值线图根据钻孔不同深度水的化学成分变化而做。第5章复习思考题一、 关键概念细菌总数菌度检出量硬度暂时硬度永久硬度 〔总〕矿化度溶滤作用蒸发浓缩作用 脱碳酸作用脱硫酸作用 阳离子交替吸附作用混合作用沉积水〔P.59倒8行〕二、 简答题研究地下水化学成分有哪些意义？水中气体成分有什么意义？地下水溶解氧的多少与哪些因素有关？水中的H2S是怎样形成的？地下水根据PH值分几类，哪几类，PHX围。研究地下水的酸碱性有何意义？地下水根据硬度可分哪几类，分类标准是多少？地下水根据矿化度可分哪几类， 分类标准是多少？影响溶滤作用的因素有哪些？溶滤作用的结果？何谓水质简分析、全分析、专门分析？舒卡列夫分类的原如此是什么？分了多少类型，该分类有何优缺点，我国现行如何分类？三、 作业对下面水质分析结果：①分别按酸碱性、硬度、矿化度与舒卡列夫分类法、我国用法分类定名；②写出库尔洛夫式。mg/lmeq/lmeq/l%水消耗能量，使其稳定下渗。入渗方式H4SiO3117mg/lH2S80.86mg/lH4SiO3117mg/lH2S80.86mg/lMg2+0.610.050.70SO42-242.565.0571.13PH8.8 T61C第六章地下水的补给、排泄和径流地下水的补给、径流、排泄这三个环节就是地下水的循环一一即自然界循环中的水，处于地下隐伏阶段的循环。根本概念地下水的补给一一含水层从外界获得水量的过程。地下水的排泄——含水层失去水量的过程。地下水的径流一一获得水量到失去水量所经历的过程。§6.1地下水的补给地下水的补给条件：指地下水的补给来源、补给方式、补给区的面积与边界，影响补给的因素、补给量等。研究地下水的补给时，实际上我们研究的是地下水的补给条件。一、大气降水对地下水的补给具备条件包气带透水；包气带不透水时，要有通道沟通含水层与地表的联系。目前有三种观点来研究大气降水的补给?t地下水位；?b.考虑到包气带水来研究入渗；?c.把大气降水看成是一个三相相互作用的过程。入渗过程渗润阶段：降水初期，如果土壤枯燥，下渗水主要受静电引力作用，受土粒吸附形成结合水，结合水的饱和，即本阶层的完毕；渗漏阶段：随着土壤含水量增大，分子作用力〔静电引力〕由毛管力和重力作用取代，逐渐充填岩土孔隙与下渗，直到重力起主导作用。渗透阶段：孔隙水分近乎饱和，水主要受重力作用稳定向下流动。活塞式入渗水的垂向分布饱和带；传输带；湿润带。至于传输带为什么一直不能饱和，许多研究认为可能与形成的毛塞有关，另外也可能由于上部水推动下部影响降水补给的因素降雨特征年降水量;b.降水强度；c.时程分配。包气带特征地形坡度承受补给区的面积植被※总之，降水时间越长，降雨强度适中〔绵绵细雨〕坡度平缓，植被较好，包气带厚度适中，分布面广,补给条件好。上述五个因素中降水特征、包气带特征起决定性的作用。降水入渗对地下水补给量确实定实例地中渗透仪法；b.实测水位变幅计算。?△h 卩——饱和差公式计算Q=1000a?F?X式中，Q――补给量，米3/年a——入渗系数。F――补给区的面积km2X――年降水量，mm1000为单位换算系数。a也可查经验数据。二、地表水对地下水的补给地表水位高于地下水位。大河下游地区；干旱地区的山前地带；河床下有良好的透水层或构造破碎带;水库、水池附近。影响地表水向地下水补给的因素地表水与地下水水位差；透水河床长度与湿周；e交替补给时，洪水延续时间的长短。河水对地下水补给量确实定测流；水文计算。※注意两点：地表水和大气降水对地下水的补给不同大气降水 地表水面状向下 线状，集中在地表水周边时间有限的特点 以长为特占八、、地表水和地下水的补给可以相互转化、含水层间的相互补给1.通道含水层被河流沟谷切割； erosionspring水位地下水在水平运动方向上由于某种原因受阻,水位升高，溢出地表； overflowspringa.潜水、承压水互补a.