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1、供水水文地质绪论地下水：埋藏在地表以下岩石缝隙中的水。与地表水相比，地下水做供水水源的优势：（1）地下水经过天然过滤，水质良好，一般不需要净化处理；（2）不易受到污染，卫生条件较好；（3）水温较低且变化不大，适宜于冷却和空调用水；（4）取水构筑物靠近用户，输水管道短，经济且占地少；（5）受气候影响小，一般可保持稳定供水能力。地下水的功能（1）地下水是一种宝贵的资源（供水水源，液体矿产）；（2）地下水是极其重要的生态环境因子；（3）地下水是破坏力极强的灾害因子；（4）地下水是一种很活跃的地质营力；（5）地下水是重要的信息载体。第一章地质基础知识依据地震波可将地球内部分为地壳，地幔，地核。在地表以
2、下3080km深处和2800km深处，存在着两个明显的分界面，前者称为莫霍面，后者称为古登堡面。在莫霍面横波与纵波都将增大，在古登堡面横波消失，纵波减小。根据陆地表面的高程和起伏变化，可把陆地地形分为山地，丘陵，平原，高原，盆地和洼地。根据海底地形特征可将海底分为大陆架，大陆坡，大陆基，海沟，岛弧，深海（大洋）盆地，洋中基等单元。地壳主要组成元素：氧，硅，铝，铁，钙，钠，钾，镁。其中氧化物二氧化硅最多。矿物与岩石矿物：地壳中各种地质作用的自然产物，具有一定的化学成分和内部构造，在一定物理化学条件下相对稳定的天然单质或化合物。矿物的主要物理性质：晶形（粒状，柱状，片状，板状，纤维状，放射状);
3、颜色(矿物新鲜面上的颜色)；光泽（矿物新鲜面上反射光线的能力）；条痕（矿物粉末的颜色）；硬度（矿物抵抗摩擦及刻划的能力）；解理（矿物被击后沿一定结晶方向产生光滑平面的能力）和断口（矿物被敲击后产生的破裂面即无一定方向又不光滑）；相对密度等。摩氏硬度等级：1度，滑石；2度，石膏；3度，方解石；4度，萤石；5度，磷灰石；6度，正长石；7度，石英；8度，黄玉；9度，刚玉；10度，金刚石。岩石的分类岩石是在各种地质条件下有一种或几种矿物组成的集合体，（在地幔的软流层中产出的物质，是富有挥发性成分的高温硅酸盐熔融体）。按成因可把自然界的岩石划分为三大类：岩浆岩，沉积岩和变质岩。岩浆岩岩浆岩（火成岩）：岩
4、浆沿着地壳岩石的缝隙上升到地壳范围内或喷出地表，热量逐渐散失，最后冷却凝固而成的岩石。岩浆岩的特征： （1）产状：岩浆岩在空间的位置，形态和大小。在地壳深处冷凝成的岩石叫深成岩，其产状多为岩基和岩株，常见的有：橄榄石，辉长石，闪长石，花岗岩等；在地表深度较小处冷凝成的岩石叫浅成石，常见的有：闪长玢岩，花岗斑岩。（2）结构：岩浆岩在不同的环境中形成时，由于物理条件不同，冷凝后结晶程度，颗粒大小和形状等方面都表现出不同特点，统称为岩浆岩的结构。主要有显晶质结构，隐晶质结构，玻璃质结构。（3）构造：岩浆岩中各组成部分在空间的排列及填充方式。常见的有：块状结构，流纹结构，气孔结构，杏仁结构。依据岩浆岩
5、中二氧化硅由多到少可以将其分为酸性岩，中性岩，基性岩，超基性岩。颜色由浅变深。沉积岩1、沉积岩是在地表环境中已经形成的岩石经过风化、剥蚀、溶解等外力作用地质作用的破坏而产生的岩石碎屑、溶质等物质，在原地或经过搬运在适宜的环境沉积、再经过成岩作用而形成岩石。2、沉积岩的形成过程一般要经过以下三个阶段： （1）风化破坏；（2）搬运沉积（机械、化学、生物沉积）；（3）成岩作用。3、沉积岩的特征： （1） 产状：成层分布；（2）结构：碎屑、泥质、结晶、胶状、生物结构；(3)构造：层理（水平，波状，斜）构造; (4)矿物成分：特有海绿石、蒙脱石、高岭石；(5)化石存在是沉积岩的特征之一。4、沉积岩的分类
