0章 水文地质学绪论

水文地质学李彦军西南科技大学环境与资源学院2014.9教材与参考书水文地质学基础（工程地质专业）崔可锐、钱家忠编水文地质学基础王大纯等地质出版社地下水动力学陈崇希等中国地质大学出版社水文地球化学沈照理地质出版社专门水文地质学房佩贤地质出版社地下水流数值模拟陈崇希地质出版社水文地质手册工程地质及水文地质戚筠俊中国水利水电出版社工程渗流力学及应用苑莲菊等中国建材工业出版社教材及参考书目教学目的《水文地质学》是岩土工程、勘察技术、资源勘察、土木工程和建筑工程（岩土工程方向）等与地下水有关的专业必修课；通过课程学习，能够使大家系统地掌握水文地质学的基本知识和地下水的形成、分布、运移的基本理论；初步掌握运用所学知识，对与地下水有关的水文地质、工程地质、环境地质问题进行分析的基本方法和技能。

课程安排：讲课32学时

先修课程：数学、化学等数理基础课程，以及地质学基础、第四纪地质、水力学、构造地质学等考试方式：闭卷考试（80%）+平时成绩（20%）水文地质与工程地质关系？供水工程新疆吐鲁番坎儿井中国汉代凿龙首渠自贡盐井浙江余姚河姆渡古文化向家坝电站坝顶高程线大峡谷温泉向家坝水电站地热开发利用工程抗旱工程隧道等地下工程涌突水2008-6-17，连天暴雨后，重庆市内环高速上界立交高管处外，一片汪洋。高速路除防护栏等在水面上画出一条条优美弧线外，数百米长的一段路已藏身水底。过往车辆在“湖”两端排出两道长线。大量的地下水冒出地面涌入真武山隧道中，冲出两米多高基坑开挖中的地下水地下水开发引起的环境问题70年代以来，由于城市的迅速发展，城市供水量的日益增加，因过量开采地下水产生的环境地质问题(或负环境效应、或地质灾害)，如水量枯竭(表现为地下水位持续下降、大泉流量日减等)，地面变形(如地面沉降、岩溶塌陷、地裂缝等)、水质恶化(如海水入侵等)以及生态环境恶化等，引起人们广泛的重视，促进了水文地质学的发展，成为环境水文地质工作中的重要内容。

沼泽化与盐渍化1975-19801980-19951995-2000肃宁沧州黄骅19721972-19759.2148.6669.9990.4195.69沧州市深层水位降落漏斗

地裂缝地下水动力学课程组

地面沉降在我国无论是在北方还是在南方，对岩溶塌陷都进行了深入的研究，对岩溶塌陷的类型、特征、形成条件与形成机制进行了系统的分析和总结，提出了具体的防治措施，个别研究者还对岩溶塌陷的预测进行了尝试性研究。

岩溶塌陷海水入侵沿海地区海水入侵问题，在辽宁的大连、山东的莱州、龙口、烟台和青岛以及广西的北海等地开展了详细的勘查研究。在治理对策方面，提出了调整开采量、人工回灌、设置隔水帷幕等措施，除了调整滨海含水层地下水的开采量外，其它治理措施在国内付诸实践的并不多见。

天津市地面沉降水文地质与工程地质密不可分！水文地质学（hydrogeology）主要研究地下水的分布、运动和形成规律，地下水的物理性质和化学成分，地下水资源评价、开发及其合理利用，地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。随着科学的发展和生产建设的需要，水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。近年来，水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透，又形成了若干新领域，如环境水文地质学、地下水资源管理、同位素水文地质学等。学科简介绪言教学目的：（1）掌握水文地质学的研究对象、内容；（2）掌握地下水的作用；（3）了解水文地质学科发展现状（4）了解水文地质与工程地质的关系水文地质学的概念水文地质学的研究内容水文地质学的发展与展望水文地质学的学科基础水文地质学的概念

——Hydrogeoloy水文学+地质科学水文学(hydrology)是地球物理学和自然地理学的分支学科。研究存在于大气层中、地球表面和地壳内部各种形态水在水量和水质上的运动、变化、分布，以及与环境及人类活动之间相互的联系和作用地质学(geology)：地质学是对地球的起源、历史和结构进行研究的学科。主要研究地球的物质组成、内部构造、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史。在现阶段，由于观察、研究条件的限制，主要以岩石圈为研究对象，并涉及水圈、大气圈、生物圈。水汽输送蒸发

降水蒸发降水植物蒸腾湖地表径流地下径流海洋下渗水文学研究内容

研究存在于大气层中、地球表面和地壳内部各种形态水在水量和水质上的运动、变化、分布，以及与环境及人类活动之间相互的联系和作用地质学研究内容主要研究地球的物质组成、内部构造、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史。水文地质学的概念地下水：埋藏和运动于地表以下不同深度的土层和岩石空隙中的水（地表以下约10Km范围）。地下水的功能主要包括：资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力与信息载体。水是人类赖以生存的宝贵资源生活用水农业用水工业用水环境用水水是生态环境的敏感因子水是生命的源泉水是农业的命脉水是工业的血液水的开发利用给人类带来的危害土壤次生盐渍化、荒漠化、沙漠化、地面沉降、海水入侵、水质恶化等地下水是一种宝贵资源地下水是一种很活跃的地质营力传递应力水库诱发地震等通过观测地下水动态监测预报地震地下水的作用会加剧地质灾害的发生，如滑坡地下水是一种很活跃的地质营力

