《普通水文地质学》教案

普通水文地质学教案 内蒙古工程学校教案普通水文地质学班级矿产地质xx 8、 9、 10、11班矿山地质xx3班教师王宁辉二OO八年八月至二OO九年一月普通水文地质学教案1绪论章节内容绪论教学目的 1、简单了解什么是水文地质学。 2、地下水的概念及其中两大功能。 3、了解地下水作为不可缺少的资源还具有哪些功能。 4、了解地下水的优点。 重点与难点掌握地下水在生产生活、工农业等方面的利与害。 掌握地下水的功能。 理解地下水的优点。 教学方法与手段讲授法与举例法授课时数3学时教学内容绪论 一、基本概念: 1、水文地质学是研究地下水的科学。 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。 它主要研究地下水的形成、运动、水质、水量、埋藏和分布的规律；同时还研究如何合理地开发利用地下水，以及如何有效地防治地下水的危害等各种实际问题。 2、地下水即是埋藏在地表以下土层或岩石空隙中的水。 地下水对矿井的建设和矿床开采也常常形成危害，如大量的地下水涌入矿坑，在有松散含水层分布的矿床或露天开采时，也常因地下水造成流砂冲溃，坑道变形和边坡坍塌等，但只要我们掌握了地下水的来龙去脉，不仅可以避免，还可以变害为利，向着积极方向转化。 二、地下水的功能 1、资源功能水是人们赖以生存的不可缺少的宝贵资源，而且可看作为一种宝贵的矿产资源。 （1）地下水是重要的水利资源作为水资源重要组成的地下水，由于其水质良好，分布广泛，变化稳定以及便于利用，因此是理想的供水水源。 在我国半干旱与干旱的华北，西北地区，地下水往往是主要的，有时甚至是唯一的生活及工农业生产供水水源。 如北京总供水量的三分之二取自地下水。 （2）地下水是重要的矿产资源工业矿水当地下水中富集某些盐类与元素（如溴、碘、锶、钡等）时，便成为有工业价值的液体矿产，称之为工业矿水。 埋藏在地壳较深的地下水，往往含有各种稀有元素，矿化度很高或温度较高。 矿化度高的地下水，可以从中提炼食盐，以及碘、溴等其它稀有元素。 如我国四川自贡地区，几千年来已开采卤水，提炼食盐。 医疗矿水含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，因而具有一定医疗与保健作用的地下水，称作医疗矿水。 医疗矿水是建立矿泉疗养地与生产瓶装矿泉水的必要资源。 温度较低的地下热水和矿水可以用来治疗皮肤，关节炎等病，如西安的华清池有久远的医疗历史。 “肥水”有些地下水含有较高含量的硝态氮，这种水称“肥水”。 （3）地下热水是宝贵的热能资源地球是一个巨大的天然热库，蕴藏着丰富的地下热能资源。 热水与热蒸汽是主要的载热流体，利用它们可以发电，建立温室等。 热能的勘查与评价也是水文地质工作内容之一。 温度高的地下水可以用来发电或取暖。 如西藏羊八井热田，在地面以下50米处，普遍埋藏有150160的高温水，许多地方冒热气，这里目前已开发成为我国第一个地热发电站。 2、生态环境因子功能现在人们越来越认识到，地下水还是复杂的生态环境系统中的一个敏感的子系统，是极其重要的生态环境因子。 地下水的变化往往会影响生态环境系统的天然平衡状态。 （1）土壤次生与原生盐渍化（地下水位上升）50年代末期，华北平原曾实行“以蓄为主”的方针，拦蓄降水与地表水，只灌不排，使地下水位抬升，蒸发加强，土壤累盐，造成土壤次生盐渍化。 盐渍地一度由1958年的272.07104ha，增至1961年的412.53104ha。 在干旱半干旱的平原盆地中地下水位浅的地方，也会发育原生的土壤盐渍化。 盐渍化使土壤肥力降低、普通水文地质学教案2农作物减产，甚至根本无法生长。 在我国北方，不同程度的盐渍化，在全国耕田面积中占地不少。 因此与土壤盐渍化作斗争，提高亩产量也是近年来水文地质工作的一项艰巨任务。 （2）原生或次生的土壤沼泽化（地下水位过浅）湿润地区的平原与盆地，由于天然或人为原因造成地下水位过浅，会产生原生或次生的土壤沼泽化。 过高的地下水位，使土壤处于嫌氧不透气环境，产生一系列生物化学作用，造成农作物减产。 江汉平原的原生与次生沼泽化田地达8400ha，占全部耕地的1/4。 （3）土地沙化（地下水位下降）过量开采地下水使浅层地下水位大幅度下降后，会疏干原有的沼泽湿地，水生植物与水禽等随之消失，使原有的景观受到破坏。 在干旱地区浅层地下水位大幅度下降，原有的绿洲会变成沙漠。 我国河西走廊的民勤县，本事沙漠间的一片绿洲，经过大量打井采水，地下水位下降37m；表土干燥，粘结力降低，固沙的灌木枯萎，草丛退化，已有2/3的土地开始沙化。 （4）破坏土壤肥力 3、灾害因子功能 （1）地面沉降、水质恶化（地下水位下降）过量开采松散沉积物的深部地下水，地下水位将大幅度下降，降低了土体中的空隙水压力，造成软土层压缩，从而引起地面沉降。 美国圣华金流域产生地面沉降，最大地面沉降量为8.55m，我国上海为2.37m。 粘性土因水位下降而压密释水，释出的有害物质使地下水水质恶化。 （2）水质损害在滨海地带或有地下咸水的地方开采地下水，海水或咸水将入侵淡地下水，造成水质损害，减少可利用的地下水资源。 （3）水质污染地下水通常较地表水难以污染，但是一旦被污染后，其不良后果很难消除。 生活污水的排放，不适当地使用化肥农药，以及工业排放地大量废水废料，已经并正在使许多宝贵地地下水源因污染而无法利用。 咸海的教训为了发展农业，灌溉几百万公顷土地，60年代每年50-70立方公里水流不能入咸海，80年代流入为零。 咸海的水量从1075立方公里减少为54立方公里，盐度由10克增加10倍以上。 从而导致6万人的捕鱼业已经关闭；温度的调节作用下降，无霜期从200余天减少为170天；外裸的海床28000平方公里，雨量减少一半，该区域环境质量急剧下降。 （4）地下水是矿床开采的严重威胁矿井涌水、矿井突水地下采矿或进行各种地下工程（隧洞、地下厂房）时，地下水的涌入常使施工困难，成本增高，甚至造成毁灭性事故。 露天开采时，地下水活动可以引起边坡塌滑；矿井大量排水可引起地面沉降、开裂和塌陷等地质灾害。 （5）滑坡、水库诱发地震（地下水位上升）地下水位上升，会使孔隙水压力升高，有效应力降低，岩土体强度也随之降低，从而导致滑坡，水库诱发地震等。 （6）岩崩（地下水位上升）裂隙岩体中地下水位抬生，会推动岩体向临空面位移，触发岩崩。 （7）岩溶塌陷（地下水位下降）地下水位下降时，覆盖于强烈岩溶化岩层之上的松散沉积物会发生坍塌，这就是岩溶坍塌。 （8）岩土体变形（地下水流速加剧）地下水的迅速渗流会冲刷淘蚀松散沉积物而使之变形破坏。 据美国资料，遭到破坏的土石坝中有40是由坝基土或坝体土的渗透变形造成的。 4、地质营力功能 （1）应力的传递者。 （2）热量及化学组分的传输者。 作为地壳中分布最广泛的良好溶剂的地下水，在岩石圈化学组分传输中的作用很大。 岩溶、成壤、风化等地质过程中地下水的作用早就被人所熟知。 在地下水的参与下，地壳乃至地幔中的组分迁移，在地下水的排泄带与不同组分地下的接触带形成矿床。 5、信息载体功能 （1）预报地震井孔中地下水位的变化，常反映地壳的应力变化。 （2）储能冬天向井灌注冷水储冷以供夏天使用，夏天向井灌注温水以供冬天使用。 普通水文地质学教案3 （3）圈定隐伏矿体，水化学异常晕圈地下水流经矿体过程中，常常溶解和带走矿体的一些物质，改变着地下水的化学成分，呈“水分散晕”出露地表，成为找矿标志，因此根据地下水化学成分找矿已经成为地球化学探矿工作的一个重要组成部分。 它对于寻找石油、金属硫化矿床、放射性矿床、盐矿床等是十分有效的。 （4）恢复古水文地质条件岩石中地下水流动的痕迹 （5）提供地质年代的信息地下水及其沉淀物的化学成分（包括同位素） （6）开采金属矿床通过灌注抽汲井组以地下浸滤的方式开采某些金属矿床。 三、地下水的优点 1、地下水水质比较好。 2、地下水的温度变化不大，而深层水的温度终年不变。 3、修建地下水的取水建筑物（钻井、大口井、渗水渠），一般要比地表水水源的取水建筑物在经济上合算。 4、地下水分布广，便于就地开采使用。 5、高温地下水和低温地下水在工业上具有特殊意义。 作业P4课后补记讲课中应就地下水的功能及各种表现给予举例讲解。 第一章自然界的水循环及影响地下水的因素章节内容11自然界的水循环及水的动态均衡教学目的 1、了解地球上水的分布，中国水资源的概况。 2、了解自然界的水循环（水文循环），水文循环的过程、分类及意义。 重点与难点掌握水文循环的定义、分类及意义。 地质循环的概念及研究意义。 掌握水文循环与地质循环的区别。 教学方法与手段举例法、讲授法、图示法授课时数2学时教学内容11自然界的水循环及水的动态均衡 一、地球上的水地球上水的起源，组成地球水圈的水（包括地表水与地下水）是在原始地壳形成以后，在整个地质时期内从地球内部不断逸出而起源的。 存在于大气圈、地球表面、岩石圈、生物圈、地幔、地核。 地球各个层圈水的分布状况及存在状态都有很大差别，可以区分为浅部层圈水与深部层圈水两大部分。 二、浅部层圈水从大气圈到地壳上半部。 包括有大气水气态地表水自由态H2O分子地下水液态、固态生物体中的水矿物结合水结合水Al4（OH）10SO436H2O三基矾石C aSO42H2O石膏矿物结合水指矿物结晶内部及其间的水。 结合水?T自由态的水分子C aSO42H2OC aSO42H2O 三、深部层圈水分布于地壳下部直到下地幔这一范围。 