水文地质学考博试题

1anh参考教材：水文地质学基础，专门水文地质学1.地下水的含水系统和流动系统的含义与区别地下水含水系统往往由含水介质和相对隔水介质组成,它既包括饱水带又包括包气带。地下水含水系统在概念上更侧重于介质的空隙特性及地质结构。根据不同的地质背景条件,地下水含水系统可分为基岩构成的含水系统和以松散堆积物为主的含水系统。地下水流动系统是指由源到汇的流面群构成的、具有统一时空演化过程的地下水统一体。地下水流动系统的概念是以地下水渗流场的认识为基础的,除水文地质参数的空间差异外,不刻意区分含水层和隔水层。2.地下水动态的影响因素与含义地下水动态是指在自然和人为因素的影响下，地下水的水位、水量、水化学成分、水温等随时间的变化状况，地下水动态提供含水层或含水系统的系列信息。地下水动态受气候、水文、地质和人类活动等因素的影响，研究得比较多的是潜水水位变化，它实际上反映了潜水含水层水量收入（补给）与支出（排泄）之间的关系。气候因素气候是影响潜水动态最活跃的因素。雨季，降水入渗补给使潜水位上升，潜水矿化度降低；雨季过后，蒸发和径流排泄使潜水位逐渐下降，在翌年雨季前出现谷值，潜水矿化度升高。这种一年中周而复始的变化，称为季节变化。气候的多年变化，则使潜水位发生相应的多年周期性起伏水文因素地表水体附近，地下水动态受地表水的明显影响。河水位上升时，近岸处的潜水位上升最快，上升幅度最大；远离河岸，潜水位变化幅度变小，反应时间滞后。气候水文因素决定了地下水动态的基本模式，而地质因素则影响其变化幅度与变化速度。例如，承压含水层受到上覆隔水层的限制，补给区动态变化强烈而迅速，远离补给区则变得微弱而滞后。对于潜水，包气带厚度越大，滞留于包气带中的水便越多，潜水位的变化越滞后于降水。地质因素人为因素影响地下水的天然动态：例如，打井取水后，天然排泄量的一部或全部转由采水井排出，如采水量超过补给量，地下水位则逐年下降。再如，利用地表水大水漫灌而不加强排水，潜水位将因灌水入渗补给而逐年上升，引起土壤次生沼泽化或盐渍化。3.地下水污染的含义与特点地下水污染是指人类活动使地下水的物理、化学和生物性质发生改变，使其溶解的或悬浮的有害成分的浓度超过了国家或国际规定的饮用水最大允许浓度。4.包气带、饱水带，地下渗流的基本运动方式2达西定律Q=KFh/L式中Q为单位时间渗流量，F为过水断面，h为总水头损失，L为渗流路径长度，I=h/L为水力坡度，K为渗透系数。关系式表明，水在单位时间内通过多孔介质的渗流量与渗流路径长度成反比，与过水断面面积和总水头损失成正比。从水力学已知，通过某一断面的流量Q等于流速v与过水断面F的乘积，即Q=Fv。或，据此，达西定律也可以用另一种形式表达v=KIv为渗流速度。上式表明，渗流速度与水力坡度一次方成正比。说明水力坡度与渗流速度呈线性关系，故又称线性渗流定律。达西定律适用的上限有两种看法：一种认为达西定律适用于地下水的层流运动；另一种认为并非所有地下水层流运动都能用达西定律来表述，有些地下水层流运动的情况偏离达西定律，达西定律的适应范围比层流范围小。这个定律说明水通过多孔介质的速度同水力梯度的大小及介质的渗透性能成正比。这种关系可用下列方程式表示：V=K[（h2－h1）÷L]。其中V代表水的流速，K代表渗透力的量度(单位与流速相同,即长度/时间)，（h2－h1）÷L代表地下水水位的坡度（即水力梯度）。因为摩擦的关系，地下水的运动比地表水缓慢得多。可以利用在井中投放盐或染料，测定渗流系数和到达另一井内所需的时间。5.地下水渗流的数学方式有哪些优缺点。1、直线渗透定律（达西定律）被广泛应用来研究地下水的运动。达西定律是在稳定运动条件下得到的。当渗流运动为非稳定运动时只是渗流速度和水力坡度值随时间在变化。近年来的研究成果表明，达西定律的适用范围并非包括全部的层流。当雷诺数（Re）增大，水流的惯性作用增张到不可忽略不计时，尽管水流仍保持层流型态，但渗流速度与水力坡度之间却不再是线性关系，此时达西定律不适用。所以，惯性作用较小而可以忽略不计是达西定律的一个适用条件。