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1、水文地质学基础Fundamentals of Hydrogeology1教材与参考资料教 材：水文地质学基础-王大纯等编著，地质出版社，95版 实验讲义：水文地质学基础实验实习讲义- 曹继星等编写，石家庄经济学院教材，2006参考资料： 1.水文地质学-于开宁等编写，石家庄经济学院规划教材，1998 2.各种版本的水文地质手册、教材等2总学时数及成绩总学时数： 48理论课学时数：42（含机动与总结学时数） 实验课学时数：6 （共3次）成绩： 根据平时考勤、作业、实验和期末考试结果综合评定。3绪言绪言0.1 0.1 地球上的水与水资源地球上的水与水资源 0.2 0.2 地下水的功能（作用）地下水
2、的功能（作用）0.3 0.3 水文地质学的发展水文地质学的发展0.4 0.4 水文学与水文地质学水文学与水文地质学 0.50.5水文地质学基础水文地质学基础课程内容课程内容4Company Logo0.1 地球上的水与水资源：地球上的水与水资源：量的概念量的概念v地球上的水及所占比例地球上的水及所占比例水体种类水体种类亿亿 km3%淡水亿淡水亿 km3 %海洋水海洋水13.3896.5400地表水地表水0.24251.750.241769.0地下水地下水0.23701.710.108330.92土壤水土壤水0.000160.0010.0001650.05大气水大气水0.0001290.0009
3、0.0001290.04生物水生物水0.0000110.000010.0000110.003总储量总储量13.85981000.3503100淡水占全球水量的淡水占全球水量的2.528%50.1 地球上的水与水资源：淡水 冰冰冻积雪雪地下水地下水河湖水河湖水淡水淡水 2.5%咸水咸水 60.1 地球上的水与水资源：地球上的水与水资源：存在形式存在形式水存在于：水存在于：江、河、湖、海、渠、库、塘等洼地江、河、湖、海、渠、库、塘等洼地地表水地表水 水圈水圈 大气层大气层 大气水大气水 大气圈大气圈 生物体内生物体内 生物水生物水 生物圈生物圈地壳浅部（十几地壳浅部（十几kmkm，主要，主要1 1
4、2km2km） 地下水地下水 岩石圈岩石圈 矿物结晶格架矿物结晶格架 地下水地下水 岩石圈岩石圈 岩浆源岩浆源 地下水地下水 岩石圈岩石圈 地幔带地幔带 地下水地下水 岩石圈岩石圈地下水圈地下水圈从地表到地幔带各个层圈所构成的具有一定水从地表到地幔带各个层圈所构成的具有一定水力联系的统一的含水整体，即地下水圈。力联系的统一的含水整体，即地下水圈。70.1 0.1 地球上的水与水资源：重要性地球上的水与水资源：重要性 水水自然界存在，自然属性自然界存在，自然属性 不断循环运动不断循环运动 良好的溶剂，重要的载体良好的溶剂，重要的载体 水具有能量水具有能量 水水人类生存、社会经济发展不可或缺，人类
5、生存、社会经济发展不可或缺，社会属性社会属性 生命之源，是地球系统的生命之源，是地球系统的“血液血液”旱灾、水灾、水污染，对人类发展不协调旱灾、水灾、水污染，对人类发展不协调 水资源可再生，但，水资源有价值（价值规律）水资源可再生，但，水资源有价值（价值规律） 水资源管理不当，成为社会不稳定因素之一水资源管理不当，成为社会不稳定因素之一80.1 地球上的水与水资源：我国水资源概况 中国的大气降水与水资源分带中国的大气降水与水资源分带 中国的人口密度与分省人均淡水资源中国的人口密度与分省人均淡水资源 我国是世界上最缺水的我国是世界上最缺水的1313个国家之一个国家之一 人均水资源占有量仅为世界平