6、： 常见的有砾岩、砂岩、石灰岩、泥岩、页岩、凝灰岩、白云岩、盐岩等；其中分布最多的是页岩、砂岩、石灰岩，占95%以上。5、松散岩石：沉积岩类还包括近代形成的未经圧固、胶结的碎屑堆积物，称为松散岩石或第四纪松散堆积物。如粘土、粉质粘土、砂、砾石、卵石及其混合堆积物砂砾石、砂卵石等。6.不均粒土的透水性，大致与该试样d10对应的粒径所组成的均粒土的透水性相当，所以d10=0.12m称为“有效粒径”。 变质岩变质岩：岩石受到挤压或高温（未达熔化），使得岩石的结构和成分发生变化而形成的另一种岩石。变质岩的特征：（1）产状：大多数保存着变质前的岩石产状；（2）结构：主要有变晶结构；（3）构造：常见的有片
7、理、片麻状等构造；（4）矿物成分：特有石榴子石、十字石、红柱石、滑石、石墨等。变质岩的分类： 依据构造分为：片状岩石类，块状岩石类。地质年代地层层序律： 原始产生的地层具有下老上新的层序规律；化石层序律： 进化论；切割穿插定律： 侵入者、切割者年代新；被侵入者、被切割者年代老。地质运动简述地壳运动也称为构造运动，是由于地球内部原因引起地壳形态的变化。地壳运动形成了地壳中的各种地质构造，决定了地壳外貌的总体特征。按照地壳运动的特点，可归纳为：升降运动和水平运动。所有地质构造，不论是构造变形或非构造变形，都可以归纳为：褶曲、断层、裂隙和劈理四类。在地质力学中把岩石受到应力作用而产生的各种永久性变形
8、统称为构造形迹。岩层在空间位置上的状况通常是用岩层产状来表示的，岩层的产状包括走向、倾向、倾角三个要素。水平岩层，愈上愈新；倾斜岩层，顺倾向者依次渐新；直立岩层不能单凭倾斜决定。岩层的接触关系和褶曲岩层的接触关系：整合接触；平行不整合或角度不整合接触；火成接触；断层接触。褶曲是岩层的一个弯曲，它是岩层塑性变形的结果。褶曲的基本要素：核、翼、轴面、轴、转折端、枢纽、脊线。褶曲的基本类型：背斜和向斜。确定向斜和背斜的基本原则：（1）根据两翼产状确定为褶曲岩层；（2）核部两端的岩层一定是对称重复出现。褶曲在横剖面上的分类（根据轴面的位置和两翼岩层的产状划分）：直立褶曲；斜歪褶曲；倒转褶曲；平卧褶曲。
9、向斜常为储存地下水的良好构造，背斜常为储油的良好构造。多个褶曲构成褶皱。断裂构造断裂构造是岩石受力作用超过强度极限时岩石所发生的破裂，同时产生一些破裂面，使岩石丧失了连续完整性。断裂构造可由地壳内部构造作用力引起，也可由地质外应力引起。常见的断裂构造有两类：裂隙（节理）和断层。裂隙（节理）：岩石没有发生显著位移的破裂，在空间的位置是由产状表示的。断层：岩层断裂后沿断裂面两侧发生了显著的位移。断层的要素：断裂面、断裂线、断盘、断层带。位于断层面之上的称为上盘，反之，为下盘。断层的分类：正断层（上盘相对下降，下盘相对上升的断层）；逆断层（上盘相对上升，下盘相对下降）；平推断层；枢纽断层。断层的组合
10、：在剖面上正断层的组合形式常见的有阶梯断层、地垒、地堑；逆断层的组合形式常见的有叠瓦状构造。断层的判断方法： （1）构造标志；（2）岩层标志；（3）水文地质标志；（4）地貌标志。第二章 地下水的储存于循环由于岩石性质和受力作用的不同，空隙的形状、多少及其连通与分布具有很大的差别，通常把岩石的这些特征统称为岩石的空隙性。按成因可把空隙分为三类：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶隙。孔隙孔隙：颗粒或颗粒集合体之间的空隙。 孔隙度（n）=孔隙的体积（v）/松散岩石的总体积（V）*100%影响孔隙度的因素：岩石的密实程度；颗粒的均匀性；颗粒的形状；颗粒的胶结程度。只有当岩石越松散、分选
11、越好、浑圆度和胶结度越差时，孔隙度才越大；反之就越小。实验方法： n=(1-/)*100% 松散岩石的干重力密度 松散岩石的密度裂隙裂隙：固结的坚硬岩石受地壳运动及其他内外地质应力作用下岩石破裂变形产生的空隙。裂隙可分为：成岩裂隙（指岩石在成岩过程中形成的原生空隙）、构造裂隙（指构造变动中岩石受应力而产生的破裂和错位形成的劈理、节理裂隙与断位）和风化裂隙（指在风化作用下形成的岩石裂隙）。影响构造裂隙发育的因素：岩石的力学性质与厚度；岩石的埋深和所处构造部位；构造运动的性质与频率。影响风化裂隙发育的因素：岩性、气候、地形。 裂隙率（KT）=裂隙的体积（v）/岩石的总体积(V)*100%裂隙率的测
