水文地质学

水文地质学老师给的重点问题及答案1水文地质学的研究内容:水文地质学是研究地下水的科学。研究对象：地下水：水文地质学研究范畴。基本规律：地下水的形成、赋存、运动规律，即地下水水量与水质随时空变化规律；分析方法：微观上以概念为基础单因素分析；宏观上以地下水系统为基础的综合分析；应用领域：利用上述原理和方法兴利除害，为人类服务。2水文循环：地球表层圈的水，即大气水、地表水和地壳浅部岩石空隙的地下水之间的相互交替与转化。地质循环：地球深部层圈水与表层圈水之间的转化过程大循环是指海洋与大陆之间的水分交换,小循环是海洋或大陆内部的水分交换3地下水来源渗入水：降水渗入地下，最为常见；凝结水：空气中水蒸气凝结进入岩石空隙形成，沙漠或干旱地区常见；初生水：从岩浆中分离出的水汽冷凝而成；埋藏水：在沉积物形成时期与沉积物同时4岩石中的基本空隙及主要特征孔隙:呈孔状，连通性好，分布均匀;孔隙的大小取决于颗粒的大小、排列方式、分选程度、颗粒形状以及胶结程度等。裂隙:具有不均一性，表现为裂隙的宽度、长度、密度以及连通性等差异较大；空间形态两向延深的“饼”状，单个裂隙孤立；溶隙:形态和大小变化大，不均匀性尤为突出2.1.4空隙特征对比均匀性方向性连通性孔隙均匀不具方向性好裂隙不均匀具有方向性裂隙发育方向连通性好溶穴（隙）极不均匀有方向性总体差，局部可能很好5孔隙对地下水赋存及运移的意义孔隙的多少：影响储存地下水的能力；孔隙的大小：影响地下水运移和循环的能力衡量孔隙的多少用孔隙度(n)来表示，即单位体积岩石(V)(包括孔隙在内)中孔隙(Vn)所占的体积。孔隙度的大小取决于颗粒排列方式(图2-2)、分选程度、颗粒形状以及充填胶结程度。对于粘性土，结构及次生空隙、裂缝是影响孔隙度的重要因素。孔隙的大小取决于颗粒的大小、排列方式、分选程度、颗粒形状以及胶结程度等6岩石中水的存在形式气态水结合水重力水毛细水固态水矿物水岩石空隙全部被充满、在重力作用下运动的液态水称为重力水由于毛细力的作用而充满岩石毛细空隙中的水称毛细水。类型：支持毛细水、悬挂毛细水、孔角毛细水；7.岩石的水理性质容水性与容水度持水性与持水度给水性与给水度透水性与渗透系数容水性是指岩石能够容纳一定水量的性能，衡量岩石容水性大小的指标叫容水度（Wn），即岩石所能容纳水的体积（Vn）和岩石总体积（V）之比：。一般说来，容水度在数量上与孔隙度、裂隙率和岩溶率相当持水性是指重力释水后，岩石能够保持住一定水量的性能，主要是结合水和部分孔角毛细水或悬挂毛细水；一般地，颗粒越小，其表面积越大，表面吸附的结合水越多，持水度也越大，松散岩石持水度数值见下表；给水性是指饱水岩石在重力作用下，能自由给出一定水量的性能；衡量岩石给水性的指标叫给水度（μ），μ是地下水位下降1个单位深度时单位水平面积的岩石柱体（V）在重力作用下释放出的水的体积（Vg）。给水度、持水度以及容水度的关系：μ=Wn-Wm透水性指岩石可以被水透过的性能，衡量岩石透水性的指标称渗透系数（K），还与流过其中液体的性质有关8影响岩石渗透系数的因素影响因素：孔隙度，孔隙通道变化与曲折性，颗粒的分选程度，岩石所含矿物成分，松散岩石的结构构造9.地下水的分类及特征含水介质类型（赋存空间）：孔隙水、裂隙水、岩溶水；埋藏条件（赋存部位）包气带：上层滞水；各含水层及其隔水层在饱水带：潜水、承压水上层滞水定义：离地表浅部包气带中局部隔水层之上的重力水；水量小，季节性存在，变化显著，易污染潜水埋藏在地表以下、第一个稳定隔水层所以上、具有自由水面的重力水动态：受外界影响大，气象、水文因素影响明显，易污染；水循环：周期短、恢复快；特征：u基本特征是具有自由水面，不承压；u分布区与补给区经常一致；u动态变化大，资源调节性差，随季节性调节明显；u潜水在重力作用下，始终由高水位向低水位不断运动；u埋深浅、无隔水顶板，易受地面污染的影响；表示方法：水文地质剖面图及等水位线图。