6、均值的人均水资源占有量仅为世界平均值的1/41/49Company Logo8004002005012003000 2000 1600 1200 800 600 400 200 50 中国的大气降水中国的大气降水10Company Logo2278 1139 570 全国平均值 全国平均值的一半 全国平均值的四分之一人均淡水资源M3 339 460 386 445 2198 2091 1501 889 414 1113 2048 3603 3452 981 1250 187 5139 12668 3029 181237 5451 5306 2878 2544 2480 1107 4090 29
7、81 2010 我国各省人均淡水资源我国各省人均淡水资源110.2 0.2 地下水的功能（作用）地下水的功能（作用）概念：水文地质学简言之概念：水文地质学简言之概念：水文地质学简言之概念：水文地质学简言之研究地下水的科学研究地下水的科学研究地下水的科学研究地下水的科学。它研究与岩。它研究与岩。它研究与岩。它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用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水水量和水质的时空变化规
8、律，并研究如何运用这些规律去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。兴利除害，为人类服务。兴利除害，为人类服务。兴利除害，为人类服务。地下水地下水地下水地下水赋存于地面以下岩石空隙中的水赋存于地面以下岩石空隙中的水赋存于地面以下岩石空隙中的水赋存于地面以下岩石空隙中的水。地下水是水资源组成部分地下水是水资源组成部分 其主要功能为：其主要功能为： 1 1 1 1、地下水是一种宝贵的资源、地下水是一种宝贵的资源、地下水是一种宝贵的资源、地下水是一种宝贵的资源 2 2 2 2、地下水是极其重要的生态环境因子、地下水
9、是极其重要的生态环境因子、地下水是极其重要的生态环境因子、地下水是极其重要的生态环境因子 3 3 3 3、地下水是一种很活跃的地质营力、地下水是一种很活跃的地质营力、地下水是一种很活跃的地质营力、地下水是一种很活跃的地质营力 4 4 4 4、地下水是地球内部地质演变的信息载体、地下水是地球内部地质演变的信息载体、地下水是地球内部地质演变的信息载体、地下水是地球内部地质演变的信息载体120.2.1 地下水是一种宝贵的资源 a)a)供水水源供水水源 优点：优点： 分布广泛，水质良好、不易分布广泛，水质良好、不易污染，变化稳定，便于利用。污染，变化稳定，便于利用。 水是人们赖以生存的不可缺少的宝贵资
10、源，作为水是人们赖以生存的不可缺少的宝贵资源，作为水资源重要组成的地下水，由于其水质良好、分布水资源重要组成的地下水，由于其水质良好、分布广泛、变化稳定、便于利用而成为理想的供水水源，广泛、变化稳定、便于利用而成为理想的供水水源，有时为唯一的供水水源。地球含有地下热能资源，有时为唯一的供水水源。地球含有地下热能资源，热水、热蒸汽为载热流体。热水、热蒸汽为载热流体。 13我国西北缺水剪影我国西北缺水剪影14我国耕地与农村用水我国耕地与农村用水 Company Logo60%60%全国60%的耕地 全部或部分使用地下水灌溉95%95%95%95%全国95以上的农村饮用地下水150.2.1 地下水是
11、一种宝贵的资源 b) b) 液体矿产液体矿产地下水含盐类或稀有元素高，开发提炼具有工业开采价值地下水含盐类或稀有元素高，开发提炼具有工业开采价值 如四川自贡，三叠纪岩层中的卤水，每升达如四川自贡，三叠纪岩层中的卤水，每升达300g300g之多之多 医疗或健身功能的矿泉水医疗或健身功能的矿泉水 疗养院、天然矿泉水厂等疗养院、天然矿泉水厂等寻找特殊功能的水资源寻找特殊功能的水资源 开发提取一定的能量（热能，冷能）开发提取一定的能量（热能，冷能） 地下水的露头地下水的露头泉，往往具有冬暖夏凉的特点，地球浅层泉，往往具有冬暖夏凉的特点，地球浅层是常温带是常温带保温作用，起到保温作用，起到“冬灌夏用，夏