12、定 KT=L*b/F*100% ，测定岩石露头的面积F，逐一测定该面积上的裂隙长度L与平均宽度b,按上式可计算出其裂隙率（面裂隙率）。溶隙溶隙：可溶岩（石灰岩、白云岩、石膏）中的各种裂隙，被水流溶蚀扩大成为各种形态的溶隙，甚至形成巨大溶洞，这种现象又称岩溶或喀斯特。岩溶率（K k）=空隙的体积（v）/可溶岩石的体积（V）* 100%测定体积比值： K k =（1- V1/V2）* 100% V1：不包括溶隙在内的岩样体积 V2：包括溶隙在内的岩样总体积水在岩石空隙中的存在形式 在重力水面以上，岩石的空隙未被水饱和，通常称为包气带，其下则称饱水带。地壳岩石中存在以下各种形式的水： （1）岩石“骨
13、架”中的水：也称之为矿物结合水，其主要形式是沸石水、结晶水和结构水。 （2）岩石空隙中的水：主要形式是结合水（吸着水、薄膜水）、重力水、毛细水、固态水和气态水。对于供水而言，岩石空隙中的水是供水水文地质的重点研究内容。 （1）气态水：不能被直接应用，也不能被植物利用。 （2）结合水：把固相表面的引力大于水分子的自身重力的那部分水称为结合水。结合水水膜由内向外，随着所受引力的减弱，其物理性质发生变化，在内层形成强结合水，称吸着水；外层则属弱结合水，称薄膜水。 （3）毛细水（半自由水）：只能垂直运动，可以传递静水压力。常见形式有：支持毛细水；悬挂毛细水；孔角毛细水或触点毛细水。毛细水的上升高度（毛
14、细上升高度）与毛细管直径成反比，所以颗粒细的岩石，最大毛细上升高度也大。 （4）重力水：能在重力作用下自由移动的水。可以传递静水压力，有冲刷、侵蚀作用，能溶解岩石；是供水水文地质的主要研究对象。 （5）固态水:一种暂时现象。岩石的水理性质岩石的水理性质：指当空隙的大小和数量不同时，岩石在水作用过程中所表现出的容纳、保持、给出、透过水的能力，它衡量不同岩石地下水储存和运移性能。容水性：指岩石能容纳一定水量的性能，在数量上用容水度来表示。 容水度 W n=V n/V * 100% ，V n :岩石中所容纳水的体积，V：岩石总体积。持水性：在重力作用下，岩石依靠分子引力和毛细力在其空隙中能保持一定水
15、的性能，在数量上以持水度表示。 持水度 W m=V r/V *100% ，V r：在重力作用下岩石空隙中搜能保持的水体积，V：岩石总体积。根据保持水的形式不同，持水度可分为毛细持水度（毛细管孔隙被水充满时，岩石所保持的水量与岩石体积之比）和分子持水度（岩石所能保持的最大结合水量与岩石体积之比）。岩石颗粒越细小，分子持水度就越大；具有裂隙和溶隙的基岩，由于其表面积的空隙很小，所以分子持水度极小。给水性：各种岩石饱水后在重力作用下能自由排出一定水量的性能。在数值上一给水度来表示。 给水度 =Vg / V * 100% ，Vg：饱和岩石在重力作用下流出水的体积，V：岩石总体积。颗粒越粗，给水度越大。
16、给水度的最大值等于岩石的容水度减去持水度，即max =W n - W m 。透水性：岩石允许水流过的能力。透水性首先决定于岩石空隙的大小，其次是孔隙的多少及其形状。颗粒越大、分选性越好，透水性就越强；反之，透水性就差。衡量透水性能强弱的参数是渗透系数K。透水性的非均匀性是坚硬岩石普遍具有的特点。按透水性能可把岩石分为： （1 ）透水岩石 砂、砾石、卵石及裂隙或溶隙发育的坚硬岩石； （2）半透水性岩石粉质粘土、粉土、黄土、裂隙与岩溶不太发育的坚硬岩石； （3）不透水岩石粘土、淤泥、裂隙与岩溶不发育的坚硬岩石。含水层和隔水层饱水带岩层按其透过和给出水的能力，可划分为含水层和隔水层。构成含水层的基本
