地下水文学(最终).doc

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1、绪 论1. 地下水： 埋藏于地表以下的各种形式的重力水。2. 地下水开发利用与环境问题：地下水水位持续下降泉水流量衰减甚至断流地面沉降、地面塌陷、地裂缝海（咸）水入侵土地沙漠化；地下水污染；土壤次生盐碱化。3. 地下水的优点：分布广泛、便于就地使用、水质普遍较优、供水量受气候变化影响较小、动态比较稳定。4. 地下水资源的特点：可恢复性 、系统性、复杂性第一章 地下水及其赋存1. 地下水储存条件（1） 岩土空隙性：松散岩土中的孔隙、非可溶性坚硬岩石中的裂隙、可溶性岩石中的溶隙。a.孔隙度=孔隙体积/岩土总体积=b.孔隙度大小的影响因素：分选程度（用来表征岩土颗粒大小相差的程度）：d60/d10，

2、值越大，孔隙度越小；粒配曲线：半对数坐标，横坐标表示泥沙粒径，纵坐标表示小于某粒径的泥沙在总沙样中所占的重量百分比。孔隙度随埋深的增大而减小，不同成分的土层减小趋势有所不同。c.不同类型空隙的性质：各向异性，亦称“非均质性”。物体的全部或部分物理、化学等性质随方向的不同而各自表现出一定的差异的特性。空隙孔 隙裂 隙溶 隙空隙的形成松散沉积物中空隙相互连通并呈孔状与裂隙成因有关：成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙可溶性岩石在含侵蚀性CO2的地下水作用下形成数量指标孔隙度裂隙率岩溶率影响因素颗粒大小、排列形式、分选程度、颗粒形状及胶结情况取决于裂隙成因岩石的可溶性、透水性；水的侵蚀性、流动性差别分布均匀

3、、相互连通、各向异性不显著不均匀、连通性差、各向异性显著空隙大小悬殊、分布极不均匀（2） 水在岩土中的赋存形式：气态水、固态水、液态水（结合水、毛细水、重力水）。重力水：能在重力影响下发生运动的自由 水称重力水。3.岩土的水理性质：亦称岩土的水文地质性质，它表示岩土控制水分活动的性质。水能否进入空隙中，能否自由运动和能否被取（排）出等。有：容水性、持水性、给水性、透水性。名称容水性给水性持水性透水性定义岩土能容纳一定水量的性能饱水岩土在重力作用下所能自由排出水的性质饱水岩土在重力释水后仍能保持水的能力岩土允许重力水透过的能力影响因素空隙多少空隙大小、空隙多少与岩土颗粒大小有关（主要为结合水）空

4、隙大小、多少，岩土胶结意义岩土容纳水的能力岩土中所能利用的水量岩土中水的流动特性 给水度：饱和岩土在重力作用下，释出水的体积与岩土体积之比。与岩性、初始地下水埋深和地下水位下降速率有关：颗粒大，空隙多的给水度好，初始埋深大于毛细上升高度的给水度好，下降速率慢的给水度好。容水度（Sc）=给水度（u）+持水度（Sr）=孔隙度（n）4.含水层、隔水层：含水层：指能够给出和透过相当数量水的岩层。隔水层：指不能给出也不能透过水，或给出与透过水的数量很小的岩层。含水层的三条件：有储存水的空间、周围有隔水岩石、有水的来源，含有重力水为主。5.地下水类型和特征（根据地下水的埋藏条件）：包气带水（上层滞水）；潜

5、水；承压水。（1）包气带水（上层滞水） 包气带：地下水面以上的岩土层，其空隙没有被水充满，部分空隙仍然包含着空气。 包气带水：储存在包气带中的水。 上层滞水：当包气带中存在局部的隔水层或弱透水层时，可在包气带中形成局部或暂时存在的重力水，即上层滞水。 上层滞水的特点：分布范围小，具有明显局部性；分布区与补给、排泄区一致；季节性变化大：雨季出现，旱季可能消失；易受人类活动的影响。(2)潜水：埋藏在地表以下饱水带中第一个稳定分布的隔水层之上具有自由水面的重力水。潜水的特征：a. 潜水的分布区与补给区一致b. 潜水具有自由水面，积极参与水循环c. 潜水直接通过包气带与大气水、地表水发生水力联系，所以

