水文地质学课程设计书

华北水利水电学院专门水文地质学课程设计课程设计的目的在学习供水水文地质学有关知识的基础上，通过阅读永交市水文地质图，查明区域水文地质条件，进行地下水资源评价、选择供水水源地及进行开采设计；以达到理论联系实际，培养分析问题和解决实际问题的能力．设计提纲及内容要求一、自然地理条件1．地形：根据图中水文网的发育及所附剖面图上的地形变化分析本区地势特点及汇水条件．2．水文：分析水文网的发育情况、水系发育与地形、岩性及构造的关系．利用水文站所测资料绘制河流流量历时曲线，根据曲线分析河流流量变化特点。3．气候：绘制该区气象要素曲线：分析降水及蒸发情况．二、区域地质条件1．地层：分析各层的层序、岩性及分布规律．2．构造：分析区域构造特点、主要构造类型的展布规律及对地形和水文网的控制作用。三、区域水文地质条件1．地下水类型及埋藏分布规律：根据地层岩性、结构及钻孔、泉等资料划分地下水类型及含水岩组，并分析各含水岩组的含水性及埋藏分布规律．2．地下水补给、径流情况与排泄方式，并分析地表水与地下水的转化关系．3．地下水化学特征，根据所附资料，总结本区地下水化学性质、水质类型及变化规律。4．地下水动态：分别绘制14号孔，晋柏泉和兰村泉的水位或流量动态曲线，分析各曲线特点及影响动态变化的主要因素。四、地下水资源评价1．地下水水质评价选择代表性水点分别按生活用水、工业锅炉用水和农田灌溉用水的水质坪准进行评价，确定适宜生活用水、工业用水和农田灌溉用水的含水层（组）及分布范围。2．地下水水量评价根据永交市区域水文地质条件，按所划分的区域选择评价方案。(1)基岩山区地下水补给资料评价．①根据水文站及泉的资料，计算基岩地区不同类型地下水的径流模数；②根据径流模数计算地下水补给量；③根据晋柏泉动态，采用相关分析法预测丰、平及枯水年的泉水流量；（2）平原区地下水补给资源评价①建立均衡方程式②根据动态观测资料计算不同地区臃水入渗系数③计算平原地区地下求补给量五、地下水开采设计1．选择永交市供水水源地根据区域水文地质条件及地下水资源评价的结果，选择永交市供水水源地(近期需水量为3万立方米／日，远期为5万立方米／日)。2．农田灌溉开采设计枣阳河冲积平原需进行农田灌溉，耕地面积为2万亩，进行开采设计．(1)计算单井开采量，按6英寸深井泵(按抽水量50立方米／时计)，每年5、6、7三个月用水，每天开机16小时计算；(2)根据灌区地下水补给量，计算开采井数；(3)根据灌区面积计算开采井井距及确定布井方案；⑷按开采强度法检验中心区水位降深是否符合要求。六、结论及建议分析所得结论及评价中存在的问题，指出进一步工作的意见。具体设计内容第一部分自然地理条件地形由永交市地质图和地质剖面图可以看出，该地区东边高，西边低，东部和南部均为山区，西部和北部基本上是平原等地势较低的地形，呈现出阶地地形。由图还可以看到有一条贯穿永交市北东至南西的断层带。其西面是贯穿南北的黄河，还有南北流向的汾阳河和东西流向的涞阳河分别通过低洼地汇集到黄河。由地形特点可以得出该地区的汇水条件为河流发育于地势较高的山地，向地势低洼的山谷、平原流动；地下水也从地势较高的山地处向低洼的平原流动。水文该地区的水系是由黄河、莱阳河、汾阳河组成的。汾阳河发源于东南部石平峰，涞阳河发源于东北部紫阳山，汾阳河为南北走向，涞阳河为东西走向，它们分别都汇入北部的东湖，再从东湖流入黄河，补给黄河。该地区被这几条河流环绕，在几条河流汇集区域，地表水和地下水资源都十分丰富。永交市的断层构造对地下水的出露形成泉起了重要作用，断层处地势较低洼为汇水区，地下水会顺着断层带向地表涌出，形成泉。资料给出的各水文站所测资料为：根据以上资料绘制河流流量历时曲线：曲线1为汾阳河上站，曲线2为枣阳河站，兰村泉未绘出。根据图中曲线，可以看出7、8、9月份流量较大，枣阳河站春季断流1、2、3、4月份流量为0，7、8、9月份是雨季，所以河流流量较大。汾阳河1、2、3、4、5、6月处于枯水期，7、8、9、10月份流量增大，11、12月份再次进入枯水期。