水文地质学基础课件.

1《水文地质学基础》授课人：刘金峰教材：王大纯等《水文地质学基础》/地质出版社/1995实验讲义：周淑敏等《水文地质学基础实验讲义》/经济学院/1999参考教材：于开宁等《水文地质学》/经济学院/1998课时：理论课与课堂练习50，实验课：4工程学院2005、32水文地质学的概念、研究对象、内容；水文地质学在经济建设中的作用；地下水的功能；水文地质学的发展概况。绪言3水存在于：江、河、湖、海、渠、坑、塘等洼地——地表水大气层——大气水生物体内——生物水地壳浅部（十几公里，主要1～2公里）—地下水矿物结晶格架—地下水岩浆源——地下水地幔带——地下水*地下水圈—地表以下至地幔带，各个深度之间的水具有一定的水力联系，从而构成一个统一的含水整体，即地下水圈。4*地下水——赋存在地表以下岩石空隙中的水。***水文地质学——是研究地下水的科学。它研究地下水与周围环境（岩石圈、水圈、生物圈、大气圈）及人类活动的相互作用下，其水质、水量的时空变化规律；并研究如何运用这些规律兴利除害，造福于人类。研究地下水，头脑中要建立下面的概念5•[地下是有水的，•水是变化和运动的，•其变化和运动是有规律的，•该规律是可以认识的.][地下水的物理、化学作用作为一种地质营力，时刻都在改造着环境。地下水在改造环境的同时，本身也被改造。]6一、地下水的功能（品格、特性）1、地下水是一种宝贵的资源可用淡水=（大气水+地表水+地下水）0.61%地下水=（可用淡水）98.5%①分布广，变化稳定（质、量、时空）；②水质良好，不易污染；③保证率高；④数量大，便于利用。若集聚较多的盐分与元素（溴、碘、锶、钡等）就成为具有工业价值的液态矿床—工业矿水。若含有某些特殊组分（锶、氡等）或具特殊性质（温度），就成为矿水（饮之健体者叫矿泉水）。7饮用矿泉水标准（GB）H2SiO325mg/l游离CO2250mg/lLi0.2mg/lSr0.2mg/lZn0.2mg/lI0.2mg/lM1000mg/l(ArRn)82、地下水是一种活跃的地质营力•地质营力，是地质作用改造环境的能力。•*地下水的地质作用，是地下水与环境介质之间的相互作用。•水对于许多物质来说，可看作一种溶剂和载体。水在运动中要与周围介质发生各种物、化作用，从而改变着环境面貌，同时也改变着水本身的物、化性质。•花岗岩化作用、变质作用、地热迁移、有些金属矿产、岩溶地貌、地面沉降、地裂缝、滑坡、崩塌、河流的搬运与堆积、岩石风化等现象，都与地下水有关。9•3、地下水是传递地球内部信息的载体•地下水在环境介质中运动，二者相互作用的结果，双方都被改造，都“扑获”了对方的某些物质和信息（如成分、温度、压力等）•水化学找矿。•地热异常。•人们可象诊脉看病一样，根据地下水的某些异常现象来判断地球内部的某些变化。如地应力、地热、地球化学等方面的变化，都可以通过地下水水位、水温、水质等的异常情况加以研究判断。10•4、地下水是重要的环境要素•没有地下水植物则不能生长；水缺了旱，水多了涝。•地下水位高了会引起土壤盐渍化、沼泽化。•地下水位降低了会导致土壤沙化或沙漠化、草场退化、地面变形（地面沉降、地裂缝、地面塌陷）。•劣质水变坏饮之伤身：缺碘会引起甲状腺肿大，高氟使骨质疏松、变脆、牙齿变黄；含盐过多不能饮用，甚至不能灌溉农田。*地下水污染——在人类作用下使地下水水质向着不利于人的生存和发展方面变化的现象。11•综上所述，地下水具有多方面的功能和作用，与人类有着极其密切而复杂的关系，具有积极和消极两方面的意义。我们的任务就是要在水文地质学理论的指导下，搞清地下水的形成、赋存、演化规律，合理有效的开发利用地下水资源，发挥其积极作用；同时还要充分认识地下水与环境的关系，合理干预他们之间的平衡，使水文地质过程向着有益于人类生活和生产方向发展。同时，还要对业已出现的有关地下水的环境灾害问题——水资源枯竭，地面变形、海水入侵、土壤盐碱化、沙化等，采取相应的措施加以控制和解决，称之为兴利除害。