2、当地下水呈紊流型态运动时，采用哲才—克拉斯诺波里斯基公式表示紊流渗透的基本定律。式中，KT为地下水呈紊流型态运动时空隙介质的渗透系数。它与水的性质、空隙介质的结3构特点有关外，还取决于空隙介质固体骨架壁的粗糙程度。3、裘布依基本微分方程裘布依在分析地下水运动特征的基础上指出，绝大多数地下水流具有缓变流的特点。以此为条件，以达西公式为基础，可以得到裘布依基本微分方程。裘布依基本微分方程式与达西公式的微分式在形式上虽完全相同，但二者是有区别的。裘布依基本微分方程中的dH/dL表示水流为缓变流或沿流向剖面上具有缓变流特征时过水断面的水力坡度。一因而，层流及缓变流(或沿流向剖面上具有缓变流特征)是裘布依基本微分方程的适用条件。6.大气降水的补给地下水的因素有哪些？主要有年降水总量、降水特征、蒸发强度、包气带的岩性与厚度、地形、植被等。降水量的相当一部分要用于补充水分亏缺。因此年降水量过小时，能够补给地下水的有效降水量很小；年降水量大则有利于补给地下水。降水强度过大而超过地面入渗速率时，将产生地表径流。间歇性的小雨则每次降雨量仅足以湿润表层，雨后蒸发消耗。上述两种情况均不利于地下水获得补给。不超过地面入渗速率的绵绵细雨对地下水补给很有利。包气带渗透性好，有利于降水入渗补给。包气带厚度(潜水埋藏过大)，则包气带滞留的水量也大，不利于补给地下水。但是如果潜水埋深过浅，毛细饱和带达到地表，也不利于降水入渗。在降水强度超过地面入渗速率时，地形坡度会使地表坡流迅速流走，使地表径流增加，平缓与局部低洼的地势有利于滞积表流，增加降水入渗的份额。森林可滞蓄降水而减少地表径流。但过密的植被会有较强的蒸腾消耗。上述各种影响因素是相互制约、互为条件的，不能孤立地加以分析。7.抽水试验的目的和意义。抽水试验是确定含水层参数，了解水文地质条件的主要方法。采用主孔抽水、带有多个观测孔的群孔抽水试验，包括非稳定流和稳定流抽水实验，同时要求观测抽水期间和水位恢复期间的水位、流量、水温、气温等内容，了解试验基地及其所在地区的水文气象、地质地貌及水文地质条件。目的(1)确定含水层及越流层的水文地质参数：渗透系数K、导水系数T、给水度、弹性释水系数、导压系数a、弱透水层渗透系数K'、越流系数b、越流因素B、影响半径R等。(2)通过测定井孔涌水量及其与水位下降（降深）之间的关系，分析确定含水层的富水程度、评价井孔的出水能力。(3)为取水工程设计提供所需的水文地质数据，如影响半径、单井出水量、单位出水量、井间干扰出水量、干扰系数等，依据降深和流量选择适宜的水泵型号。4(4)确定水位下降漏斗的形状、大小及其随时间的增长速度；直接评价水源地的可开采量。(5)查明某些手段难以查明的水文地质条件，如确定各含水层间以及与地表水之间的水力联系、边界的性质及简单边界的位置、地下水补给通道、强径流带位置等。意义：确定地下水的主要补给来源及方向，抽水影响范围及程度，水源地岩溶含水层的富水性及供水保证能力，水源地附近地下水与地表水之间的水力联系，水源地附近主要断裂带构造的水力性质，水源地抽水对下游地的影响及水文地质参数与水源地地下水允许开采量的计算。8、水文地质图反映了哪些问题？反映某地区的地下水分布﹑埋藏﹑形成﹑转化及其动态特征的地质图件（主要表示地下水类型、产状、性质及其储量分布状况等的地图）。是某地区水文地质调查研究成果的主要表示形式。水文地质图按其表示的内容和应用目的，可概括为3类：综合性水文地质图、专门性水文地质图、水文地质图。⑴反映某一区域内总的水文地质规律的综合性水文地质图。以区域内的地质﹑地形﹑气候和水文等因素的内在联系为基础，综合反映地下水的埋藏﹑分布﹑水质﹑水量﹑动态变化等特征，以及区域内地下水的补给﹑径流﹑排泄等条件。综合性水文地质图的比例尺常小于1:10万。⑵为某项具体目的而编制的专门性水文地质图。如地下水开采条件图﹑供水水文地质图﹑土壤改良水文地质图等。这类图的内容以水文地质规律为基础，同时又考虑应用目的的经济技术条件。专门性水文地质图多采用大于1:10万的比例尺。⑶表示某一方面水文地质要素的水文地质图。