Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,,*,,,,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,,*,水文地质学基础,Fundamentals of Hydrogeology,,2024/11/25,水文地质学基础Fundamentals of Hydroge,1,参考教材,教 材：《水文地质学基础》-王大纯等编著，地质出版社，95版/2010版,2024/11/25,参考教材教 材：《水文地质学基础》-王大纯等编著，地质,2,提纲,第一章 绪论,第二章 岩土中的空隙和水,第三章 地下水的赋存,第四章 地下水运动的基本规律,第五章 地下水的补给与排泄,,2024/11/25,提纲第一章 绪论 2022/10/22,3,Company Logo,,1.1,地球上的水与水资源：,地球上的水及所占比例,水体种类,亿,km,3,%,淡水亿,km,3,,%,海洋水,13.38,96.54,0,0,地表水,0.2425,1.75,0.2417,69.0,地下水,0.2370,1.71,0.1083,30.92,土壤水,0.00016,0.001,0.000165,0.05,大气水,0.000129,0.0009,0.000129,0.04,生物水,0.000011,0.00001,0.000011,0.003,总储量,13.8598,100,0.3503,100,淡水占全球水量的,2.528%,第一章绪论,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,4,地球上的水与水资源：,淡水,,冰冻,\,积雪,地下水,河湖水,淡水,2.5%,咸水,2024/11/25,地球上的水与水资源：淡水 冰冻\积雪地下水河湖水淡水 咸水,5,1.2,地下水的功能（作用）,概念：水文地质学简言之──,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兴利除害，为人类服务地下水,——,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,其主要功能为：,,1,、地下水是一种宝贵的资源,2,、地下水是极其重要的生态环境因子,3,、地下水是一种很活跃的地质营力,4,、地下水是地球内部地质演变的信息载体,2024/11/25,1.2 地下水的功能（作用）概念：水文地质学简言之──研究,6,我国西北缺水剪影,2024/11/25,我国西北缺水剪影2022/10/22,7,我国耕地与农村用水,,Company Logo,,60%,全国,60%,的耕地,全部或部分使用地下水灌溉,95%,全国,95,％以上的农村饮用地下水,2024/11/25,我国耕地与农村用水 Company Logo60%全国60,8,Company Logo,,地下水开采利用产生的环境问题：,沙化荒漠化加重,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,9,Company Logo,,地下水开采利用产生的环境问题：,上海地面沉降,城市防洪设施标准降低， 外滩防洪挡水墙越筑越高,,,,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,10,苏锡常,40,水位埋深等值线和,200mm,地面沉降等值线,●,地下水位下降与地面沉降的相关性明显,2024/11/25,苏锡常40水位埋深等值线和200mm地面沉降等值线● 地下,11,Company Logo,,地下水开采利用产生的环境问题：,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,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,12,自然界的水循环,,2024/11/25,自然界的水循环 2022/10/22,13,,自然界的水循环,2024/11/25,自然界的水循环2022/10/22,14,,第二章 岩土中的空隙和水,（,a,）分选好的高孔隙度沉积 （,b,）分选差的低孔隙度沉积,（,c,）分选好的高孔隙度卵石沉积 （,d,）分选好的矿物充填沉积,（,e,）岩体溶解空隙 （,f,）岩体裂隙,,2.1,岩土中的空隙,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,2024/11/25,第二章 岩土中的空隙和水（a）分选好的高孔隙度沉积 （,15,2024/11/25,2022/10/22,16,,裂隙,:,坚硬岩石中的空隙，岩石中的空隙主要由各种成因的裂隙,——,成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙所构成。
⑴,体积裂隙率（,K,r,）,裂隙体积（,V,n,）与包括裂隙在内的岩石体积（,V,）,的比值,,⑵,面积裂隙率（,K,a,）,,单位面积岩石上裂隙面积的大小,,⑶,线裂隙率（,K,l,）,,垂直裂隙走向方向上单位长度上裂隙的条数,2024/11/25,裂隙: 坚硬岩石中的空隙，岩石中的空隙主要由各种成因,17,,溶穴,:,可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩,等，在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为,溶穴（隙）岩溶率（,K,k,）：,,,,岩石中水的存在形式,,,,2024/11/25,溶穴: 可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩,18,2.2,岩土中的水,2024/11/25,2.2 