水文地质学复习重点

水文地质学复习要点第一章1.地下水：赋存于地表（严格地说应该是地下水面，地下水面之上包气带的重力水称为过路重力水）以下各种形式的重力水（可以自由流动）。除了重力水，还有结合水、毛细水等。2.地下水的功能：①作用上的重要性②补给上的有限性；③时空上的多变性④利用上的多样性。水是一种极其活跃的重要的地质营力水（尤其是地下水）承受载荷，是应力的传递者与热量及化学组分的传输者。水也是不可忽视的致灾因子。水还是活跃灵敏的生态环境因子。水是极有价值的信息载体第二章1.水循环概念：地球上各层圈的水是相互联系、相互转化的，这一过程称为水循环。2.地球上各层圈的水也称水系统。自然界的水循环按其循环途径长短、循环速度和涉及的圈层范围分为：水文循环、地质循环。3.自然界的水循环：①水文循环：发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。a大循环：海洋与大陆之间的水分交换为大循环。b小循环：海洋或大陆内部的水分交换称为小循环。②地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程称为水的地质循环，这种由地幔熔岩物质直接分异出来的水叫初生水。第三章1.地壳岩石中的空隙为地下水的赋存提供了必要的空间条件，是地下水存储空间和传输通道，空隙的特征（多少、大小、形状、方向性、连通程度及其空间变化等）决定着岩土储容、滞留、释出以及传输水的性能。岩石空隙可分为三类：a.未固结的松散岩石中的孔隙（第四纪地质学）；b.固结的坚硬岩石中的裂隙（构造地质学）；c.可溶岩石中的溶穴(隙)（岩溶地貌学）。2.孔隙度与颗粒大小没关系，和颗粒的排列方式有关。孔隙的最宽部分称为孔腹，最窄部分称为孔轴。3.岩土空隙中的水有结合水、液态水（重力水、毛细水）、固态水、气态水。4.毛细水有三种类型：将一根毛细玻璃管插入水中，毛细管内的水面即会上升到一定高度，这便是发生在固、液、气三相界面上的毛细现象。①支持毛细水：由于毛细力的作用，水从地下水面沿着小孔隙上升到一定高度，形成一个毛细水带，此带中的毛细水下部有地下水面支持，因此称为支持毛细水。毛细水与地下水面相连，在地下水面支持下存在的，随地下水升降而升降。②悬挂毛细水：细粒层次与粗粒层次交互成层时，在一定条件下，由于上下弯液面毛细力的作用，在细土层（岩石的细小孔隙）中会保留与地下水面不相连接的毛细水，这种毛细水称为悬挂毛细水。③孔角毛细水（触点毛细水）：在包气带中的颗粒接触点上悬留分布的毛细水。悬挂毛细水似串珠状且连续分布，孔角毛细水是孤立的。砾石层中孔隙直径已经超过了毛细管，故不存在支持毛细水。5.与水有关的岩土性质：岩石（土）空隙的大小、多少、连通程度及其分布的均匀程度，对水的储容、运移有明显的影响。⑴容水度：即完全饱水时岩土(石)中所能容纳水的体积与岩土(石)的总体积之比，以小数或百分数表示。⑵含水量是松散岩土孔隙中所包含的水与岩土的比值，常用来说明松散岩石实际保留水分的状况。含水量可采用重量比或体积比表示。对于土壤来说，含水量也称为含水率。⑶给水度：饱水岩土(石)在重力作用下能自由流出(排出)一定水量的性能，称为岩土(石)的给水性。岩土(石)的给水性好坏用其给水度来衡量。给水度是潜水含水层的主要参数之一。影响给水度的因素：①岩性：粗颗粒，孔隙大，μ大，≈n；细颗粒，孔隙小，μ小；②初始地下水位(H0)埋藏较浅时：当H0hc(支持毛细水高度)时，水位下降时，一部分重力水将转化为毛细水，从而μ偏小；③当地下水位下降速率大时，μ偏小；④重力释水滞后于水位下降，随时间的延续μ缓慢增大，释水比较充分时→理论最大值。⑷持水度：地下水位下降时，一部分水由于毛细力（以及分子力）的作用而仍旧反抗重力保持于空隙中。饱水岩石在重力作用下排出重力水后仍能保持一定水量的性能，称为岩石的持水性。⑸渗透性（透水性）：岩土的渗透性是指岩体传输水或其他流体(如油气)的性能，岩土(石)的渗透性用其渗透系数(K)来衡量。第四章1.含水层(aquifer)––––饱水并能传输与给出相当数量水的岩层；是饱含水的透水层，既含水又透水。