水文地质学基础,课件(15章全,共400页)

第1章绪论Introduction第1章绪论目的与要求：（1）掌握水文地质学的研究对象与研究内容；（2）了解学科发展历史和趋势；（3）掌握地下水功能。本章内容1.1水文地质学的研究对象1.2地下水的功能1.3水文地质学发展简史1.4当代水文地质学的特点第1章绪论1.1水文地质学的研究对象（Thescopeofhydrogeology）地表水１江、河、湖、海、渠、坑、塘等洼地2地壳浅部（十几公里，主要1～2公里）矿物结晶格架岩浆源地幔带地下水3大气层生物体内大气水生物水水的赋存1.1水文地质学的研究对象（Thescopeofhydrogeology）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。1.1水文地质学的研究对象（Thescopeofhydrogeology）1.水文地质学的含义：是研究地下水的科学。hydrogeologygroundwater2.水文地质学的研究内容：它研究地下水与周围环境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。1.2地下水的功能（Functionsofgroundwater）水对人类生活与生产起着不可或缺的重大影响地下水是水资源组成部分其主要功能（functions）为：1、地下水是一种宝贵的资源2、地下水是一种重要的地质营力3、地下水是不可忽视的致灾因子4、地下水是活跃灵敏的生态环境因子5、地下水是地球内部地质演变的信息载体1、地下水是一种宝贵的资源a)供水水源——优点：分布广，动态变小，洁净，不易污染据报道：陆地一半为干旱、半干旱地区1/3耕地，2/3牧区水源不足城市供水不足，近来更有增加趋势世界上，阿拉伯国家-进口雨水，中东的长期摩擦一是石油，二是水80年代以来，我国城市缺水总体也愈来愈严重，很显然：水资源的欠缺严重制约着国民经济的可持续发展1.2地下水的功能（Functionsofgroundwater）我国西北缺水剪影1.2地下水的功能（Functionsofgroundwater）我国耕地与农村用水地下水灌溉面积其它灌溉面积60%全国60%的耕地全部或部分使用地下水灌溉农村饮用地下水饮用其它水95%全国95％以上的农村饮用地下水1.2地下水的功能（Functionsofgroundwater）1、地下水是一种宝贵的资源b)液体矿产（liquidmining）地下水高含盐类或稀有元素，开发提炼具有工业开采价值如四川自贡，三叠纪岩层中的卤水，每升达300g之多医疗或健身功能的矿泉水（Naturalmineralwater）疗养院，天然矿泉水厂，啤酒厂等—寻找特殊功能的水资源开发提取一定的能量（热能，冷能）地下水地下水的露头──泉井，往往具有冬暖夏凉的特点，地球浅层是常温带─保温作用，起到“冬灌夏用，夏灌冬用”地球是个天然热库──可以供热，供取暖等用处1.2地下水的功能（Functionsofgroundwater）2、地下水是一种重要的地质营力——地壳内能量、热量的传输者传递应力：水为诱发地震，地质灾害是地下水作用人工地震预报──观测地下水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1.2地下水的功能（Functionsofgroundwater）3、地下水是不可忽视的致灾因子地下水会引发各种灾害：岩土体位移、水库诱发地震、地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷、潜蚀管涌、矿坑与隧道突水、海水入侵含水层、石窟文物损坏等。岩溶塌陷地面沉降导致铁路下沉变形1.2地下水的功能（Functionsofgroundwater）4、地下水是活跃灵敏的生态环境因子地下水是影响生态与环境的重要因素之一地下水的变化往往会打破原有的生态平衡，使环境发生变化──即可以有益，也可以是有害的有害的例子：农业用水不当的次生盐渍化、不统一开采，河西走廓的民勤县，绿州变沙漠、过量开采地下水──地面沉降（上海、天津）、海水入侵，地面岩溶塌陷，地下水污染等地下水与其周围的环境，人、水、热、动是个相互依存的有着内在联系的生物生存链，打破一个环节就会引起或正或负的反馈（报复）1.2地下水的功能（Functionsofgroundwater）4、地下水是活跃灵敏的生态环境因子地下水利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重1.2地下水的功能（Functionsofgroundwater）城市防洪设施标准降低，外滩防洪挡水墙越筑越高地下水利用产生的环境问题：上海地面沉降1.2地下水的功能（Functionsofgroundwater）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地下水利用产生的环境问题：地下水污染1.2地下水的功能（Functionsofgroundwater）5、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，同时又是在流动——所以地下水水位，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）：成矿如找矿、找油、地震预报、地质演变1.2地下水的功能（Functionsofgroundwater）1.3水文地质学发展简史（Briefhistoryofhydrogeology）四个时期：1856年以前的萌芽时期，1856年至本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----一大转折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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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1.3水文地质学发展简史（Briefhistoryofhydrogeology）1.4当代水文地质学的特点(Thefeaturesofmodernhydrogeology)水文地质学——水资源的核心课程1）核心课题转移2）研究视野扩展3）研究目标改变4）研究内容扩展5）研究思路的改变6）多学科交叉渗透成为主流7）多技术手段的应用8）学科性质的转变第2章地球中水的分布与循环DistributionandCycleofWaterontheEarth第2章地球中水的分布与循环目的与要求：（1）了解地球中水与量的分布、我国的水循环状况与水量分布特征；（2）掌握水文循环与地质循环的概念。