水文地质学课件32学时ppt 0绪论

水文地质学

Hydrogeology

防灾科技学院宋洋绪论0.1水文地质学的概念0.2水文地质学的研究对象0.3水文地质学的研究内容0.4水文地质学的形成与发展0.5《水文地质学》课程开设意义0.1水文地质学的概念水文学是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律，以及运用这些规律为人类服务的知识体系。0.1水文地质学的概念水文学的研究对象：河流、湖泊、河口海岸、冰川、地下水文学等水文学的应用：工程水文学，农业、森林、城市、环境水文学等

0.1水文地质学的概念地质学是研究固体地球的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间相互作用和演变历史的一门科学。地质学研究对象—岩石圈地质学应用：矿产资源勘探开发、工程建设和地质环境评价与保护0.1水文地质学的概念水文地质学隶属于地质学的应用分支学科，是水文学与地质学的交叉学科。水文地质学是研究地下水的科学，研究水量和水质的时空变化规律，研究如何运用这些规律兴利除害，为人类服务。[掌握]水文地质学以地质学为基础，同时又与岩石学、构造地质学、地史学、地貌学、第四纪地质学、地球化学等学科关系密切。70.2水文地质学的研究对象——地下水

宝贵的自然资源

重要的生态环境因子灾害因子活跃的地质营力地球内部信息载体存在形式：□江、河、湖、海、渠、库、塘等洼地—地表水水圈大气层—大气水大气圈生物体内 —生物水生物圈□地壳浅部（十几km，主要1～2km）—地下水岩石圈矿物结晶格架—地下水岩石圈岩浆源 —地下水岩石圈地幔带 —地下水岩石圈地下水圈—从地表到地幔带各个层圈所构成的具有一定水力联系的统一的含水整体。0.2水文地质学的研究对象基本功能:

宝贵自然资源

生态环境因子地质营力地球内部信息载体灾害因子0.2水文地质学的研究对象10

0.2.1地下水是一种宝贵的资源（resources）（1）供水水源分布广泛便于就地开采使用水质普遍较优动态比较稳定供水量受气候变化影响较小水资源紧缺严重制约着国民经济的可持续发展。世界陆地干旱、半干旱区占50%。1/3耕地，2/3牧区水源不足。某些阿拉伯国家进口雨水，中东由于石油和水而长期摩擦20世纪80年代以来，我国城市缺水愈来愈严重，全国600个城市，一半存在不同程度的缺水；华北、西北水资源短缺问题更严重。0.2.1地下水是一种宝贵的资源（resources）0.2.1地下水是一种宝贵的资源（resources）60%全国60%的耕地全部或部分使用地下水灌溉95%全国95％以上的农村饮用地下水13（2）液体矿产地下水高含盐类或稀有元素，具工业开采价值。

四川自贡三叠纪岩层中的卤水含盐300g/L。0.2.1地下水是一种宝贵的资源（resources）中国最古老井：自贡燊海盐卤井医疗或健身功能的矿水。疗养院、天然矿泉水厂、啤酒厂等需特殊功能的水资源。地下热能利用地球是个天然热库──可以供热，发电等。0.2.1地下水是一种宝贵的资源（resources）火山岩区矿泉水高温地热生态湿地0.2.2地下水是极其重要的生态环境因子地下水的变化会影响生态环境的天然平衡地下水控制地表生态格局地下水与环境相互依存，打破一个环节就会引起反馈打破原有生态平衡，会使环境发生变化。过量开采地下水造成地面沉降，地面塌陷，海水入侵，地下水水质恶化等。0.2.2地下水是极其重要的生态环境因子农业用水不当产生土壤沼泽化、盐渍化过量开采造成地下水位下降从而引起土壤砂化、荒漠化，生态环境恶化等。如河西走廊的民勤县，绿州沙漠化地下水利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重0.2.2地下水是极其重要的生态环境因子济南的泉水0.2.2地下水是极其重要的生态环境因子地质作用过程0.2.3地下水是活跃的地质营力地下水是地壳内的应力传递者0.2.3地下水是活跃的地质营力地球是个天然热库——在地质循环和水文循环中传输地壳内部的能（热）量的传输者0.2.3地下水是活跃的地质营力0.2.4地下水是地球内部地质演变的信息载体地下水位、水量、水温、水化学成分等的变化反映地下信息，为找矿、找油、地震火山滑坡预报、地质演变等的研究提供依据。地震前兆观测系统油气水断层气承压水水位、流量、水温、气体、化学组分油井动态油气产量、油气比、井口压力二氧化碳、氡、汞、氢、氦地震前兆观测中地下流体测项0.2.4地下水是地球内部地质演变的信息载体张道口井水位的固体潮效应日月引起的地壳岩石的固体潮变化量级（3.39×10-8），反映到井水位上变化幅度可达30cm。封闭性较好的深井水位能明显地反映地下含水岩体的微小变形，其灵敏度可达到或超过10-10。利用地下水位潮汐分析研究地球的固体潮及地壳应力应变，使地下水位观测成为探索地震前兆的重要手段。海水倒灌外来调水生态用水0.2.5地下水是重要的灾害因子（致灾因素）290.2.5地下水是重要的灾害因子（致灾因素）地下水难污染，但污染后不良后果很难消除。“三废排放”；地下采矿和各种地下工程；地下水位上升、下降；地下水流迅速渗流。10m20m30m40mVadosezoneSource:containment(>30yr)Plume:remediation(10years)