岩土中的水2022/10/22,19,,（,1,） 强结合水的特点,密度大于,1,，平均,2g/cm,3,左右；,不受重力影响；,不能流动只有在温度,105~110℃,时才以气态的形,式脱离颗粒表面而移动；,溶解盐类能力弱；,,-80 ℃,时仍不结冰；,,有较大的粘滞性、弹性和抗剪强度；,不能传递静水压力；,无导电性2024/11/25,（1） 强结合水的特点2022/10/22,20,,（,2,）,弱结合水的特点,密度大于,1,，为,1.3~1.774g/cm,3,；,不受重力影响；,可以从簿膜厚的颗粒向簿膜小的颗粒方向移动，但,速度十分缓慢；,溶解盐类能力较弱,冰点为,-15℃,,有一定的粘滞性和抗剪强度,在一定条件下（饱水带）可传递静水压力,弱结合水的外层能被植物吸收利用,2024/11/25,（2）弱结合水的特点2022/10/22,21,,（,3,）毛细水,依靠毛细力而保持在毛细空隙中的水，称为,毛细水,。
毛细空隙是岩土中的细小空隙，一般指直径小于,1mm,的,孔隙或宽度小于,0.25mm,的裂隙2024/11/25,（3）毛细水2022/10/22,22,,毛细水类型,支持毛细水：存在于,饱水带,以上并与地下水面相连,的毛细空隙中的水能传递静水压力，当温度低于,0℃,时结冰悬挂毛细水：存在于包气带并与地下水面不相连的,毛细空隙中的水呈,“,悬挂,”,状态，经蒸发后消失成因：入渗重力水；由支持毛细水转化而成2024/11/25,毛细水类型2022/10/22,23,,（,4,）矿物水,存在于矿物结晶内部及其间的水结构水：,以,H,+,和,OH,-,离子形式存在于矿物结晶格架中，,与矿物结合紧密结晶水：,以,H,2,O,分子形式存在于矿物结晶格架中，与矿,物结合紧密沸石水：,以,H,2,O,分子形式存在于矿物晶格的空隙中，与,矿物结合不紧密2024/11/25,（4）矿物水2022/10/22,24,2.3,与水有关的岩土性质,,容水性,——,岩石能容纳一定数量水的性质用容水度,表示持水性,——,岩石在重力释水后能在空隙中保持一定数量,水的性质用持水度表示给水性,——,饱水岩石在重力作用下能自由排出一定数量水,的性质。
用给水度表示透水性,——,岩石允许让水通过的性质用渗透系数或单位,吸水量表示2024/11/25,2.3 与水有关的岩土性质2022/10/22,25,2024/11/25,2022/10/22,26,第三章 地下水的赋存,3.1,包气带与饱水带,3.2,含水层、隔水层与弱透水层,3.3,地下水分类,3.4,潜水,3.5,承压水,3.6,潜水与承压水的相互转化,3.7,上层滞水,2024/11/25,第三章 地下水的赋存3.1 包气带与饱水带2022/10/2,27,,,3.1,包气带与饱水带,,包气带与饱水带的划分,,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,,一般通过打井，地下开挖来确定）,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,包气带与饱水带,2024/11/25,3.1 包气带与饱,28,Company Logo,,,包气带与饱水带,地下水位,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,29,Company Logo,,3.1,包气带与饱水带,包气带,（,zone of aeration or zone of unsaturation,）,,特点,：,①岩石空隙未被水充满,②是固、液、气三相介质并存介质,水的存在形式（多样）,,结合水、毛细水（各种）、气态水、,（过路）,重力水,包气带的垂直分带,,,土壤水带,毛细水带（支持毛细水带,、,毛细饱和水带,）,中间带（过渡带）,包气带水的,来源,,大气降水的入渗、地表水体的渗漏、饱水带水分上移（毛细水进入包气带、地下水蒸发进入包气带）,,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,30,Company Logo,,,饱水带,（,saturation zone,）,,岩石空隙被水完全充满,→,是二相介质（固相,+,液相水）,空隙中水的存在形式：,①重力水 ②结合水,,重力水：连续分布（孔隙是连通）,→,传递静水压力,→,在水头差作用下，地下水（空隙中的水）可以连续运动。
饱水带中的重力水是开发利用或者排除的主要对象，是水文地质学研究的重点地下开挖，坑道，巷道，基坑，打井在此带均有重力水涌出来,3.1,包气带与饱水带,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,31,Company Logo,,3.2,含水层 隔水层 弱透水层,一、,基本概念,,饱水岩层中，根据岩层,给水,与,透水能力,而进行的划分：,,含水层,（,Aquifer,）：,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,（,Aquifuge),：,不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层,——,裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密）,,弱透水层,（,Aquitard,）：,,渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层,——,各种粘土，泥质粉砂岩、砂质页岩,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,32,Company Logo,,定义中的模糊概念,—“,相当水量，微不足道，较大水力梯度,”,等,严格的,“,是与非,”,的逻辑思维，在很多情况下是,相对的和模糊,的概念,相对性的意义：,,,从实际应用角度来看划分的相对性,——,相当水量,,满足需要就可以了。
