水文地质学考试总结 (2)

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1、绪论水文地质学概念水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作业下地下水水量和水质的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务。水文地质学研究范围主要任务有哪些。第一章地球上的水及其循环浅部层圈水和深部层圈水浅部层圈水：从大气圈到地壳上半部。深部层圈水：分布于地壳下部直到下地幔这一范围内。自然界水循环及水循环的分类水文循环、地质循环。自然界的水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水构成一个系统，该系统内的水相互联系、相互转化的过程。 按其循环途径长短、循环速度快慢及涉及层圈范围，分为水文循环与地质循环。水文循环及其分类。水文

2、循环定义：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（范围、四个环节）。特点：速度较快、途径较短、转换交替比较迅速水文循环的划分 循环路径不同： 大循环（海-陆）与小循环（海-海，陆-陆） 时空尺度不同： 全球水文循环，流域水文循环，水-土-生系统水文循环 水文循环的作用 水通过不断转化，水质得以净化 水通过不断循环水量得以更新再生定义：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。 （2）过程：初生水的形成；在地幔下降流区，含有大量水的地壳岩块沉入地幔，使地幔得到浅层圈水的补充；此外，地质循环还发生在成岩、变质、风化等作用过程中。水文循环与地质循环的区别1 水文循环发生于地球浅层圈，

3、是H2O分子态水的转换2 水文循环速度快、更替较快3 水文循环对地球的气候、水资源、生态环境等有极大的影响，是水文学与水文地质学的研究重点。4 地质循环发生于地球浅层圈与深层圈之间，常伴有水分子的分解与合成。5 地质循环速度缓慢。与水文循环有关的气象要素有哪些。1 气象因素 （1）大气圈结构（2）大气热源（3）主要气象要素 a.气温 b.气压 c.湿度。 绝对湿度(m或e) 饱和水汽含量(M或E) 相对湿度（r）：绝对湿度(m或e)与饱和水汽含量(M或E)之比（百分数）。 露点与凝结, 温度露点差（3）主要气象要素 d.蒸发:在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。 影响因子：气温、气压、相对

4、湿度、风速； 测量仪器：蒸发皿，强度mm/a； 包括水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发，通常以水面蒸发量的大小表征一个地区的蒸发强度。 e.降水:雨量计，大小mm，地区丰富程度 mm/a 第二章 岩石中的孔隙与水分岩石空隙的分类。岩石中的空隙按成因分为三大类： a.松散岩石中的孔隙 b.坚硬岩石中的裂隙c.可溶岩石中的溶穴（溶洞）孔隙的概念，影响孔隙度大小的因素有哪些。孔隙 松散岩石中颗粒或颗粒集合体之间 的空隙。孔隙度的大小主要取决于颗粒排列情况及分选程度，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。颗粒的排列 注意：三种颗粒直径不同的等粒岩石，排列方式相同时，孔隙度完全相同。颗粒的分选在颗粒大小不等

5、时，分选差则孔隙度小， 分选好则孔隙度大。颗粒的形状及胶结磨圆愈好，孔隙度愈小，胶结可以降低孔隙度。考虑粘性土的结构孔隙及次生孔隙。 岩石中水的存在形式有哪些。矿物结合水：沸石水结晶水结构水岩石空隙中的水：结合水 矿物表面结合水 固态水 气态水 液态水： 重力水 毛细水容水度、给水度、持水度的概念及其三者之间的关系。给水度：当地下水位下降一个单位深度时，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释放出来的水体积，称为给水度 。容水度：岩石完全饱水时，所能容纳的最大水体积与岩石总体积之比持水度：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岩石空隙中。

6、给水度、持水度与孔隙度的关系是：+ Sr=n松散岩石给水度的变化规律。颗粒粗大的松散岩石，裂隙比较宽大的坚硬岩石，以及具有溶穴的可溶岩，空隙宽大，重力释水时，滞留于岩石空隙中的结合水与孔角毛细水较少，理想条件下给水度的值接近孔隙度、裂隙率与岩溶率。若空隙细小（如粘性土），重力释水时大部分水以结合水与悬挂毛细水形式滞留于空隙中，给水度往往偏小。孔隙度和透水性之间的关系。孔隙度的大小：在孔隙大小达到一定程度时，孔隙度才对岩石的透水性起作用，孔隙度越大，透水性越好。太沙基有效应力原理的内容，并会应此原理解释现象。孔隙水压力（压强）计算: u = w h作用于岩土上的总应力P（上部总荷重产生的）等于岩

7、石骨架与水的重量之和。 有效应力：地下水的孔隙水压力（浮力）会减轻岩土内部的压应力，扣除孔隙水压力后的岩土内部（压）应力，称为有效应力Pz。 Pz = P - u第三章 地下水的赋存包气带的划分。地下水面（水位）：地下一定深度岩石中的空隙被重力水所充满，形成一个自由水面，称为地下水面，以海拔高度表示称之地下水位 。 地下水面以上部分，包括毛细水带、中间带和土壤水带，岩石中的空隙未被水充满，称为包气带。 地下水面以下部分，岩石中的空隙被水充满，称为饱水带。 含水层、隔水层的概念和相对意义。含水层： 是能够透过并给出相当数量水的岩层各类砂土，砂岩等 隔水层： 不能透过与给出水或透过与给出的水量微不