12、灌冬用冬灌夏用，夏灌冬用” 地球是个天然热库地球是个天然热库可以供热，供取暖等用处可以供热，供取暖等用处160.2.2 地下水是极其重要的生态环境因子 地下水是影响生态与环境的重要因素之一地下水是影响生态与环境的重要因素之一 地下水的变化往往会打破原有的生态平衡地下水的变化往往会打破原有的生态平衡 ，使环境发生变，使环境发生变化化即可以有益，也可以是有害的即可以有益，也可以是有害的 有害的例子：有害的例子：农业用水不当的次生盐渍化，河西走廓的民勤农业用水不当的次生盐渍化，河西走廓的民勤县绿洲变沙漠，过量开采地下水县绿洲变沙漠，过量开采地下水地面沉降（上海、天津、地面沉降（上海、天津、西安）、海
13、水入侵、地面塌陷、地下水污染等西安）、海水入侵、地面塌陷、地下水污染等 地下水与其周围的环境，人、水、热、动是个相互依存的有地下水与其周围的环境，人、水、热、动是个相互依存的有着内在联系的生物生存链，打破一个环节就会引起或正或负着内在联系的生物生存链，打破一个环节就会引起或正或负的反馈（报复）的反馈（报复）17Company Logo地下水开采利用产生的环境问题：地下水开采利用产生的环境问题：地下水开采利用产生的环境问题：地下水开采利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重沙化荒漠化加重沙化荒漠化加重沙化荒漠化加重18Company Logo地下水开采利用产生的环境问题：地下水开采利用产生的环境问题：
14、地下水开采利用产生的环境问题：地下水开采利用产生的环境问题：上海地面沉降上海地面沉降上海地面沉降上海地面沉降城市防洪设施标准降低，城市防洪设施标准降低，外滩防洪挡水墙越筑越高外滩防洪挡水墙越筑越高19Company Logo地下水开采利用产生的环境问题：地下水开采利用产生的环境问题：地下水开采利用产生的环境问题：地下水开采利用产生的环境问题：地下水污染地下水污染地下水污染地下水污染地下水污染主要分布在城区附近和地表水污染严重的地区地下水污染主要分布在城区附近和地表水污染严重的地区200.2.3 地下水是一种很活跃的地质营力 地下水是一种很活跃的地质营力地下水是一种很活跃的地质营力 地下水为应力
15、的传递者、热量及化学组分的传输者，超静孔隙水压力导致滑脱构造，地下水为良好溶剂，参与岩浆、变质、矿床、岩溶、成壤、风化、油气迁移，在地球演变中起重要作用。210.2.4 地下水是地球内部地质演变的信息载体 地下水是（地球内部地质演变的）信息载体地下水是（地球内部地质演变的）信息载体由于是应力传递者，同时又是在流动由于是应力传递者，同时又是在流动 所以地下水水位，水量，水温，水化学等的变化或异常可以提供埋藏在地下的许多信息强的溶剂：在地质循环和水文循环中化学组分溶强的溶剂：在地质循环和水文循环中化学组分溶解，传递到适宜的部位沉淀（沉积）：成矿解，传递到适宜的部位沉淀（沉积）：成矿 如找矿、找油、
16、地震预报、地质演变 220.3 水文地质学的发展水文地质学的发展四个时期四个时期：1856年以前的萌芽时期，年以前的萌芽时期，1856年至年至20世纪中叶的世纪中叶的奠基时期，奠基时期，20世纪中叶至今的发展时期，世纪中叶至今的发展时期， 21世纪的转变时期世纪的转变时期 v萌芽时期萌芽时期：由逐水而居到凿井取水由逐水而居到凿井取水-一大转折一大转折 v奠基时期奠基时期：1856年，达西定律年，达西定律-地下水定量计算地下水定量计算奠定了水奠定了水文地质学的基础文地质学的基础 v发展阶段发展阶段：二次世界大战战后，科学技术推动生产力迅猛发展二次世界大战战后，科学技术推动生产力迅猛发展以及人口的