潜水、承压水互补含水层被断层破坏；faultspring由于岩脉的侵入，地下水沿接触带出露。越流补给是通过弱含水层的补给〔leakagerecharge〕要弄清谁补给谁：在水的密度一样时，高水位补给低水位，不一定是高的含水层补给低的含水层。四、人工补给与人类活动对地下水的补给人工补给：指有目的的利用工程手段使地表水进入含水层。人类活动对地下水的补给指引水渠道的渗漏, 灌溉水的入渗，水库的渗漏，排污，城市上、下水道的漏水等，使地表水补给含水层。增加了地下水资源，控制了地面沉降。改善了水质，调节了水温。地面入渗法，引蓄地表水自然渗入。地下灌注法，通过钻孔注入含水层。含水层透水性好，入渗法时包气带厚度一般在 10〜20m不得有稳定隔水层，水源成分适于补给。人类活动影响目前主要是灌溉和渠渗， 因主要目的不是为了补给地下水。五、凝结水补给凝结水补给〔condensationrecharge丨主要取决于空气湿度与温差，一般仅对于干旱地区有意义， 气温湿润地区一般不考虑这一补给，因水量有限，不多讲。※此节讲了补给水源有五种， 主要补给源的补给所具备的条件与补给量确实定，补给方式，影响补给源的因素等，统称补给条件，以后研究某一地方的补给源时，首先要考虑有哪些补给源， 结合该地区具体谈其影响补给因素最后落脚到补给量。§6.2地下水的排泄地下水的排泄〔groundwaterdischarge〕:研究排泄时，也是研究排泄条件，排泄去路与方式，影响排泄因素与排泄量。排泄形式：泉、泄流、蒸发、人工、越流。前四种为地下水的排泄，即排出地下。前四种再加越流、径流等为含水层的排泄，可能还在地下，但由一个含水层到另一个含水层，从含水层的某些部位到另一部位。一、泉泉〔spring〕 地下水的天然露头。泉的出露和地形、地质等水文地质条件密切相关。泉水出露，首先要有适宜的地形、地质条件； 其次含水层水位要高于、最少是要等于泉水出露点的地形标咼。在山区、丘陵等地区，褶皱强烈，地形隆起，断裂发育，侵蚀切割较深，故山区泉多，成为山丘地区地下水的主要排泄形式。以泉水排泄的含水层〔地下水〕性质划分Artesianspring/ascendingspringDescendingspring上升泉：承压水的天然露头。下降泉：排泄潜水的泉。 -如何判断泉的性质，实际是如何判断承压含水层和潜水含水层的问题。对如下现象综合分析，有助于确定泉的性质。泉的流量〔与地形综合考虑〕；泉水动态〔访问〕；泉水温度。以泉的出露原因〔成因类型〕划分A.侵蚀泉 B.接触泉C.溢流〔出〕泉据含水层空隙性质分三类〔以地下水的类型划分〕孔隙泉裂隙泉岩溶泉根据泉水的特殊化学成分或温度划分矿泉mineralizedspring、温泉thermalspring综合分类定名〔生产单位常用到〕首先是空隙性质〔定出类型〕，其次是出露原因〔成因〕,最后是水的性质。如孔隙接触带下降泉；岩溶接触带上升泉。大泉、温泉、矿泉，具有实用价值。是判断一个地区水文地质条件的窗口。根据Q判断岩石含水性，富水性，有泉根本上是含水的岩层。根据水质判含水层水质。据泉动态了解含水层动态。求入渗系数。有助于查明地质构造。二、 泄流泄流：地下水流出岩土尚未在地表露头而进入地表水 中。泄流有集中与分散两种方式， 其形成原因与泉的出露原因根本一样。泄流量确实定：同地表水对地下水的补给量确定方法一样。三、 蒸发排泄蒸发排泄：地下水由液态转化成气态， 从而使含水层水量消耗的作用过程。方式土面蒸发，植物蒸腾。气候地下水埋深包气带岩性四、人工排泄抽水、放水排泄地下水等。本节讲了四种排泄形式， 主要讲天然排泄，实际上本局部同学们可与地下水的补给等比照研究。 如径流排泄f参考径流补给，越流补给f排泄，降水f蒸发，地表水入渗t泄流。§6.3地下水的径流地下径流是由补给区到排泄区的作用过程。由于这样一个作用过程，使水在空间上分布更广泛，水质也有很大变化〔可以携带溶滤成分迁移〕。