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1、Chapter 8 Groundwater、Karst Landforms 地下水基本概念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。地下水基本概念 地下水的基本概念和地质作用地下水的基本概念和地质作用 地
2、下水的类型及其特征地下水的类型及其特征 地下水资源地下水资源岩溶地貌岩溶地貌 地下水、岩溶与农业资源地下水、岩溶与农业资源地下水基本概念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 Resources地下水基本概念groundwater: 地下水地下水infiltrate:渗入渗入porosi
3、ty:孔隙度孔隙度pore:孔隙孔隙fissure(fracture):裂隙裂隙cavity:溶穴溶穴地下水基本概念 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)地下水基本概念recharge（补给）（补给）discharge（排泄）（排泄）precipitaion(降水）降水）c
4、ombined water(结合水）结合水）gravitational water(重力水）重力水）地下水基本概念8. 1 The Basic Concepts of Groundwater地下水基本概念1.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地下水基本概念(a)Winter Park,Florida,sinkhole;(b)sinkhole lakes in
5、 central Florida,as seen from a high altitude.地下水基本概念 地下水（地下水（groundwatergroundwater）：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 地下水基本概念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
6、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。地下水基本概念注意：注意：孔隙度大小与孔隙大小孔隙度大小与孔隙大小不同不同!地下水基本概念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。地下水基本概念 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？地下水基本概念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、
7、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%。地下水基本概念Fractures in a rock 第八章第八章 地下水、岩溶地貌地下水、岩溶地貌地下水基本概念3）溶溶穴穴 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%。地下水基本概念Spaces in rocks地下水基本概念(a)Isolated, nonconnected pores in an impermeabl
8、e material;(b)pores connected to one another by a network of conduits in permeable material.地下水基本概念Various kinds of porosity in rock. Porosities are indicated as percentages.地下水基本概念（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地下水基本概念 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
9、隙中的水。岩石空隙中的水。地下水基本概念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。地下水基本概念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力，因而能在自身重力下运动，这部分水就是重力水地下水基本概念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。地下水
10、基本概念（3）岩石的水理性质）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。地下水基本概念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。地下水基本概念（ 2 2） 隔隔 水水 层层 （ 不不 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，地下水基
11、本概念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 水水 物物 质质 ） is one through which water flows easily,whereas an impermeable material is
12、 one through which water flows slowly or not at all.The permeability of a material depends on several factors:地下水基本概念Number of available conduitsSize of the conduitsStraightness of the conduits地下水基本概念(2)aquifers and aquitardsAquifers（含含水水层层）:sediment or rocks that transmit water easily.Aquitards（ 弱弱
13、 透透 水水 层层 ）:sediment or rocks that do not transmit water easily and therefore retard the motion of water.地下水基本概念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 intersect the surface of the Earth .confined aquifers（承承压压含含水水层层）:aquif
14、ers that are separated from the surface by an aquitard or aquiclude ,as the water they contain is isolated from the surface.地下水基本概念An aquifer is a high-porosity, high-permeability rock.If it has access to the ground surface,its an unconfined aquifer.If its trapped below an aquitard,a rock with low p
15、ermeability,its a confined aquifer.地下水基本概念(3)Water table（潜水面或地下水面）（潜水面或地下水面）:geologistsdefineaboundary,abovewhichporespacesandcrackscontainmostlyairandbelowwhichtheycontainonlywater.Theregionofthesubsurfaceabovethewatertableiscalledtheunsaturatedzone,andtheregionbelowthewatertableisthesaturatedzone,
