水文地质学基础PPT电子教案第一讲序言

1、logo fundamentals of hydrogeoloy 水文地质学基础水文地质学基础 company logo 第一讲第一讲 绪言绪言 0.1 0.1 地球上的水与水资源地球上的水与水资源 0.2 0.2 地下水的功能（作用）地下水的功能（作用） 0.3 0.3 水文地质学发展与展望水文地质学发展与展望 0.4 0.4 水文学与水文地质学水文学与水文地质学 0.50.5水基水基课程内容课程内容 introduction company logo 0.1 地球上的水与水资源：地球上的水与水资源：量的概念量的概念 v地球上的水及所占比例地球上的水及所占比例 水体种类水体种类亿亿 km3%

2、淡水亿淡水亿 km3% 海洋水海洋水13.3896.5400 地表水地表水0.24251.750.241769.0 地下水地下水0.23701.710.108330.92 土壤水土壤水0.000160.0010.0001650.05 大气水大气水0.0001290.00090.0001290.04 生物水生物水0.0000110.000010.0000110.003 总储量总储量 13.85981000.3503100 淡水占全球水量的淡水占全球水量的2.527% company logo 冰冻冰冻积雪积雪 0.1 地球上的水与水资源：地球上的水与水资源：淡水淡水 冰冻冰冻积雪积雪 地下水地下

3、水 河湖水河湖水 淡水淡水 2.5% 咸水咸水 97.5% company logo 0.1 地球上的水与水资源：地球上的水与水资源：再生资源再生资源 v 利用自然资源有两种方式：利用自然资源有两种方式： 不可再生资源：不可再生资源： 如果某种资源的存量大到足以保证上百年的需要，而且在资如果某种资源的存量大到足以保证上百年的需要，而且在资 源耗竭以后，可以开发替代资源源耗竭以后，可以开发替代资源 v 矿产资源是典型的不可再生资源矿产资源是典型的不可再生资源 可再生资源：可再生资源： 如果某种资源的再生速率高于人们的消费速率，就可以保证如果某种资源的再生速率高于人们的消费速率，就可以保证 永续利

4、用。永续利用。 可再生资源是永远不会耗竭的可再生资源是永远不会耗竭的 v 淡水资源的主体是可再生的淡水资源的主体是可再生的 company logo 0.1 地球上的水与水资源：地球上的水与水资源：重要性重要性 v水水自然界存在，自然属性自然界存在，自然属性 不断循环运动不断循环运动 良好的溶剂，重要载体良好的溶剂，重要载体 水具有能量水具有能量 v 水水人类生存、社会经济发展不可或缺，社会属性人类生存、社会经济发展不可或缺，社会属性 生命之源，是地球系统的生命之源，是地球系统的“血液血液” 旱灾、水灾、水污染，对人类发展不协调旱灾、水灾、水污染，对人类发展不协调 水资源可再生，但，水资源有价

5、值（价值规律）水资源可再生，但，水资源有价值（价值规律） 水资源管理不当，成为社会不稳定因素之一水资源管理不当，成为社会不稳定因素之一 company logo 0.1 地球上的水与水资源：地球上的水与水资源：我国水资源概括我国水资源概括 v中国的大气降水与水资源分带中国的大气降水与水资源分带 v中国的人口密度与分省人均淡水资源中国的人口密度与分省人均淡水资源 我国是世界上最缺水的我国是世界上最缺水的13个国家之一个国家之一 人均水资源占有量仅为世界平均值的人均水资源占有量仅为世界平均值的1/4 company logo 800 400 200 50 1200 3000 2000 1600 1

6、200 800 600 400 200 50 中国的大气降水中国的大气降水 company logo 2278 1139 570 全国平均值 全国平均值的一半 全国平均值的四分之一 人均淡水资源m3 339 460 386 445 2198 2091 1501 889 414 1113 2048 3603 3452 981 1250 187 5139 12668 3029 181237 5451 5306 2878 2544 2480 1107 4090 2981 2010 我国各省人均淡水资源我国各省人均淡水资源 company logo 0.2 地下水的功能（作用）地下水的功能（作用） 概

7、念：水文地质学简言之概念：水文地质学简言之研究地下水的科学研究地下水的科学 v 水对人类生活与生产起着不可或缺的重大影响水对人类生活与生产起着不可或缺的重大影响 v 地下水是水资源组成部分地下水是水资源组成部分 v 其主要功能（其主要功能（functions）为：）为： 1、地下水是一种宝贵的资源（、地下水是一种宝贵的资源（resource） 2、地下水是极其重要的生态环境因子、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、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、地下水是地球内部地质演变的信息载体 company logo 0.2.1 0.2.