8、足道的岩层裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密） 相对意义从实际应用角度来看划分的相对性相当水量 从理论意义来看微不足道 地下水分类，按照含水介质和埋藏条件。地下水分类： 主要依据含水介质的类型（赋存空间） 埋藏条件（赋存部位）表3-1含水介质三类，埋藏三分，组合共分为9类 孔隙水裂隙水岩溶水包气带上层滞水上层滞水上层滞水潜水孔隙潜水裂隙潜水岩溶潜水承压水孔隙承压水裂隙承压水岩溶承压水 地下水埋藏条件、上层滞水的概念。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。 上层滞水：当包气带存在局部隔水层（弱透水层）时，局部隔水层（弱透水层）上会积聚具有自由水

9、面的重力水，这便是上层滞水。潜水的概念及其特征。潜水：饱水带中第一个具有自由表面的稳定含水层中的水。 分布特征：分布广泛、均匀，埋藏深度小、水面自由。运动特点：在重力作用下，由水位高的地方向水位低的地方径流。补给(源)：分布区与补给区一致，大气降水入渗、地表水补给。排泄(汇)：除流入其它含水层外，排泄入大气圈与地表水圈的方式，一是径流排泄、一是蒸发排泄。潜水补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！ 动态：受气象、水文因素影响明显，变化快 （水量、水位季节性变化） 受人为因素影响显著，易污染 。水量与水质：水量易于补充恢复，但缺乏多年调节性；水质主要取决于气候、地形及岩性条件。水循环：水循环交

10、替迅速、周期短，更新恢复快 承压水的概念及其特征。充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水，称之为承压水。1承压性承压性是受到了大气压以外的压力。承压区含水层的水受到了来自出露区地下水的静水压力作用，不但充满含水层，而且承受了附加压强。2补给与排泄 主要补给来源：大气降水入渗与地表水入渗有限区域与外界联系，水循环迟缓些，水交替慢，平均滞留时间长（年龄老或长）恢复3性差 ；高补低排（从高处获得补给，在低处排泄）；隔水顶底板对承压区补水的影响。水质 承压水的水质取决于埋藏条件及其与外界联系的程度；变化较大，矿化度一般要高点，可以保留“古老”的水 ；4动态 水循环交替较弱，受气象、水文因素影响

11、较小，动态稳定，不易污染。动态要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定则调节能力很强 承压高度、含水层厚度、贮水系数的概念。承压高度 静止水位（测压水位）高出含水层顶板的距离潜水含水层厚度：从潜水面到隔水底板的垂直距离。贮水系数 承压含水层中当测压水位下降(或上升)1个单位深度，单位水平面积含水层所释出(或储存)的水的体积。 潜水和承压水的贮水和释水机理。测压水位降低导致 1) 含水层孔隙中水的压力降低水体积膨胀释水，水的膨胀系数约为 1/20000 2) 孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加骨架被压缩 3) 颗粒不变骨架压缩 = 空隙体积减小（排列改变）发生释水（挤出来）水 第四章 地下水运动规

12、律渗流，层流、紊流，稳定流，非稳定流的概念。渗流：地下水在岩石空隙中的运动称为渗流或渗透。地下水的运动形态按水流流态分为： 层流：在岩层空隙中渗流时，水质点作有秩序的、互不混杂的流动，称为层流运动。如砂、裂隙不很宽大的基岩中水的流动。 紊流：在岩层空隙中渗流时，水质点作无秩序的、互相混杂的流动，称为紊流运动。如大的溶穴、宽大裂隙中水的流动。 作紊流运动时，水流所受阻力比层流状态大，消耗的能量较多。按地下水运动要素随时间的变化情况分为： 稳定流：水在渗流场内运动时，各个运动要素（水位、流速、流向等）不随时间改变，称为稳定流。 非稳定流：水质点的各个运动要素随时间改变的水流运动。渗流理论假设有哪些

13、？渗透速度、实际速度关系，水力梯度，渗透系数概念。水力梯度的概念：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值渗透系数表征岩石渗透性能的定量指标。达西定律的应用。雷诺数与达西定律的联系。达西定律的应用条件。达西定律的适用范围： 渗透流速V与水力梯度I的一次方成正比,故达西定律又称线性渗透定律。 但多次实验表明,只有雷诺数（Re）1-10之间某一数值的层流运动才服从达西定律，超过此范围，V与I不是线性关系。它不仅是水文地质定量计算的基础，还是定性分析各种水文地质过程的重要依据。深入掌握达西定律的物理实质，灵活的运用它来分析问题，是水文地质工作者应当具备的基本功。存在一个临界雷诺数Re临（110），

14、 Re临是达西定律成立的上限，当Re Re临，即低雷诺数时，属低速流，这时该区域内达西定律适用。当Re临Re2060时，出现一个过渡带，从层流运动过渡到非线性层流运动。流网、流线、迹线概念。流网：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。流线：是渗流场中某一瞬时的一条线，线上各个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某一水质点的运动轨迹。均质各向同性介质中流网图的绘制步骤，以及实际流网图的绘制。均质各向同性介质中流网图中有那些规律。精确绘制定量流网需要充分掌握有关的边界条件及参数；实测资料很少时，可信手绘制定性流网。尽管信手流网不精确,但可提供许多有用的水文地质信息,是水文地质分析的有效工具。 折射定律的内容及其应用。流线与层界法线间的夹角。 为了保持流量相等(Q1=Q2),流线进入渗透性好的K2层后将更加密集,等水头线的间隔加大(dL2 dL1)。 即流线趋向于在强透水层中走最长的途径,而在弱透水层中走最短的途径。第六章 地下水的化学成分及其形成作用地下水主要气体成分和离子成分有哪些。地下水中常见的气体成分： O2、N2、CO2、CH4、H2S等。尤以前三种为主。下水中分布最广、含量较多的离子（七种）：Cl-、SO42-、HCO3-、Na+