如在某处一口井出水量,80m,3,/d,，作为,1,万人的供水，非含水层；作为饮料厂、装瓶生产则为含水层又如一个小泉水流量,0.11/s≈8.6m,3,/d,，大厂,——,非，村用,——,是从理论意义来看,——,微不足道,,微不足道，有时空尺度的制约,如华北平原早期地下水开采就是典型的例子，深层水与浅层水的开采有一粘土隔水层；开采深层，水量大，水位降低快，浅层水向深层,“,越流,”,--,粘土层成为,“,透水层,”,现在进行水文地质计算、模拟时，不再简单二分了，而是用模糊学的研究方法，给个隶属度,1,，,0,之间，可以为,0.8,0.7,,…,0.3,,表示,“,透水性”？,3.2.2,概念的相对性,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,33,岩层渗透性与时间尺度的关系,①,②,③,④,5,4,3,2,1,2024/11/25,岩层渗透性与时间尺度的关系①②③④543212022/10/,34,3.2.3,含水系统,含水系统,—,Groundwater aquifer system,,地下水含水系统：,是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系,含水系统：包含多个含水层和弱透水层，或局部隔水层,含水系统：可以进行子系统划分,含水系统的定义是从大的空间尺度研究含水层、隔水层、 与弱透水层的组合关系，是从地质成因角度对岩层的水文地质特征进行划分的分析方法,(,或给出的概念,),含水系统的划分,2024/11/25,3.2.3 含水系统含水系统—Groundwater aq,35,Company Logo,,,含水系统层次划分,—,系统与子系统,A,B,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,36,Company Logo,,,冲洪积平原地下水含水系统,丘陵,,倾斜平原区,,低平原,,,,,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,37,,,,广义地下水,：,赋存于地面以下岩石空隙中的水,(,包气带、饱水带中的水,),,狭义地下水：,地表以下饱水带岩层空隙中的水,—,重力水,,,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）,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。
表,3-1,含水介质三类，埋藏三分，组合共分为,9,类,3.3,地下水分类,,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,2024/11/25, 广义地下水： 3.,38,上层滞水,(a),、潜水,(b),、承压水,(c),,a,b,c,,2024/11/25,上层滞水(a) 、潜水(b)、承压水(c)abc2022/1,39,Company Logo,,,一、潜水与潜水含水层概念,,潜水,：,饱水带中第一个具有,自由表面,的,稳定,含水层中的水自由表面,—,没有隔水顶板,或,只有局部隔水顶板,，与大气直接相通，除大气压强外不受其它任何附加压强稳定,—,具有一定的,空间连续性,（范围），以与,上层滞水,区分潜水含水层：,赋存潜水的岩层建筑,房,屋时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水）,,3.4,潜水与潜水含水层,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,40,Company Logo,,,二、基本要素（专业术语）,,潜水面,(water table),,：潜水表面是一个自由的水面。
潜水位,(water level ),,：潜水面上任一点的海拔高程潜水含水层厚度,：从潜水面到隔水底板的垂直距离潜水埋藏深度,：潜水面到地面的垂直距离潜水含水层厚度与潜水埋藏深度随潜水面的升降而发生相应的变化3.4,潜水与潜水含水层,潜水要素图,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,41,Company Logo,,2,,3,,4,,5,,6,,7,,8,,D,,1,,M,,潜水与潜水含水层图,1-,潜水含水层,2-,隔水层,3,、,4,潜水面 潜水面,M-,含水层厚度,D-,潜水埋深,,5-,大气降水入渗,6-,蒸发,7-,流向,8-,泉,,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,42,四、,潜水研究基本方法,—,潜水等水位线图,潜水等水位线图：,由某时刻潜水位相等的各点连线组成的图件,某时刻潜水面的等高线图）,,潜水流向：,垂直等水位线由高到低为潜水的流向潜水面坡度：,相邻两条等水位线的水位差除以其水平距离当潜水面坡度不大时，即可视为潜水水力梯度3.4,潜水与潜水含水层,2024/11/25,四、潜水研究基本方法—潜水等水位线图3.4 潜水与潜水含水,43,Company Logo,,,某地潜水等水位线图（平面）,河,河,流,流,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,44,Company Logo,,一、,承压水定义,,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,。