8、1 地下水是一种宝贵的资源地下水是一种宝贵的资源 a) 供水水源供水水源 优点：优点： 分布广，动态变小，洁净，不易污染分布广，动态变小，洁净，不易污染 n 据报道：据报道：陆地一半为干旱、半干旱地区陆地一半为干旱、半干旱地区 1/3耕地，耕地，2/3牧区水源不足牧区水源不足 城市供水不足，近来更有增加趋势城市供水不足，近来更有增加趋势 n 世界上，阿拉伯国家世界上，阿拉伯国家-进口雨水，中东的长期进口雨水，中东的长期 摩摩 擦一是石油，二是水擦一是石油，二是水 n 80年代以来，我国城市缺水总体也愈来愈严重，年代以来，我国城市缺水总体也愈来愈严重， 很显然：水资源的欠缺严重制约着国民经济的很

9、显然：水资源的欠缺严重制约着国民经济的 可持续发展可持续发展 company logo 我国西北缺水剪影我国西北缺水剪影 company logo 地下水灌溉面积 其它灌溉面积 60%60% 全国60%的耕地 全部或部分使用地下水灌 溉 农村饮用地下水饮用其它水 95%95% 全国95以上的农 村饮用地下水 我国耕地与农村用水我国耕地与农村用水 company logo b) 液体矿产（液体矿产（liquid mining） n 地下水高含盐类或稀有元素，开发提炼具有工业开采价值地下水高含盐类或稀有元素，开发提炼具有工业开采价值 如四川自贡，三叠纪岩层中的卤水，每升达如四川自贡，三叠纪岩层中的

10、卤水，每升达300g之多之多 n 医疗或健身功能的矿泉水（医疗或健身功能的矿泉水（natural mineral water） 疗养院，天然矿泉水厂，啤酒厂等疗养院，天然矿泉水厂，啤酒厂等寻找特殊功能的水资源寻找特殊功能的水资源 n 开发提取一定的能量（热能，冷能）地下水开发提取一定的能量（热能，冷能）地下水 地下水的露头地下水的露头泉井，往往具有冬暖夏凉的特点，地球浅泉井，往往具有冬暖夏凉的特点，地球浅 层是常温带层是常温带保温作用，起到保温作用，起到“冬灌夏用，夏灌冬用冬灌夏用，夏灌冬用” 地球是个天然热库地球是个天然热库可以供热，供取暖等用处可以供热，供取暖等用处 0.2.1 地下水是一

11、种宝贵的资源地下水是一种宝贵的资源 company logo 0.2.2 地下水是极其重要的生态环境因子地下水是极其重要的生态环境因子 地下水是影响生态与环境的重要因素之一地下水是影响生态与环境的重要因素之一 n 地下水的变化往往会打破原有的生态平衡地下水的变化往往会打破原有的生态平衡 ，使环境发，使环境发 生变化生变化即可以有益，也可以是有害的即可以有益，也可以是有害的 n 有害的例子：农业用水不当的次生盐渍化、不统一开有害的例子：农业用水不当的次生盐渍化、不统一开 采，河西走廓的民勤县，绿州变沙漠、过采，河西走廓的民勤县，绿州变沙漠、过 量开采地下量开采地下 水水地面沉降（上海、天津）、海

12、水入侵，地面塌地面沉降（上海、天津）、海水入侵，地面塌 陷，地下水污染等陷，地下水污染等 n 地下水与其周围的环境，人、水、热、动是个相互依地下水与其周围的环境，人、水、热、动是个相互依 存的有着内在联系的生物生存链，打破一个环节就会存的有着内在联系的生物生存链，打破一个环节就会 引起或正或负的反馈（报复）引起或正或负的反馈（报复） company logo 地下水利用产生的环境问题：地下水利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重沙化荒漠化加重 company logo 地下水利用产生的环境问题：地下水利用产生的环境问题：上海地面沉降上海地面沉降 城市防洪设施标准降低，城市防洪设施标准降低， 外滩防

13、洪挡水墙越筑越高外滩防洪挡水墙越筑越高 company logo 地下水利用产生的环境问题：地下水利用产生的环境问题：地下水污染地下水污染 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 company logo 0.2.3 地下水是一种很活跃的地质营力 地下水是一种很活跃的地质营力地下水是一种很活跃的地质营力 地壳内能量、热量的传输者地壳内能量、热量的传输者 n传递应力：传递应力：水为诱发地震，地质灾害是地下水作用水为诱发地震，地质灾害是地下水作用 n人工地震预报人工地震预报观测地下水观测地下水 n地球是个天然热库地球是个天然热库在地质循

