水文地质学基础习题和答案

绪论(1)水文地质学的研究任务是什么?本课程是煤及煤层气工程专业/岩土工程专业的专业基础课，主要任务是为后续的专业课奠定有关现代水文地质学的基本概念、基本原理。通过该课程的学习，学生能够正确理解水文地质学的基本概念、基本原理，在此基础上能够初步掌握解决工程/煤田水文地质问题的分析方法与思路。(2)地下水的主要功能包括哪些?宝贵的资源①理想的供水水源②重要的矿水资源③良好的景观资源敏感的环境因子地下水是极其重要的环境因子。地下水的变化往往会打破原有的环境平衡状态，使环境发生变化。(人类活动主要通过三种方式干扰地下水，造成一系列不良后果(图14-1)：①过量开发与排除地下水→地下水位下降→地表径流衰减、沼泽湿地消失、土地沙化、海(咸)水入侵等；②过量补充地下水→地下水位升高→土地的次生盐渍化、次生沼泽化；③地下水位下降导致的粘土压密释水释放有害离子、化肥农药的不适当使用、废弃物的无序排放──地下水恶化、污染；④地下水位的变动会破坏其与周围岩土构成的统一的力学平衡，而产生某种效应──地面沉降与地裂缝、岩溶塌陷、地下洞室垮塌或突水、滑坡、岩崩、水库诱发地震、渗透变形。)活跃的地质营力地下水的主要作用是传递应力、传输热量和化学组分、侵蚀(化学溶蚀、机械磨蚀和冲蚀)等。重要的信息载体由于地下水是应力传递者，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，如找矿、地震预报、地质演变。(3)试分析我国地下水分区的特点，并探讨分区的自然背景。略。第一章地球上的水及其循环(1)试比较水文循环与地质循环。水文循环与地质循环是很不相同的自然界水循环：水文循环通常发生于地球浅层圈中，是H2O分子态水的转换、更替较快；水文循环对地球的气候、水资源、生态环境等影响显著，与人类的生存环境有直接的密切联系；水文循环是水文学与水文地质学研究的重点。水的地质循环发生于地球浅层圈与深层圈之间，常伴有水分子的分解和合成，转换速度缓慢。研究水的地质循环，对深入了解水的起源、水在各种地质作用过程乃至地球演化过程中的作用，具有重要意义。(水文循环特点──速度快、途径短、转化迅速。内因──固、液、气三相可相互转化。动力条件──太阳辐射和重力的共同作用。形式──蒸发、径流、降水。)(2)试述我国水资源的特点，并分析其对水文地质工作需求的影响。我国水资源具有以下特点：(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)水质污染比较严重。合理有效地利用及保护水资源，是中国具有战略意义的头等大事。(3)地球上水的循环按其循环途径长短、循环速度的快慢以及涉及层圈的范围，可分为水文循环和地质循环。水循环的大气过程属于水文循环。(4)名词解释：水文循环、地质循环。水文循环是发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的循环。水的地质循环即地球浅部与深部层圈之间水的相互转化过程。(5)水文循环是在太阳辐射和重力作用下，以蒸发、降水、和重力等方式周而复始。水文循环分为大循环和小循环。水文循环分为大循环（海陆间循环）和小循环（海上内循环和内陆循环）第二章岩石中的空隙与水(1)对比以下概念：孔隙度和孔隙比；孔隙度──某一体积岩石(包括颗粒骨架与空隙在内)中孔隙体积所占的比例，即：n=Vn/V其中：n—表示岩石的孔隙度，V—表示孔隙在内的岩石体积，Vn—表示岩石中孔隙的体积。孔隙比----岩石的孔隙比是指某一体积岩石(包括颗粒骨架与空隙在内)中孔隙体积(Vn)与固体颗粒体积(Vs)的比值，即：snVV(2)在一个孔隙度为30%的砾石堆积体中，充填了孔隙度为60%的粉质粘土，试估算该堆积体的实际孔隙度。P17中：n=30%×60%=18%。(3)粘性土的孔隙特点？粘性土中结构孔隙和次生孔隙(虫孔、根孔、裂缝等)的存在，使得粘性土的孔隙率超过理论最大值很多。(4)请对以下陈述作出辨析：①含水介质的固体颗粒越粗大，孔隙度就越大？