Taiyuanuniversityoftechnology第第頁水文地質(zhì)學(xué)復(fù)習(xí)資料§1緒論1、水文地質(zhì)學(xué)是一門研究地下水的科學(xué)2、水文地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容：研究地下水與周圍環(huán)境（巖石圈、水圈、生物圈、大氣圈）及人類活動的相互作用下，其水質(zhì)、水量的時空變化規(guī)律；并研究如何運用這些規(guī)律興利除害，造福于人類。§2地球中水的分布與循環(huán)1、水文循環(huán)是指發(fā)生于大氣水、地表水和地殼巖石空隙中地下水之間的水循環(huán)。大循環(huán)是指海洋或大陸之間的水分交換。小循環(huán)是指海洋或大陸內(nèi)部的水分交換。2、地質(zhì)循環(huán)是地球淺部層圈和深部層圈之間水的相互轉(zhuǎn)化過程。3、濕度：表示空氣中水汽含量或空氣干濕程度的物理量，是大氣中的水汽含量。有絕對溫度、相對濕度、飽和差和露點等多種表示方法。4、絕對濕度：表示某一地區(qū)某一時刻中的水汽含量，即單位體積空氣中所含水汽的質(zhì)量。用重量表示時，符號記為m，單位為g/m3；用壓力表示時，符號記為e，為空氣中所含水汽分壓，相當(dāng)于水銀柱高度的mm數(shù)或mba（1mba=102Pa），表示空氣中水分的不飽和程度。5、相對濕度：大氣中實際水汽含量與飽和時水汽含量的比值，亦即絕對濕度與飽和水汽含量之比，數(shù)值上也等于實際水汽壓與同溫度下飽和水汽壓之比值，即r（%）=e/E×100%=m/M×100%式中，f為相對濕度，以百分?jǐn)?shù)表示，表示實際水汽壓，單位為毫米隸柱；E為飽和水汽壓、（同一溫度下，水汽壓的最大值）。6、蒸發(fā)：是指常溫下水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)進(jìn)入大氣的過程，亦即溫度低于沸點時，水分子從液態(tài)或固態(tài)水的自由面逸出而變成氣態(tài)的過程或現(xiàn)象。7、徑流是指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流動的現(xiàn)象。為水流的重要環(huán)節(jié)和水均衡的基本因素。分為地表徑流和地下徑流。8、水系是指匯流于某一干流的全部河流所構(gòu)成的地表徑流系統(tǒng)。9、流域是指一個水系的全部集水面積，亦即地表水、地下水的分水嶺所包圍的集水區(qū)域。10、分水線（分水嶺）是指相鄰兩個流域之間地形最高點的連線。11、流量是指單位時間通過河流（渠、管）某一斷面的水量（水體積），單位m3/s，計算公式為Q=A·V，式中V平均流速（m/s），A過水?dāng)嗝婷娣e（m2）。12、徑流總量是某一時段T內(nèi)通過河渠某一斷面的總水量，單位m3，計算公式為W=Q·T。13、徑流模數(shù)是單位流域面積上的平均產(chǎn)水量，單位為L/s·km2，計算公式M=Q/F×103。14、徑流深度是計算時段內(nèi)的總徑流量均勻分布于測站以上整個流域面積上所得到的平均水層深度，單位為mm，計算公式R=W/F·10-3。15、徑流系數(shù)是同一時段內(nèi)流域面積上的徑流深度R（mm）與降水量P（mm）的比值，表示為β=R/P。16、地下水與地表水比較：地下水比地表水有哪些優(yōu)點？