二、,基本要素,①,承压含水层；,②,,隔水顶板；,③,隔水底板；,④,承压含水层厚度（,M,）；,⑤,承压高度（,H,） ：钻孔中静止水位到含水层顶面的距离；,⑥,测压水位：钻孔中静止水位的高程即为承压水在该点的测压水位；,⑦,测压水位线（面）：测压水位的连线（面）,—,此线是虚拟的；,⑧,补给区；,⑨,承压区；,⑩,排泄区,⑾,自溢区,—,测压水位线与地形等高线的交点连接区,,3.5,承压水与承压含水层,承压水要素,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,45,Company Logo,,,基岩自流盆地中的承压水,①承压含水层,②隔水顶板,③隔水底板,④承压含水层厚度（,M,）,⑤承压高度（,H,）,⑥测压水位线（面）：,⑦,补给区,,⑧,承压区,,⑨,排泄区,,⑩,自溢区,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,46,三、,特征,,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概念：,承压高度；测压水位补给与排泄,,,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。
3.5,承压水与承压含水层,2024/11/25,三、特征 3.5 承压水与承压含水层2022/10/22,47,Company Logo,,承压含水层的储水与释水机理,,贮水系数,S,(,弹,性给水度,μ,e,,),,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,),的水的体积测压水位降低导致,,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,孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加,—,骨架被压缩,,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,,这两部水很有限，所以,S,很小 ；,一般， 贮水系数,S,为,0.005—0.00005,，与重力给水度,μ,相比要 小,10,-1,—,10,-3,,3.5,承压水与承压含水层,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,48,Company Logo,,,承压含水层的贮水系数与潜水含水层给水度的比较,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,49,Company Logo,,等水压线图,,等水压线,—,,承压含水层测压水位相等的各点连线。
等水压线图,—,,根据承压水测压水位，按一定高差间距绘制的各条等水位线所构成的图等水压线图反映的水文地质信息,,承压水的流向、水力梯度方法同潜水流向、水力梯度）,测压水位,—,,静止水位的海拔测压水位的埋深,—,,地表高程与测压水位之差承压高度,—,,静止水位（测压水位）高出含水层顶板的距离含水层埋深,—,,地表高程与隔水顶板高程之差承压水自溢区,—,,地形等高线与同高的测压水位线各个交点连线所圈围的范围确定与其它含水层或地表水体的相互补给关系需有等水位线图或地表水体水位）,,3.5,承压水与承压含水层,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,50,Company Logo,,,等水压线图,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,51,3.6,潜水与承压水的相互转化,正仪,-,化肥厂含水层剖面示意图,2024/11/25,3.6 潜水与承压水的相互转化正仪-化肥厂含水层剖面示意图2,52,Company Logo,,,3.7,上层滞水,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面的重力水，这便是上层滞水。
分布最接近地表，接受大气降水的补给，通过蒸发或向隔水底板（弱透水层底板）的边缘下渗排泄；,水量小，动态变化显著，只有在缺水地区才能成为小型供水水源或暂时性供水水源；,包气带中的上层滞水，对其下部的潜水的补给与蒸发排泄，起到一定的滞后调节作用；,极易受污染，利用其作为饮用水源时要格外注意卫生防护上层滞水,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,53,上层滞水,,a,b,c,2024/11/25,上层滞水abc2022/10/22,54,第四章 地下水运动的基本规律,4.1,渗流基本概念及地下水的运动形态,4.2,重力水运动的基本规律,4.3,流网,4.4,饱水粘性土中水的运动规律,2024/11/25,第四章 地下水运动的基本规律4.1 渗流基本概念及地下水的运,55,,4.1,渗流基本概念及地下水的运动形态,渗流（,seepage flow,）：,地下水在岩石空隙中的运动称为,渗流或渗透,地下水渗流,—,遵循水力学基本原理；水力学的许多概念、定律、方法都可用来研究渗流；,两者差异,：,水力学研究水在,管道,、,渠道,中的流动，水流速度较快,—,明流,；,流体（水）在,岩石空隙,中的流动，因空隙细小，水流很缓慢,—,地下水渗流,。
2024/11/25,4.1 渗流基本概念及地下水的运动形态渗流（seepage,56,,4.1,渗流基本概念及地下水的运动形态,渗流场（,flow field,）：,发生渗流的区域称为,渗流场,渗流场是,地下水运动,的空间；,渗流场由,固体颗粒骨架,和,岩石空隙,两部分组成，渗流只发生在,岩石空隙,中；,无论是固体颗粒骨架，还是岩石空隙空间，在,微观上讲都不是连续的,2024/11/25,4.1 渗流基本概念及地下水的运动形态渗流场（flow f,57,,4.1,渗流基本概念及地下水的运动形态,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2024/11/25,4.1 渗流基本概念及地下水的运动形态地下水的运动形态20,58,,4.1,渗流基本概念及地下水的运动形态,,水头,：水流中空间上某点所具有的总势能。
