水文地质学资料.doc

第8章系统思想与方法的核心： 把所研究的对象看作一个有机的整体（系统），并从整体的角度去考察、分析与处理事物。8.2 地下水系统的概念1.地下水系统概念的产生2.地下水系统的概念： 地下水含水系统：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。 地下水流动系统：由源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体。3.地下水含水系统与地下水流动系统的比较 （1）含水系统将包含若干含水层与相对隔水层的整体作为所研究的系统。系统的边界是不变的； 流动系统以地下水流作为研究实体，边界是可变的。 （2）含水系统的整体性体现于它具有统一的水力联系； 地下水流动系统的整体性体现于它具有统一的水流。 （3）含水系统与流动系统都具有级次性。 控制含水系统发育的主要是：地质构造 控制地下水流动系统发育的主要是：水势场8.3 地下水含水系统 含水系统在概念上是含水层的扩大，因此，关于含水层的许多概念均可用于含水系统。8.4 地下水流动系统1.地下水流动系统的水动力特征2.地下水流动系统的水化学特征 地下水流动系统的不同部位，由于流速和流程对水质的控制作用，显示出很好的水化学分带： 在地形复杂，同时出现局部、中间、区域流动系统时，以垂直分带为主。 地形变化简单，只出现区域流动系统时，主要呈水平分带。3.地下水流动系统的水温度特征 地下水流动系统提供了一个十分有用的水文地质分析框架； 根据渗流场、水化学场、水温度场之间的密切内在联系，利用地下水流动系统这一理论框架，可以将各方面零散的信息综合成一副有序的图景。 第9章9.1 地下水动态与均衡的概念1. 地下水动态： 在与环境相互作用下，含水层（含水系统）各要素（如水位、水量、水化学成分、水温等）随时间的变化。2. 地下水均衡： 指某一时段某一地段内地下水水量（盐量、热量、能量）的收支状况。3. 地下水动态与均衡的关系u 均衡是地下水动态变化的内在原因（实质）； 动态是地下水均衡的外部表现；u 均衡的性质和数量决定了动态变化的方向与幅度； 动态反映了地下水要素随时间变化的状况。4.地下水动态与均衡研究的意义查清地下水补给、排泄与资源条件、含水层之间、含水层与地表水之间的关系；认识区域水文地质条件；进行水量和水质评价；地下水资源合理开发利用与保护管理，防止地下水危害；检验水文地质结论。9.2 地下水动态一、地下水动态的形成机制二、影响地下水动态的因素 1. 气象（气候）因素： 对潜水动态的影响最为普遍而明显。 昼夜变化：往往会形成伪变化。 季节变化：潜水表现的极为明显。 多年变化：供水时，应注意多年最低水位，排水时应注意多年最高水位。三、地下水天然动态类型 1.潜水及松散沉积物浅部的水： 蒸发型动态：干旱半干旱地区的平原或盆地。 地下水径流微弱，以蒸发排泄为主。 地下水向盐化方向发展，并使土壤盐渍化。 径流型动态：山区及山前。 潜水埋藏深，蒸发排泄可忽略，以径流排泄为主。 水质季节变化不明显，长期中趋于淡化。 弱径流型动态：气候湿润的平原与盆地。 潜水埋藏深度小，但气候湿润，蒸发排泄有限，以径流 排泄为主，但径流微弱。 水质季节变化不明显，长期中向淡化方向发展。 2.承压水：径流型动态。 动态变化的程度取决于构造封闭条件。四、人类活动影响下的地下水动态 人类活动通过增加新的补给来源或新的排泄去路，而改变地下水的天然动态。 若新增加的补给量与新增加的排泄量相等，会出现新的动态平衡。 