——地壳内能量、热量及化学组分的传输者地下水是地球内部地质演变的信息载体

由于是应力传递者，同时又在流动——

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，地下水水位、水量、水温、水化学等的变化或异常可以提供埋藏在地下的许多信息

强的溶剂：在地质循环和水文循环中化学组分

溶解，传递到适宜的部位沉淀（沉积）：

这一结果（和信息）可以指导找矿、找油，或研究地震和地质演变水文地质学的发展简史四个时期：1856年以前的萌芽时期，1856年至20世纪中叶的奠基时期，20世纪中叶至今的发展时期，21世纪的转变时期。萌芽时期：由逐水而居到凿井取水——大转折奠基时期：1856年，达西定律出现，标志可进行地下水渗流的定量计算（奠定了水文地质学的基础）发展阶段：二次世界大战后，科学技术推动生产迅猛发展及人口急剧增长泰斯非稳定流理论提出，对地下水资源量的认识—革命计算机技术的发展，在地下水模拟、规划管理等推进转变时期：核心内容的转变，可持续发展观的提出水文地质学的发展正向“地下水科学”的转变——坎儿井发展趋势

人类开发利用地下水的历史

我国最古老的水井－浙江余姚河姆渡水井，C－14测定，修建于公元前3710年左右。古波斯时期德黑兰附近的坎儿井。约公元前250年四川采地下卤水开凿的自流井。世界凿井历史上第一口超深井是我国自贡燊海井。自贡燊海井自贡燊海井坐落在大安区阮家坝山下，占地面积3亩，井位海拨341.4米。该井开钻于清代道光十五年（公元1835年），历时13年，方始凿成。井深1001.42米，既产卤，又产气。燊海井燊海井井盐生产现场水的来源萌芽时期(1856以前)：渗入说、凝结说、沉积说等。公元前1世纪，古罗马建筑师MV波得奥提出渗入说，认为地下水是雨水和雪水渗入地下形成的。美国的兰、戈登，俄国的安德鲁索夫-----埋藏水(沉积水)的存在。这些水是与沉积物堆积同时存在于岩石孔隙之中的，粘性土固结压密时也可能将水释入周围含水层中。

18世纪德国水文学家福利盖尔反对渗入说，提出了凝结说，认为水汽冷凝为液态水是地下水的主要来源。后遭反驳而被放弃。1907～1919期间，俄国的列别捷夫通过观测与实验，在新的基础上恢复了凝结说。与此同时，法国的帕利西、中国的徐光启和法国的马略特，先后指出了井泉水的来源，马略特还提出了含水层与隔水层的概念。

在此期间，人们对地下水的起源提出了一些新的看法。1902年，奥地利的修斯------初生水学说，认为地下水来源于岩浆冷凝时析出的水。后来，因为得不到证实而逐渐被人们冷落。前苏联水文地质学家卡明斯基------内生说，内生水主要由岩浆及变质(由地球内力作用收起岩石改造与变化)起源的水、汽组成。------是人们对地下水起源问题认识上的一个新的突破。奠基时期(1856-1945)：

我国的李时珍在《本草纲目》中按成分进行了泉的分类［沈照理等，1986］。19世纪，油田地下水的研究积累了大量水化学资料。1930年，前苏联的伊利茵(B．C．Hxbuu)提出了苏联潜水化学分带规律。随后，前苏联学者伊格纳托维奇提出了自流盆地的水化学分带。本世纪中叶，前苏联学者奥弗琴尼科夫建立了水文地质学的一个新分支——水文地球化学。

1912年，德国人凯尔哈克(K，Keilhaek)进行了地下水和泉的分类，总结了地下水的埋藏条件和排泄条件。本世纪20年代至30年代，美国人迈因策尔(O．E．Meinzer)对美国地下水作了总结性描述，并对一系列水文地质概念和术浯进行了探讨。他还在1923年对于1915年提出的安全抽水量重新下了定义[柴崎达雄，1988]，在实质上提出了地下水资源的概念。由此可见，大致在20世纪中叶，有关地下水赋存、运动、补给、排泄．起源、水化学以及水量评价等方面，已有了一套比较完整的理论与研究方法，水文地质学已经确立为一门成熟的学科了。1856年---法国水力工程师达西---------达西定律。达西定律提供了地下水定量计算的依据，奠定了作为学科分支的水文地质学的基础。

