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1、Chapter 8 Groundwater、Karst Landforms 本章教学目的和要求：本章教学目的和要求：1. 掌握地下水的基本概念和类型划掌握地下水的基本概念和类型划分；掌握潜水、承压水、孔隙水、分；掌握潜水、承压水、孔隙水、裂隙水、岩溶水的特征；裂隙水、岩溶水的特征；2. 掌握岩溶的概念，并掌握岩溶形掌握岩溶的概念，并掌握岩溶形成的基本条件；掌握常见的地表、成的基本条件；掌握常见的地表、地下岩溶地貌形态和特征；地下岩溶地貌形态和特征；3. 了解地下水资源的概念及特征。了解地下水资源的概念及特征。 地下水的基本概念和地地下水的基本概念和地质作用作用 地下水的地下水的类型及其特征型及
2、其特征 地下水地下水资源源岩溶地貌岩溶地貌 地下水、岩溶与地下水、岩溶与农业资源源8.1 The Basic Concepts of Groundwater8.2 The Types and the relevant Properties of Groundwater8.3 Groundwater Resources8.4 Karst Landscape8.5 Groundwater、Karst and Agricultural Resourcesgroundwater: 地下水地下水infiltrate:渗入渗入porosity:孔隙度孔隙度pore:孔隙孔隙fissure(fracture
3、):裂隙裂隙cavity:溶穴溶穴 permeability（渗透性（渗透性)aquifer（含水层）（含水层）aquitard（弱透水层、半隔水层）（弱透水层、半隔水层）aquiclude（隔水层）（隔水层）unconfined aquifer（无压含水层）（无压含水层）confined aquifer（承压含水层）（承压含水层） water table（潜水面）（潜水面）spring(泉泉)recharge（补给）discharge（排泄）（排泄）precipitaion(降水）降水）combined water(结合水）结合水）gravitational water(重力水）重力水）8.
4、 1 The Basic Concepts of Groundwater1.The Spaces and Moisture in Rocks2. Recharge（补给）（补给）and Discharge（排泄）（排泄） of Groundwater3.The Physical Properties and Chemical Composition(a)Winter Park,Florida,sinkhole;(b)sinkhole lakes in central Florida,as seen from a high altitude. 地下水（地下水（groundwatergroundw
5、ater）：是指）：是指存在于地面以下沉积物孔隙中或岩存在于地面以下沉积物孔隙中或岩石裂隙、溶穴中的水。石裂隙、溶穴中的水。 地下水的作用主要包括：资源、地下水的作用主要包括：资源、地质营力、生态环境因子、灾害因地质营力、生态环境因子、灾害因子等子等 1.The Spaces and Moisture in Rocks（1）岩石中的空隙）岩石中的空隙 1）孔孔隙隙：松散沉积物是由大小不等的颗粒组成，颗粒或颗粒集合体之间的空隙称为孔隙。孔隙体积的多少用孔隙度表示。孔隙度是指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。若以n表示孔隙度。注意：注意：孔隙度大小与孔隙大小孔隙度大小与孔隙大小不同
6、不同!孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况，颗粒形状及胶结充填情况。孔隙大小取决于颗粒大小。 问题：问题： 分选性好者与分选性差者，分选性好者与分选性差者，哪个孔隙度大？哪个孔隙度大？2）裂裂隙隙 裂裂隙隙是是岩岩石石的的裂裂缝缝，即即岩岩石石中中的的节节理理，是是在在各各种种力力作作用用下下岩岩石石破破裂变形产生的。裂变形产生的。按裂隙的成因可分为成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙。裂隙的多少以裂隙率表示。裂隙率（Kf）是裂隙体积Vf与包括裂隙在内的岩石体积V的比值，即Kf=(Vf/V)100%。Fractures in a rock 第八章第八章 地下水、岩溶地貌地下水、岩溶地貌3）溶溶
7、穴穴 可可溶溶性性岩岩石石在在地地下下水水溶溶蚀蚀下产生的空洞称溶穴。下产生的空洞称溶穴。溶穴的体积（Vk）与包括溶穴在内的岩石体积（V）的比值称岩溶率（Kk），即Kk=Vk/V100%。Spaces in rocks(a)Isolated, nonconnected pores in an impermeable material;(b)pores connected to one another by a network of conduits in permeable material.Various kinds of porosity in rock. Porosities are i
8、ndicated as percentages.（2）岩石中水的存在形式）岩石中水的存在形式岩石“骨架”中的水：吸附水（矿物结合水）结晶水结构水岩石空隙中的水：结合水：强结合水弱结合水液态水：重力水毛细水固态水气态水 我我们们通通常常所所说说的的地地下下水水是是指指岩石空隙中的水。岩石空隙中的水。1）结结合合水水：受受固固相相表表面面的的引引力力大大于于水水分分子子自自身身重重力力的的那那部部分分水，称为结合水水，称为结合水 。这部分水束缚于固相表面，不能在自身重力影响下运动。2）重力水重力水：距离固体表面更远距离固体表面更远的那部分水分子。的那部分水分子。重力对它的影响大于固体表面对它的吸引