根据,水力学原理,，水流运动中任意点总水头可表示为：,,,,在渗流场中：,2024/11/25,4.1 渗流基本概念及地下水的运动形态2022/10/22,59,（一）达西定律,达西,(,1856,年,):,法国水力学家，通过大量实验得到线性渗透定律实验,：,装有砂的圆筒（图,),水由筒的上端加入,,,流经砂柱,,,由下端流出上游用溢水设备控制水位,,,使实验过程中水头始终保持不变在圆筒的上下端各设一根测压管，分别测定上下两个过水断面的水头下端出口处设管嘴以测定流量4.2,重力水运动的基本规律,2024/11/25,（一）达西定律达西(1856年):法国水力学家，通过大量实验,60,根据实验结果，得到下列关系式,：,,Q = Kωh/L = KωI,,（,达西公式）,式中,:Q—,渗透流量,(,出口处流量，通过砂柱各断面的流量；,,ω—,过水断面,(,在实验中相当于砂柱横断面积,),；,,h—,水头损失,(h=H,1,-H,2,,,即上下游过水断面的水头差,),；,,L—,渗透途径（上下游过水断面的距离,),；,,I—,水力梯度,(,相当于,h/L,，即水头差除以渗透途径）；,,k—,渗透系数。
2024/11/25,根据实验结果，得到下列关系式：2022/10/22,61,,由水力学可知,,,通过某一断面的流量,Q,等于流速,V,与过水断面,ω,的乘积,,,即,：,,,Q = ωV,,,,即,,V = Q/ω,,据此达西定律可以写为另一种形式，即：,,,,V = KI,,,水在多孔介质中的渗透流速与水力梯度的一次方成正比,——,达西定律（线性渗透定律）,2024/11/25,由水力学可知,通过某一断面的流量Q等于流速V与过水,62,（二）渗透流速（,V,）,过水断面,ω,：,指砂柱的横断面积,,在该面积中,,,包括,砂颗粒所占据的面积,及,空隙所占据的面积,，而水流实际流过的面积是,扣除结合水所占据的范围以外的空隙面积,,,,即,:,,,,式中,:,—,有效空隙度,2024/11/25,（二）渗透流速（V）过水断面ω：指砂柱的横断面积2022/1,63,有效空隙度,：,,指重力,水流动的空隙体积,(,不包括结合水占据的空间）与,岩石体积,之比2024/11/25,有效空隙度 ：2022/10/22,64,,讨论可知,：,ω,不是实际的过水断面,,,故,V,也并非真实的流速,,,而是假设水流通过包括骨架与空隙,在内的断面（,ω,）时所具有的一种,虚拟流速,。
令通过实际过水断面 时的,实际流速,为,u,即,:,,因为,Q =ωV,，比较上两式,可写为以下等式：,,又因为 ，所以可得 即：,渗透流速等于实际流速与有效空隙度的乘积2024/11/25,讨论可知：ω不是实际的过水断面,故V也并非真实,65,水力梯度的概念：,水力梯度,I,的定义：,沿,渗透途径水头损失,与,相应渗透途径长度,的比值水力梯度,I,的讨论：,,水在空隙中运动时,,,必须克服,水与隙壁,以及,流动快慢不同的水质点之间的摩擦阻力,(,摩擦阻力随水流速增加而增大,),,而消耗机械能,,,造成水头损失三）水力梯度（,I,）,2024/11/25,水力梯度的概念：（三）水力梯度（I）2022/10/22,66,水力梯度的理解：,①水流通过单位长度渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能②驱动力,,,即克服摩擦阻力使水以一定速度流动的力量从这个角度来说，达西定律的实质是,能量守恒与转化定律,在地下水流运动中的具体体现注意,：,,既然机械能消耗于渗透途径上，因此，,求算水力梯度,I,时,,,水头差必须与相应的渗透途径相对应,2024/11/25,水力梯度的理解：2022/10/22,67,渗透系数的概念：,渗透系数,—,表征岩石渗透性能的定量指标。
渗透系数的单位：,一般采用,m/d,、,cm/s,渗透系数的物理意义：,由达西公式,(,V = KI,）可知：,,渗透系数为水力梯度,I=1,时的渗透流速四）渗透系数,(K),,2024/11/25,渗透系数的概念：（四）渗透系数(K) 2022/10/22,68,渗透系数的影响因素：,(,V = KI,）,,a.,渗透系数与,水力梯度,、,渗透流速,有关,,水力梯度,=,定值时,,,渗透系数愈大,,,渗透流速就愈大；,,渗透流速,=,定值时,,,渗透系数愈大,,,水力梯度愈小渗透系数愈大,,,岩石透水能力愈强2024/11/25,渗透系数的影响因素： (V = KI）2022/10/22,69,,b.,渗透系数与,岩石的空隙性质,有关,,C.,渗透系数与,水的某些物理性质,有关,,水流在岩石空隙中运动,,,需要克服,隙壁,与水及,水质点间,的,摩擦阻力,，例如：,粘滞性不同的两种液体在同一岩石中运动,,,则粘滞性大的液体渗透系数就小于粘滞性小的液体一般情况下当水的物理性质变化不大时,,,把,渗透系数看成单纯说明岩石渗透性能的参数,；但在研究,卤水,或,热水,运动时,,,还需要考虑其它因素。