14、环和水文循环中传在地质循环和水文循环中传 输地壳内部的能（热）量的传输者输地壳内部的能（热）量的传输者 company logo 0.2.4 地下水是地球内部地质演变的信息载体地下水是地球内部地质演变的信息载体 地下水是（地球内部地质演变的）信息载体地下水是（地球内部地质演变的）信息载体 n由于是应力传递者，同时又是在流动由于是应力传递者，同时又是在流动 所以地下水所以地下水水位水位，水量，水温，水化学水量，水温，水化学等的变化或异等的变化或异 常可以提供埋藏在地下的许多信息常可以提供埋藏在地下的许多信息 n强的溶剂：在地质循环和水文循环中化学组分强的溶剂：在地质循环和水文循环中化学组分 溶解

15、，传递到适宜的部位沉淀（沉积）：成矿溶解，传递到适宜的部位沉淀（沉积）：成矿 如找矿、找油、地震预报、地质演变如找矿、找油、地震预报、地质演变 company logo 0.3 水文地质学的发展与趋势水文地质学的发展与趋势 四个时期四个时期：1856年以前的萌芽时期，年以前的萌芽时期，1856年至本世纪中叶的年至本世纪中叶的 奠基时期，奠基时期，20世纪中叶至今的发展时期，世纪中叶至今的发展时期， 21世纪的转变时期世纪的转变时期 v萌芽时期：萌芽时期：由逐水而居到凿井取水由逐水而居到凿井取水-一大转折一大转折 v奠基时期：奠基时期：1856年，达西定律年，达西定律-地下水定量计算地下水定量计

16、算奠定了奠定了 水文地质学的基础水文地质学的基础 v发展阶段：发展阶段：二次世界大战战后，科学技术推动生产力迅猛发展二次世界大战战后，科学技术推动生产力迅猛发展 以及人口的急剧增长以及人口的急剧增长 泰斯非稳定流理论提出，对地下水资源量的认识泰斯非稳定流理论提出，对地下水资源量的认识革命革命 计算机技术的发展，在地下水模拟、规划管理等推进计算机技术的发展，在地下水模拟、规划管理等推进 v转变时期：转变时期：核心内容的转变，可持续发展观的提出核心内容的转变，可持续发展观的提出 水文地质学的发展正向水文地质学的发展正向“地下水科学地下水科学”的转变的转变 发展趋势 坎儿井 company logo

17、 地下水的利用地下水的利用坎儿井，坎儿井，近3000年历史 地下水位地下水位 主主 井井-廊廊 道道 竖竖 井井 灌溉农田灌溉农田 山区山区-山前山前 隔水层隔水层 含含 水水 层层 company logo 0.3 水文地质学的发展与趋势水文地质学的发展与趋势简况简况 趋势：趋势：水文地质工程地质水文地质工程地质05.第第1期，期，51-56，张人权等张人权等 n核心课题转移：找水水文地质学核心课题转移：找水水文地质学资源资源生态环境生态环境 n视野扩展：含水层视野扩展：含水层地下水系统地下水系统水文水文- -生态环境生态环境技术技术- -社会社会 系统。系统。 n目标改变：由当前的问题转向

18、长期的可持续发展目标改变：由当前的问题转向长期的可持续发展 n内容扩展：从地下水的水量为主，转向水量与水质的研究并重；内容扩展：从地下水的水量为主，转向水量与水质的研究并重； 从狭义地下水，扩大到广义地下水从狭义地下水，扩大到广义地下水, ,乃至地下水圈乃至地下水圈 n思路的改变：从求从成生角度，加强过程与机理研究思路的改变：从求从成生角度，加强过程与机理研究 n多学科交叉渗透成为主流：地下水科学与其它自然科学以及社多学科交叉渗透成为主流：地下水科学与其它自然科学以及社 会科学交叉渗透，以多学科方式研究与处理问题会科学交叉渗透，以多学科方式研究与处理问题 n服务方式转变：服务方式转变：方式发生