答：地下水的優(yōu)點：水質(zhì)：水質(zhì)好，不易被污染水量：分布廣，調(diào)蓄能力強(qiáng)、供水保證程度高水溫：溫度較為穩(wěn)定，常年變化不大，適宜做冷卻和地溫空調(diào)用水經(jīng)濟(jì)：供水費用少地下水的特點①地下水水資源分布及人均占有量呈現(xiàn)明顯的地區(qū)性差異②北方地區(qū)地下水開發(fā)利用程度較高③南方地區(qū)地下水開采程度較低，開發(fā)利用的潛力較大④因地區(qū)間開采程度不平衡，引起局部超采的現(xiàn)象較為普遍⑤地下水使用中城市生活用水的比例呈上升趨勢§3巖土中的空隙和水1、巖石空隙可分為三類，即：松散巖石中的孔隙，堅硬巖石中的裂隙和可溶巖石中的溶穴。2、孔隙（n）：松散巖石是由大小不等的顆粒組成的。顆粒或顆粒集合體之間的空隙，稱為孔隙。3、孔隙度的大小主要取決于:分選程度及顆粒排列情況;顆粒形狀;膠結(jié)充填情況也影響孔隙度;對于粘性土，結(jié)構(gòu)及次生孔隙常是影響孔隙度的重要因素。4、按裂隙的成因可分成巖裂隙、構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙。成巖裂隙是巖石在成巖過程中由于冷凝收縮（巖漿巖）或固結(jié)干縮（沉積巖）而產(chǎn)生的。巖漿巖中成巖裂隙比較發(fā)育，尤以玄武巖中柱狀節(jié)理最有意義。構(gòu)造裂隙是巖石在構(gòu)造變動中受力而產(chǎn)生的。這種裂隙具有方向性，大小懸殊（由隱蔽的節(jié)理到大斷層），分布不均一。風(fēng)化裂隙是風(fēng)化營力作用下，巖石破壞產(chǎn)生的裂隙，主要分布在地表附近。5、6、受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水，稱為結(jié)合水。7、距離固體表面更遠(yuǎn)的那部分水分子，重力對它的影響大于固體表面對它的吸引力，因而能在自身重力影響下運動，這部分水就是重力水。8、毛細(xì)水分為支持毛細(xì)水、懸掛毛細(xì)水、孔角毛細(xì)水9、容水度是指巖石完全飽和時所能容納的最大的水體積與巖石總體積的比值。用小數(shù)或%表示，一般小于或等于孔隙度。W0=V0/V×100%。對于膨脹土，容水度可大于孔隙度。10、巖石的透水性是指巖石允許重力水透過的能力。用滲透系數(shù)表征。11、給水度（μ）（重力疏干給水度）是指地下水位下降一個單位深度、從地下水位延伸到地表面的單位面積巖石柱體在重力作用下所釋放出來的水的體積。常用小數(shù)表示，無量綱。12、持水度（Sr）是指地下水位下降一個單位深度、單位水平面積巖石柱體中反抗重力而保持于巖石空隙中的水的體積。常用小數(shù)表示，無量綱。存在關(guān)系式：μ+Sr=n13、構(gòu)成含水層的三個條件是：（1）有儲存水的空間（儲水構(gòu)造）（2）周圍有隔水巖石（3）有水的來源，含有重力水為主

§4地下水的賦存按含水介質(zhì)（空隙）類型，可將地下水區(qū)分為孔隙水、裂隙水及巖溶水按埋藏條件分為：上層滯水、潛水、承壓水3、潛水指飽水帶中第一個具有自由表面的含水層中的水。①潛水含水層厚度M是指從潛水面到隔水底板的距離。②隔水底板是含水層底部的隔水層。③潛水面是指潛水的表面，為自由水面。④潛水位是潛水面上任意一點的高程。⑤潛水埋藏深度D（水位埋深）是指潛水面到地面的距離。⑥潛水面坡度指相鄰兩條等水位線的水位差除以其水平距離。當(dāng)其值很小時，可視為水力梯度。4、潛水等水位線圖：是由同一時間潛水位相同的各點連線而成。