2024/11/25,b.渗透系数与岩石的空隙性质有关202,70,表,4-1,松散岩石渗透系数参考值,2024/11/25,表4-1 松散岩石渗透系数参考值2022/10/22,71,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,不是线性关系绝大多数情况下,,,地下水的运动都符合线性渗透定律,,,因此,,,达西定律适用范围很广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2024/11/25,达西定律的适用范围：2022/10/22,72,达西定律具体适用范围为：,存在一个,临界雷诺数,R,e,临,（,1~10,），,,R,e,临,是达西定律成立的上限，当,Re,＜,R,e,临,，即低雷诺数时，属低速流，这时该区域内,达西定律适用,当,R,e,临,＜,Re,＜,20,～,60,时，出现一个,过渡带,，从层流运动过渡到非线性层流运动。
高雷诺数时为,紊流,，,达西定律失效,2024/11/25,达西定律具体适用范围为：2022/10/22,73,第五章 地下水的补给与排泄,地下水是通过补给与排泄两个环节参与自然界的水循环,补给,：,含水层或含水系统从外界获得水量的,过程,排泄,：,含水层或含水系统向外界排出水量的,过程,,5.1,地下水的补给,5.2,地下水的排泄,2024/11/25,第五章 地下水的补给与排泄地下水是通过补给与排泄两个环节参与,74,5.1,地下水的补给,补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化,思考,：补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么变化？,地下水位上升，,增加了势能,，使地下水保持不停的流动,由于构造封闭或气候干旱，得不到补给，地下水的流动将停滞,补给的研究包括：,补给来源、影响因素,与,补给量,地下水的补给来源有：,天然：,大气降水、地表水、凝结水,及,相邻含水层,的补给等,人类活动有关的：,灌溉水入渗、水库渗漏,及,人工回灌,2024/11/25,5.1 地下水的补给补给使含水层的水量、水化学特征和水温,75,5.1.1,大气降水对地下水的补给,讨论：入渗机制,？,影响因素,？？,补给量的确定,？？？,1,、,大气降水入渗机制,包气带是降水对地下水补给的枢纽，包气带的岩性结构和含水量状况对降水人渗补给起着决定性作用,目前认为，松散沉积物的降水入渗有,两种方式,：,降水入渗的现象,—,两类空隙的入渗过程,——,总结：,均匀砂土层,——,活塞式,(piston/diffuse),含裂隙的土层,——,捷径式,(bypass),山西黄土,2024/11/25,5.1.1 大气降水对地下水的补给讨论：入渗机制？影响因素,76,山西黄土及其入渗,2024/11/25,山西黄土及其入渗2022/10/22,77,,下渗过程中水分分布带,下渗水流运移模式的条件 ？,,饱和带,--,,厚度,1.5cm,,含水量接近,--,水分传输带,,过渡带,含水量在,--,,厚度,湿润带,,含水量变化大,湿润锋（面）,,,,,含水量,%,深度,cm,风干土,田间持水量,饱和含水量,饱和带,过渡带,水分传输带,湿润带,湿润锋,2024/11/25,下渗过程中水分分布带下渗水流运移模式的条件 ？含水量%深度c,78,2,、降水补给的影响因素,P =,R,s,+ E +ΔS + q,G,气候因素,（,P,，,E,）；,降水总量,,,降水强度,,,降水频率；,降水延续时间,总量大，强度适中，间隔短，时间长的绵绵细雨最有利。
温度适中，温差较小，相对湿度大，蒸发强度小地形,:,高或低，陡或缓,地质,:,渗透性愈大则愈有利,地下水位埋深,：,其他,：,R,s,E,P,,S,q,s,5.1.1,大气降水对地下水的补给,2024/11/25,2、降水补给的影响因素RsEPSqs5.1.1 大气降水,79,5.1.1,大气降水对地下水的补给,3,、补给量的确定方法,平原区一般采用入渗系数法（,α,）,降水入渗系数,多用年平均值表示,由经验与实验等方法得出,全年降水入渗补给量：,Q = P,·,α,·,F,·,1000,,m,3,/a,，,mm,，无量纲，,km,2,降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定,,2024/11/25,5.1.1 大气降水对地下水的补给3、补给量的确定方法20,80,5.1.2,地表水对地下水的补给,地表水对地下水的补给（要求以自学为主）,地表水体,（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源,河流补给,:,因地而异（空间上），不同部位，岩性等；,因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系,比较,长年性河流,与,季节性河流,对地下水的补给的异同点？,河流补给的主要影响因素有哪些？,如何确定河水对地下水的补给量？,地表水补给地下水的,必要条件,有哪些：,有水力联系,地表水水位高于地下水水位,季节性河流,河流不同部位,2024/11/25,5.1.2 地表水对地下水的补给地表水对地下水的补给（要求,81,,季节性河流补给地下水,2024/11/25,季节性河流补给地下水2022/10/22,82,河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系,2024/11/25,河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系2022/10/22,83,5.1.3,含水层之间的补给,越流,——,地下水量的内部转化,,潜水,—,承压水之间的补给,,,越流,2024/11/25,5.1.3 含水层之间的补给越流——地下水量的内部转化越流,84,越流,（,Leakage,）：具有一定水头差的相邻含水层，通过其间的弱透水岩层发生水量交换的过程,经常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层,越流量如何计算？