19、了很大改变，如何使水文地质工作方式发生了很大改变，如何使水文地质工作 成果转化为生产力，成为一个急需解决的重大课题成果转化为生产力，成为一个急需解决的重大课题 company logo 0.3 水文地质学的发展与趋势水文地质学的发展与趋势任务任务 v目前任务：目前任务： 正确地预测在人类活动干预下地下水的变化正确地预测在人类活动干预下地下水的变化 正确地评价、开发、管理与保护地下水资源正确地评价、开发、管理与保护地下水资源 保护与地下水有关的生态环境，成为当务之急保护与地下水有关的生态环境，成为当务之急 正确地预测矿产开发的地下水问题，避免地下水正确地预测矿产开发的地下水问题，避免地下水 害害

20、 。 company logo 预测地下水的污染与保护措施 2005年11月吉林中石化 爆炸，100余吨硝基笨进 入松花江，导致哈尔滨城 市供水系统瘫痪4天，11 月27日恢复供水,市700余 万人经历了用水危机。 全城380余井，成为城市供水主源，城 市应急系统紧急打井（地下水） 调用纯净水应急调用纯净水应急 2005.11.26日污染高峰过哈尔滨城市日污染高峰过哈尔滨城市 company logo 防范煤矿特大突水事故 2005年事故特点年事故特点 v20052005年，死亡年，死亡1010人以上事故人以上事故1313起，总人数起，总人数357357人人 n 同期上升同期上升160%160

21、%、233.6%233.6%；占总特大事故；占总特大事故20.5%20.5% v乡镇煤矿水害事故多，乡镇煤矿水害事故多，84.6%84.6% v老空水是水害的主要水源老空水是水害的主要水源 n 老空透水老空透水69.2%69.2% n 底版透水底版透水15.4%15.4% n 岩溶突水岩溶突水15.4%15.4% company logo 0.4 关于水文学与水文地质学关于水文学与水文地质学 水文学（水文地地学）水文学（水文地地学）水资源的核心课程水资源的核心课程 广义地说广义地说 ： 研究地球与水的科学研究地球与水的科学 具体：研究地球上各种水体的形成、循环和分布，探讨水体具体：研究地球上各

22、种水体的形成、循环和分布，探讨水体 的化学和物理性质以及它们对环境的反应，与生物的关系的化学和物理性质以及它们对环境的反应，与生物的关系 广义水文学分支广义水文学分支基础理论、应用基础理论、应用 基础理论基础理论水文学原理水文学原理 研究对象研究对象河流、湖泊、河口海岸、冰川河流、湖泊、河口海岸、冰川 ，地下水，地下水 文学等文学等 应应 用用工程水文学，农业、森林、城市、环境工程水文学，农业、森林、城市、环境 水文学等水文学等 company logo 0.5 课程内容课程内容 本课主要内容本课主要内容 一、水文地质学基本概念一、水文地质学基本概念 概念、名词与术语概念、名词与术语 二、水文

23、地质学基本原理二、水文地质学基本原理 地下水形成基本规律地下水形成基本规律赋存、分布、运动赋存、分布、运动 三、地下水科学的分析方法三、地下水科学的分析方法 微观微观以概念为基础的分析方法以概念为基础的分析方法 宏观宏观地下水系统理论为基础的综合分析地下水系统理论为基础的综合分析 四、应用分析四、应用分析概念与原理的掌握概念与原理的掌握 company logo 主要参考文献主要参考文献 v主要参考文献：主要参考文献： 水文地质学基础水文地质学基础教材后附的参考文献，教材后附的参考文献， 水文地质工程地质水文地质工程地质期刊，期刊， 中英文版中英文版“地下水地下水”和和“水文地质学水文地质学”

24、类教类教 材材 芮孝芳芮孝芳 著，水文学原理，著，水文学原理，2004.8 company logo 思考题思考题 1、为什么说、为什么说“水资源水资源”是可再生的资源？是可再生的资源？ 2、为什么说、为什么说“水资源水资源”既有自然属性，又有社会属既有自然属性，又有社会属 性。性。 绪言结束绪言结束 company logo 第二章第二章 岩石中的空隙与水岩石中的空隙与水 the interstices and water in rocks company logo 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙 l 岩石岩石水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层 l 空

25、隙空隙岩、土中各种类型的空洞的总称岩、土中各种类型的空洞的总称 空隙空隙是地下水赋存场所（是地下水赋存场所（places）和运移通道）和运移通道 （conduits） 空隙分为空隙分为 1. 孔隙（孔隙（pore）-unconsolidated soil-（第四纪地质学第四纪地质学） 2. 裂隙（裂隙（fissure）- hard rock -（构造地质学构造地质学） 3. 溶穴（溶穴（cavity）- dissoluble rock -（岩溶地貌学岩溶地貌学） 工程地质学工程地质学是从土层的物理力学指标（性能）来是从土层的物理力学指标（性能）来 讨论，如土的压缩性或强度变形。讨论，如土的压缩