17、急剧增长以及人口的急剧增长 泰斯非泰斯非稳定流理定流理论提出，提出，对地下水地下水资源量的源量的认识革命革命 计算机技算机技术的的发展，在地下水模展，在地下水模拟、规划管理等推划管理等推进 v转变时期转变时期：核心内容的转变，可持续发展观的提出核心内容的转变，可持续发展观的提出 水文地水文地质学的学的发展正向展正向“地下水科学地下水科学”的的转变 发展趋势坎儿井23地下水的利用地下水的利用地下水的利用地下水的利用坎儿井，坎儿井，坎儿井，坎儿井，近近30003000年历史年历史地下水位地下水位主主 井井-廊廊 道道竖 井井灌灌溉农田田山区山区-山前山前隔水隔水层含含 水水 层240.3 水文地质
18、学的发展水文地质学的发展任务任务 v目前任务目前任务： 正确地预测在人类活动干预下地下水的变化正确地预测在人类活动干预下地下水的变化 正确地评价、开发、管理与保护地下水资源正确地评价、开发、管理与保护地下水资源 保护与地下水有关的生态环境，成为当务之急保护与地下水有关的生态环境，成为当务之急 正确地预测矿产开发的地下水问题，避免地下正确地预测矿产开发的地下水问题，避免地下水害水害 。250.3 水文地质学的发展水文地质学的发展趋势趋势核心课题转移：找水水文地质学核心课题转移：找水水文地质学资源资源生态环境生态环境 n视视野野扩扩展展：含含水水层层地地下下水水系系统统水水文文- -生生态态环环境
19、境技技术术- -社社会系统会系统。 n目标改变：由当前的问题转向长期的可持续发展目标改变：由当前的问题转向长期的可持续发展 n内内容容扩扩展展：从从地地下下水水的的水水量量为为主主，转转向向水水量量与与水水质质的的研研究究并并重；从狭义地下水，扩大到广义地下水重；从狭义地下水，扩大到广义地下水, ,乃至地下水圈乃至地下水圈 n思路的改变：从成生角度，加强过程与机理研究思路的改变：从成生角度，加强过程与机理研究 n多多学学科科交交叉叉渗渗透透成成为为主主流流：地地下下水水科科学学与与其其它它自自然然科科学学以以及及社会科学交叉渗透，以多学科方式研究与处理问题社会科学交叉渗透，以多学科方式研究与处
20、理问题 n服务方式转变：如何使水文地质工作成果转化为生产力，成服务方式转变：如何使水文地质工作成果转化为生产力，成为一个急需解决的重大课题为一个急需解决的重大课题 260.4 水文学与水文地质学水文学与水文地质学 水文学（水文地质学）水文学（水文地质学）水资源的核心课程水资源的核心课程 广广义地地说：研究地球与水的科学：研究地球与水的科学 具体地具体地讲：研究地球上各种水体的形成、循：研究地球上各种水体的形成、循环和分布，探和分布，探讨水水体的化学和物理性体的化学和物理性质以及它以及它们对环境的反境的反应、与生物的关系、与生物的关系 广广义水文学分支水文学分支基基础理理论、应用用 基基础理理论
21、水文学原理水文学原理 研究研究对象象河流、湖泊、河口海岸、冰川河流、湖泊、河口海岸、冰川 ，地下水文学等，地下水文学等 应 用用工程水文学，工程水文学，农业、森林、城市、森林、城市、环境水文学等境水文学等 270.5 课程内容课程内容 通过课堂讲授、课外作业、室内实验通过课堂讲授、课外作业、室内实验和讨论，主要传授地下水的功能，水文循和讨论，主要传授地下水的功能，水文循环及其影响因素，岩石的空隙类型及其中环及其影响因素，岩石的空隙类型及其中的地下水类型，地下水运动的基本规律的地下水类型，地下水运动的基本规律-达西定律和包气带地下水运动的规律，地达西定律和包气带地下水运动的规律，地下水形成的化学作用及水化学分析表示方下水形成的化学作用及水化学分析表示方法，地下水的补给与排泄，地下水系统，法，地下水的补给与排泄，地下水系统，地下水动态与均衡，孔隙水、裂隙水和岩地下水动态与均衡，孔隙水、裂隙水和岩溶水的基本特征。溶水的基本特征。28思考题1.1.结合你家乡的实际情况或听到谈到的信息，结合你家乡的实际情况或听到谈到的信息，试分析地下水的某种功能。试分析地下水的某种功能。 2.2.为什么说为什么说“水资源水资源”是可再生的资源？是可再生的资源？ 3.3.为什么说为什么说“水资源水资源”既有自然属性，又有社既有自然属性，又有社会属性。会属性。29