本章内容2.1地球中水的分布2.2地球中水的循环2.3中国水资源概况2.4中国地下水概况第2章地球中水的分布与循环2.1地球中水的分布（WaterdistributionoftheEarth）2.1地球中水的分布（WaterdistributionoftheEarth）地球浅部的水及所占比例水体种类亿km3%淡水亿km3%海洋水13.3896.5400地表水0.24251.750.241769.0地下水0.23701.710.108330.9土壤水0.000160.0010.0001650.05大气水0.0001290.00090.0001290.04生物水0.0000110.000010.0000110.003总储量13.861000.3503100淡水占全球水量的2.5%2.1地球中水的分布（WaterdistributionoftheEarth）CompanyLogo冰冻\积雪冰冻\积雪地下水河湖水淡水2.5%咸水97.5%2.2地球中水的循环（WatercycleoftheEarth）地球上各层圈的水，处于不断相互转换之中水循环分为：水文循环、地质循环水文循环—地球浅表，转换交替迅速。（重点讨论）地质循环—发生于大气圈到地幔之间，转换交替缓慢。2.2地球中水的循环（WatercycleoftheEarth）水文循环（hydrologiccycle）(1)定义：大气水、地表水和地壳浅表地下水之间的水分交换。水文循环示意图——环节或要素(2)水文循环的划分循环路径不同：大循环（海-陆）、小循环（海-海，陆-陆）时空尺度不同：全球水文循环、流域水文循环、水-土-生系统水文循环(3)水文循环的运动规律海洋的蒸发量大于降水量陆地的降水量大于蒸发量大陆输入水汽量与输出水量基本平衡水文循环示意图转下页2.2地球中水的循环（WatercycleoftheEarth）水文循环示意图降水蒸发径流水汽输送入渗蒸发降水水汽输送思考：水文循环发生的动力条件是什么？2.2地球中水的循环（WatercycleoftheEarth）(4)水文循环的作用：通过循环—水的质量得以净化、水的数量得以再生水资源不断更新与再生，可以保证在其再生速度水平上的永续利用──也是可持续发展保证(5)影响水文循环的因素气象因素自然地理条件人类活动等结果：有利于蒸发，不利于径流，促进内陆水文循环2.2地球中水的循环（WatercycleoftheEarth）从水文循环角度看《水文地质学基础》相关学科从水文循环来看，地球上的水资源是个整体，研究地下水科学需要与相关学科相结合《普通地质学》、《第四纪地质学》、《自然地理学》《陆地水文学》、《水文气象学》等相关知识参考与工程应用角度《水资源开发工程》、《土质土力学》等后续课程《地下水动力学》、《水文地球化学》、《水资源开发与保护》等基础类、应用类和技术方法类课程2.2地球中水的循环（WatercycleoftheEarth）地质循环（geologicalcycle）定义：发生于大气圈到地幔之间的水分交换水的地质循环2.3中国水资源概况（AnoverviewofwaterresourcesinChina）8004002005012003000200016001200800600400200502.3中国水资源概况（AnoverviewofwaterresourcesinChina）中国的大气降水22781139570全国平均值全国平均值的一半全国平均值的四分之一人均淡水资源m33394603864452198209115018894141113204836033452981125018751391266830291812375451530628782544248011074090298120102.3中国水资源概况（AnoverviewofwaterresourcesinChina）我国各省人均淡水资源2.3中国水资源概况我国水资源特点：（1）降水偏少，年总降水量比全球平均降水量少22%；（2）人均水资源量偏低；（3）空间分布不均匀，东部丰富，西部贫乏；（4）季节及年际变化大，旱涝灾害频繁；（5）水质污染较严重。2.4中国地下水概况（AnoverviewofgroundwaterinChina）2.4.1地下水的供水意义：1）分布广泛2）变化稳定3）具有天然调节性4）水质良好5）易于开发利用2.4中国地下水概况（AnoverviewofgroundwaterinChina）2.4.2中国地下水分区：4个大区，8个亚区第3章岩土中的空隙和水TheIntersticesandWaterinRocks第3章岩土中的空隙和水目的与要求：（1）掌握岩土中的空隙、水的存在形式以及与水的储容及运移有关的岩土性质；（2）理解有效应力原理与松散岩土的压密。第3章岩土中的空隙和水本章内容3.1岩土中的空隙3.2岩土中的水3.3与水有关的岩土性质3.4有效应力原理与岩土体变形破坏3.1岩土中的空隙（Intersticesinrocks）1.定义岩土：岩石，水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层。岩土中的空隙：岩、土中各种类型的空洞的总称。是地下水的储容空间（places）和