26、性或强度变形。 下面以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念，参数下面以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念，参数 （指标）和分析方法。（指标）和分析方法。 company logo 孔隙（孔隙（pore, void） 土体孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形状，连通与分布土体孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形状，连通与分布 松散土体宏观上可以分为松散土体宏观上可以分为2大类：砂性土与粘性土类大类：砂性土与粘性土类 1 1、砂砾石孔隙大小及其影响因素砂砾石孔隙大小及其影响因素 v试样试样 a砾石砾石(模型模型)，试样，试样b砂土样品，试样砂土样品，试样c砂砾混合样品砂砾混合样品 ？ 提问：试样提问

27、：试样a与与b构成的孔隙哪种大？哪种小？构成的孔隙哪种大？哪种小？ 颗粒大小颗粒大小-有关？有关？ v简单归纳简单归纳-砂砾石土孔隙大小与什么有关？砂砾石土孔隙大小与什么有关？ 颗粒颗粒大小、大小、 排列排列立方体或四面体立方体或四面体 、分选、胶结与分选、胶结与 充填充填等等 v孔隙大小特征的描述：孔隙大小特征的描述：孔喉孔喉 (d) d=0.414d 孔腹孔腹 (d) d=0.732d (上述为：立方体排列的理想等径园球颗粒）上述为：立方体排列的理想等径园球颗粒） 2.1.1 孔隙孔隙 company logo a砾石砾石(模型模型) b砂土样品砂土样品 c砂砾混合样品砂砾混合样品 孔隙与

28、粒径关系孔隙与粒径关系 company logo 松散砂砾石孔隙大小与分选的关系松散砂砾石孔隙大小与分选的关系好、坏？好、坏？ 黄黄 土土 沙沙 丘丘 洪积物洪积物 粒径粒径 mm 含含 量量 % company logo 立方体排列与立方体排列与 四面体排列四面体排列 d d d d 立方体排列立方体排列 四面体排列四面体排列 company logo 2.1.1 孔隙孔隙 2 2、砂砾石的孔隙度（砂砾石的孔隙度（porosity）及其影响因素）及其影响因素 孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标 v定义定义：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积

29、所占：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占 的比例。通常用的比例。通常用 n 表示表示 v？问：孔隙度的大小与什么有关？问：孔隙度的大小与什么有关？与颗粒大小有关？与颗粒大小有关？ a. 与排列有关与排列有关紧密与疏松紧密与疏松 理想最疏松孔隙为理想最疏松孔隙为47.64%47.64%，最紧密排列孔隙为，最紧密排列孔隙为25.95%25.95%。 b. 与分选有关与分选有关下面试样哪个孔隙度大？哪个小？下面试样哪个孔隙度大？哪个小？ 试样：试样：砾石砾石 砂石砂石 混合样混合样 v完全混合试样时，孔隙度完全混合试样时，孔隙度 n混 混=n砾砾 n砂 砂 （请自己推导证明） （请

30、自己推导证明） v影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度。影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度。 %100 t n v v n company logo 不同颗粒大小的试样不同颗粒大小的试样孔隙度？孔隙度？ company logo v 自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同 p17表表2-1 表表2-1 松散岩石孔隙度参考数值松散岩石孔隙度参考数值 v 矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？ v 矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的47.64% 达到达到70% 岩石名

31、称砾石砂粉砂粘土 孔隙度孔隙度25-40%25-50%35-50% 40-70% 2.1.1 孔隙孔隙 company logo 3、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度 v粘土颗粒粘土颗粒 粘性土是指土体颗粒粘性土是指土体颗粒 0.005mm 的直径的直径 “粘性土由于颗粒细小，比表面积大，连结力强粘性土由于颗粒细小，比表面积大，连结力强 粘粒在悬浮粘粒在悬浮 推移推移 互相接触时，就会连结起来互相接触时，就会连结起来 形成形成粘粒团粘粒团” 细小粘粒集合（团）构成（称为）细小粘粒集合（团）构成（称为）颗粒集合体颗粒集合体。 集合体与集合体结合构成集合体与集合体结合构成粘性土粘性土的沉