（1）水文地质剖面图：水文地质剖面图是在地形地质剖面图的基础上绘上有关水文地质资料的剖面图；要素：水位、含水层、隔水层、厚度变化等；（2）等水位线图：等水位线图是潜水面等高线图，是在潜水面标高相同的点连接而成的；承压水是埋藏并充满两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水；特征：Ø承受静水压力；Ø补给区与分布区不一致；Ø动态变化不显著，受水文气象要素影响较小；Ø不具自由水面，在静水压力作用下交替运动；Ø水质不易受污染，一旦污染，治理难度大等水压线：等水压线图也就是承压水测压水位等高线图，它是反映承压水面特征的一种基本图件。利用等水压线可解决如下实际问题：（1）确定承压水的流向、水力坡度、判断含水层岩性和厚度的变化；（2）可以确定测压水位的埋藏深度和承压水的水头大小；（3）可以确定潜水与承压水间的相互关系。10地下水的运动渗透：地下水在岩石空隙中的运动；特点：在整个含水层过水断面上是不连续的，是岩石中实际存在的水流状态；渗流：不考虑渗流途径的迂回曲折，只考虑地下水流向，假想岩石的空间全被充满的水流（假想水流）；渗流≠渗透，渗流符合渗透的满足条件：•对于同一过水断面，渗流的流量等于通过该断面的实际渗流流量；•渗流在任意体积内所受阻力和渗透水流所受的阻力相同层流：在岩石空隙中渗透时，水质点有秩序的、互不混杂的流动；紊流：水流质点无秩序的、互相混杂的流动。稳定流：水在渗流场内运动，各运动要素不随时间改变的水流非稳定流：运动要素随时间变化的水流运动称为非稳定流。线状流（一维流）：渗流场中任意点的速度变化只与空间坐标的一个方向有关的水流线性关系式：Q=由于Qwv则vKI上述两个关系式称为达西定律公式中的v称为渗流速度(渗透流速)。由于过水断面w既包括透水的孔隙面积，又包括不透水的颗粒所占的面积。因此渗透速度v并不是水流的真实速度，而是假设水流通过包括砂粒和孔隙在内的整个断面所具有的一种虚拟平均流速。因此实际平均流速u大于渗透流速V。u=ne为有效空隙度渗透系数的影响因素：§岩石的孔隙性（孔隙大小影响大于孔隙多少）；§渗透液体的物理性质（粘滞性），流网：在渗流场中，由一系列等水头线与流线组成的网格，其中，等水头线与流线相互垂直，流线一般与隔水层平行；流线：某时刻在渗流场中画出的一条空间曲线，该曲线上各个水质点的流速方向都与这条曲线相切（某时刻各点流向的连线）；等水头线：在某时刻，渗流场中水头相等各点的连线（水势场的分布）；流网的意义：§解释水文地质现象；§判断地下水系统内部结构；§分析地下水的补给、排泄、径流特征§计算渗流场任意点的水头、压强、水力坡度、渗透流速等；§据流网选择垃圾填埋场位置等。达西定律很可能考计算题11地下水化学成分存在形式地下水的化学成分各种气体的指示意义：①O2含量高指示氧化环境；封闭环境下，氧被耗尽只剩下N2，则为大气起源封闭环境；②富含H2S和CH4的地下水，指示封闭的还原环境；③气体成分增加水对盐类的溶解能力→促进水-岩的化学反应（即相互作用）主要离子成分5.2地下水的化学成分地下水中含量多的有七大离子：阴离子：HCO3-，SO42-，Cl-阳离子：Ca2+,Mg2+,K+,Na+5.2地下水的化学成分低矿化度水中的常见离子：HCO3-，Ca2+，Mg2+，常来源与沉积盐岩、岩浆岩、变质岩的风化溶解高矿化度水中的常见离子：Cl-,Na+,K+，沉积盐岩（钠盐、钾盐）的溶解、变质岩风化溶解，海水影响中等矿化度的常见离子：SO42-：沉积盐类溶解、金属硫化物的氧化、火山喷发;H2S气体氧化、人类活动—燃烧煤产生大量SO2，SO2氧化后形成之，大气中SO42-过高时，降“酸雨氯离子（Cl−）氯离子在地下水中广泛分布，但在低矿化水中一般含量仅数毫克／升到数十毫克／升，高矿化水中可达数克／升乃至100克／升以上。地下水中的Cl−主要有以下几种来源：（1）来自沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解；（2）来自岩浆岩中含氯矿物〔氯磷灰石Ca5(PO4)3Cl、方钠石NaAISiO4•NaCl〕的风化溶解；（3）来自海水：海水补给地下水，或者来自海面的风将细沫状的海水带到陆地，使地下水中Cl−增多；（4）来自火山喷发物的溶滤；（5）人为污染：工业、生活污水及粪便中含有大量Cl−，因此，居民点附近矿化度不高的地下水中，如发现Cl−的含量超过寻常，则说明很可能已受到污染。