成为含水层的条件：①具有储存重力水的空间；②具备储存地下水的地质构造；③具有充足的补给来源。2.隔水层––––不能传输或给出相当数量水的岩层。即不能透过与给出水，或者透过与给出的水量微不足道的岩层。隔水层是不透水层，一般它起到阻隔重力水通过的作用。3.含水系统是由隔水或者相对隔水边界圈围的，内部具有统一水力联系的赋存地下水的岩系。含水系统可以包含一个或多个含水层。不仅松散沉积物可以形成含水系统，基岩中同样可形成含水系统。在一定条件下，由于岩性变化而尖灭或者受断裂切割而导水，也可以形成含水系统。4.越流（leakage）：相邻含水层通过其间的相对隔水层发生水量交换的现象。5.地下水的埋藏：广义的地下水是指赋存于地面以下岩土空隙中的水，包气带及饱水带中所有含于岩石空隙中的水均属之。狭义的地下水仅指赋存于饱水带岩土空隙中的水。根据地下水的埋藏条件（指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔水层、弱透水层限制的情况），可将饱和带的地下水分为潜水、承压水及上层滞水。6.用图表示补给区第五章1.层流：地下水的流动远较地表水为缓慢，在岩层空隙中渗流时，水的质点作有秩序的、互不混杂的流动称作层流运动。2.紊流：水的质点无秩序地、互相混杂的流动，称为紊流运动。重力水在宽大的空隙(大的溶隙、宽大裂隙)中流动，水的流速较大时容易呈紊流运动。3.过水断面的面积:4.达西运动的含义：达西定律是在解决生产实际问题的过程中通过纯化条件下的控制性实验获得的，从数量上揭示了渗流与介质渗透性及水力梯度之间的数量关系——渗透流量与过水断面及上下游水头差成正比，与流经途径成反比；或渗透流速与水力梯度成正比，其线性比例系数K即渗透系数。达西定律体现了地下水运动服从质量守恒及能量守恒定律。5.水力梯度(I)：沿渗透途径的水头损失与相应渗透途径长度的比值。渗透系数（K，水力传导率）：水力梯度等于1时的渗透流速。渗透率（k）：渗透率是表征岩层对不同流体的固有渗透性能。6.流网的概念：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，由一系列等水头线与流线组成的网格称为流网。流网是描述渗流场中地下水流动状况的有效工具①平面流网②剖面流网第七章1.地下水中的7类主要离子：Cl-、SO42-、HCO3-、NaKCa2Mg2①低矿化水中（M12g/L）：HCO3-、Ca2+、Mg2+为主（难溶物质为主）；②中矿化水中（M=25g/L）：SO42-、Mg2+、Ca2+、Na+为主；③高矿化水中（M5g/L）：Cl-、Na+、K+为主（易溶物质为主）。2.地下水的化学成分具有一定的继承补给源的化学成分的特点。⑴起源于大气降水或凝结水：补给区附近为矿化度低淡水，富含O2、N2及CO2、Ar等气体。⑵来源地表水：与地表水成分相近，近河湖区，富含HCO3-、SO42-；近海岸富含Cl-、Na+。⑶近海岸降水：Cl-、Na+含量高。⑷古沉积盆地的地下水：矿化度很高，主要离子为Cl-、Na+，并含有较多的Br、I等微量元素，具有古海水的特征，长期处于封闭的环境中，H2S含量高。3.形成七种离子的作用：溶滤作用—水岩相互作用时发生浓缩作用—蒸发排泄时发生脱碳酸作用—在温度与压力发生变化时发生脱硫酸作用—在还原环境下发生：SO42-→H2S↑阳离子交替吸附作用—岩土表面吸附的阳离子与水中阳离子发生交换混合作用—2种不同类型地下水混合时发生人类活动的作用——影响越来越大第八章补给（recharge）、排泄（discharge）和径流是地下水参与自然界水循环的重要环节。地下水通过补给与排泄，获得、消耗水量，形成可再生资源，是人类永续利用地下水的前提。地下水通过补给与排泄，获得、消耗并重新分布能量，保持不断流动和循环交替。地下水通过补给与排泄，获得、消耗并重新分布可溶气体及盐量，更新溶滤能力。地下水通过补给和排泄，保持不断流动循环，支撑有关水文系统和生态环境系统正常运行。1.地下水是通过补给与排泄两个环节参与自然界的水循环。