1、在地壳下部深约1535km处，地温达400以上，压力也很大，这里的水不可能以普通液态水或气态水形式存在，而成为被压密的气水溶液。 地壳下部?P T、水成为被压密的气水溶液 2、科学家认为未经去气作用的地幔物质约含57的水。 地幔自由态H2O分子?P T、电离H、OH或H、O2?P T、H2O分子普通水文地质学教案4 四、自然界的水循环自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水构成一个系统。 这一系统内的水相互联系，相互转化的过程即是自然界的水循环。 自然界的水循环按其循环途径长短，循环速度的快慢以及涉及层圈的范围，可分为水文循环和地质循环两类。 （一）水文循环发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的循环。 1、循环过程在太阳热的作用下，地表水（海面、河湖水面、地球表面）、植物叶面、包气带水及饱水带中浅层水通过蒸发和植物蒸腾而变为水蒸汽进入大气圈。 水汽随风飘移，在适宜条件下，遇冷凝结成液态或固态水，以雨、雪、雹、露、霜等形式降落到地面。 落到陆地的降水，部分汇集于江河湖沼形成地表水，部分渗入地下。 渗入地下的水，部分滞留于包气带中（其中的土壤水为植物提供了生长所需的水分），其余部分渗入饱水带岩石空隙之中，成为地下水。 2、分类水文循环是在太阳辐射和重力共同作用下，以蒸发、降水和径流等方式周而复始进行的。 （如图） （1）小循环（内循环）是指由海洋表面蒸发的水汽,又以降水形式落入海洋；或者由大陆表面(包括陆地水体表面、土面及植物叶面等)蒸发的水气,仍以降水形式落回陆地表面。 这种发生在局部范围内的水循环过程称为小循环 （2）大循环（外循环）则是由海洋表面蒸发的水汽,随气流带到大陆上空,形成降水落回地面,再通过径流（地表的及地下的)返回海洋的过程这种发生在海陆之间的循环过程称为大循环 3、意义 （1）鉴于自然界水的循环规律,所以说水是一种可更新的资源； （2）人类和万物处于水循环(主要是陆地水循环)的环境中,人类活动直接影响着水的循环过程。 （3）由于水的循环作用，水具有自身净化作用；水通过不断循环水量得以更新再生。 （4）由于水循环的特点决定，水资源的分配的巨大差异性。 （5）水的循环在地球上起到输送热量和调节气候的作用。 （二）地质循环地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。 1、含水的地壳岩块下降流区地幔（软流圈）上升流区岩浆（初生水）上地幔的高温熔融的塑性物质（软流圈）的大规模对流，驱动着地壳板块的不断运移。 在软流圈上升流区，上地幔熔融物质进入地壳或喷出地表时，地幔岩中的水分也随之山生与分异，转化为地球浅层圈的水。 这种由地幔熔岩物质直接分异出来的水称为初生水。 2、成岩作用、变质作用、风化作用矿物结合水的形成与脱出 （1）区域变质作用时，粘土矿物与碳酸盐岩重结晶时，即分解出H+和OH及其它组分。 （2）在形成新的铝硅酸盐岩石的同时，H+和OH合成为H2O，形成再生水。 （3）风化作用中也有水的参与。 （三）水文循环与地质循环的区别转换更新的速度循环途径影响物化反应与人类关系水文循环快短大H2O分子转化（物理）密切地质循环慢长小H2O分子分解与合成（化学）疏远作业P16课后补记讲课中应给予举例讲解。 普通水文地质学教案5章节内容12影响地下水的因素教学目的本节主要介绍了影响地下水的水文、地质与人为因素。 要求理解水系、流域、分水岭、流量、径流等概念；了解野外测定河流流量的简易方法。 了解地质因素中的地层、地貌、地质条件。 重点与难点掌握流量、径流的概念。 掌握水文、地质与人为因素对地下水的影响。 教学方法与手段讲授法、图解法、举例法授课时数4学时教学内容12影响地下水的因素 一、气象（气候）因素自然界中水循环的重要环节蒸发、降水都与大气的物理状态密切相关；气象和气候因素对水资源的形成与分布具有重要影响。 1、大气圈的结构水汽在大气圈中分布不均匀。 以体积百分比表示，大气中水蒸气的含量平均为赤道带2.6，北纬70处0.2，90纬度带0.9。 在大气层中水汽的垂向分布也不均匀。 大气圈最下部3.5km范围内集中了全部水量的70，下部5km范围内含全部水量的90，再往高处水汽含量已十分稀少了。 对流层的物理状态及运动规律是影响水文循环和水资源分布的最重要因素。 2、大气的热源 （1）太阳的热辐射是地表和大气的最主要热源。 （2）地表是大气的二次热源。 3、主要气象因素 （1）气温气温随时间的变化是指一个地区气温的昼夜变化，季节变化和多年变化。 气温随空间的变化包括水平方向和垂直方向的变化。 （2）气压大气的质量施加在地表或地表物体上的压力称为大气压力，常用毫米水银柱高度表示。 在标准状态下的气压为760毫米水银柱高度，即约相当于105Pa。 （3）湿度绝对湿度某一地区某一时刻空气中水汽的含量。 重量单位用1m3空气中所含水汽的克数（g/m3）表示，代表符号m。 压力单位空气中所含水汽分压相当于水银柱高度的毫米数或以毫巴【1毫巴（mbar）102Pa】，代表符号为e。 绝对湿度只能说明某一时刻空气中水汽含量的多少，而不能表明此时空气中水汽含量的饱和程度。 饱和水汽含量某一温度下，空气中可容纳的最大水汽数量。 同样也可用重量单位（代号为M），或压力单位（代号为E）表示。 表1不同温度下的饱和水汽含量t/-30-20-100102030E/mm0.41.02.24.69.217.531.9M/gcm30.51.12.44.89.417.330.4相对湿度（r）绝对湿度和饱和水汽含量之比。 r（e/E）100或（m/M）100用百分比表示。 露点空气中水汽达到饱和时的气温。 （）例若t20，e4.6mm，E17.5mm。 R（20）（e/E）10026.3；当t0，E4.6mm。 r（0）100，露点为0。 饱和差（d）空气在某温度下，完全饱和时的水汽压力（E）与同时刻大气中实际存在的水汽压力（e）之差，叫饱和差（湿度差），即dEe。 （4）降水当空气中水汽含量达饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面的过程。 降水量是以水层厚度的毫米数表示。 大气降水补给作用的强弱主要取决于两个方面、大气降水（特别是降雨、降雪）的强度、延续时间；普通水文地质学教案6S v21F hLL、当地的入渗条件，如包气带的岩性和厚度、地形、植被等。 如单位时间内所降下的雨量（降雨强度）下，延续时间长，则可能补给的地下水量就多；当入渗条件好，如地表岩土透水性好、地形平坦、植被良好，则入渗作用就强，补给地下水就多。 降水的分类、暴雨历时短而强度大。 当日降雨量大于50mm或12h内降雨量大于30mm的称暴雨。 、细雨历时不久，雨量小，雨滴小。 一边下，一边极易蒸发，对地下水补给的意义不大。 、淫雨历时久，强度小，笼罩面积大，可大量补给地下水。 、暴淫雨历时久，平均强度大，常常酿成地面的洪涝灾害。 （5）蒸发在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。 蒸发量仍以水层厚度毫米数表示。 根据蒸发性质的不同分为水面蒸发是指在一个地区一定时间内地表水体表面水分的蒸发。 其蒸发量的大小用水面蒸发皿来测定，其值以蒸发度表示，它表示一个地区蒸发能力的大小。 水面蒸发的速度和数量取决于许多因素（气温、气压、湿度、风速等），其中主要决定于气温和绝对湿度的对比关系。 土面蒸发是指在一个地区一定时间内土壤表面水分的蒸发。 叶面蒸发是指在一个地区一定时间内某种植物叶面水分的蒸发，其蒸发过程叫蒸腾（蒸散）。 二、影响地下水的水文因素 1、水系和流域的概念河流降水或由地下涌出地表的水，汇集在地面低洼处，在重力作用下，经常或周期性地沿着流水本身造成的槽形凹地流动，这就是河流。 水系河流沿途接纳很多支流，水量不断增加，这种干流和支流的组成系统称为水系。 分水岭两个相邻不同水系之间的界线（即最高点的连线）称为分水岭或分水线。 流域分水岭或分水线所包围的区域称为流域。 集水面积流域内的平面面积称为该河流（或水系）的流域面积或集水面积。 流域面积有大有小，我国最大的河流长江，流域面积为170104km2，黄河为74.5104km2。 地下水流域地下水分水岭所包围的区域称为地下水流域。 2、径流及其表示方法 （1）径流是指一个流域内的降水除去消耗于蒸发以外的全部水流。 也可以说是降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。 径流有地表径流和地下径流之分，两者具有密切联系，并经常相互转化，一般所说的径流往往是指地表径流。 （2）径流的表示方法流量单位时间内通过河流某一断面的水量。 单位m3/s QVF式中V通过该断面的平均流速（m/s）；F断面面积（m2）野外测定流量的方法F（LL）h/2t（t1t2t n）/n QVF Vs/t径流总量（W）代表在该断面以上的集水面积内，某一期间T流出的总水量，单位m3。 WQT 三、影响地下水的地质因素 1、地层岩性是地下水赋存的基础 （1）松散堆积层决定地下水赋存和径流条件的，主要是松散堆积层的成因、物质成分和结构。 山前地带的冲洪积相的砂砾石层，往往有较好的孔隙含水层。 