12•二、《水文地质学基础》与其他学科的关系•地下水活动的复杂性与广泛性，决定了水文地质学学科的综合性，它与许多学科相互渗透，共同发展。如：•水质的变化——水文地球化学及水分析技术。•水量问题——地下水动力学及计算技术、大气降水及地表水方面的知识。•水与环境的关系——环境水文地质学、生态学、植被学、土壤学等。•地下水的赋存——地层岩石、地质构造、第四纪地质、地貌。13•三、水文地质学发展过程（自学）•此类问题的基本思路：•任何一种学科的发展，都是由低级向高级螺旋式的逐渐发展起来的。该过程一般都是伴随着人类生活、生产以及生存的需要而出现的。需要将成为各个学科发展的强大动力。14四、水文地质学发展的趋势1、由寻找地下水转为解决地下水资源问题；2、研究范围由饱水带含水层到包气带及相对隔水层在内的整个含水系统；3、研究对象由饱水带岩石空隙中的水扩展到地下水圈；4、理论研究、实验研究与技术方法的应用相结合，使水文地质学由定性分析向严密的定量分析方向发展；5、水文地质学与环境科学相结合。15第一章地球上的水及其循环自然界中水的形成。自然界中水的分布。自然界中水的循环。影响水循环的因素—气象、水文、地质等因素。教学提示：本章从自然界水的分布及其统一性来认识地下水，重点阐明地下水资源是地球水资源的一部分。16•一、地球上的水•地球各层圈（地核、地幔、地壳、水圈、生物圈、大气圈）都有水，但不同层圈中水的含量、分布、物化状态差别甚大。•地壳上部（15km)[岩石圈、生物圈、水圈、大气圈]不受高温、高压影响，以H2O的形式存在（液态、固态、气态），含量很大，为14亿km3，占地球水的99.98%。•地壳下部（15~35km3):-------压密的汽水溶胶。•上地幔:H2O----------------OH-+H+•下地幔、地核:OH-------H++O--17自然界的水循环1819二、自然界的水循环*自然界的水循环—地球各层圈之间水的相互联系相转化的过程。1、地质循环—地球深部层圈与浅部层圈之间水分的相互转化过程。2、*水文循环—大气水、地表水和地壳浅部水之间的相互转化过程。•在太阳热和重力的作用下，水文循环以蒸发、降水、径流等方式周而复始的进行着，保持着天然的水分平衡。根据水文循环中水的运动途径不同，水文循环又分为大循环和小循环。（1）大循环—发生在海洋与大陆之间的水分交换过程。（2）小循环—发生在海洋或陆地内部的水分交换过程。20三、影响水文循环的气象、水文因素（一）、气象因素大气中主要由氮（78%）、氧（21%）和少量的二氧化碳、臭氧、水汽和尘埃构成大气质量。1、大气圈结构2、大气的热源3、主要气象要素：a、气温；b、气压；c、湿度；d、*蒸发；e、*降水。（二）、径流。（地表径流和地下径流，两者都是在重力作用下，水沿地表或地下的流动过程.它们都是按系统分布的，该系统称之为水系）21*地表水系—汇注于同一干流的所有水道与干流一起构成的地表径流系统。*流域—一个水系所分布的范围。分水岭（分水线）—两个流域间地形最高点线。*流量（Q)—单位时间内通过河流某一断面的水量（m3/s)。Q=F*VF—过水断面面积V—水的平均流速径流总量（W)—某一时段内通过河流某一断面的总水量（m3)。W=Q*T*径流摸数(M)—单位流域面积上产生的流量（L/s)。M=Q/F*103(1L=10-3m3)22*径流深度（Y)—计算时段内的径流总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（mm)。Y=W/F*10-3*径流系数（a)—同一时段内流域面积上的径流深度（mm)与降水量(mm)的比值。a=Y/X•我国水文循环概况(自学)23我国水文循环概况及特点(2~1)24我国水文循环概况及特点(2~2)25我国水文循环概况及特点(2~3)26第二章岩石中的孔隙与水分岩石的孔隙。水在岩石中存在的形式：结合水、毛细水、重力水等。岩石的容水性、持水性、给水性、透水性。