水文地质学讲义

1《普通水文地质学》绪言一、水文地质学：二、地下水：三、地下水的功能：1、是一种宝贵资源2、生态环境因子3、灾害因子4、地质营力5、信息载体2005-12-62第一章地球上的水及其循环第一节地球上的水水的起源：地球内部逸出。浅部层圈水：大气水、地表水、地下水。深部层圈水：地壳下部水。2005-12-63第二节自然界水循环自然界水循环：地球各个层圈内的水相互联系相互转化的过程。1、水文循环2、地质循环2005-12-64水文循环2005-12-65小循环大循环2005-12-66地质循环岩石圈洋壳岩石圈岩石圈岩石圈岩石圈岩石圈软流圈软流圈软流圈软流圈陆壳陆壳陆壳陆壳洋壳海沟海沟洋壳山脉岛弧火山弧部分熔融部分熔融2005-12-67第三节与水文循环有关的气象、水文因素一、气象常识1、气温：对流层内随高度增加而递减0.5／100m。2、气压：大气质量对物体的压力。3、湿度：绝对湿度（e）、饱和水气含量（E）相对湿度：r＝e／E4、天气与气候5、降水与蒸发2005-12-68二、水文常识1.径流：地表或地下的水流。2.水系：汇注于其一干流的全部河流的总体构成个地表径流系统，称为水系。3.流域：一个水系的全水区域称为该水系的流域。4.分水岭：相邻两个流域之间地形最高点的连线。2005-12-692005-12-6104、流量：系指单位时间内通过河流某一断面的水量。Q＝m／s5、径流总量：系指一时段(T)内，通过河流某一断面的总水量。W＝Q×T6、径流模数：系指单位流域面积上平均产生的流量。M＝Q／F7、径流深度：系指一时段内单位流域面积上的平均水层厚度。Y＝W／F8、径流系数：同一时段内径流深度(W)与降水量(X)的比值。a＝W／X32005-12-611第二章岩石中空隙与水分第一节岩石中空隙一、孔隙1、孔隙度：单位体积岩石中孔隙体积所占的比例。n=Vn/V或n=(Vn/V)x100%2、影响孔隙度大小的因素：分选、排列、颗粒形状、胶结充填；粘性土结构及次生孔隙。2005-12-612二、裂隙1、按裂隙成因分类：成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙。2、评价指标：体裂隙率(Kr=Vr/V)、面裂隙率(Ka=∑bi·li/F)、线裂隙率(kl=∑bi/l)。三、溶隙评价指标：岩溶率(Kk=Vk/V)2005-12-613《水文地质学基础（水文地质及工程地质专业用）》,第9页2005-12-614第二节岩石中水存在的形式一、岩石矿物内部结合水1、沸石水2、结晶水3、结构水二、岩石空隙中的水1、薄膜水(矿物表面结合水)2、重力水3、固态水4、气态水2005-12-615表面结合水的形成2005-12-616毛细水支持毛细水悬挂毛细水孔角毛细水地下水位下降2005-12-617第三节岩石的水理性质1．容水性容水度：容水度是指岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积的比。含水量：松散岩石孔隙中所含水的重量(Gw)与干燥岩石重量(G)的比值，称为含水量。2005-12-6182．持水性持水度：饱水岩石在重力作用下释水后岩石中保持的水的体积与岩石体积之比，3．给水性给水度：地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释放的水的体积称为给水度。4．透水性：岩石的透水性是指岩石允许水透过的能力。2005-12-619孔隙2005-12-620第四节有效应力有效应力(PZ)：作用于骨架上的应力。ABPPZuP＝PZ＋u▲2005-12-621第三章地下水的赋存第一节包气带与饱水带第二节含水层、隔水层与弱透水层第三节地下水分类第四节潜水第五节承压水第六节上层滞水2005-12-622第一节包气带和饱水带土壤水带中间层带毛细水带地下水位包气带饱水带2005-12-623第二节含水层、隔水层与弱透水层2005-12-624一、含水层的形态及分类1、含水层的形态层状、脉状、带状、块状．