不正确，粘土由于发育结构孔隙和次生孔隙使得粘性土的孔隙率往往比砾石的空隙度要大！②分布有裂隙的岩石中，一般不发育孔隙？不正确，发育有孔隙。(5)不同含水介质中空隙的连通、分布特征？①赋存于松散岩石中的地下水分布与流动都比较均匀②坚硬基岩中的裂隙是宽窄不等，长度有限的线状缝隙，往往具有一定的方向性，只有当不同方向的裂隙相互穿切连通时，才在某一范围内构成彼此联通的裂隙网络。裂隙的连通性远较空隙差。因此，赋存于裂隙基岩中的地下水相互联系较差，分布与流动往往是不均匀的③赋存于可溶岩石中的地下水分布与流动通常极不均匀。(6)结合水区别于普通液态水的最大特征是具有抗剪强度。(7)岩石孔隙中毛细水的存在形式有支持毛细水、悬挂毛细水、孔角毛细水。(8)两种试样：砂样、砾石样水中浸泡后，快速提出水面，砂样孔隙中会保留什么形式的毛细水，而在砾样孔隙中会保留什么形式的毛细水？砂样孔隙中会保留悬挂毛细水，而在砾样孔隙中会保留孔角毛细水？(9)将上粗下细，或上细下粗的管中滴水，在不饱水情况下，水停留在何处？上粗下细，上细下粗哪种土层容易形成悬挂毛细水？不饱水情况下，停留在细粒土中，下粗上细组成的土层容易形成悬挂毛细水。(10)在土层中挖个洞，在洞内放个接渗皿，能否接到水？—北方地窖，陕北的窑洞。一般接不到水！(11)请分析一下孔隙度与饱和体积含水量之间的关系？参见P21中(12)松散岩石给水度的影响因素有哪些?与岩性有关：与地下水位初始埋深有关：与地下水位下降速度有关：与岩土层结构有关。(13)某岩石的裂隙中，有的充填了细砂，有的充填了粘土，有的没有充填，试分析各种情况下岩石的透水性。裂隙中没有充填物的岩石的透水性最好，充填了细砂的岩石的透水性次之，充填了粘土的岩石的透水性最差。第三章地下水的埋藏(1)对比以下概念：①毛细水带与包气带；包气带自上而下分为土壤水带、中间带和毛细水带②隔水层与弱透水层隔水层：不能透过与给出水，或透过与给出的水量微不足道的岩层。弱透水层：渗透性相当差，在一般的供排水中所能给出的水量微不足道；但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层。④排泄区与补给区含水层从从出露位置较高的补给区获得补给向另一侧出露位置较低的排泄去排泄⑤上层滞水与潜水当包气带存在局部隔水层或弱透水层时，局部隔水层或弱透水层上会聚集具有自由水面的重力水，这便是上层滞水。潜水：饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水。潜水没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板。(2)潜水含水层的给水度和承压含水层的给水度存在很大的区别，你知道为什么吗？潜水含水层的给水度和承压含水层的给水度非常相似，但是在释出（或储存）水的机理方面是很不相同的。潜水含水层所释出的水来自部分空隙的排水；而承压含水层释放的水来自含水层提及的膨胀以及含水截止的压密（从而与承压含水层的厚度有关）(3)请对以下陈述作出辨析：在排泄区，地下水不接受大气降水的补给；不正确，在排泄区也可接受补给。只有测压水位高于地面的地下水才叫承压水；不正确，只要测压水位高于隔水顶板的地下水都为承压水。地面的污染物可通过包气带扩散到潜水中，但不会影响承压水。错误，只要承压水与潜水有水力联系，就会受到影响。(4)在地下水的补给、径流、排泄上，承压含水层具有哪些特点？补给与排泄：有限区域与外界联系，水循环交替慢，平均滞留时间长(年龄老)，可恢复性差。水化学特征：变化较大，可以是淡水，也可能是卤水。不易污染，一旦污染，很难净化！动态变化：较稳定，如果分布面积大，厚度稳定，则调节能力很强。(5)在无入渗补给而有蒸发排泄的条件下，如果潜水含水层地下水水位逐渐下降，其上部包气带的含水量将减少，而地下水蒸发强度将减弱。(6)思考题：A-粉砂岩，B-页岩，C-断裂，D-矿道。AB大坝DC回答下列问题：这组地层是含水层还是隔水层？