6、气象、水文因素对其动态 变化影响明显d. 潜水的水位、流量和化学成分都随地区和时间的不同而变化e. 潜水在重力作用下，由潜水位较高处向较低处流动潜水水位等值线图的用途确定潜水流向：水流流向垂直于等水位线，从水位高的地方流向水位低的地方。确定潜水的水力坡度：水力坡度等于相邻两条等水位线水位差与两者之间水平距离之比。确定潜水的埋藏深度：根据潜水水位等值线图绘制潜水流向，并指出与地表水的关系；确定潜水与地表水的补排。A：河水排泄地下水（潜水补给河水）B：河水补给地下水（河水补给潜水）C：河流左侧排泄地下水、右侧补给地下水（左侧潜水补给河水，右侧河水补给地下水）。（3）承压水：是充满在两个隔水层之间的

7、含水层中具有静水压力的重力水。承压水特征：水体承受静水压力，具有承压性。它的分布区与补给区是不一致的。埋藏深度较大，水位、水量、水温、水质等受水文气象因素、人为因素及季节变化影响小。承压水水质变化很大，淡水、卤水都有。6.地下水类型及其特征（根据岩土空隙类型的不同）（1）孔隙水：存在于岩层孔隙中的地下水，最常见的孔隙水埋藏于松散的沉积物中，例如洪积、冲积、湖积、黄土等沉积物中。冲积物的二元结构：上层河漫滩相沉积：细粒、亚粘土和亚砂土，透水性较差；下层河床相沉积：粗粒的砂层或砂砾石，透水性好，具有承压性质。二元相结构因分布范围大土层厚，易接受地表水和降水,入渗补给水量丰富易开采,水质好。(2)裂

8、隙水:照裂隙的成因可以分为：成岩裂隙水，构造裂隙水和风化裂隙水；由于裂隙通道在空间上的展布具有明显的方向性，之间水力联系差，水量分布不均匀，裂隙水具有强烈的的不均匀性和各向异性(3)岩溶水岩溶：可溶性岩石在水的作用下形成的溶蚀地貌现象。岩溶水：贮存并运动于溶蚀洞隙中的地下水。岩溶发育的影响因素：岩石的可溶性；岩石的透水性；水的侵蚀性；水的流动性。第二章 地下水的物理化学性质1. 地下水化学成分的综合指标 （1）反映地下水质量的指标：总溶解固体，也称矿化度或总矿化度，是指水中溶解的各种化学组分的总量（不包含悬浮物和溶解气体）。包含溶于水中的分子、离子及化合物。含盐量； 硬度；负硬度 （2）反映地

9、下水环境状态的指标：化学需氧量（COD）； 生化需氧量（BOD）；总有机碳（TOC）；氧化还原电位（Eh） （3）反映地下水酸碱平衡的指标：碱度；酸度。2. 化学成分的形成作用： 溶滤作用：岩土中的部分物质通过与水的相互作用而转入地下水。溶滤作用强度的决定因素：矿物盐的溶解度；岩土的空隙特征；水的溶解能力；水的流动状况和交替强度。浓缩作用：指在蒸发作用下，水分流失而盐分浓度不断升高的现象。总溶解度（TDS）越高，易溶盐分越多，明浓缩作用很强烈。水分减少后，溶解度小的难溶盐分首先析出，最后剩下较多的易溶盐分。脱碳酸作用：水中CO2随温度升高或压力降低而减小称之为脱碳酸作用。脱硫酸作用：有机物使硫

10、酸根还原为硫化氢的过程。阳离子交换吸附作用：岩土与地下水中的阳离子发生吸附交换的现象。混合作用：成分不同的两种水汇合到一起，形成化学成分与之前两者不同的地下水。 人类活动的影响：废弃物污染地下水；人类活动改变地下水的形成条件。3. 舒卡列夫分类：它以地下水中常见的七大离子为基础，含量超过25%毫克当量的离子进行组合，如：HCO3-和Ca2+, HCO3-和Mg2+, Na+,和SO4-, Cl-Na，共分成49种类型的水。按TDS又划分为四组。A：TDS1.5g/L；B：1.5g/LTDS10g/L；C：10g/LTDS40g/L。第三章 地下水的补给、径流与排泄1. 地下水的补给、径流、排泄