在大面积冲积平原的古河道中，厚度大的砂层赋存有较丰富的水量；在河谷阶地上，“二元结构”底部的砂砾石层往往为水量较大的含水层。 （2）坚硬岩石:可溶性岩石的分布华北的奥陶系马家沟组灰岩和寒武系张夏组灰岩，这些可溶岩地层都是当地坚硬岩石中透水性最强的最富水地层。 在砂页岩（泥岩）互层的地层中，地下水一般不甚丰富，只有一些层面裂隙水和厚层砂岩中的层状裂隙水。 在火山岩和结晶岩体中也都只有一些裂隙水。 2、地质构造控制地下水埋藏、分布和运动的主动因素地质构造对地下水的影响主要表现在构造的形态特征和力学性质及其规模上。 如在大的向斜盆地和大普通水文地质学教案7断裂形成的地堑中，往往分布具有范围广、厚度大的含水层，地下水资源丰富。 反之，在较小的向斜盆地或背斜中，地下水资源就不那么丰富。 3、地貌条件是影响地下水补给、径流、排泄的重要条件地貌不仅控制地下水的补给、径流与排泄条件，而且，还能反映出地下水的分布状况和埋藏条件等。 四、影响地下水的人为因素人类的生活、生产活动（如开发地下水、兴修水利、发展灌溉、矿山排水、人工回灌等），对地下水的形成和变化有着很大的影响。 1、降落漏斗为各种目的大量集中地抽取地下水，必然造成地下水位的下降，从而形成以开采区为中心的下降漏斗区。 2、兴修水利工程不仅能调节地表径流和改善气候条件，还能增加地表径流入渗地下的水量，促使地下径流条件发生变化。 3、农田灌溉季节性的集中引进地表水进行大面积农田灌溉，也能直接或间接地增加地下水的入渗量，使地下水位逐渐抬高。 4、矿区开采使排水量加大，地下水位下降，改变补径排条件。 5、管井人工回灌不仅增加地下水量，提高了区域地下水位，防止了地面沉降，而且改变了地下水的物理性质和化学成分。 6、工业及城市生活废水、污水 7、农药化肥和引污水灌溉作业P16课后补记讲课过程中使用举例法对本节的概念给予诠释。 讲课中，注意引用一些实际例子，注意总结。 第二章地下水的赋存章节内容21岩石的空隙教学目的本节内容主要介绍了岩石的空隙的三大种类孔隙、裂隙、溶穴。 要求重点理解孔隙、孔隙度、影响孔隙度的因素。 了解裂隙的分类成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙。 了解三种裂隙所组成的空隙网络的不同。 重点与难点 1、掌握孔隙、孔隙度的概念。 2、掌握影响孔隙度大小的因素。 3、掌握裂隙的分类，溶穴的形成条件。 教学方法与手段举例法、比较法、图示法授课时数2学时教学内容21岩石的空隙岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。 当岩石空隙作为地下水储存场所和运动通道研究时，可分为三类孔隙（松散岩石中）岩石的空隙裂隙（坚硬岩石中）溶穴（可溶岩石中） 一、孔隙颗粒或颗粒集合体之间的空隙。 岩石中孔隙体积的多少是影响其储存地下水能力大小的重要因素。 孔隙体积的多少可用孔隙度表示。 1、孔隙度某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。 nVn/V或n（Vn/V）100（小数、百分数、无单位）式中n岩石的孔隙度；Vn包括孔隙在内的岩石体积；V岩石中孔隙的体积。 2、影响孔隙度大小的因素 （1）颗粒的排列方式立方体排列n47.64n max四方体排列n25.95n min?n立方体n任意n四面体（如图）普通水文地质学教案8 （2）颗粒的分选程度分选程度越差，n越差。 分选程度越差，颗粒大小悬殊的松散岩石，细小颗粒充填于粗大颗粒之间的孔隙中，会大大降低孔隙度。 （3）颗粒的形状越不规则，n越大（如图）。 组成岩石的颗粒形状越不规则，棱角越明显，通常排列就越松散，孔隙度也越大。 （4）胶结物充填情况越好，n越差。 （5）结构孔隙与次生孔隙（虫孔、根孔、干裂缝等）粘性土越发育，n越大。 3、孔隙度的测定方法常用的是饱水法，对卵石、砾石、粗砂、中砂较适用。 二、裂隙固结的坚硬岩石在各种应力作用下，破裂变形而产生的空隙。 用裂隙率表示。 1、裂隙率 （1）体积裂隙率（Kr）是测定岩石裂隙体积（Vr）与该岩石（包括裂隙在内）的体积（V）之比，用小数或百分数表示。 即KrVr/V或Kr（Vr/V）100。 （2）面裂隙率（Ka）是测定岩石面积上裂隙面积lb与该岩石（包括裂隙在内）的面积（F）之比，用小数或百分数表示。 Fb lKa?或%100?Fb lKa。 （3）线裂隙率（K l）是测定岩石直线上裂隙宽度之和d与该测定直线长度l之比，用小数或百分数表示。 即ldK l?或%100?ldK l。 2、分类 （1）成岩裂隙指岩石在成岩过程中由于冷凝收缩或固结干缩而产生的裂隙。 如玄武岩中柱状节理之间。 （2）构造裂隙指岩石在构造变动中受力而产生的裂隙。 