AbstractionwellsInfiltrationwellsSoilvapourextraction（1）地下水污染与医学环境地质学城市垃圾堆放对地下水的污染石油污染砷中毒地方病CompanyLogo地下水开采利用产生的环境问题：地下水污染

地下水污染主要分布在城区附近和地表水污染严重的地区（2）海（咸）水入侵过量开采地下水将引起海水倒灌0.2.5地下水是重要的灾害因子（致灾因素）（3）地下水过度开采造成的地面沉降0.2.5地下水是重要的灾害因子（致灾因素）华北平原地面沉降现状巨厚松散层堆积地区（如华北平原）地面变形破坏。上海的地面沉降城市防洪设施标准降低，外滩防洪挡水墙越筑越高。0.2.5地下水是重要的灾害因子（致灾因素）（4）饱和砂土振动液化0.2.5地下水是重要的灾害因子（致灾因素）0.2.5地下水是重要的灾害因子（致灾因素）绵竹市土门镇麓堂村沙土液化喷水冒沙、地面陷落现象直径3m,深度12-13m地裂缝，喷水冒沙0.2.5地下水是重要的灾害因子（致灾因素）滑坡（5）裂隙孔隙水压作用、坡体含水量增加等因素触发斜坡变形与破坏0.2.5地下水是重要的灾害因子（致灾因素）（6）地下洞室、巷道等涌水、突水。井下作业岩溶突水0.2.5地下水是重要的灾害因子（致灾因素）（7）大型水利水电工程中的环境地质问题美国胡佛水库0.2.5地下水是重要的灾害因子（致灾因素）（8）核燃料废料环境污染0.2.5地下水是重要的灾害因子（致灾因素）地下水的基本功能:

宝贵的自然资源

重要的生态环境因子灾害因子活跃的地质营力地球内部信息载体

水文地质学──研究地下水的科学。

内容：研究与岩石圈、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的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务。0.3水文地质学的研究内容0.3水文地质学的研究内容地下水的形成与转化：地下水起源与形成；四水转化交替规律。地下水的类型与特征：储存条件及其基本类型；地下水理化特性。饱水带及包气带中水分和溶质的运动：地下水位和水量时空变化规律。地下水动态与水均衡：地下水动态变化规律；地下水均衡。

地下水资源计算与评价：地下水资源评价；含水层参数测定；地下水水质评价。地下水资源系统管理：地下水资源管理与保护；管理模型及其应用。地下水动力学--地下水的运动规律水文地球化学--各种元素在地下水中的迁移和富集规律供水水文地质学--为了确定供水水源而寻找地下水，通过勘察，查明含水层的分布规律、埋藏条件，进行水质与水量评价。矿床水文地质学--研究采矿时地下水涌入矿坑的条件，预测矿坑涌水量以及其他与采矿有关的水文地质问题。农业水文地质学--为农田提供灌溉水源进行水文地质研究；为沼泽地和盐碱地土壤改良，防治次生土壤盐碱化等问题进行水文地质论证。地热水文地质学--地下热水形成、分布、勘察与开发等。区域水文地质学--研究地下水区域性分布和形成规律。古水文地质学--研究地质历史时期地下水的形成、埋藏分布、循环和化学成分的变化等。