17、条件： （1）岩层要有能容纳重力水的空隙（孔隙，裂隙，溶隙）； （2）有存储和聚集地下水的条件； （3）具有充足的补给来源。地下水的分类： 按埋藏条件：上层滞水、潜水、承压水。 根据含水层的空隙性质：孔隙水、裂隙水、岩溶水。上层滞水上层滞水是包气带中局部隔水层之上具有自由水面的重力水。它是大气降水或地表水下渗时，受包气带中局部隔水层的阻托滞留聚集而成。上层滞水埋藏的共同特点是在透水性较好的岩层中夹有不透水性岩层。上层滞水的形成条件： （1）在较厚的砂层或砂砾石层中夹有黏土或粉质黏土透镜体时，降水或其他方式补给的地下水向深处渗透过程中，因受相对隔水层的阻挡而滞留和聚集于隔水层之上，便形成了上层滞
18、水； （2）在裂隙发育、透水性较好的基岩中有顺层侵入的岩床、岩盘时，由于岩床、岩盘的裂隙发育程度较差，亦起到相对隔水层的作用，则亦可形成上层滞水； （3）在岩溶发育的岩层中夹有局部非岩溶化的岩溶时，如果局部非岩溶化的岩层具有相当的厚度，则可能在上下两层岩溶化岩层中各自发育一套溶隙系统，而上层的岩溶水则具有上层滞水的性质； （4）在黄土中夹有钙质板层时，常常形成上层滞水。 （5）在寒冷地区有永冻层时。上层滞水的补给来源：大气降水或地表水体直接下渗补给。上层滞水受季节影响严重，水量少，因接近地表，水质较差。潜水潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上的自由运动的重力水。埋藏条件决定了潜水具有以下特
19、征： （1）具有自由表面，局部承压； （2）在重力作用下，由潜水位较高处向潜水位较低处流动； （3）潜水的分布区与补给区是一致的； （4）潜水的水位、流量和化学成分都随着地区和时间的不同而变化。潜水面的形状可以是倾斜的、抛物线形的，或者是水平的，也可以是它们的组合。影响潜水面的因素： （1）水力坡度； （2）含水层的岩性、厚度变化等； （3）地表水体的变化。潜水面在图上的表示方法： （1）剖面图； （2）平面图，即等水位线图。等水位线图的绘法：将同一时间测得的潜水位标高相同的各点用线连起来。潜水等水位线图可以解决的问题： （1）决定潜水流向； （2）求潜水的水力坡度； （3）确定潜水的埋藏深度
20、； （4）提供合理的取水位置； （5）推断含水层岩性或厚度的变化； （6）确定地下水与地表水的相互补给关系； （7）确定泉水出露点和沼泽化的范围。承压水承压水：指充满在上下两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。承压水的主要特点： （1）有稳定的隔水顶板存在，没有自由水面，水体承受静水压力； （2）补给区与分布区不一致； （3）埋藏深度较大，受人为与季节影响较小； （4）虽然埋藏深度较大，但其稳定水位都常常接近或高于地表。承压水的形成与地层、岩性和地质构造有关。下列几种岩层组合，常可形成承压水： （1）黏土覆盖在砂岩上； （2）页岩覆盖在砂岩上； （3）页岩覆盖在溶蚀石灰岩上； （4）致密不纯的
21、石灰岩覆盖在溶隙发育的石灰岩上； （5）致密的岩流覆盖在裂隙发育的基岩或多孔状岩流之上。最适宜形成承压水的地质构造条件： （1）向斜盆地中的承压水，向斜盆地在水文地质学中称作自流盆地，盆地可分为三个区：补给区、承压区、排泄区； （2）单斜地层中的承压水，一般由下列构造条件形成： 1）透水层和隔水层相间分布的承压斜地：这类承压水常出现在倾斜的基岩中和第四纪松散堆积物组成的山前斜地中； 2）含水层发生相变或尖灭形成承压斜地：往往有泉出现； 3）含水层被断层所阻形成承压斜地； 4）侵入体阻截承压斜地。两个以上的承压含水层在同一地区并存时，各含水层承压区的稳定水位往往不一致，其稳定水位高度主要取决于补给区的地下水位，补给区水位越高，承压水位也越高。