如各种构造节理、断层。 （3）风化裂隙指在各种物理与化学等因素的作用下，岩石遭受破坏而产生的裂隙。 三、溶穴可溶岩（石灰岩、白云岩、大理岩、石膏、岩盐）经地下水的溶蚀和机械冲蚀作用产生的空隙。 溶穴包括溶孔、溶蚀裂隙、溶洞和暗河等。 1、形成条件可溶岩的存在（岩盐、石膏、石灰岩、白云岩等）可溶岩必须是透水的具有侵蚀能力的水水具有流动性 2、岩溶率溶穴的体积与包括溶穴在内的岩石体积的比值。 KkVk/V或Kk(Vk/V)100 四、空隙网络岩石中的空隙，必须以一定方式连接起来构成空隙网络，才能成为地下水有效的储容空间和运移通道。 松散岩石、坚硬基岩和可溶岩石中的空隙网络具有不同的特点。 空间分布连通性地下水分布与流动空隙大小空隙比率渗透性发育孔隙松散岩石、均匀良好较均匀均匀最大各向同性孔隙水裂隙坚硬基岩、不均匀差不均悬殊最小各向异性裂隙水溶穴可溶岩石、极不均匀不定极不均匀极悬殊居中各向异性岩溶水作业P26课后补记把概念讲清楚，注意总体思路。 普通水文地质学教案9章节内容22岩石中水的存在形式教学目的本节主要介绍了岩石中水的存在形式，主要的形式有结合水、重力水与毛细水。 要求理解三大种水的概念及特点。 了解毛细水的分类。 重点与难点 1、掌握结合水、重力水、毛细水的概念及特点。 2、理解支持毛细水、悬挂毛细水、孔角毛细水的意义。 教学方法与手段讲授法、图示法授课时数2学时教学内容22岩石中水的存在形式地壳岩石中存在着以下各种形式的水沸石水结合水岩石“骨架”中的水结晶水矿物表面结合水结构水岩石空隙中的水液态水固态水气态水 一、结合水受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水。 松散岩石的颗粒表面及坚固岩石空隙壁面均带有电荷，水分子又是偶极体，由于静电吸引，固相表面具有吸附水分子的能力。 根据库仑定律，电场强度与距离平方成正比。 因此，离固相表面很近的水分子受到的静电引力很大；随着距离增大，吸引力减弱，而水分子受自身重力的影响就越明显（如图）。 1、分类 （1）强结合水最接近固相表面的结合水（吸着水）。 根据不同研究者的说法，其厚度相当于几个、几十个或上百个水分子的直径，其所受吸引力可相当于101325104Pa，密度平均为2g/cm3左右，不能流动，但可以转化为气态水而移动。 （2）弱结合水外层的结合水（薄膜水）。 其厚度说法不一，相当于几 十、几百或上千个水分子的直径。 2、特点 （1）不受重力影响，密度大。 （2）不能传递静水压力，冰点低。 （3）有粘滞性。 二、重力水距离固体表面更远的那部分水分子，重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力，因而能在自身重力影响下运动的那部分水。 重力水中靠近固体表面的那一部分，仍然受到固体引力的影响，水分子的排列较为整齐。 这部分水在流动时呈层流状态，而不作紊流运动。 远离固体表面的重力水，不受固体引力的影响，只受重力控制。 这部分水在流速较大时容易转为紊流运动。 特点 1、普通液态水。 2、能传递静水压力，无抗剪强度。 3、具有溶解固体的能力。 三、毛细水指由于毛细管力作用而保存于岩石空隙中的水。 （粘土、砂类土、粉土）将一根玻璃毛细管插入水中（如图），毛细管内的水面即会上升到一定高度，这便是发生在固、液、气三相界面上的毛细现象。 松散岩石中细小的孔隙通道构成毛细管，因此在地下水面以上的包气带中广泛存在毛细水。 1、支持毛细水由于毛细力的作用，水从地下水面沿着小孔隙上升到一定高度，形成一个毛细水带，此带中的毛细水下部有地下水面支持，因此称为支持毛细水（如图）。 2、悬挂毛细水细粒层次与粗粒层次交互成层时，在一定条件下，由于上下弯液面毛细力的作用，在细土层中会保留与地下水面不相连接的毛细水，这种毛细水成为悬挂毛细水（如图）。 3、悬留孔角毛细水在包气带中颗粒接触点上，即使是粗大的卵砾石，颗粒接触处孔隙大小也总可以达到普通水文地质学教案10毛细管的程度而形成弯液面，将水滞留在孔角上，成为悬留孔角毛细水，也可称为触点毛细水（如图）。 作业P26课后补记把概念讲清楚，注意总体思路。 章节内容23岩石的水理性质教学目的本节主要介绍的岩石的水理性质，要求理解容水性、含水量、给水性、持水性与透水性的意义。 理解影响给水度与透水性的因素。 重点与难点 1、掌握持水性、给水性的概念。 2、理解并掌握影响给水性与透水性的因素。 教学方法与手段举例法、讲授法授课时数2学时教学内容23岩石的水理性质岩石空隙大小，多少，连通程度及其分布的均匀程度，都对其储容，滞留，释出以及透过水的能力有影响。 一、容水性岩石具有能容纳一定水量的性能称岩石的容水性。 