2、根据含水介质空隙类型划分3、根据含水层的埋藏条件及水力学状态划分4、根据渗透性的空间变化划分2005-12-625二、蓄水构造概念及要素1、蓄水构造的概念是含水层与隔水层相互结合而构成的能够富集和储藏地下水的地质构造．2、蓄水构造组成要素含水层、隔水层、阻水体2005-12-6262005-12-627三、蓄水构造类型1．水平岩层蓄水构造（1）承托式蓄水构造所谓承托式蓄水构造，是指没有侧向隔水边界，只靠水平隔水岩层把地下水托住而形成的蓄水构造。①上层滞水②承托潜水（2）淹没式水平岩层蓄水构造2005-12-6282005-12-6292．单斜蓄水构造岩性变化含水层尖灭断层阻水岩体阻水2005-12-6302005-12-631①向斜蓄水构造3．褶皱型蓄水构造2005-12-632②背斜蓄水构造2005-12-6334．断裂型蓄水构造．①断层蓄水构造2005-12-6342005-12-635②断块蓄水构造2005-12-6362005-12-6372005-12-6385．接触型蓄水构造．①侵入接触蓄水构造②岩脉蓄水构造②不整合接触蓄水构造6．风化壳蓄水构造．2005-12-6392005-12-6402005-12-6412005-12-6422005-12-6432005-12-644第三节地下水分类介质埋藏孔隙水裂隙水岩溶水包气带水土壤水、上层滞水毛细水、过路重力水毛细水、过路重力水过路重力水潜水各类堆积物中浅部的水裸露于地表的各类裂隙岩层中的水裸露于地表的岩溶化岩层中的水承压水各类堆积物中深部的水被掩覆的各类裂隙岩层中的水被掩覆的岩溶化岩层中的水2005-12-6452005-12-6462005-12-6472005-12-6482005-12-649一、潜水1、潜水：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，或只有局部的隔水项板。2、潜水面：潜水的水面为自由水面，称作潜水面。3、潜水含水层厚度：从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层厚度。4、潜水埋藏深度：潜水面到地面的距离为潜水埋藏深度。2005-12-6502005-12-651潜水等水位线图2005-12-652潜水等水位线图能解决下列问题潜水面的形状流向水力坡度含水层的厚度及透水性地下水埋深地下水与地表水的补排关系2005-12-653二、承压水2005-12-6542005-12-6552005-12-656潜水与承压水主要区别1、水面压力2、埋藏条件3、动态4、污染难易程度5、含水层的厚度2005-12-657第四章地下水运动的基本规律第一节重力水运动的基本规律2005-12-658达西定律Q＝KMII＝△H/LL△H2005-12-659第二节毛细水PCHC2005-12-660土名毛细上升高度（cm）粗纱中砂细纱粉砂粉质黏土2—512—3535—7070—150＞200—400毛细水上升高度HC≈0.03／D2005-12-661第二节流网渗流场内可以作出一系列等水头面和流面。在渗流场的某一典型剖面或切面上，由系列等水头线与流线组成的网格称为流网。2005-12-662流线是按流场中某一瞬时的一条线，线上各水质点在此瞬时的流向均与此线相切。迹线是渗流场中某一时间段内其一水质点的运动轨迹。流线可看作水质点运动的摄影,迹线则是对水质点运动所拍的电影。在稳定流条件下，流线与迹线重合。2005-12-663流网图水体2005-12-664分水岭2005-12-665第六章地下水的化学成分一、地下水中主要气体成分二、地下水中主要离子成分三、地下水中其它成分四、矿化度五、化学成分表示方法六、地下水的温度七、地下水化学成分的形成作用2005-12-666一、地下水中主要气体成分1、氧气2、氮气3、硫化氢、甲烷4、二氧化碳2005-12-667二、地下水中主要离子成分地下水中分布最广、含量较多的离子共7种，即；氯离子、硫酸根离子、重碳酸根离子、钠离子、钾离子、钙离子及镁离子2005-12-668三、地下水中其它成分2005-12-669四、化学成分表示式总矿化度：地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量称为总矿化度。