若天然排泄量的减少量与新增加的补给量之和不足以补偿人工排泄量时，将导致地下水位持续下降。 兴建水库、引水灌溉等，增加了地下水的补给来源，导致地下水位上升。在干旱半干旱区会因强烈蒸发而出现土壤盐渍化。9.3 地下水均衡 一、地下水均衡有关概念 地下水均衡研究，实质就是应用质量守恒定律去分析参与水循环的各要素的数量关系。 研究某地区某时段内的收入、支出项，列出均衡方程式，确定各均衡项，并推求未知项。 均衡区：最好是具有隔水边界的完整水文地质单元。 均衡期：可以是年、季、月，也可以是若干年。 正均衡：收入 支出 负均衡：收入 支出二、水均衡方程式: ABW 1.天然状态下总的水均衡：2.潜水均衡方程式三、人类活动影响下的地下水均衡 收入项增加了灌溉入渗补给量及其它人工补给量； 支出项增加了排水沟渠排泄量、人工开采量、矿山排水量等。四、地面沉降与地下水均衡 大规模开采承压含水层中的地下水，会导致含水层压密释水，引起地面沉降。 粘性土层压密释水量往往占地下水开采量的百分之几十，在地下水均衡方程中不能不考虑粘性土层永久释水的影响。五、大区域地下水均衡研究需注意的问题 注意避免上、下游之间，潜水、承压水之间，以及地表水与地下水之间水量的重复计算，人为地夸大可开采利用的水量。 第十章 孔隙水孔隙水最主要的特点是： 水量在空间分布上连续性好，相对均匀。 一般呈层状分布，与岩层分布相一致； 同一含水层中的孔隙水具有密切的水力联系，并具有统一的地下水面； 通常呈层流流态，符合达西定律。10.1 洪积扇中的地下水带：潜水深埋带（盐分溶滤带） 潜水埋藏深，地下径流强烈，蒸发微弱而溶滤强烈，形成低矿化水；多为HCO3型水。带：溢出带（盐分过路带） 水位抬高，埋深变浅，甚至溢出地表，蒸发加强，水矿化度增高。 带：潜水下沉带（盐分堆积带） 潜水埋深又略增大，但仍不大，蒸发为主要排泄方式，水矿化度高。新构造运动对地下水位的影响气候条件对水化学分带的影响 呈二元沉积结构。下部砂砾石层水量丰富，多为低矿化的淡水，是良好的供水源地，也是矿坑充水的重要水源。 现代河道与近期古河道： 地势高、岩性粗，渗透性好，利于接受地表水与降水的入渗补给，地下水埋深大，蒸发弱，以溶滤作用为主，水质良好。是良好的供水源地。 河间洼地：岩性细，渗透性差，地下水位浅，蒸发增加，矿化度增大。易发生土壤盐渍化。10.3 湖积物中的地下水 湖积物沉积特征： 岸边浅水处沉积砂砾等粗粒物质， 向湖心逐渐过渡为粘土。 湖积物中的砂砾层（岸边）构成主要的含水层， 湖心一般为贫水区。 湖积物中水资源一般并不丰富。10.4 黄土高原的地下水 水量不丰富，地下水埋深大，水质较差。 黄土塬赋存地下水比较丰富。 黄土梁、茆不利于地下水赋存. 梁、茆间的宽浅谷地可当作小型供水水源。一、 裂隙水的类型1、成岩裂隙水（层状裂隙水） 多见于硬脆性岩石中。 玄武岩中的层状裂隙含水系统。岩脉及侵入岩接触带，形成的带状裂隙含水系统。 常呈层状或似层状分布，具有良好的水力联系和统一的地下水面，往往形成水量丰富的含水层。2、风化裂隙水（面状裂隙水） 成层状分布于地表风化带中，具有良好的水力联系和统一的地下水面，含水量不大。3、构造裂隙水（脉状裂隙水） 是裂隙水研究的主要对象。 具有强烈的非均匀性、各向异性、随机性二、 裂隙介质及其渗流 1. 裂隙及裂隙网络 风化裂隙网络：密集均匀，普遍连通 成岩裂隙网络：密集均匀，普遍连通 构造裂隙的树状（或脉状）结构网络： 微小裂隙:有一定的贮水意义 中裂隙：贮水、导水功能 大裂隙（包括断层）：控制地下水的传输2. 