作用：①決定流向②水力梯度潛水面坡度③埋深④取水位置（取水點在地下水流匯集的地方）⑤推斷含水層的巖性或厚度變化（透水性越好，等水位線越密；含水層厚度越大，等水位線越疏）⑥確定地表水與地下水的補(bǔ)給關(guān)系⑦確定泉水出漏點和沼澤化的范圍（出現(xiàn)在潛水位和地形等高線相等處）承壓水：充滿于兩個隔水層（弱透水層）之間的含水層中的水，叫作承壓水。承壓含水層上部的隔水層（弱透水層）稱作隔水頂板；下部的隔水層（弱透水層）稱作隔水底板。7、承壓含水層的厚度M（為隔水頂板、底板之間的距離。8、測壓水位是井孔中靜止水位的高程。9、承壓高度是指揭穿承壓含水層的鉆孔中承壓水位到承壓含水層頂面之間的距離，亦為作用于隔水頂板的以水柱高度表示的附加壓強(qiáng)。從靜止水位到承壓含水層頂面的垂直距離。10、自流區(qū)是測壓水位高于地表面的范圍，又稱為承壓水的自溢區(qū)。11、最適宜形成承壓水的兩種地質(zhì)構(gòu)造①向斜盆地②單斜地層a、透水層和隔水層相間分布的承壓斜地b、含水層發(fā)生變相或尖滅形成的承壓斜地c、含水層被斷層所阻形成承壓斜地d、傾入體阻截承壓斜地12、利用等水壓線圖（承壓水測壓水位面的等高線圖）可以解決的實際問題有？①確定承壓水的流向②確定承壓水的水力梯度，判斷含水層巖性和厚度的變化。③確定承壓水位埋藏深度。④確定承壓水含水層的埋藏深度。⑤確定承壓水頭值得大小。⑥可以確定潛水和承壓水的相互關(guān)系。§5地下水運動的基本規(guī)律1、達(dá)西定律 注：Q—滲透流量ω—過水?dāng)嗝鎕—水頭損失L—滲透途徑V=KIV稱作滲透流速I——水力梯度（相當(dāng)于h/L，即水頭差除以滲透途徑）；流網(wǎng)：在滲流場的某一典型剖面或切面上，由一系列等水頭線與流線組成的網(wǎng)格稱為流網(wǎng)。§6包氣帶水（不考）§7地下水的化學(xué)組分及其演化1、地下水的物理性質(zhì)：溫度、顏色、透明度、味、比重、導(dǎo)電性、放射性等。2、地下水的化學(xué)離子組成主要的有6種離子：Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+2、形成地下水化學(xué)組成的七大作用1）溶濾作用是指地下水與巖土相互作用、巖土中一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入到地下水中的作用。地下水與巖石相互作用使巖石中一部分可溶成分轉(zhuǎn)入水中，而不破壞礦物結(jié)晶格架的作用。2）蒸發(fā)濃縮作用（是地下水通過蒸發(fā)排泄而引起水中成分的濃縮，使水中鹽分濃度增大、礦化度增高的現(xiàn)象。必備條件：①干旱半干旱的氣候，②低平地勢控制下的地下水位埋深小，③松散巖土顆粒細(xì)小，毛細(xì)作用強(qiáng)，④一般發(fā)生于地下水流動系統(tǒng)的排泄處，⑤具有時間和空間的尺度。3)脫碳酸作用在溫度升高、壓力降低的情況下CO2自水中逸出而HCO3-含量則因形成碳酸鹽沉淀減少的過程。典型的例子是來自深部地下水的泉口的鈣華。4）脫硫酸作用在封閉缺氧的還原環(huán)境中在有機(jī)物和脫硫酸細(xì)菌作用下，硫酸鹽被分解成H2S和HCO3-的生物化學(xué)過程。5）陽離子交替吸附作用地下水與巖石相互作用，巖石顆粒表面吸附的陽離子被水中陽離子置換，并使水化學(xué)成分發(fā)生改變的過程。6）混合作用7）人類活動對地下水化學(xué)成分影響3、地下水的成因類型主要有三個：溶濾水、沉積水、內(nèi)生水。