0.3水文地质学的研究内容510.4水文地质学的形成与发展52水文地质学的发展历史，划分为四个阶段：①萌芽阶段（1856年以前）；②奠基阶段（1856－20世纪中叶）③发展时期（20世纪中叶—至今）④转变时期（目前—）0.4水文地质学的形成与发展53（1）萌芽时期：由逐水而居到凿井取水——大转折

距今5700年，浙江余姚河姆度井；公元前7世纪，亚美尼亚坎儿井；公元前200年，四川自流井。法国帕利斯，珀若，马里奥特和中国徐光启先后提出井泉的水来源与降水或与河水有联系的观点。0.4水文地质学的形成与发展坎儿井地下水的利用——坎儿井，近3000年历史地下水位主井-廊道竖井灌溉农田山区-山前隔水层含水层0.4水文地质学的形成与发展55（2）奠基时期：

1856年，达西定律--地下水定量计算——奠定了水文地质学的基础。1856年，法国水力工程师达西得到达西定律；1863年，法国人裘布依提出地下水稳定井流公式1886年，奥地利的希福海默绘制地下水流网；1935年，美国人泰斯得出地下水非稳定流方程—泰斯公式；20世纪30年代怀可夫与马斯卡特等进行地下水模型模拟；

20世纪30年代，对地下水的起源提出了一些新的看法，对矿水的利用进一步发展等。0.4水文地质学的形成与发展56（3）发展阶段：二次世界大战战后，科学技术推动生产力迅猛发展以及人口的急剧增长，大规模开采地下水，一些水文地质现象开始受到人们注意。20世纪40年代到60年代，雅可布及汉图什发现弱透水层；

20世纪60年代，托特提出越流；1954年，博尔顿发现潜水位下降过程中非饱和带滞后释水现象；1956年，斯图尔曼将数值法应用与水文地质计算；

20世纪60年代，华尔顿将计算机引入水文地质计算近年来，地理信息系统开始应用。0.4水文地质学的形成与发展57（4）转变时期：核心内容的转变，可持续发展观的提出核心课题转移：找水水文地质学→资源…→生态环境…视野扩展：含水层→地下水系统→水文-生态环境→技术-社会系统。目标改变：由当前的问题转向长期的可持续发展…内容扩展：从地下水的水量为主，转向水量与水质的研究并重；从狭义地下水，扩大到广义地下水,乃至地下水圈…思路的改变：从求从成生角度，加强过程与机理研究…多学科交叉渗透成为主流：地下水科学与其它自然科学以及社会科学交叉渗透，以多学科方式研究与处理问题服务方式转变：…方式发生了很大改变，如何使水文地质工作成果转化为生产力，成为一个急需解决的重大课题0.4水文地质学的形成与发展代表人物水文地质学历史沿革与展望目前任务正确地预测在人类活动干预下地下水的变化正确地评价、开发、管理与保护地下水资源保护与地下水有关的生态环境，成为当务之急正确地预测矿产开发的地下水问题，避免地下水害。。。0.4水文地质学的形成与发展学科分支：供水水文地质学岩溶水文地质学矿床水文地质学区域水文地质学遥感水文地质学同位素水文地质学环境水文地质学污染水文地质学土壤水文地质学微生物水文地质学水文地质学基础地下水动力学水文地球化学水文地质调查区域水文地质……含水层污染的控制和恢复治理研究学科前沿：地下水模型的非确定性研究多相流理论研究地下水资源的可持续开发利用研究62（1）拓宽专业视野，丰富专业知识（2）水文地质学在经济建设中作用重大找水、水资源评价管理等；采矿：矿山排水，矿坑水的疏干；工程问题：公路铁路桥梁的选线、勘察、建设；水库、大坝的选址；城市建设中水源地的选择，城市规划，建筑物基坑排水环境问题：海水入侵、地面沉降、地下水污染防治、废物处置、地质灾害勘察、设计与施工；农田水利与水土保持0.5《