11、： 补给与排泄：含水层或含水系统与外界进行水量、能量和盐量交换的环节。 径流：含水层或含水系统内部进行水量和盐量积累和运输的过程。2. 地下水的补给：含水层或含水系统从外界获得水量的作用过程称作补给。补给的研究包括：补给来源、影响补给的因素、补给量。地下水补给来源：大气降水、地表水、其它含水层或含水系统的水、人工补给。其他还有：凝结水、侧向补给、融雪（冻）水。3. 降雨后包气带水的下渗方式： 活塞式是指上部新的入渗水推动下部较老的水作面状下移。此类下渗主要发生于比较均质的、孔隙大小差别不大的砂层中。捷径式水流不作面状推进，而沿着某些通路优先下渗。例如在粘性土中下渗水往往沿着某些大孔道根孔、虫孔

12、及裂隙移动。4.捷径式下渗与活塞式下渗比较： 活塞式下渗是年龄较“新”的水推动其下的年龄较“老”的水，始终是“老”水比“新”水先到达含水层；捷径式下渗时“新”水可以超前于“老”水到达含水层。 对于捷径式下渗，入渗水不必全部补充包气带水分亏缺，即可下渗补给含水层。而活塞式下渗，入渗水则需全部补足上层包气带水分亏缺，才会继续下渗。5.影响大气降水补给地下水的因素： （1）雨前土壤含水量： 雨前土壤含水量较小，干燥土将吸收大量渗入地表的降水，少量降水只能形成薄膜水而不能形成重力水，因而无法补给地下水； 若雨前土壤含水量较大，并接近田间持水量，则渗入的降水几乎不再被土壤吸收而直接形成重力水，因而即便只

13、有少量降水也会对地下水产生补给。在次降水量相等的情况下，同一地区雨前土壤含水量较大时所引起的潜水位升幅明显大于雨前土壤含水量较小所引起的潜水位升幅，且次降水量愈大，这种差别越显著。（2） 包气带岩性：岩性：透水性越好，入渗速率越大，降水转化为地下水的量也越大；反之则小。（3） 地下水埋深：通过实验研究，降水入渗补给量随地下水埋深的不同而不同。直接决定其上的包气带蓄水能力。（4）降水量：对地下水的补给起重要作用。（5）降水强度和降水历时；（6）植被；（7）地形。上述补给影响因素是相互制约、互为条件的整体，不能孤立地割裂开来看。要结合具体情况分析，抓住其中的主要影响因素。6. 地下水水量的确定（地

14、中渗透仪的原理）：当渗透仪中的土柱接近降水入渗或凝结水的补给时，其补给量将会通过导水管流入接渗流内，可直接读出补给量，再从马利奥特瓶读出供水水量。7.大气降水与地表水对地下水的补给特征对比：补给来源大气降水地表水空间分布面状补给，范围普遍且较均匀线状补给，局限于地表水体周边时间分布持续时间有限持续时间长，或是经常性的8. 含水层之间的补给：两含水层相互连通产生直接补给；通过切穿隔水层的导水断层进行补给；隔水层分布不稳定时，在缺失其部分，相邻的含水层便通过“天窗”发生水力联系；越流补给，松散沉积物含水层之间的黏性土层不完全隔水，具有一定水头差的相邻含水层通过此类弱透水层发生的渗透，称为越流；穿越

15、整个含水层的钻孔或止水不良的分层钻孔，往往成为含水层之间人为的联系通道。9. 地下水的排泄：地下水从含水层中以不同方式排泄于地表或另一个含水层中的过程。 排泄的研究包括排泄去路及方式、影响排泄的因素及排泄量。 地下水通过泉（点状排泄）、向河流泄流（线状排泄）及蒸发（面状排泄）等形式向外界排泄。还有越流、地下水的开采。9.泉的分类：根据补给泉的含水层的性质：（3） 上升泉：承压水的天然露头。地下水在静水压力作用下，上升并溢出地表的泉，由承压水补给。（4） 下降泉：地下水受重力作用自由流出地表的泉。由潜水或上层滞水补给。根据出露原因：侵蚀泉；断层泉；接触泉；溢流泉。10. 影响土面蒸发的主要因素： （1）气候：气候愈干燥，相对湿度愈小，土面蒸发便愈强烈。