4、沉積水(埋藏水)是在沉積過程中保存在成巖沉積物空隙中的水。即與沉積物大體同時形成的古地下水。※5、海相淤泥通常含有大量有機(jī)質(zhì)和各種微生物，處于缺氧環(huán)境，有利于生物化學(xué)作用。淤泥中水的化學(xué)特征：①礦化度很高，可達(dá)300g/l；②SO42-減少或消失；③鈣Ca2+含量相對增加，Na+減少，rNa/rCl<0.85；④富集Br、I，Cl/Br變小；⑤出現(xiàn)H2S、CH4、銨、氮；⑥pH值增高。§8地下水的補(bǔ)給與排泄1、松散沉積物中的降水入滲存在活塞式與捷徑式兩種。2、影響大氣降水補(bǔ)給地下水的因素：(1)年降水量：降水首先需要補(bǔ)足包氣帶的水分虧損，因此降水量小時補(bǔ)給地下水的量就小。(2)降水特征：雨強(qiáng)、雨面、歷時都影響入滲，綿綿細(xì)雨有利于入滲。(3)包氣帶巖性：滲透性強(qiáng)（K大）時，容易補(bǔ)給，滲透性差時不利于補(bǔ)給；厚度（水位埋深）大時消耗于包氣帶的水分多，不利于補(bǔ)給，而厚度小時有利于補(bǔ)給。(4)地形：陡坡不利于補(bǔ)給，平緩有利于補(bǔ)給。(5)植被：森林、草地可滯留地表坡流與保護(hù)土壤結(jié)構(gòu)，這方面有利于降水入滲。但是濃密的植被，尤其是農(nóng)作物，以蒸騰方式強(qiáng)烈消耗包氣水，造成大量水分虧缺。(6)人類工程：都市化不利于補(bǔ)給。3、地表水補(bǔ)給地下水需要具備兩個條件：①地表水水位高于地下水水位；②兩者之間存在水力聯(lián)系。4、地表水對地下水的補(bǔ)給取決于哪些因素？（1）透水河床的長度和浸水周界的乘積（相當(dāng)于過水?dāng)嗝妫^水?dāng)嗝娲螅a(bǔ)給量就大。（2）河床的透水性，亦即河床巖性的滲透系數(shù)，滲透系數(shù)大，補(bǔ)給量就大。（3）河水位與地下水的高差，影響水力梯度，水力梯度大補(bǔ)給量就大。（4）河水過水時間，過水時間長有利于河水補(bǔ)給地下水。※5、泉的分類：根據(jù)含水層性質(zhì)可分為上升泉和下降泉；根據(jù)出露原因可分為侵蝕泉、接觸泉、溢流泉，斷層泉和接觸帶泉。※6、泉的意義1.通過巖層中泉的出露多少及涌水量大小，可以確定巖石的含水性及含水層的富水程度。2.泉的分布反映含水層或含水通道的分布及補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)的位置。3.通過對泉水的動態(tài)的研究，可以判斷其補(bǔ)給水源類型。4.泉的標(biāo)高反映當(dāng)?shù)氐叵滤坏臉?biāo)高。5.泉的化學(xué)成分，物理性質(zhì)和氣體成分，反映當(dāng)?shù)氐叵滤|(zhì)特點和埋藏情況。6.泉的研究有助于判斷隱伏地質(zhì)構(gòu)造。7.泉的經(jīng)濟(jì)意義。§9 地下水流系統(tǒng)

§10地下水的動態(tài)與均衡1、在與環(huán)境相互作用下，含水層各要素（如水位、水量、水化學(xué)成分、水溫等）隨時間的變化，稱作地下水動態(tài)。2、某一時間段內(nèi)某一地段內(nèi)地下水水量（鹽量、熱量、能量）的收支狀況稱作地下水均衡。3、地下水天然動態(tài)類型，可分為四種主要動態(tài)類型：入滲-徑流型、徑流-蒸發(fā)型、入滲-蒸發(fā)型及入滲-弱徑流型。§11孔隙水1、沖洪積扇中的地下水干旱半干旱地區(qū)的山前地帶。洪流所攜帶的物質(zhì)以山口為中心堆積成扇形，故稱扇形地；多在山前成群分布，構(gòu)成扇群，扇間為洼地。洪積扇由山口向平原具有明顯的分帶性：