库尔洛夫式：（毫克当量百分数小于10的离子不予表示）2005-12-6701、溶滤作用五、地下水化学成分形成作用2005-12-6713、脱硫酸作用：2、脱碳酸作用2005-12-6724、阳离子交留吸附作用不同的阳离子，其吸附于岩土表面的能力不同，按吸附能力，自大而小顺序为：5、浓缩作用2005-12-6736、混合作用7、人类活动在地下水化学成分形成中的作用2005-12-674六、地下水化学成分的基本成因类型一、溶滤水岩土中可溶成分被溶解，这是溶滤水化学成分的基本来源。受岩性、气候、地貌等因素的影响。二、沉积水在封闭的地质结构中，各类沉积物都有可能将沉积时所包含的水分长期埋藏保存下来，因此沉积水又称埋藏水。2005-12-675三、内生水2005-12-676七、地下水化学成分分类＞25%2005-12-6772005-12-6782005-12-6792005-12-6802005-12-6812005-12-6822005-12-683第七章地下水的补给与排泄第一节地下水的补给一、大气降水的补给二、地表水补给三、凝结水补给四、含水层之间的补给五、人工补给2005-12-684大气圈地面包气带含水层地表径流地下径流蒸发入渗降水大气降水补给2005-12-685地表水对地下水的补给1、河床透水性2、过水断面3、过水时间4、水力坡度2005-12-6862005-12-687含水层之间的补给1、潜水补给承压水2、承压水补给潜水通过天窗、导水断层、钻孔发生水力联系。3、越流补给2005-12-6882005-12-6892005-12-6902005-12-691第二节地下水的排泄一、泉排泄二、泄流排泄三、蒸发排泄四、蒸腾排泄五、人工排泄2005-12-692泉的类型根据补给源性质分类1、下降泉2、上升泉下降泉根据出露原因分类A、侵蚀泉B、接触泉C、溢流泉上升泉根据出露原因分类A、侵蚀泉B、接触泉C、断层泉2005-12-6932005-12-6942005-12-6952005-12-6962005-12-697第八章地下水系统地下水系统的概念1、地下水含水系统：由隔水层或相对隔水层圈闭的，具有统一联系的含水岩系。2、地下水流动系统：由源到汇的流面群构成的，具有统一时空变化过程的地下水体。2005-12-698第九章地下水的动态与均衡第一节概念1、地下水动态：地下水各要素随时间的变化。2、地下水均衡：某一时间段内某一地段内地下水量的收支状况。1）正均衡2）负均衡第二节均衡方程式2005-12-699第九章地下水的动态与均衡第一节地下水的动态含水层各要素（水位、水量、水质水温等）随时间的变化称作地下水动态。一、影响因素1、气象2、水文3、地质4、人类活动2005-12-6100二、地下水天然动态类型1、蒸发型2、径流型3、弱径流型2005-12-6101第二节地下水均衡地下水均衡：某一时间段内某一地段内地下水量的收支状况。1、正均衡2、负均衡3、均衡方程式2005-12-6102第十章孔隙水一、洪积扇中地下水基岩泉深埋带溶滤带溢出带过路带下沉带堆积带井2005-12-6103二、冲积平原中的地下水2005-12-61042005-12-6105古河道自然堤现代河道人工堤2005-12-61062005-12-6107第I含水组(Q4)相当于全新统，底界深度10一200米，含水层岩性以粉砂或细砂为主，为多层含水层的淡水，有潜水，也有承压水．第Ⅱ含水组(Q3)相当于上更新统欧庄组，底界120一300米，西浅东深，含水层为中细砂，山前为砂砾石，总厚度一般为20一50米，西部为淡水，东部为咸水，均有承压性，含水层埋藏愈深，水头愈高．第Ⅲ含水组(Q2)相当于中史新统杨柳青组，底界深度15