1第一章绪论

1水文地质学基础讲授：邵爱军教授、博士FoundationofhydrogeologyHydrogeologyGroundwater,GroundWaterGroundwaterHydrology使用教材：张人权、梁杏等，水文地质学基础，北京：地质出版社，2011年7月第六版。（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）。参考书：1.（加）R.A.弗里泽、J.A.彻里（吴静方译），地下水，北京：地震出版社，1987。（R.A.Freeze,J.A.Cherry,GroundWater,Prentice-Hall.Inc.1979）。2.J.贝尔（李竞生、陈崇希译，孙讷正校），多孔介质流体动力学，北京：中国建筑工业出版社，1983。（JacobBear,DynamicsofFluidsinPorousMedia,AmericanElsevierPublishingCompany,Inc.1972）。国内外期刊:1.水文地质工程地质（HydrogeologyandEngineeringGeology，双月刊，1957年创刊）。主管单位：国土资源部，主办单位：中国水文地质环境监测院，地址：北京海淀区大慧寺20号，邮政编码：100081。2.水科学进展（AdvancesinWaterScience，季刊，1990年创刊）。主管单位：水利部，主办单位：水利部南京水文资源研究所，地址：江苏省南京市西康路1号，邮政编码：210024。3.地球科学（中国地质大学学报，双月刊，创刊于1957年），主办单位：中国地质大学，地址：湖北省武汉市武昌喻家山中国地质大学，邮政编码430074。4.WaterResourceResearch（WaterResour.Res.，WRR），AmericanGeophysicalUnion.5.GroundWater，NationalGroundWaterAssociation.6.SoilScienceSocietyofAmericanJournal（SoilSci.Soc.Am.J.），SoilScienceSocietyofAmerican.2绪言一、基本概念水文地质学––––是研究地下水的科学。具体研究内容：地下水在与岩石圈、地幔、水圈、大气圈、生物圈和人类活动相互作用下，其水量与水质在时间和空间上的变化，以及对各个圈层产生的影响。目的是：服务于人与自然相互协调的可持续发展。地下水––––是赋存于地面以下岩石空隙中的水。饱和带––––岩土空隙完全被水所充满的部分。非饱和带––––地面以下到地下水面之上，岩土空隙被水和空气充填的部分。地下水的功能大体上概括为：资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力与信息载体。二、研究意义水是人类赖以生存的不可缺少的宝贵资源。地下水由于其水质良好，分布广泛，变化稳定及便于利用，因此是理想的供水水源。在我国北方（华北、西北）地下水是主要的生活，以及工农业生产的供水水源。1．农业方面农田灌溉：１kg小麦/1000～1500kg水；1kg皮棉/5000kg水。2．工业方面１t钢/25t水；１t化肥/2.5t水；１t纸/200t水；100万千瓦的火电厂，需水1m3/s3．生活用水城市居民用水；农村居民用水。对于供水水源的地下水，必须查明其分布规律，评价其水量水质––––供水水文地质学。研究、评价水量→地下水动力学。研究、评价水质→水文地球化学基础。中国各种用途的水量表(水量以108m3/a计)年份用水户19491957196519792000城市生活6141849123工业24961815231264农业100119382545419559583总计10312048274447677345注：根据朱学愚钱孝星刘新仁，地下水资源评价，南京大学出版社，1987，P7。4．当地下水中富集某些盐类与元素时，便成为有工业价值的液体矿产––––工业矿水。5．具有一定医疗与保健作用的地下水––––矿水。建立矿泉疗养院，生产瓶装矿泉水。6．热水与热蒸汽是主要的载热流体，利用它们可以地热发电、供暖、建立温室。7．地下水是生态环境系统中的一个子系统（生态环境因子）。地下水天然动态平衡的破坏必然影响生态环境系统的天然平衡状态。8．地下水是极有价值的信息载体，可以提供十分珍贵的环境变化信息。三、与地下水有关的地质灾害与地质环境问题1．农业方面1）用水不当，水利→水害（水位过高）50年代末期，华北平原“以蓄为主”、“水不出田”，拦蓄降水与地表水，只灌不排，地下水位升高，蒸发加强，造成土壤积盐→土壤次生盐渍化。土壤盐渍化––––土壤中含有过量的盐分，影响作物的正常生长，甚至使作物枯死的现象。土壤次生盐渍化––––由于灌溉不当等，使原来正常的土壤产生盐渍化。湿润地区的平原与盆地，由于天然或人为原因造成地下水位过浅，会产生原生或次生的土壤沼泽化。如江汉平原的某些地区。2）用水不当，水利→水害（水位过低）同样，过量开采，使浅层地下水位大幅度降低，会疏干原有的沼泽湿地，使水生植物与水禽等随之消失，使原有的自然景观遭到破坏。