容水度岩石完全饱水时所容纳的最大的水体积与岩石总体积的比值。 可用小数或百分数表示。 一般，当岩石的空隙完全被水所饱和时容水度n、Kk、Kr 二、含水量松散岩石实际保留水分的状况。 1、重量含水量（Wg）松散岩石孔隙中所含水的重量（Gw）与干燥岩石重量（Gs）的比值。 Wg（Gw/Gs）100 2、体积含水量（Wv）含水的体积（Vw）与包括孔隙在内的岩石体积（V）的比值。 Wv（Vw/V）100 3、重量含水量与体积含水量的关系当水的比重为1，岩石的干容重（单位体积干土的重量）为时WvWg 4、饱和含水量（Ws）孔隙充分饱水时的含水量。 饱和差饱和含水量与实际含水量之间的差值。 dWsW实饱和度实际含水量与饱和含水量之比。 W实/Ws 三、给水性饱水岩石在重力作用下能自由流出（排出）一定水量的性能，成为岩石的给水性。 1、给水度在重力作用下，从饱水岩石中自由流出水的体积与岩石总体积之比，以小数或百分数表示。 地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积，称为给水度（）。 2、影响给水度的因素 （1）岩性主要表现位空隙的大小与多少。 颗粒粗大的松散岩石，裂隙比较宽大的坚硬岩石，以及具有溶穴的可溶岩，空隙宽大，重力释水时，滞留于岩石空隙中的结合水与孔角毛细水较少，理想条件下给水度的值接近孔隙度，裂隙率与岩溶率。 若空隙细小（如粘性土），重力释水时大部分水以结合水与悬挂毛细水形式滞留于空隙中，给水度往往很小。 （2）地层结构粗细颗粒层次相间分布的层状松散岩石，地下水位下降时，细粒夹层中的水会以悬挂毛细水形式滞留而不释出，这种情况下，就更小了。 （3）空隙大小越大，增高。 （4）水位埋深当初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上升高度时，地下水位下降后，重力水的一部分将转化为支持毛细水而保留于地下水面之上，从而使给水度偏小（如图）。 （5）水位下降速率重力释水并非瞬时完成，而往往滞后于水位下降，此外，迅速释水时大小孔道释水不普通水文地质学教案11同步，大的孔道优先释水，在小孔道中形成悬挂毛细水而不能释出。 四、持水性饱水岩石在重力作用下，排出重力水后仍能保持一定水量的性能称岩石的持水性。 1、持水度在重力作用下岩石空隙所能保持的水的体积与岩石总体积之比，用小数或百分数表示。 地下水位下降一个单位深度，从地下水面延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。 2、一般Srn残留含水量最大的持水度 五、透水性岩石允许水透过的能力。 渗透系数K影响因素 1、孔隙直径d增加，K增加。 2、通道数量越多，K增加。 3、颗粒的分选性。 4、空隙直径变化与曲折性。 作业P26课后补记把概念讲清楚，注意总体思路。 章节内容24含水层与隔水层教学目的本节主要介绍的含水层与隔水层的概念，介绍了弱透水层。 介绍了构成含水层应具备的条件，以及含水带、含水段、含水岩组与含水岩系的概念。 重点与难点 1、掌握如何区分含水层、弱透水层、隔水层。 2、掌握构成含水层应具备的条件。 教学方法与手段举例法、图示法授课时数2学时教学内容24含水层与隔水层 一、含水层与隔水层的概念 1、含水层是指能够透过并给出相当数量水的岩层。 2、透水层如果地质构造不利于地下水储存，尽管岩层本身透水，它也只能起暂时的透水通道作用，这种岩层为透水而不含水的岩层，称透水层。 3、隔水层是指哪些不能透过与给出水，或者透过与给出水的数量是微不足道的岩层。 含水层与隔水层的定义具有相对性。 在利用与排除地下水的实际工作中区分含水层与隔水层，应当考虑岩层所能给出水的数量大小是否具有实际意义。 利用地下水供水时，某一岩层能够给出的水量较小，对于水源丰沛，需水量很大的地区，由于远不能满足供水需求，而被视作隔水层。 但在水源匮乏，需水量又小的地区，同一岩层便能在一定程度上满足，甚至充分满足实际需要，在后一地区，这种岩层便可看作含水层。 某种岩层的渗透性比较低，从供水的角度，它可能被看作隔水层，而从水库渗漏的角度，由于水库的周界长，渗漏时间长，此类岩层的渗漏水量不能忽视，这时又必须将它看作含水层。 4、弱透水层渗透性相当差的岩层，在水头差作用下不可以交换较大水量的岩层。 所谓弱透水层是指那些渗透性相当差的岩层，在一般的供排水中它们所能提供的水量微不足道，似乎可以看作隔水层；但是，在发生越流时，由于驱动水流的水力梯度大且发生渗透的过水断面很大（等于弱透水层分布范围），因此，相邻含水层通过弱透水层交换的水量相当大，这时把它称作隔水层就不合适了。 