9、力，因而能在自身重力下运动，这部分水就是重力水Combined water and gravitational water左图中椭圆形小粒代表水分子，结合水部分的水分子带正电荷一端超向颗粒；右图中箭头代表水分子所受合力方向。（3）岩石的水理性）岩石的水理性质1）容水性指岩石能容纳一定水量的性能。用容水度表示。2）含水性岩石空隙中含有水的特性。3）给水性4）持水性5）透水性指岩石允许水透过的能力。按岩石的透水性划分为：（1）透水层：透透水水的的岩岩层层，如砂、砾石层。含含水水层层（aquifer）：能能透透水水并并给给出出相相当当数量水的岩层。数量水的岩层。（ 2 2） 隔隔 水水 层层 （ 不
10、不 透透 水水 层层 ）（aquiclude）：不不能能给给出出水水的的岩岩层层，或给出微不足道水的岩层或给出微不足道水的岩层，如粘土层如粘土层。（3）半透水层：介于上两者之间，several basic concepts:(1)Permeability（ 渗渗 透透 性性 ） :The ability of a material to allow fluids to pass through an interconnected network of pores is a characteristic known as permeability.A permeable material（ 透透
11、 水水 物物 质 ） is one through which water flows easily,whereas an impermeable material is one through which water flows slowly or not at all.The permeability of a material depends on several factors:Number of available conduitsSize of the conduitsStraightness of the conduits(2)aquifers and aquitardsAqui
12、fers（含含水水层层）:sediment or rocks that transmit water easily.Aquitards（ 弱弱 透透 水水 层层 ）:sediment or rocks that do not transmit water easily and therefore retard the motion of water.Aquicludes（隔隔水水层层）:sediment or rocks that do not transmit water at all.unconfined aquifers（无无压压含含水水层层）:aquifers that interse
13、ct the surface of the Earth .confined aquifers（承承压压含含水水层层）:aquifers that are separated from the surface by an aquitard or aquiclude ,as the water they contain is isolated from the surface.An aquifer is a high-porosity, high-permeability rock.If it has access to the ground surface,its an unconfined a
14、quifer.If its trapped below an aquitard,a rock with low permeability,its a confined aquifer.(3)Water table（潜水面或地下水面）（潜水面或地下水面）:geologistsdefineaboundary,abovewhichporespacesandcrackscontainmostlyairandbelowwhichtheycontainonlywater.Theregionofthesubsurfaceabovethewatertableiscalledtheunsaturatedzone
15、,andtheregionbelowthewatertableisthesaturatedzone,Water table(a) The geometry of the water table, illustrating the saturated zone, the unsaturated zone, and the capilary fringe.Water table(b) The surface of a permanent pond is the water table.(c) During the dry season, the water table can drop subst
16、antially, causing the pond to dry up.The shape of a water table beneath hilly topography描述岩石渗透性能的参数是渗透系数（K）。1856年，法国水利学家达西（HDarcy）通过大量的实验，得出线性渗透定律，即达西定律：即达西定律：Q=Kh/L=KIK-渗透系数；渗透系数；-过水断面；过水断面；I-水力梯度水力梯度Q-渗透流量；渗透流量；h-水头损失（上下游过水断面的水头差）；水头损失（上下游过水断面的水头差）；L-渗透路径。渗透路径。从水力学知识可以推出达西定律的另一种表达式：Q= VV=Q/ = KI/ V=KI 水力梯度I是无因次的，故渗透系数K的因次与渗透速度相同，一般采用m/d或cm/s为单位。3. Recharge（补补给给）and discharge（排排泄泄） of groundwater （1）地下水的补给1）大气降水的补给2）地表水的补给3）凝结水的补给4）含水层之间的补给（2）地下水的排泄）地下水的排泄1）泉：是地下水的天然露头是地下水的天然露头。2）其它排泄方式泄流蒸发蒸腾人工