裂隙水流的基本特征 流场不连续 局部流向与整体流向往往不一致三、 裂隙介质的研究方法 1. 等效多孔介质方法： 用等效的多孔介质场来近似代替复杂的裂隙介质场. 应用条件： 1）等效时含水系统的补、径、排条件不能改变。 2）等效是两种介质在特定功能上的等效。 2. 双重介质方法 分别用两种等效的多孔介质去近似代替大小两种空隙。 特点： 1.两种空隙空间分别刻画，各有自己独立的参数； 2.两种空隙存在水力联系，可以进行水量交换。 3. 非连续介质方法 对裂隙网络中每条具有实际导水意义的裂隙进行精确的描述。 优点：可以准确计算出裂隙网络内任意一点的水头、孔隙水压力、渗透速度、流量等。 缺点：对实际资料的要求很高，计算复杂，要求用电网络模拟或计算机模拟。三种方法的适用范围 等效多孔介质方法： 大范围的流量问题 双重介质方法： 介质中存在两种导水能力相差悬殊的空隙 非连续介质方法： 小范围的以求解孔隙水压力、流速为主的问题四、 断裂带的水文地质意义 断层两盘的岩性及断层力学性质，控制着断层的导水贮水特征 同一条断层，由于两盘岩性以及力学性质的变化，不同部位的导水性可以很不相同。导水断层带的水文地质意义： 贮水空间。当围岩本身裂隙不发育而仅断层带局部破碎时。初期涌水量及水压可能较大，但迅速衰减，以至干涸 发育于透水围岩中的导水断层，不仅是贮水空间，还兼具集水廊道的功能。涌水量较大且稳定。 导水断层沟通若干个含水层或地表水体时，断层带兼具贮水空间、集水廊道与导水通道的功能。涌水量大且长期保持稳定。 当存在厚层隔水层且断层断距较大时，形成阻水断层。有利于排水疏干而不利于供水。重点内容 1. 裂隙水的类型及特征 2. 裂隙水流的特征 3. 裂隙介质的研究方法及使用范围 4. 导水断层的水文地质意义第十二章 岩溶水12.1 岩溶发育的基本条件 一、岩溶发育的基本条件 （1）可溶岩的存在 可溶岩的岩性愈纯，含易溶组分就愈多，岩溶愈发育。 （2）可溶岩必须是透水的 岩石的空隙性是控制岩溶发育的另一个重要因素，特别是构造裂隙的意义最大。 （3）具有侵蚀能力的水 CO2溶于水形成碳酸，或水含有其它酸类 （4）水是流动的12.2 岩溶水系统的演变 1. 地下水流对介质的改造 不均匀介质 不均匀水流 差异性溶蚀 更不均匀的介质 更不均匀的水流 进一步的差异性溶蚀，2. 地下水流动系统与岩溶发育垂直分带12.3 岩溶水的特征 一、岩溶水的分布特征 空间分布极不均匀 二、岩溶水的运动特征 1. 层流与紊流共存 2. 局部流向与整体流向常不一致 3. 岩溶水可以是潜水，也可以是承压水三、岩溶水的补给、径流、排泄 灌入式的补给 畅通的径流 集中的排泄四、岩溶水的动态 水位动态变化非常强烈，变化迅速且缺乏滞后。泉的流量变化也很大。五、岩溶水的水化学特征 化学成分通常比较稳定，水质好，大多为重碳酸钙型水。12.4 我国南北方岩溶及岩溶水的差异 以秦岭淮河为界，我国南方与北方的岩溶与岩溶水的发育都存在一系列差别。 南方的岩溶发育比较充分，岩溶现象比较典型。地表可有峰丛、峰林、溶蚀洼地、溶斗、落水洞、竖井等，地下多发育较为完整的地下河系。 北方地表除可见流水造成的溶沟外，少有坍塌造成的溶斗、落水洞等，地表多呈现常态的山形，而不呈峰林状。至今在我国北方尚未发现形态完整的地下河系。重点内容 1.岩溶发育的条件 2.岩溶水的特征： 空间分布特征 运动特征 补径排特征 动态特征 水化学特征 第十三章 地下水资源 地下水资源的概念 地下水资源的特征 系统性、可恢复性、可调节性 地下水资源