一、 地下水的径流条件研究地下水的径流，同样是研究径流条件。径流条件：指径流方向，径流强度，径流量以与影响径流的各种因素。径流方向、径流强度等在空间上是变化的，同一含水层在不同部位是有差异的，这一方面，借助流网容易说明。二、 径流强度与水质地下径流的强度即水交替强度，一般用 V=K•I表示。I=〔hl—h2〕/L,一个地区地形切割强弱，影响着水力坡度的大小。对于承压水，渗透系数受到裂隙、岩溶发育的影响，如为孔隙水，如此受到孔隙大小多少的影响。侵蚀基准面考虑，基准面以上较基准面以下水交替强烈。浅部较深部径流强烈。三、 地下水径流模数地下水径流模数：表示一平方公里含水层分布面积上地下水的径流量。M 径流模数〔L/s•km2〕〔升/秒•平方公里〕；Q地下水年总流量〔m3〕;F含水层分布面积〔km2〕。径流模数一一即每平方公里含水层面积上每秒钟以径流形式存在的水量〔升数〕。103、365X86400等均为单位核算系数。假设所得流量Q单位是升/秒，如此Me=Q/F四、 含水系统与径流系统含水系统：是地层或构造上的沉积单元或构造单元，是指具有隔水边界的，赋存与运动规律根本一样的，其内地下水有不同程度的水力联系。径流系统：地下水径流系统是由源到汇的流面所构成的边界内，具有统一的时空演变过程与统一的补给与排泄的地下水单元系统。源：凡能补给系统的物质；汇：凡能排泄系统的物质。含水系统与径流系统的关系：径流系统的边界是零通量，但它可以随着时间变化。而含水系统的边界也是零通量，但地质上的地层不会在研究问题时， 从一个地方移到另一个地方，因而是不变的。※补给量、排泄量和径流量的关系山区，水交替转化强烈。补给量=排泄量=径流量浅层水补给量=排泄量疋径流量这是因为有蒸发的存在。深层水根本上是：补给量=排泄量工径流量第6章复习思考题一、 关键概念地下水的补给 地下水的排泄地下水的径流地下水的补给条件 泉上升泉下降泉泄流蒸发排泄地下径流地下水的径流条件地下水径流模数二、 简答题地下水的补给源有哪些，补给地下水应具备的条件，哪些因素影响其对地下水的补给量？2•降雨的活塞式入渗可分哪几个带，各带水分含量有何特点？哪些条件使泉出露？按泉的出露原因〔成因类型〕降泉分为那些？泉综合定名的方法？研究泉有何意义？影响蒸发排泄的因素？径流强度与水质有何关系？第七章地下水的动态与均衡§7.1概念与研究意义地下水的动态：在有关因素综合影响下，地下水的水位、水量、水化学成分、水温等随时间变化的现象〔状况〕称之。地下水的均衡：一定时期，一定地段内，地下水的水量〔化学成分、热量〕的收入〔变化〕的数量关系。动态与均衡的关系：地下水的动态是由于收支不平衡造成的现象，因此两者关系为，地下水的动态是地下水均衡的外部表现，而均衡如此是动态变化的根本原因。研究意义：掌握动态规律，预测变化趋势；查明补排条件，确定资源构成；预报水位变化，调整用水方案；深入条件研究，验证已有理论。§7.2地下水的动态一、影响地下水动态的因素天然因素〔气候、水文、地质〕〔1〕气候因素气候因素是潜水动态最普遍最明显的影响因素， 如降水、蒸发、气温、气压，最主要的是大气降水和蒸发作用引起地下水中各种要素〔水位、流量、水化学成分等〕随时间有规律的变化。由于气候具有周期性的特点，由其所引起的地下水的动态也就具有周期性的特点。即受气候影响的动态特征，地下水位与水量，与降水、蒸发等气候特征的脉动一致。

周期性可分为三种：昼夜、季节、多年。雨季 旱季多年变化：由多年气候变化引起的。〔2〕水文因素这里所说的水文因素主要指地表水，如河水、湖水、海水等地表水体。地表水影响地下水位的特点：地下水位变化与地表水根本一致或滞后 〔即推迟〕。具有周期性的变化〔季节性和昼夜，如潮汐〕 。影响X围仅限于地表水体附近，宽度与地表水体周边的岩性有关，一般数百米到数公里。影响强度随距地表水距离