,2024/11/25,越流（Leakage）：具有一定水头差的相邻含水层，通过其间,85,含水层通过,钻孔,发生水力联系,含水层通过,导水断层,发生水力联系,,,含水层之间的水力联系,2024/11/25,含水层通过钻孔发生水力联系含水层通过导水断层含水层之间的水力,86,5.2,地下水的排泄,地下水排泄的研究,包括：,排泄方式、影响因素、排泄量的确定,排泄方式,：,泉,（,点状,排泄）,向地表水体,泄流,（河流,—,线状,）、向,相邻含水层,的,排泄,蒸发（,面状,排泄）,前三种排泄方式称为,径流排泄,，与,蒸发排泄,的,区别,：,径流排泄,—,水分（盐分）呈液态排出,,,盐随水去,蒸发排泄,—,水分呈气态排出，盐分积累下来，,水去盐留,2024/11/25,5.2 地下水的排泄地下水排泄的研究包括：2022/10,87,5.2 .1,泉,spring,泉是地下水的天然露头，多为,“,点,”,状，属,径流排泄,泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果，,据补给泉的含水层类型可将泉划分为,上升泉、下降泉,。
1.,下降泉,(,出露潜水含水层中的泉）,—,根据出露条件又将下降泉分为：,侵蚀泉：地形切割到潜水面,接触泉：地形切割至隔水底板,溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉,下降泉,2024/11/25,5.2 .1 泉 spring泉是地下水的天然露头，多为,88,下降泉,,侵蚀泉,：,地形切割到潜水面,,接触泉,：,地形切割至隔水底板,溢流泉,：,水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉,2024/11/25,下降泉 侵蚀泉：2022/10/22,89,5.2.1,泉,spring,3.,研究泉的意义？,直接,得到水文地质资料；,间接,分析出水文地质信息通过泉的出露标高、流量、动态、温度、水化学，可以综合分析与泉水成因有关地质、,水文地质条件,①,地下水位标高，,②,岩层的含水性（透水性），,③,含水岩层的补给，循环（交替），,④,地质构造、断层等，,⑤,供水水源（直接利用）a.,泉出露两侧岩层的含水性：含水层；隔水层,b.,泉出露处断层的导水性,c.,泉的流量大小：导水性的好坏,d.,泉的温度：地下水循环深度,e.,泉流量大小或水化学：补给与径流条件的好坏,2024/11/25,5.2.1 泉 spring3. 研究泉的意义？2022,90,河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流,地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定,,5.2.2,泄流,2024/11/25,河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流5.2.2 泄,91,,5.2.3,蒸发和蒸腾,,蒸发与蒸散腾,,,e,vaporation & evapotranspiration,土面蒸发,：,潜水通过包气带耗失水分,叶面蒸腾,：,通过植物根系吸收潜水或包气带水转化为叶面水而蒸发消耗,,（一株大的植物，犹如一台生物抽水机）,2024/11/25,5.2.3 蒸发和蒸腾 蒸发与蒸散腾 2022/10/22,92,,L,有蒸发,无蒸发,,,,土面蒸发过程,-,毛细水上升消耗过程,2024/11/25,L有蒸发无蒸发土面蒸发过程-毛细水上升消耗过程 2022/1,93,水文地质学基础,Fundamentals of Hydrogeology,,2024/11/25,水文地质学基础Fundamentals of Hydroge,94,参考教材,教 材：《水文地质学基础》-王大纯等编著，地质出版社，95版/2010版,2024/11/25,参考教材教 材：《水文地质学基础》-王大纯等编著，地质,95,提纲,第一章 绪论,第二章 岩土中的空隙和水,第三章 地下水的赋存,第四章 地下水运动的基本规律,第五章 地下水的补给与排泄,,2024/11/25,提纲第一章 绪论 2022/10/22,96,Company Logo,,1.1,地球上的水与水资源：,地球上的水及所占比例,水体种类,亿,km,3,%,淡水亿,km,3,,%,海洋水,13.38,96.54,0,0,地表水,0.2425,1.75,0.2417,69.0,地下水,0.2370,1.71,0.1083,30.92,土壤水,0.00016,0.001,0.000165,0.05,大气水,0.000129,0.0009,0.000129,0.04,生物水,0.000011,0.00001,0.000011,0.003,总储量,13.8598,100,0.3503,100,淡水占全球水量的,2.528%,第一章绪论,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,97,地球上的水与水资源：,淡水,,冰冻,\,积雪,地下水,河湖水,淡水,2.5%,咸水,2024/11/25,地球上的水与水资源：淡水 冰冻\积雪地下水河湖水淡水 咸水,98,1.2,地下水的功能（作用）,概念：水文地质学简言之──,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兴利除害，为人类服务地下水,——,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,其主要功能为：,,1,、地下水是一种宝贵的资源,2,、地下水是极其重要的生态环境因子,3,、地下水是一种很活跃的地质营力,4,、地下水是地球内部地质演变的信息载体,2024/11/25,1.2 地下水的功能（作用）概念：水文地质学简言之──研究,99,我国西北缺水剪影,2024/11/25,我国西北缺水剪影2022/10/22,100,我国耕地与农村用水,,Company