在干旱地区，浅层地下水位大幅度降低，绿洲→沙漠。2．城市建设方面过量开发地下水，使地下水位大幅度下降，造成地面沉降。3．海水入侵a.入侵地下淡水；b.土壤盐渍化。4．地下水污染难以治理。生活污水的排放，不适当的使用化肥、农药以及工业排放的大量废水废料等。5．地方病地下水中缺少某种人体必需的元素或过量富集某种元素而不宜饮用。缺碘地区：甲状腺肥大；饮用高氟水：骨质疏松症。6．地下采矿或进行各种地下工程需要排除地下水。突水事故，我国的开滦、峰峰、淄博等煤田。为了查明矿坑水的来源与涌入途径，预测涌水量，进行矿坑水的防治––––矿床水文地质学。7．工程地质问题由于地下水的参与，导致滑坡、水库诱发地震、岩溶塌陷等。4四、发展历史四个时期：a.1856年以前的萌芽时期；b.1856年~20纪中叶的奠基时期；c.20世纪中叶~二次世界大战d．二次世界大战~现在的发展时期。1．萌芽时期：远古人类开始利用地表水与泉水作为供水水源，后来打井采用地下水。2．奠基时期1）1856年法国水利工程师达西（Darcy），通过水流在饱和沙层中的室内试验，得出了著名的达西定律（DarcysLaw）：V=KJ达西定律的提出奠定了地下水定量计算的基础。2）1863年法国学者裘布依(Dupuit），提出了地下水稳定井流公式––––裘布依公式（见地下水动力学）。3）1935年美国学者泰斯（Theis）利用地下水流动与热传导的相似性，得出了地下水非稳定井流方程––––泰斯公式（见地下水动力学）。3．成形时期大致在20世纪中叶，随着资源水文地质学的形成，地下水的理论和研究方法构建了较为完备的框架，水文地质学进入了成形阶段。此时，我国的水文地质学从前苏联引入，并逐渐形成自己的特色(陈梦熊，1993a)。4．发展时期第二次世界大战以后，提出了“越流”、“地下水含水系统”的概念，并将地下水流动系统理论用于分析各种水文地质问题。雅可布（Jacob）、汉图什（Hantush）提出了越流井流公式（见地下水动力学）。1954年，博尔顿（Boulton）通过研究潜水位下降过程中非饱和带滞后释水现象，提出了非饱和带滞后释水的潜水井流公式（见地下水动力学）。由于水环境的恶化，水文地质学家长期注意的焦点：水量→水质→溶质迁移。1）地下水定量计算方面60年代以来，随着电子计算机在水文地质数值计算中的应用，各种复杂的水文地质问5题的数学求解得到解决。数值法：a.有限元；b.有限差2）随着地下水污染、海水入侵问题的不断产生，发展了溶质迁移理论和模型––––对流弥散方程。3）同位素技术方法用于解决水文地质问题。4）在全球数字化过程中（数字地球），应用地理信息系统、全球定位系统、遥感，即3S（GeographicalInformationSystem—GIS、GlobalPositioningSystem—GPS、RemoteSensing—RS）处理水文地质空间数据。5）系统论、信息论、控制论等各种横断科学方法的引入，尤其是系统分析、决策支持系统的应用，为解决与水文地质学有关的复杂技术—社会问题提供了有力工具。五、学科特点20世纪80年代，同步发生的两个重要事件——地球系统科学时代的来临与地下水流系统理论的完善，意味着当代水文地质学时期的来临。当代水文地质学具有以下特点(张人权等，2004，2005)：1)核心课题转移：找水水文地质学—资源水文地质学—生态环境水文地质学。2)研究视野扩展：含水层的局部—整个含水层。含水系统及地下水流系统—生态环境系统—技术—社会系统。3)研究目标改变：由局部性的当前问题，转向全局性可持续发展的课题，转向构建人与自然协调的、良性循环的地下含水系统、水文系统、地质—工程系统、地质环境系统以及地质生态系统等。4)研究内容扩展：从地下水的水量研究为主，转向水量与水质的研究并重；从狭义地下水(饱水带水)的研究，扩大到广义地下水(含饱水带与包气带水)，乃至地下水圈的研究。5)研究思路的改变：以现象的规律为主，转向以机理为主的研究。6)多学科交叉渗透成为主流：传统意义上的水文地质学正在消亡，地下水科学与其他自然科学以及社会科学交叉渗透，正在成为主流。基础性学科：水文地质学基础，地下水动力学，水文地球化学，水文地质调查方法等。专门性学科：供水水文地质学，矿床水文地质学，同位素水文地质学等。7)多技术手段的应用：计算机硬件及软件、遥感技术、同位素方法、地理信息系统等的引入，以及向工程方向扩展，增强了水文地质学解决实际与理论问题的能力。8)学科性质的转变：由单纯的应用性学科分支，转变为地球系统科学的应用性分支以及理论性基础学科分支。思考题1.水文地质学？2.地下水？3.土壤盐渍化？4.土壤次生盐渍化？5.水文地质学是研究的科学。它研究、、大气圈、生物圈及人类活动相互作用下,地下水和在时间和空间上的变化。66.地下水的功能大体上概括为：、、、与。7.试概括地下水的功能及其意义。8.从水文地质学发展历史中能获得哪些启示?9.学习水文地质学有什么意义？10.水文地质学研究内容是什么？11.与地下水有关的地质灾害与地质环境问题有哪些？12.水文地质学的发展大体可划分为哪四个时期？