1863年----法国人裘布依------地下水稳定井流公式。

886年----奥地利的福希海默------绘制了地下水流网。

1935年-----美国人泰斯---地下水非稳定井流方程——泰斯公式。使地下水定量计-算向实用方向推进厂一大步。实际上早在1925年，在奥地利土力学家太沙基(K．Texzaghi，1883—1963)所提出的土的一维固结理沦中已经蕴含了地下水非稳定流的解法，但因“隔行如隔山”，11年后水文地质学家另行独立地提出地下水非稳定流方程。

越流水文地质模拟技术。发展时期(1946-1999)：转变时期(2000至今)：

核心课题、视野、目标、内容、思路多学科交叉渗透、服务方式。

我国水文地质学的发展历史，可划分为四个阶段：①萌芽阶段（20世纪前）；②初始阶段（1900－1950年），开始应用地质学的基本理论研究地下水；③奠基阶段（1950－1970年），主要有前苏联学术思想影响下，奠定水文地质的理论基础，是区域水文地质学与农业水文地质学的开创时期；④成长时期（1970－2000年），是水资源水文地质学与环境水文地质学的发展时期，主要受西方科学技术思想影响，如系统论、系统工程、计算机技术等新理论、新技术的输入，使我国的传统水文地质学，发展到一个以研究水资源与环境问题为重点的现代水文地质学。

五十年来我国水文地质学的演变与发展

A、50年代―区域水文地质学的开创时期

B、60年代―农业水文地质学的开创时期

C、70年代―环境水文地质学的开创时期

D、80年代―水资源水文地质学的开创时期

E、90年代―信息水文地质学的开创时期地下水系统理论的提出

环境水文地质学的诞生

基于3S技术的地下水科学

地下水污染的控制与处理的发展

深部水文地质学的诞生20世纪水文地质学重要研究领域多相流理论研究

地下水模型的非确定性研究

含水层污染控制与恢复治理

点源污染场地地下水污染的研究

3S技术及网络的应用地下水资源的可持续利用全球环境变化及人类活动对地下水的影响21世纪水文地质科学展望天然状态下的地下水转向人类活动影响下的地下水；饱水带的含水层转向包气带及隔水层；表层地下水转向深层地下水。发展趋势：地下水的利用——坎儿井，近3000年历史地下水的形成和分布与地质环境有密切联系。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。工程地质学是与水文地质学是同时相应发展起来的，因此两者有不少内容相互交叉。地下水积极参与水文循环，一个地区水循环的强度与频率，往往决定着地下水的补给状况。因此，水文地质学与水文学、气象学、气候学有密切关系，水文学的许多方法也可应用于水文地质学。地下水运动的研究，是以水力学、流体力学理论为基础的，并应用各种数学方法和计算技术。水文地质学基础水文地球化学地下水动力学专门水文地质学工程水文地质专题相关学科：水文学、水力学、地质学、构造地质学、地貌学等。水文地质学科分类水文地质学的研究内容

水文地质学是从寻找和利用地下水源开始发展的，围绕实际应用，逐渐开展了理论研究。目前已形成了一系列分支。

地下水动力学是研究地下水的运动规律，探讨地下水量、水质和温度传输的计算方法，进行水文地质定量模拟。这是水文地质学的重要基础。

水文地球化学是水文地质学的另一个重要基础。研究各种元素在地下水中的迁移和富集规律，利用这些规律探讨地下水的形成和起源、地下水污染形成的机制和污染物在地下水中的迁移和变化、地下水与矿产形成和分布的关系，寻找金属矿床、放射性矿床、石油和天然气，研究矿水的形成和分布等。供水水文地质学是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。合理开发利用并保护地下水资源，按含水系统进行科学管理。

矿床水文地质学是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。

农业水文地质学的内容主要包括两方面，一方面为农田提供灌溉水源进行水文地质研究；另一方面为沼泽地和盐碱地的土壤改良，防治次生土壤盐碱化等问题进行水文地质论证。地热是一种新的能源，如何利用由地下热水或热蒸汽携至地表的地热能，用来取暖、温室栽培或地热发电等，以及地下热水的形成、分布规律，以及勘察与开发方法等，是水文地热学的研究内容（地源热泵和地温空调）。

区域水文地质学是研究地下水区域性分布和形成规律，以指导进一步水文地质勘察研究，为各种目的的经济区划提供水文地质依据。

古水文地质学是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。据此，可以分析古代地下水的起源与形成机制，阐明与地下水有关的各种矿产的形成、保存与破坏条件。新技术新方法环境同位素应用(一)地下水年龄测定(二)研究地下水的起源和形成(三)示踪研究地下水运动及水文地质过程的机理(四)测定水文地质参数

环境遥感技术在水文地质中的应用地下水数值模拟地下水运动数值模拟地下水中污染物运移模拟地下水地球化学模拟一、MODFLOW

(modularthree-dimensionalfinite-differenceground-waterflowmodel)

二、VisualMODFLOW三、VisualGroundwater四、FEFLOW

(finiteelementsubsurfaceflowsystem)

水文地质学的发展趋势“当代水文地质学发展趋势与对策”《水文地质工程地质》2005.第1期，51-56，张人权等核心课题转移：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