（1）地形地貌分帶：由山口向平原（盆地），地貌上由扇頂→扇中→扇前緣，地形由高→低，地面坡度由陡→緩；巖性由粗→細(xì)。（2）水動力條件與沉積作用分帶：集中的洪流→辮狀散流，水流速度和搬運能力由大→小，沉積作用由弱→強(qiáng)；水流攜帶的物質(zhì)隨地勢和流速的變化而依次堆積，先堆積粗粒物質(zhì)，后堆積細(xì)粒物質(zhì)。（3）巖性分帶：扇頂多為礫石、卵石、漂石等，沉積物不顯層理，或僅在所夾細(xì)粒中顯示層理；向外過渡為礫及砂為主，出現(xiàn)粘性土夾層，層理明顯；沒入平原部分為砂及粘性土夾層。（4）地下水分帶：扇頂物質(zhì)顆粒粗大，多直接出露于地表，地勢高，潛水埋藏深，巖石透水性好，補(bǔ)給充沛，地下徑流強(qiáng)烈，蒸發(fā)微弱，形成低礦化水，屬潛水深埋帶或鹽分溶濾帶，多為HCO3－Ca、CaNa、CaMg型水，水位變化大；向下游，地形變緩，顆粒變細(xì)，透水性變差，地下水流受阻，潛水位壅高接近地表，形成泉和沼澤，蒸發(fā)增強(qiáng)，水的礦化度增高，為地下水溢出帶或鹽分過路帶，地下水位動態(tài)變化小。此帶向下游進(jìn)入平原區(qū)，地勢變平，顆粒變細(xì)，潛水埋深不大，蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤常發(fā)生鹽漬化，為潛水下沉帶或鹽分堆積帶。§12裂隙水1、根據(jù)裂隙的成因分類，包括成巖裂隙水，構(gòu)造裂隙水，風(fēng)化裂隙水，其中構(gòu)造裂隙是裂隙水主要的儲存空間。2、斷裂帶的水文地質(zhì)意義(1)脆性巖石中的張性斷裂，中央及兩側(cè)常具良好的導(dǎo)水能力。(2)泥質(zhì)塑性巖層中的張性斷裂，往往導(dǎo)水不良或隔水。(3)塑性巖層中的壓性斷裂、扭節(jié)理，通常是隔水的。(4)脆性巖層中壓性斷裂，中央透水性差，兩側(cè)有開張性良好的扭張裂隙，成為導(dǎo)水帶。(5)扭性斷裂的導(dǎo)水性介于張性、壓性斷裂之間。(6)斷裂帶的復(fù)合部位往往成為地下水的富集地段。大斷層可將厚層隔水層切割成塊段而錯開，這種塊段與外界的水力聯(lián)系微弱，甚至斷絕，利于排水不利于供水，這種阻隔作用，使大的斷層往往構(gòu)成地下含水系統(tǒng)的邊界。§13巖溶水（喀斯特水）1、巖溶發(fā)育條件包括兩個基本條件、四個必備條件。1）兩個基本條件：（1）巖層具有可溶性；（2）地下水具有侵蝕能力。2）四個必備條件：（1）可溶巖的存在；（2）水是流動的；（3）可溶巖必須是透水的；（4）具有侵蝕能力的水。2、巖溶水的發(fā)育過程巖溶演化的正反饋過程：不均勻介質(zhì)→不均勻水流→差異性溶蝕→更不均勻介質(zhì)→更不均勻水流→進(jìn)一步的差異性溶蝕…巖溶發(fā)展的過程實質(zhì)上就是:①介質(zhì)的非均質(zhì)化過程;②水流的集中過程。巖溶發(fā)育階段劃分：基本上分三個階段，包括：（1）起始階段：地下水對介質(zhì)以化學(xué)溶蝕作作用為主，水流通道比較狹小，地下水幾乎沒有機(jī)械搬運能力，巖溶發(fā)育比較緩慢。所需時間取決于環(huán)境因素（氣候）和初始裂隙水流場（取決于邊界與介質(zhì)）。隔水邊界對地下水徑流的分散或集中起重要控制作用。介質(zhì)不均勻，水流不均勻，有利于巖溶的快速演化。（2）快速發(fā)展階段：差異性溶蝕使少數(shù)通