松散沉积物中的粘性土，坚硬基岩中裂隙稀少而狭小的岩层（如砂质页岩、泥质粉岩等）都可以归入弱透水层之列。 【概念的思考】（如图） （1）这组地层是含水层还是隔水层？ （2）煤层开采，巷道（矿坑）是否会有水？普通水文地质学教案12 （3）如果需要修水库，建库后水库是否会渗漏？ （4）如供水的需要如何布置勘探？ 5、构成含水层应具备的条件 （1）具有储存重力水的空间岩层的空隙愈大、数量愈多、连通性愈好，则透水性能就好，重力水就愈易入渗，容易流动，这种条件下有利于形成含水层。 （2）具备储存地下水的地质构造在透水性良好的岩层下有隔水（不透水或弱透水）的岩层存在，以免重力水向下全部漏失；或在水平方向上有隔水层阻挡，以免全部漏空。 （3）具有充足的补给当岩层有了充足的补给，对供水、排水有一定实际意义时，才能构成含水层。 二、含水带、含水段、含水岩组与含水岩系 1、含水带是指局部的、呈条带状分布的含水地段。 2、含水段是指同一厚度较大的含水层，按其含水程度在剖面上划分的区段。 华北一些地区的奥陶系石灰岩，厚度达几百米，而且其中没有很好的隔水层，从上部到下部有水力联系，可以划分为一个统一的含水层。 但在生产实践中发现，该灰岩含水并不均匀，某些地段裂隙、岩溶比较发育，水量较大；有些地段裂隙、岩溶不发育，水量很小。 因此，有必要进一步把它划分为强含水段、弱含水段或隔水段，这就为矿山排水和供水工程设计提供了可靠依据。 3、含水岩组把几个水文地质特征基本相同（或相似）且不受地层层位限制的含水层归并在一起，称为一个含水岩组。 我国北方晚古生代煤田，其中石盒子组砂页岩互层，多达数十层，总厚度数百米，可将其归并为几个含水岩组。 4、含水岩系在开展地区性的大范围的水文地质研究和编图时，往往将几个水文地质条件相近的含水岩组划为一含水岩系。 作业P26课后补记把概念讲清楚，注意总体思路。 第三章地下水的分类及其特征章节内容31地下水的分类教学目的了解包气带与饱水带的划分。 重点与难点了解地下水的类型，赋存和相互转换关系。 教学方法与手段举例法、图示法、练习法授课时数2学时教学内容31地下水的分类广义指赋存于地面以下岩土空隙中的水。 包气带及饱水带中所含岩石空隙中的水均属之。 狭义指赋存于饱水带岩土空隙中的水。 一、根据地下水埋藏条件分类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。 1、包气带以各种形式存在于包气带中的水统称为包气带水。 （1）包气带地表以下与地下水面以上，岩石空隙没有充满水，包含有空气，该带称为包气带（如图）。 包括土壤水带包气带顶部植物根系发育与微生物活动的带为土壤层，其中含有土壤水。 土壤富含有机质，具有团粒结构，能以毛细水形式大量保持水分。 毛细水带包气带底部由地下水面支持的毛细水构成毛细水带。 毛细水带的高度与岩性有关。 毛细水带的下部也是饱水的，但因受毛细负压的作用，压强小于大气压强，故毛细饱水带的水不能进入井中。 普通水文地质学教案13中间带包气带厚度较大时，在土壤水带与毛细水带之间还存在中间带。 若中间带由粗粒不同的岩性构成的，在细粒层可含有成层的悬挂毛细水。 细粒层之上局部还可滞留重力水。 上层滞水包气带中局部隔水层（弱透水层）上所积聚的具有自由水面的重力水。 松散沉积层、裂隙岩层及可溶性岩层中都可埋藏有上层滞水。 但由于其水量不大，且季节变化强烈，一般在雨季水量大些，可做小型供水水源，而到旱季水量减少，甚至干枯。 上层滞水的补给区和分布区不一致，自当地接受降水或地表水入渗补给，以蒸发或向隔水底板边缘进行侧向散流排泄。 上层滞水一般矿化度较低，由于直接与地表相通，水质易受污染。 （2）包气带水的大气降水的入渗；地表水体的渗漏；由地下水面通过毛细上升输送的水分；地下水蒸发形成的气态水。 （3）影响包气带水的因素包气带的含水量及其水盐运动受气象因素影响极为显著；天然及人工植被；人类生活与生产。 2、饱水带地下水面以下岩石或岩层的空隙完全或几乎完全被水充满的地带。 （1）分类潜水与承压水 （2）特点水体连续分布；能够传递静水压力；在水头差的作用下，可以发生连续运动。 二、根据含水介质（空隙）类型分类 1、孔隙水赋存于松散沉积物颗粒构成的孔隙网络之中的水。 2、裂隙水贮存并运移于裂隙基岩中的水。 3、岩溶水赋存并运移于岩溶化岩层中的水称为岩溶水（喀斯特水）。 三、地下水分类表表1地下水分类表含水介质埋藏条件孔隙水裂隙水岩溶水包气带水各松散沉积物中的土壤水；存在局部隔水层上的季节性重力水（上层滞水）、过路重力水及悬留毛细水裸露裂隙岩层中存在的季节性重力水及毛细水裸露岩溶化岩层上部岩溶通道中存在的季节性重力水潜水各种松散沉积物浅部的水裸露于地表的各类裂隙岩层中的水裸露于地表的