补给：饱水带含水层或含水系统从外界获得水量的过程，水量增加的同时，盐量、能量等也随之增加。排泄：饱水带含水层或含水系统向外界排出水量的过程，水量减少的同时，盐量、能量等也随之减少。2.排泄的泉：是地下水在地表出露的天然露头，在地形面与含水层或含水通道相交点，地下水出露成泉。（1）上升泉：（2）下降泉：水力交换的途径：①越流②断层③第九章1.系统：系统乃是“由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体”。——钱学森，1978一个系统，不仅内部诸要素存在着相互作用，而且还与外部环境发生相互作用。系统接受环境的物质、能量或信息的输入，经过系统的变换，再向环境产生物质、能量或信息的输出。2.环境对系统的作用称为激励，系统在接受激励后对环境的反作用称为响应。环境的输入(激励)经过系统的变换而产生对环境的输出(响应)，该变换取决于系统的结构。3.地下水系统是广义的泛指概念，从应用的角度来说“地下水系统”可以概括为两类：⑴地下含水系统：由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系。⑵地下水流系统：从源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体。两个概念的共同点：突破了把单个含水层作为功能单元的传统，力求以系统的观点去考察、分析与处理地下水体。3.水力的零通量、地质的零通量：第十章1.动态和均衡的关系：地下水动态：地下水(含水层、含水系统)各种要素，如水位、水量、化学组分、气体成分、温度、微生物等随时间的变化，称为地下水动态。地下水均衡：某一时段、某一范围内地下水水量(盐量、热量等)的收支状况，称为系统输出（物质、能量、信息）输入（物质、能量、信息）地下水均衡。地下水动态与均衡的关系：地下水动态是地下水均衡的外在表现，地下水均衡是地下水动态的内在原因。2.地下水动态类型：参照阿利托夫斯基等(1956)的分类，以补给和排泄组合方式为基础，结合我国气候、地形特征，兼顾地下水水量和水质的时间变化，划分地下水天然动态类型：⒈入渗—径流型动态：接受降水及地表水补给，以径流方式排泄；地下水化学作用以溶滤为主。动态的特点：年水位变幅大而不均，由补给区到排泄区，年水位变幅由大到小。水质季节变化不明显，水土向淡化方向演变。⒉径流—蒸发型动态：以侧向径流补给为主，以蒸发方式排泄；地下水化学作用以浓缩为主。动态的特点：年水位变幅小而均匀，水质缺乏明显季节变化，水土向盐化方向演变。⒊入渗—蒸发型动态：以接受当地降水补给为主，径流微弱，就地蒸发排泄；地下水化学作用为溶滤—浓缩间杂发生。⒋入渗—弱径流型动态：以接受当地降水补给为主，径流和蒸发均微弱，地下水化学作用以溶滤为主。上述4大类型，难以完全概括我国复杂的地下水动态，需要根据实际情况加以变换应用（如入渗—开采型）。3.潜水与承压水由于排泄方式及水交替程度不同，动态特征也不相同。潜水及松散沉积物浅部的水，可分为蒸发型、径流型及弱径流型等3种主要动态类型。承压水均属径流型，动态变化的程度取决于构造封闭条件，构造开启程度愈好，水交替愈强烈，动态变化愈强烈，水质的淡化趋势愈明显。第十一章1.孔隙水：主要赋存于松散沉积物颗粒间孔隙中的地下水。在堆积平原和山间盆地内的第四纪地层中分布广泛，是工农业和生活用水的重要供水水源。2.松散沉积物：第四系，部分第三系未胶结或半胶结的松散沉积物。如：洪积物、冲积物、湖积物、滨海沉积物、黄土、冰川沉积物等。3.孔隙水的特点：①②③④第十二章1.基岩裂隙的成因分类：坚硬基岩受各种应力作用，产生不同类型的裂隙：⑴成岩裂隙：如玄武岩的柱状节理、侵入岩的原生节理等；⑵构造裂隙：⑴张性裂隙⑵扭性裂隙⑶压性裂隙⑶风化裂隙：岩石受风化作用形成的裂隙⑷应力释放裂隙2.裂隙水是指赋存并运移于裂隙介质中的地下水。贮存并运移于基岩裂隙中的裂隙水，往往具有一系列与孔隙水不同的特点：⑴具很大的不均一性和不统一性；⑵水力联系不及孔隙水密切；⑶往往不成层分布，多呈块状、带状；⑷透水性具明显的方向性；⑸在宽大裂隙