32、积结构特征的沉积结构特征 v粘土孔隙粘土孔隙 粘性土如同海绵、峰窝或絮状结构粘性土如同海绵、峰窝或絮状结构 结构孔隙结构孔隙集合体与集合体、粘粒与粘粒之间集合体与集合体、粘粒与粘粒之间 次生孔隙次生孔隙虫孔、根系孔、裂隙裂痕等虫孔、根系孔、裂隙裂痕等 2.1.1 孔隙孔隙粘土粘土 company logo 蒙脱石、片状粘土矿物蒙脱石、片状粘土矿物淤泥粘土淤泥粘土 2000 company logo 36 240 800 粘性土的结构，不同比例电镜扫描片粘性土的结构，不同比例电镜扫描片 company logo 松散孔隙松散孔隙 | 粘土粘土 孔隙孔隙 | 裂隙溶隙裂隙溶隙 company lo

33、go 裂隙裂隙 （ fissure fracture ） 固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，而存固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，而存 在有各种内外力作用下产生的裂缝（缝隙）在有各种内外力作用下产生的裂缝（缝隙） 风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙 裂隙裂隙：空间形态是两向延伸长，横向延伸短的：空间形态是两向延伸长，横向延伸短的“饼状饼状”空空 隙隙 单个裂隙是孤立的单个裂隙是孤立的 裂隙岩体裂隙岩体：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括： 1) 1) 裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）裂隙

34、的连通性（组数、产状、长度和密度） 2) 2) 张开性（裂隙宽度）张开性（裂隙宽度） 3) 3) 裂隙率等裂隙率等 2.1.2 裂隙裂隙 company logo 风化（卸荷）裂隙、风化（卸荷）裂隙、 成岩裂隙、成岩裂隙、 构造裂隙构造裂隙 company logo 砂岩岩芯中的空隙砂岩岩芯中的空隙 company logo 溶穴溶穴（solution cavity） cavern 在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果 是是扩大了的裂隙扩大了的裂隙 溶穴溶穴：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等 岩溶岩体岩溶岩体：要描述

35、裂隙特征及岩溶发育特征：要描述裂隙特征及岩溶发育特征 （裂隙（裂隙+溶洞）溶洞） 1 1）岩溶发育方向）岩溶发育方向 2 2）溶蚀率）溶蚀率-钻孔岩溶发育程度钻孔岩溶发育程度 3 3）溶洞（方向、规模等）溶洞（方向、规模等） 2.1.3 溶穴溶穴 company logo 空隙特征的比较空隙特征的比较 v含水介质含水介质由各类空隙所构成的岩石称为含水介质，也称为由各类空隙所构成的岩石称为含水介质，也称为 介质场。含水介质的空间分布与连通特征（介质场。含水介质的空间分布与连通特征（孔隙含水介质、裂孔隙含水介质、裂 隙含水介质、溶质含水介质隙含水介质、溶质含水介质）是不同的，三种主要类型的含水）是

36、不同的，三种主要类型的含水 介质比较：介质比较： v连连 通通 性性 孔隙介质最好，其它较差孔隙介质最好，其它较差 v空间分布空间分布孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不均匀孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不均匀 孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊 v空隙比率空隙比率孔隙介质最大，裂隙最小孔隙介质最大，裂隙最小 v空隙渗透性空隙渗透性孔隙介质孔隙介质-各向同性，裂隙与溶穴各向同性，裂隙与溶穴-各向异性造成各向异性造成 空隙介质上述差异的主要原因：空隙介质上述差异的主要原因：沉积物形成和空隙形成的沉积物形成和空隙形成的环境环境 2.1.4 空隙

37、特征的对比空隙特征的对比 company logo v思考题思考题： 1 1）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？ 2 2）粘性土孔隙度大）粘性土孔隙度大是含水层吗？是含水层吗？ 3 3）试总结砂砾类土体的孔隙形状特点，并加以概化）试总结砂砾类土体的孔隙形状特点，并加以概化 （图示）。（图示）。 3 3）坚硬的花岗岩、砂岩、灰岩的空隙特征有何异同）坚硬的花岗岩、砂岩、灰岩的空隙特征有何异同 点？（可以通过查阅资料和文献回答）点？（可以通过查阅资料和文献回答） 第二章第二章 第一节第一节 结束结束 岩石中的空隙岩石中的空隙思考题思考题 company