Na+、K+离子：由于K+的性质与Na+相近，含量少，分析比较费事，所以，一般情况下，将K+归并到Na+中，不另区分。Na+来自沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解，还可来自海水；K+来自含钾盐类沉积岩的溶解，以及岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解钙离子（Ca2+）、镁离子（Mg2+）：钙离子（Ca2+）：来源于碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解，以及岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解。镁离子（Mg2+）：来源于含镁的碳酸盐类沉积（白云岩、泥灰岩），此外，还来自岩浆岩、变质岩中含镁矿物的风化溶解。12地下水的化学性质地下水的酸碱性用H+浓度或pH值表示，pH值＜7，呈酸性水；pH值=7，呈中性水；pH值＞7，呈碱性水地下水的氧化-还原电位氧化环境的特点：水中含游离O2、Eh大，pH值小；还原环境的特点：水中不含游离O2、Eh小，pH值大。地下水的总矿化度总矿化度M是表示地下水中含盐量多少，表征水矿化程度的指标，指地下水中所含各种离子、分子及化合物的总量，以g/L表示由于水中含有Ca2+、Mg2+而具有的性质，可分为：总硬度：水中含Ca2+、Mg2+的总量；暂时硬度：水加热沸腾后，从水中析出的Ca2+、Mg2+含量；永久硬度：水加热沸腾后，仍留在水中的Ca2+、Mg2+含量；永久硬度=总硬度-暂时硬度碳酸盐硬度：水中与HCO3-含量相当的Ca2+、Mg2+含量，若γ（Ca2+、Mg2+）＞γ（HCO3-），可用碳酸盐硬度代替暂时硬度，若水中HCO3-含量＞总硬度，多余的HCO3-含量成为负硬度。地下水的侵蚀性地下水的侵蚀性主要表现为含侵蚀性的CO2水对混凝土的侵蚀、硫酸对混凝土的侵蚀以及酸性水对机械设备的侵蚀。13地下水的化学形成作用在自然界中改变地下水中化学成分的作用主要有溶滤作用、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等六种。而随着人类活动的加强，人为作用在改变地下水化学成分中的地位也愈来愈重要。溶滤作用是形成地下水化学成分的基本作用，它是水和岩石相互作用时，岩石中一部分物质溶于水中的作用。浓缩作用地下水因蒸发失去水分，造成盐类积累浓缩的作用。脱碳酸作用由于CO2从水中逸出，发生碳酸盐沉淀的作用称脱碳酸作用。脱硫酸作用：在还原环境中当地下水中含有有机物时，脱硫细菌等微生物能将水中SO42-还原为H2S，使SO42-减少或消失的作用。产生条件：封闭、还原环境（煤矿深部）阳离子交替吸附作用岩石颗粒吸附地下水中某些阳离子，而将原先吸附的阳离子转移至地下水中，使地下水化学成分发生改变的作用H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+混合作用两种或两种以上不同化学成分、不同矿化度的地下水混合后，形成一种与原有两种水化学成分或矿化度全然不同的新型地下水的作用。人为活动人类的生产生活活动也会使地下水的化学成分发生改变，而且随着生产的发展，认为影响会越来越大。具体表现如下14地下水化学成分的表达形式库尔洛夫表示法：用分式的方式简明地表示水的化学成分：（1）毫克当量百分数＞10%的离子需列入分式；（2）从大到小的顺序在分子上排阴离子、分母上排阳离子；（3）百分含量排离子右下角、原子数右上角；（4）分式前标明矿化度（M）、微量元素和气体，单位g/L；（5）分式后面水温t、流量Q。定名：毫克当量百分数＞25%的阴阳离子参与定名，阴离子在前，阳离子在后，含量从大到小。因此，上述水样定名为：HCO3-Ca型水。Piper在完善前人分类和图示方法的基础上，提出由两个三角形和一个菱形来图示地下水的化学成分的方法，称之为皮珀三线图解法，如图4-16；具体看课本，很重要16地下水的补给来源大气降水补给§地表水补给§凝结水补给§含水层间补给§地