可见河流流量随季节变化较大。气候气象观测资料为：根据资料绘制气象要素曲线：如上曲线图所示，该地区的气候总特点是：全年气温差较大，降水主要集中在夏季，且蒸发量大于降水量，为典型的温带大陆性气候特征。永交地区的气温在5、6、7、8、9月份较高，地下水蒸发量较大，其余月份气温较低，地下水蒸发量较小，降水多集中在5—9月份，蒸发量4—8月份最大，其余时间蒸发量小。该地区蒸发量大于降水量，地下水面降低，该地区缺水严重。在各种气象因素当中，降水量对水文地质的影响十分重要，一个地区水资源的丰富程度主要取决于降水量。第二部分区域地质条件地层由地质图和剖面图可以看出该地区地层从老到新由太古系、元古系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、第四纪组成。岩层由花岗岩向太古界片麻岩、元古界砂岩及大理岩、下奥陶统灰岩夹白云岩、石炭系砂页岩夹有灰岩及煤层到上更新统冲积层，上更新洪积层、全新统冲积层逐层递变，岩层含水性由弱变强，特别是冲积层和湖积层其岩层组成基本上是淤泥、砂层、砂砾层、黄土等含水性比较好的岩层。构造气象观测资料-50050100150123456789101112月份降水量/气温0100200300400蒸发量气温降水量蒸发量永交市地区主要受到一个大断层的控制，断层的西北盘基本上为第四纪冲积和湖积层。而断层东南盘是一个向斜构造。由于受到风化作用和地表水的侵蚀，此区域地形上复杂多变，地貌丰富。这就是本区域的主要构造特点。断层的形成是伴随着向斜构造的形成一起形成的。在向斜的形成过程中，向斜两侧受到力的作用，当岩层内的应力超过了岩石的受力极限时，岩层则发生断裂，形成这一断层。并且由剖面图分析可知，断层的下盘相对上升，上盘相对下降，在后来的外力作用下，上盘由于低洼，所以主要受到沉积作用，从现在也可看到，上盘覆盖大量的沉积物和第四系的冲积物、湖积物，基岩已完全看不见；下盘则由于相对上升，地势高，主要受侵蚀作用的影响，风化剧烈，形成地形上的凹凸不平。在三叠系后的某段时间地质地质活动比较强烈，可以看出地层形成大概在三叠系后更新统前期的一段时间形成的。断层周围一般会发育大量的裂隙，而裂隙与断层是地下水良好的天然储存场所，其周围的地下水资源十分丰富，其上会发育有泉，河流等。从地质图可以看出两个断层上发育有兰村、晋柏、西冶三个比较大的泉。断层总体使得本区表现为东部、南部高，西部、北部高的特点。由以上分析可知，断层上盘下降，因此，堆积大量第四系沉积物，地形表现为平原、河漫滩、洼地；而断层下盘上升，基岩出露，风化侵蚀强烈，所以地形上表现为山地。断层下盘的基岩出露的山地地区，为河流的发源区；而断层上盘的平原、洼地由于地势低平，成为河流的汇集区，形成湖泊或是支流汇入干流。第三部分区域水文地质条件地下水类型及埋藏分布规律由图可以看出该地区的地下水主要为潜水。含水岩层组为砂层、砂砾层、亚黏土及黄土，它们都是含水性比较好的岩层，其分布范围大致为全新统的冲积层、湖积层，上更新统的洪积层、冲积层。又由图可以看出平原相对于周围的地形是低洼的，且周围高地的岩层基本上为隔水性比较好的灰岩、页岩、大理岩、片麻岩、花岗岩。该区域地下水类型还有饱气带水和承压水。饱气带水埋藏于最上层，主要赋存于亚黏土层中；来源于大气降水的入渗、地表水的渗漏，由地下水面通过毛细水上升输送的水分，以及地下水蒸发形成的气态水。承压水位于潜水层以下，主要赋存于砂岩、砂砾岩层、黏土层；该地区承压水含量相对较少。地下水补给、径流与排泄，地表水与地下水的转化关系地下水的补给来源有大气降水、地表水、凝结水，来自其他含水层或含水系统的水等。而在本区地下水的补给主要为周围高地的地下水补给、地表水补给（湖，河）及少量的降水补给。地表径流：主要是来不及发生入渗的降水及河流水有地势高处向地势地处的流动。地下水径流：由于各地区地势、渗透性、降水量不同而引起的地下水的渗流或越流。本区地下水的径流方式主要是在岩溶区表现为沿着大通道快速流动，而到了平原区则作渗流流动。