16、地下水基本概念Water table(a) The geometry of the water table, illustrating the saturated zone, the unsaturated zone, and the capilary fringe.地下水基本概念Water table(b) The surface of a permanent pond is the water table.(c) During the dry season, the water table can drop substantially, causing the pond to dry up
17、.地下水基本概念The shape of a water table beneath hilly topography地下水基本概念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。地下水基本概念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
18、，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。地下水基本概念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）含水层之间的补给地下水基本概念（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排泄(井）地下水基本概念abh:侵蚀泉侵蚀泉 c:接触泉接触泉 defg：溢流泉：溢流泉 i:断层泉断层泉 The types of springs地下水基本概念Spring form地下水基本概念济南
19、泉的形成主要是由于济南泉的形成主要是由于:地形地形地貌地貌岩性岩性地质构造地质构造气象条件气象条件地下水基本概念1.地形地貌地形地貌:济南位于鲁中山地与济南位于鲁中山地与华北平原过渡带。南高北低华北平原过渡带。南高北低,济南济南泉处在低山丘陵与华北平原相接的泉处在低山丘陵与华北平原相接的山前倾斜平原上。山前倾斜平原上。地下水基本概念2.岩性和地质构造岩性和地质构造:济南位于泰山穹隆济南位于泰山穹隆构造的北斜面上构造的北斜面上.前寒武纪的泰山片麻前寒武纪的泰山片麻岩组成基底岩组成基底.在基底岩层上覆盖着寒武在基底岩层上覆盖着寒武纪和奥陶纪石灰岩纪和奥陶纪石灰岩,白云质石灰岩白云质石灰岩,并微并微
20、向北倾斜向北倾斜.在千佛山以北济南市区在千佛山以北济南市区,O纪纪白云质灰岩倾伏于地下白云质灰岩倾伏于地下,被被Q纪松散沉纪松散沉积物覆盖积物覆盖,在市区北部有大片岩浆岩分在市区北部有大片岩浆岩分布。这种单斜构造及岩性分布有利于济布。这种单斜构造及岩性分布有利于济南泉的形成。南泉的形成。地下水基本概念The geological section drawing of the spring origion in Jinan地下水基本概念The geological sketch map of Jinan springs origin 地下水基本概念3.气象条件气象条件:大气降水是济南泉水大气降水
21、是济南泉水的主要补给来源。济南地处温带的主要补给来源。济南地处温带,北距渤海北距渤海160km,东南距黄海东南距黄海250km。平均年降雨量平均年降雨量631mm.地下水基本概念Features of geothermal regions.a.Mud pots in Yellowstone National Park;b.Travertine terraces at Mammoth Hot Springs, Yellowstone.地下水基本概念In the city of Bath, England, the Romans built an elaborate spa around an a
22、rtesian hot spring. The spring formed along a fault that tapped a supply of deep groundwater that still flows today.The baths of Bath have remained popular through the ages, and are currently undergoing renovation.地下水基本概念Geysers（间歇泉）（间歇泉） and hot springs form where groundwater, heated at depth, rise
23、s to the surface地下水基本概念Geysers in the geothermal region of Rotorua, New zealand.地下水基本概念The base of an ordinary well penetrates below the water table地下水基本概念The water has to be brought up by bucket 地下水基本概念Cross section showing regional-scale groundwater flow in a sedimentary basin地下水基本概念1.The physical
24、 properties and chemical composition（1）地下水的物理性质主要包括温度、透明度、颜色、气味、味道、导电性、放射性。地下水基本概念（2）地下水的化学成分1)地下水中主要气体成份地下水中常见的气体成分有O2、N2、CO2、CH4及H2S等，以前三种为主。2)地下水中主要离子成分地下水中分布最广、含量较多的离子共七种，即Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+及及Mg2+地下水基本概念3)地下水中的其它成分除了以上主要离子成分外，地下水还有一些次要离子，如H+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、NH4+、OH-、NO2-、NO3-、CO32-、SiO32
25、-及PO43-等。地下水中的微量组分有Br、I、F、B、Sr等。地下水中的胶体成分主要有Fe(OH)3、Al(OH)3及H2SiO3等。地下水基本概念总总矿矿化化度度：地下水所含各种离子、分子和化合物总量，以每升水中所含克数(g/L)表示。地下水按矿化度的大小可分为四类：（1）淡水，小于1克/升；（2）微咸水，15克/升；（3）咸水，530克/升；（4）盐水，大于30克/升。地下水基本概念地下水的硬度分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。总硬度指水中所含钙盐和镁盐的总含量；暂时硬度是指当水煮沸时，重碳酸盐分解破坏而析出的CaCO3或MgCO3含量。而当水煮沸时，仍然存在于水中的钙盐、镁盐（主要是硫酸盐和氯化物）的含量，称为永久硬度。地下水基本概念总硬度为暂时硬度和永久硬度之和，一般用“德国度”或每升毫克当量来表示。1个德国度相当于 1升 水 中 含 有 10mg的 CaO和7.2mg的MgO。地下水基本概念4. The geological processes of groundwater（1）地下水的剥蚀作用）地下水的剥蚀作用1)冲刷2)溶蚀（2）地下水的搬运作用和沉积作用）地下水的搬运作用和沉积作用1)搬运作用地下水基本概念2)沉积作用按沉积方式有机械沉积和化学沉积两类。机械沉积化学沉积.孔隙沉积.裂隙沉积.溶洞沉积.温泉沉积地下水基本概念