有效应力原理与松散岩石的压密。教学提示：本章应着重阐明岩石的孔隙性与其对水的储容、滞留、释出及透过能力的关系；利用太沙基有效应力原理，解释地下水位下降引起地面沉降的基本机制27一、岩石中的空隙—岩石中大小不等、形状各异的空间。*岩石中的空隙性—岩石空隙的大小、多少、形状、连通情况和分布点。岩石中的空隙按成因分为三大类：a.松散岩石中的孔隙；b.坚硬岩石中的裂隙；c.可溶岩中的溶穴（溶洞）。1、孔隙—松散岩石中颗粒或颗粒集合体之间的空隙。*孔隙度（n)—包括孔隙在内的某一体积（V）岩石中孔隙体积（Vn）所占的比例。n=Vn/V或n=Vn/V%28松散岩石的孔隙度大小决定着它的储水能力，孔隙度越大，储水越多。*孔隙度大小取决于下列因素：a.*颗粒的大小和分选程度（均匀程度）；b.颗粒的排列方式；c.颗粒形状及胶结物充填情况。其中颗粒的大小和分选性最为关键。一般，颗粒越小、越均匀的松散岩石其孔隙度越大，储水能力越强。之外，颗粒的松散排列、形状的不规则、少胶结和少充填，都会使孔隙度加大，增加储水能力。粘性土由于会产生结构孔隙和次生空隙，其孔隙度大小另当别论。29松散岩石分类（按粒径的毫米数大小）漂砾、块石200大于罐头盒•卵石、碎石200~20玻璃球~罐头盒•砾石、石屑20~2大米~鹌鹑蛋•砂2~0.05（粗、中、细）大米~小米~粗玉米面•粉砂（土）0.005~0.05细玉米面•黏土0.005特粉•混合类：砂粘（砂质黏土），以黏土为主但含少量砂砂卵石，以卵石为主，含少量砂。………………..302、裂隙—坚硬岩石中由破裂变形而产生的裂缝式空隙。（按成因可分为三种）a.成岩裂隙—岩石在形成过程中产生的裂隙。b.构造裂隙—岩石在构造运动中受力破坏所产生的裂隙。C.风化裂隙—岩石在风化作用下破坏而产生的裂隙。*裂隙率(Kr)—岩石中裂隙的体积Vr与包括裂隙在内的岩石体积V之比。体积裂隙率—（同上）。面积裂隙率—单位面积岩石上裂隙面积所占的比例。线裂隙率—在垂直于裂隙方向上单位长度内裂隙所占比例。313、溶穴—可溶岩在地下水作用下所产生的洞穴。*岩溶率（Kk)—溶穴的体积Vk与包括溶穴在内的岩石体积V之比。Kk=Vk/V(小数或百分数）岩石中的空隙是地下水赋存的场所和运移通道。但这些空隙必须依一定形式连接起来构成网络，才具有给水意义。空隙网络特征如下：a.松散岩石：连通性好、分布均匀、各向同性。b.坚硬岩石:宽窄不等、长短不一、分布不均、方向性强、连续性差。c.可溶岩:溶穴大小悬殊、分布极不均匀。*按含水空隙介质类型，可将地下水分为：*孔隙水；*裂隙水；*岩溶水。32岩石中水的存在形式*岩石空隙中的水*按水的物理状态分为：气态水、液态水、固态水；*按水的受力状态分为：结合水{强结合水（吸着水）、弱结合水（薄膜水）}、毛细水、重力水。岩石“骨架”中的水（矿物结合水）：沸石水—矿物结晶格架之间空隙中的水.[不牢]结晶水—矿物结晶格架之上的水。[较牢]结构水—矿物结晶格架之中的水。[牢靠]331.结合水（强、弱）—在静电引力作用下，岩石固相表面所吸附的水。*2.重力水—岩石空隙中能在自身重力作用下而运动的水。*3.毛细水—赋存在岩石毛细孔隙中的水。包括：悬挂毛细水、触角毛细水、孔角毛细水）4.气态水—未饱水岩石空隙中以气态形式存在的水。5.固态水—冰6.矿物中的水→沸石水、结晶水、结构水。34三、与水的储存和运移有关的性质*1、容水性—岩石能容纳一定水量的性质。*容水度—饱水岩石中所容纳水的体积与岩石总体积之比（小数或百分数，在数值上与孔隙度、裂隙率、岩溶率相等）*2、持水性—饱水岩石在重力作用下释水以后，其中仍能保持一定水量的性质。*持水度—饱水岩石在重力作用下释水以后，仍能保持的水的体积与岩石体积之比。（教材中：地下水位下降一个单位深度时,单位水平面积岩石柱体中反抗重力而保持在岩石空隙中的水量。）35*3、给水性—饱水岩石在重力作用下能够释出一定水量的性质。*给水度—饱水岩石在重力作用下所释出的体积与岩石体积之比。（地下水