地下水的排泄是指含水层或含水系统失去水量的过程。在排泄过程中，含水曾于含水系统的水质也发生变化。研究含水层（含水系统）的排泄包括排泄去路、排泄条件、与排泄量等。地下水通过泉、向河流泄流及蒸发、蒸腾等方式向外界排泄。此外，还存在一个含水层向另一个含水层的排泄以及人工排泄。而在本区，地下水的排泄方式主要是以泉、蒸发和蒸腾方式进行排泄。大气降水一部入渗地下，另一部分以地表水径流方式流入河流，河流中的水继续为补给地下水服务，同时，大气凝结水也进入地层，地下水在流动过程中，地表大量蒸发、植物吸收以蒸腾形式返回大气，最终以降水形式返回地面，另一方面，地下水在排泄区以各种形式排泄掉转化为地表水，在这个大气水--地表水--地下水的循环转化过程中交换着水量、能量、热量，保持着水的动态平衡。地下水的化学特征由表四及表五所给的水质分析成果表可以看出，该地区除东湖及其附近地区（全新统湖积层）外。地下水的矿化度小于1.5g/L，对照舒卡列夫分类图表可以看出该地区基本上为沉积岩地区典型的溶滤水。水中矿化度的大小基本与分水岭及河流的距离远近相关。离河流越远、分水岭越远矿化度就越高，反之就越低。该地地下水中主要的阳离子为：Na、Ｋ、Ca、Mg。主要的阴离子为：氯离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子。PH值为７.５左右，水呈弱碱性，总硬度较高，所含气体少，耗氧量低，无H2S、Pb2+等有害成份。晋柏泉及西冶泉在整个地区来说总硬度比较高，5号孔潜水碱性较大。5号孔潜水及湖水矿化度均较高。地下水动态14号孔、晋柏泉、兰村泉的水位或流量、降水量图如下：14号孔：1９８３年１４号孔地下水动态及降水观测表月份/内容1月份2月份3月份4月份5月份6月份水位平均/月4.00mm4.12mm4.20mm4.23mm4.21mm4.18mm降水总量/月4.8mm12.0mm20.4mm23.2mm9.9mm58.2mm月份/内容7月份8月份9月份10月份11月份12月份水位平均/月3.92mm3.63mm3.165mm3.17mm3.29mm3.72mm降水总量/月130.0mm167.0mm114.0mm13.9mm23.2mm00.10.20.30.40.50.61970年1月1970年3月1970年5月1970年7月1970年9月1970年11月晋柏泉流量mm/s兰村泉流量mm/s0204060801001201401601801983年1月1983年3月1983年5月1983年7月1983年9月1983年11月降水量/mm水位深/M晋柏泉：年度/项目平均流量（立方米/秒）降水量（米）19620.18450.519630.19610.65719640.18980.52719650.18110.38419660.18970.57019670.18840.54819680.18510.46919690.18910.54219700.17990.47019710.17840.45519720.15830.23519730.19120.73619740.17620.36819750.16470.47719760.17530.50919770.568晋柏泉与兰村泉流量图晋柏泉降水量(62-77)010020030040050060070080019621964196619681970197219741976年份晋柏泉降水量图由以上三个表的曲线可以看出14号井的水位也基本上不随降水量的改变而改变。晋柏泉的流量基本上保持常年不变，并不随降水量的变化而变化。兰村泉的流量就明显的随降雨量的改变而发生波动。第四部分地下水资源评价地下水水质评价地下水水质标准评价是选择代表性水点分别按生活用水、工业锅炉用水和农田灌溉用水的水质标准进行评价，确定适宜生活用水、工业用水和农田用水的含水层（组）级分布范围。对于生活用水除了气味、口味、浊度、颜色以外，还要考虑其到用水地区的距离，水的矿化度、细菌、酸碱性与及各种离子。而对于工业用水，其