例如，地下水水化学类型图﹑地下水等水位线图﹑地下水污染程度图等。9、过量开采地下水引起的环境地质问题：①开采条件恶化，资源枯竭，地下水位下降，增加采水的能耗，大量水井报废。②破坏了原有的水文循环，如泉水干枯、沼泽、湿地被疏干等，赖以生息的物群消亡，在干旱地区，地下水位下降导致包气带水分供应不足，植被衰退；表土裸露易遭风蚀，造成沙漠化；依靠植物的野生动物衰减，导致生态全面退化。③含水层的天然应力发生改变，采排地下水引起地面沉降和塌陷。④拦蓄与引入地表水因地下水均衡破坏，导致土壤次生沼泽化与盐渍化，使土地荒芜；⑤海水或咸水入侵淡水含水层，导致水质恶化；⑥人为影响地下水水质污染。10、根据等水位线图能够解决哪些水文地质问题？（1）潜水等水位线图：反映潜水面形状，是潜水面的等高线图。利用该图可以研究和解决以下问题：A．确定潜水流向，潜水在重力作用下，垂直于等水位线，由高水位处流向低水位处。B．确定地下水的水力坡度，进而确定地下水流速。沿水流方向取任意两点的水位差，除以5两点间投影在平面上的直线距离，即可得出水力坡度。C.调查地下水的埋藏深度。某一点地表的海拔高度，减去该点潜水位的海拔高度，即为该处地下水的埋藏深度。D.确定潜水与地表水的补给关系。判断地表水、泉水与潜水等的关系，当地表水水位高于潜水水位，地表水补给潜水；反之，潜水补给地表水。E.研究和布设排水工程的设置等。在潜水等水位线图上，排水工程一般布局在数值较小的一侧。在排水沟走向的选择上，为增加排水面积，排水沟一般沿与等潜水位线平行的方向伸展。（2）承压水等水位线图：反应了虚构的承压水面的形状，同潜水等水位线图一样，利用该图可以确定承压水的流向及水力坡度；定性判定含水层的厚度与渗透性的变化。11、潜水、承压水的概念，区别与联系饱和带中第一个稳定隔水层之上、具有自由水面的含水层中的重力水，成为潜水。充满于两个稳定隔水层之间，含水层中具有水头压力的地下水，称为承压水。⑴饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称作潜水。潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板。潜水的水面为自由水面，称作潜水面。从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层厚度。潜水面到地面的距离为潜水埋藏深度。特征：由于潜水含水层上面不存在隔水层，直接与包气带相接，所以潜水在其全部分布范围内部可以通过包气带接受大气降水、地表水或凝结水的补给。潜水面不承压，通常在重力作用下由水位高的地方向水位低的地方径流。潜水的排泄方式有；两种：一种是径流到适当地形处，以泉、渗流等形式泄出地表成流入地表水，这便是径流排泄。另一种是通过包气带或植物蒸发进入大气，这是蒸发排泄。潜水直接通过包气带与大气围及地表水圈发生联系。所以，气象、水文因素的变动，对它影响显著，动态有明显的季节性变化特点；潜水积极参与水循环，资源易于补充恢复，但受气候影响，且含水层厚度一般比较有限，其资源通常缺乏多年调节性；潜水的水质变化很大，主要取决于气候、地形及岩性条件，潜水容易受到污染。一般情况下，潜水面不是水平的，而是向排泄区倾斜的曲面，起伏大体与地形一致，但常较地形起伏缓和。⑵充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水，叫做承压水。承压水含水层上部的隔水层（弱透水层）称作隔水顶板，下部的隔水层（弱透水层）叫做隔水底板。隔水顶底板之间的距离为承压含水层厚度。特征：承压性是承压水的一个重要特征。承压水受到隔水层的限制，与大气圈、地表水圈的联系较弱。无论在那一种情况下，承压水参与水循环部不如潜水那样积极。因此，气候、水文因素的变化对承压水的影响铰小，承压水动态比较稳定。承压水资源不像潜水资源那样容易补充、恢复，但由于其含水层厚度一般较大，往往具有良好的多年调节性能。6任一承压含水层接受其他水体的补给，必须同时具备两个条件，缺一不可。第一，水体(地表水、潜水或其他承压