Logo,,60%,全国,60%,的耕地,全部或部分使用地下水灌溉,95%,全国,95,％以上的农村饮用地下水,2024/11/25,我国耕地与农村用水 Company Logo60%全国60,101,Company Logo,,地下水开采利用产生的环境问题：,沙化荒漠化加重,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,102,Company Logo,,地下水开采利用产生的环境问题：,上海地面沉降,城市防洪设施标准降低， 外滩防洪挡水墙越筑越高,,,,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,103,苏锡常,40,水位埋深等值线和,200mm,地面沉降等值线,●,地下水位下降与地面沉降的相关性明显,2024/11/25,苏锡常40水位埋深等值线和200mm地面沉降等值线● 地下,104,Company Logo,,地下水开采利用产生的环境问题：,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,2024/11/25,Company Logowww.themegallery.,105,自然界的水循环,,2024/11/25,自然界的水循环 2022/10/22,106,,自然界的水循环,2024/11/25,自然界的水循环2022/10/22,107,,第二章 岩土中的空隙和水,（,a,）分选好的高孔隙度沉积 （,b,）分选差的低孔隙度沉积,（,c,）分选好的高孔隙度卵石沉积 （,d,）分选好的矿物充填沉积,（,e,）岩体溶解空隙 （,f,）岩体裂隙,,2.1,岩土中的空隙,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,2024/11/25,第二章 岩土中的空隙和水（a）分选好的高孔隙度沉积 （,108,2024/11/25,2022/10/22,109,,裂隙,:,坚硬岩石中的空隙，岩石中的空隙主要由各种成因的裂隙,——,成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙所构成。
⑴,体积裂隙率（,K,r,）,裂隙体积（,V,n,）与包括裂隙在内的岩石体积（,V,）,的比值,,⑵,面积裂隙率（,K,a,）,,单位面积岩石上裂隙面积的大小,,⑶,线裂隙率（,K,l,）,,垂直裂隙走向方向上单位长度上裂隙的条数,2024/11/25,裂隙: 坚硬岩石中的空隙，岩石中的空隙主要由各种成因,110,,溶穴,:,可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩,等，在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为,溶穴（隙）岩溶率（,K,k,）：,,,,岩石中水的存在形式,,,,2024/11/25,溶穴: 可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩,111,2.2,岩土中的水,2024/11/25,2.2 岩土中的水2022/10/22,112,,（,1,） 强结合水的特点,密度大于,1,，平均,2g/cm,3,左右；,不受重力影响；,不能流动只有在温度,105~110℃,时才以气态的形,式脱离颗粒表面而移动；,溶解盐类能力弱；,,-80 ℃,时仍不结冰；,,有较大的粘滞性、弹性和抗剪强度；,不能传递静水压力；,无导电性2024/11/25,（1） 强结合水的特点2022/10/22,113,,（,2,）,弱结合水的特点,密度大于,1,，为,1.3~1.774g/cm,3,；,不受重力影响；,可以从簿膜厚的颗粒向簿膜小的颗粒方向移动，但,速度十分缓慢；,溶解盐类能力较弱,冰点为,-15℃,,有一定的粘滞性和抗剪强度,在一定条件下（饱水带）可传递静水压力,弱结合水的外层能被植物吸收利用,2024/11/25,（2）弱结合水的特点2022/10/22,114,,（,3,）毛细水,依靠毛细力而保持在毛细空隙中的水，称为,毛细水,。
毛细空隙是岩土中的细小空隙，一般指直径小于,1mm,的,孔隙或宽度小于,0.25mm,的裂隙2024/11/25,（3）毛细水2022/10/22,115,,毛细水类型,支持毛细水：存在于,饱水带,以上并与地下水面相连,的毛细空隙中的水能传递静水压力，当温度低于,0℃,时结冰悬挂毛细水：存在于包气带并与地下水面不相连的,毛细空隙中的水呈,“,悬挂,”,状态，经蒸发后消失成因：入渗重力水；由支持毛细水转化而成2024/11/25,毛细水类型2022/10/22,116,,（,4,）矿物水,存在于矿物结晶内部及其间的水结构水：,以,H,+,和,OH,-,离子形式存在于矿物结晶格架中，,与矿物结合紧密结晶水：,以,H,2,O,分子形式存在于矿物结晶格架中，与矿,物结合紧密沸石水：,以,H,2,O,分子形式存在于矿物晶格的空隙中，与,矿物结合不紧密2024/11/25,（4）矿物水2022/10/22,117,2.3,与水有关的岩土性质,,容水性,——,岩石能容纳一定数量水的性质用容水度,表示持水性,——,岩石在重力释水后能在空隙中保持一定数量,水的性质用持水度表示给水性,——,饱水岩石在重力作用下能自由排出一定数量水,的性质。
用给水度表示透水性,——,岩石允许让水通过的性质用渗透系数或单位,吸水量表示2024/11/25,2.3 与水有关的岩土性质2022/10/22,118,2024/11/25,2022/10/22,119,第三章 地下水的赋存,3.1,包气带与饱水带,3.2,含水层、隔水层与弱透水层,3.3,地下水分类。