38、 logo 2.2 空隙中的水空隙中的水 存在形式：气态存在形式：气态 固态固态 液态液态 设想实验设想实验：材料：材料（玻璃珠子、细管玻璃珠子、细管）+ +水（水杯）水（水杯） （1 1）2个玻璃珠子之间滴上几滴水，接触部位就会有所残留水个玻璃珠子之间滴上几滴水，接触部位就会有所残留水 （2 2）在饱水试样中取在饱水试样中取1颗和颗和2个颗粒，颗粒和颗粒孔隙间的水？个颗粒，颗粒和颗粒孔隙间的水？ （3）将玻璃细管插入水中，取出，管中残留水？）将玻璃细管插入水中，取出，管中残留水？ 通过上述通过上述3例及图示例及图示空隙中水的存在形式：空隙中水的存在形式： 结合水结合水（absorbed wa

39、ter, bound waterabsorbed water, bound water） 重力水重力水（gravitational water;bulk watergravitational water;bulk water） 毛细水毛细水（capillary watercapillary water） company logo 2.2.1 结合水结合水 结合水结合水（absorbed water, bound water） v定义定义 附着于固体表面，在自身重力下不能运动的水附着于固体表面，在自身重力下不能运动的水 即结合水具有一定的即结合水具有一定的抗剪强度抗剪强度 ？抗剪强度的产生与大小

40、与什么有关抗剪强度的产生与大小与什么有关 表面引力表面引力服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱 v性质性质 结合水具有固态和液态水的双重性质；即自身重力作用下结合水具有固态和液态水的双重性质；即自身重力作用下 不能运动，在外力作用下能够移动（运动）及变形不能运动，在外力作用下能够移动（运动）及变形 v意义意义 只要有固相表面就存在结合水，存在范围广，其量很小只要有固相表面就存在结合水，存在范围广，其量很小 （结合水膜很薄），当孔隙直径小于（结合水膜很薄），当孔隙直径小于2倍结合水膜厚度时，倍结合水膜厚度时， 孔隙中只含有不能自由运动的结合水（又称无效

41、空间）孔隙中只含有不能自由运动的结合水（又称无效空间） 结合水与重力水结合水与重力水 重力水重力水 company logo 结合水与重力水结合水与重力水 company logo 表面引力表面引力服从库仑定律，服从库仑定律， 随固体表面的距离加大而减弱随固体表面的距离加大而减弱 结合水与重力水结合水与重力水 结合水结合水 company logo 重力水重力水（gravitational water; bulk watergravitational water; bulk water） v 远离固相表面，水分子受固相表面吸引力的影响极其微弱，远离固相表面，水分子受固相表面吸引力的影响极其微弱

42、， 主要受重力影响。重力影响下可以自由运动主要受重力影响。重力影响下可以自由运动 无重力作用下水的存在？如在太空中瓶中的水分无重力作用下水的存在？如在太空中瓶中的水分 布布受表面吸引的作用液态水的特征受表面吸引的作用液态水的特征 v 地层内岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通过泉，地层内岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通过泉， 或井流出（抽出）或井流出（抽出） v 重力水是水文地质学研究的主要对象，也是勘察的主要对象重力水是水文地质学研究的主要对象，也是勘察的主要对象 2.2.2 重力水重力水 结合水与重力水结合水与重力水 company logo 毛细水毛细水（capillary

43、watercapillary water） 1、基本概念、基本概念 v毛细现象毛细现象： 根据细小管插入水中，水上升至一定高度停下来根据细小管插入水中，水上升至一定高度停下来 在土层中挖个洞，在洞内放个接渗皿，能否接到水？在土层中挖个洞，在洞内放个接渗皿，能否接到水？ 北方地窖，陕北的窑洞北方地窖，陕北的窑洞 v毛细力毛细力： 毛细水：受到表面吸引力，重力，还有另一种力毛细水：受到表面吸引力，重力，还有另一种力称毛称毛 细力的作用，产生毛细现象细力的作用，产生毛细现象 我们可以把毛细力归纳为我们可以把毛细力归纳为3点：点： 2.2.3 毛细水毛细水 毛细水毛细水 空隙中的水空隙中的水 毛细水毛

44、细水 company logo 毛细水，孔角毛细水毛细水，孔角毛细水 company logo 思考：思考： 1. 上细下粗土层，滴水，水停留在何处？上细下粗土层，滴水，水停留在何处？ 2. 黄土层中挖平洞，下大雨后，洞内能否接到水黄土层中挖平洞，下大雨后，洞内能否接到水？ 毛细水毛细水 滴水滴水 下雨下雨 砂土砂土 黄土黄土 器皿器皿 砾石砾石 company logo 毛细力毛细力： n 毛细力的毛细力的产生产生： 是在三相界面上内弯液面引起是在三相界面上内弯液面引起液面弯曲产生的液面弯曲产生的 n 毛细力的毛细力的方向方向：作用方向始终指向弯曲液面的凹例作用方向始终指向弯曲液面的凹例 凹