粉砂岩为含水层，页岩为弱偷水层!煤层开采，巷道(矿坑)会否有水？会有水,因为断层和粉砂岩导水!如果需要修水库，建坝后库水是否渗漏？会渗漏,粉砂岩透水性好!如供水的需要是否为含水层？粉砂岩为含水层!第四章地下水的运动(1)请对比以下概念①渗透流速与实际流速。渗透流速是假设水流通过包括骨架与空隙在内的断面时所具有的一种虚拟流速实际流速就是是通过断面空隙的流速②渗透系数与渗透率。渗透系数不仅与岩石的物理性质有关，而且还与流体的物理性质有关。渗透率仅与岩石的物理性质有关，不受流体的物理性质的影响。③水头与水位。水头表示含水层中某一点的能量的大小，具有长度单位。水位表示某一点地下水水面所处的高程(2)请对以下陈述作出辨析潜水面如果不是流线，则流线可能向下穿越潜水面，也可能向上穿越潜水面；正确。地下水总是从高处往低处流；错误，地下水总是从能量高的地方流向能量低的地方。含水层孔隙度越大，则渗透系数越大；错误，粘土的孔隙度很大，但其渗透系数很小。当有入渗补给或蒸发排泄时，潜水面可以看作一个流面。错误，当有入渗补给或蒸发排泄时，潜水面既不是流面也不是等水头面？(3)一般情况下，可以用渗透流速除以孔隙度得到实际流速，这个实际流速与水质点的流动速度有什么联系？P37中。(4)达西定律有哪些适用条件，分析一下该定律在裂隙含水层中应用时需注意哪些问题？地下水必须保持层流运动才符合线性定律近年来的实验表明，当地下水为流速较大的层流运动，V-I开始偏离一直线，不符合达西定律；雷诺数(Re)为小于1-10时的层流运动才符合达西定律。(5)隔水底板水平的均质各向同性河间地块，两河完全切割含水层至隔水底板，均匀稳定入渗，两河排泄地下水，两河水位相等且保持不变。请绘制其流网。第五章包气带水的运动(1)当潜水水位下降时，支持毛细水和悬挂毛细水的运动有什么不同特点？当潜水水位下降时，支持毛细水随水位向下运动，悬挂毛细水不运动。(2)对于特定的均质包气带，其渗透系数随着岩石含水量的增加而增大直至为一常数，所以渗透系数是含水量的函数；正确。ABC5cm7cm(3)当细管毛细上升高度为10cm，粗管毛细上升高度为5cm时，A管、B管、C管毛细上升高度各为多少？0O’(4)如图，已知管中砂的毛细上升高度为10cm。稳定条件下，比较A、B、C三点的水头值(HA、HB、HC)，并在图上标出相应的高度。A10cm5cmACBHA=HB=HC=000第六章地下水的物理性质与化学性质(1)请对比以下概念溶滤作用地下水与岩土相互作用下，岩土中某些组分向地下水中转移的过程。溶滤作用的结果，岩土失去部分可溶物质，地下水获得新的组分，地下水的矿化度升高。浓缩作用地下水在蒸发作用下，水分不断失去，盐分相对浓集，而引起的一系列地下水化学成分的变化过程，结果形成高TDS，易溶离子为主的地下水(Cl-、Na+为主)。混合作用成分不同的两种地下水混合后，形成化学成分与原来两者都不同的地下水，这便是混合作用。(2)请对以下陈述作出辨析：地下水中的氧气和二氧化碳主要来源于补给地下水的降雨；不正确，地下水中的二氧化碳主要来自于土壤，氧气来自于大气降水和地表水。通常深部地下水处于还原环境，而浅部地下水由于氧气较为丰富，处于氧化环境；正确。当含有NaCl和MgSO4的地下水发生浓缩作用时，NaCl首先析出；不对，MgSO4首先析出。在我国的干旱和半干旱地区，由于农业不合理的大水漫导致土地次生盐碱化，这是溶滤作用的结果。错误，由于浓缩作用。3)溶解了大量CO2的地下水在温度升高或压强降低时将发生脱碳酸作用。(4)由深循环地下水补给的、温度较高的泉水中，阳离子通常以Na+为主，这是由于(d)的结果。a.溶滤作用；b.脱硫酸作用；c.浓缩作用；d.脱碳酸作用5)在某含水层的局部地区，沿着地下水流动方向，SO42-浓度显著下降，HCO3-浓度则显著升高，试回答以下问题：(A)什么样的化学作用可能引起这种变化？脱硫酸作用。（在还原环境中，当有机质存在时，脱硫酸细菌能使SO42-还原为H2S：）(B)