45、凸弯液面是指相对于液相一侧而言的凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的 凹形弯液面凹形弯液面负的毛细压强（负的毛细压强（negative）-如同真空吸力如同真空吸力 凸形弯液面凸形弯液面正的毛细压强（正的毛细压强（positive） n 毛细力的毛细力的大小大小： 毛细力大小与弯液面的曲率成正比（曲率大毛细力大小与弯液面的曲率成正比（曲率大,毛细力大毛细力大;曲曲 率小，毛细力小）率小，毛细力小） 一根毛细管子，管径越小，毛细力越大；反之亦然一根毛细管子，管径越小，毛细力越大；反之亦然 毛细力大，毛细上升高度也越大毛细力大，毛细上升高度也越大 2.2.3 毛细水毛细水 毛细水毛细水 company

46、 logo 2、毛细水的存在形式毛细水的存在形式（states forms） 在岩石空隙中，毛细水的存在形式可分为三种：在岩石空隙中，毛细水的存在形式可分为三种： a) 支持毛细水支持毛细水（supporting capillary water ） 在地下水面支持下存在的（附着水面上的），随地下水升降而升在地下水面支持下存在的（附着水面上的），随地下水升降而升 降。上升高度与水面上部的岩石孔隙性质有关降。上升高度与水面上部的岩石孔隙性质有关 b) 悬挂毛细水悬挂毛细水（suspension capillary water ） 脱离水面，岩石细小孔隙中保留的水分，称为悬挂毛细水脱离水面，岩石细小

47、孔隙中保留的水分，称为悬挂毛细水 上粗下细或上细下粗砂砾试样的例子。上粗下细或上细下粗砂砾试样的例子。？悬挂毛细水的高度？悬挂毛细水的高度 思考：思考：一个等径园管，如果支持毛细水高度为一个等径园管，如果支持毛细水高度为 hc， ，悬挂毛细水高度 悬挂毛细水高度？ c) 孔角毛细水（触点毛细水）（孔角毛细水（触点毛细水）（corner water, contiguity water?） 孔角毛细水与悬挂毛细水是不同孔角毛细水与悬挂毛细水是不同？ 悬挂毛细水似串珠状且连续分布的，孔角毛细水是孤立的悬挂毛细水似串珠状且连续分布的，孔角毛细水是孤立的 2.2.3 毛细水毛细水 支持与悬挂毛细水支持与

48、悬挂毛细水 小结小结 company logo 支持毛细水与悬挂毛细水支持毛细水与悬挂毛细水 地地 下下 水水 位位 下下 降降 company logo 2.2 空隙中的水空隙中的水小结小结 小结小结 岩石空隙中的水岩石空隙中的水有有三种存在形式三种存在形式 三种形式的水有差异三种形式的水有差异与与受力状态受力状态有关有关 自己总结、比较自己总结、比较加深理解加深理解_有比较就会有记忆有比较就会有记忆 第二节第二节 空隙中的水空隙中的水 结束结束 company logo 2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质 v 岩石（包括骨架与空隙在内的总称）岩石（包括骨架与空隙在内的总称） 水理性质水理

49、性质：就水文地质学主要涉及是与水分就水文地质学主要涉及是与水分储容、释出与运储容、释出与运 移移有关的性质有关的性质 包括包括： 一、一、容水度和孔隙度容水度和孔隙度（porosityporosity）（反映岩石最大含水能力）（反映岩石最大含水能力） 孔隙度孔隙度n; 容水度容水度nr ？两者有何关系？两者有何关系 岩石完全饱水时，岩石完全饱水时，所能容纳的最大水体积所能容纳的最大水体积与岩石总体积之比与岩石总体积之比 二、二、含水量含水量（water contentwater content）_ 岩石样岩石样实际保留水分的状况实际保留水分的状况，（是某岩样某时的含水状态），（是某岩样某时的含水状态） 又称岩石的天然含水量又称岩石的天然含水量 三、三、持水度持水度（specific retentionspecific retention）_sr 岩石的持水能力岩石的持水能力最大保持水分的能力最大保持水分的能力 岩石的持水量（持水体积）与岩石总体积之比岩石的持水量（持水体积）与岩石总体积之比 company logo 四、四、给水度给水度（specific yield） ( e d) (water draine