水文地质学基础

1、主讲：徐超 教授徐超 简介 1984级水文地质工程地质专业（地质工程前身），1988年毕业 1988级水文地质工程地质专业硕士生，1991年获硕士学位 留校任教 1994级结构工程（隧道方向）博士，1997年获博士学位 1999-2001在美国华盛顿州立大学作博士后，方向：地下水渗流 一个老同济，也是一个老地质。水文地质学基础 在地质工程专业知识体系（培养方案）中。 基础课 人文社科、外语、数理化、材料科学、力学等 专业基础课 地质科学（基础地质、构造地质、水文地质、工程地质、地球物理勘探）、工程科学（土力学、岩体力学、结构力学、测绘科学等） 专业课 地下水动力学、土体工程、岩体工程、地基处理

2、等（必修） 地质灾害、地震工程、基坑工程、边坡工程、桩基础、土动力学、工程地下水、土工合成材料等（选修）水文地质学的定义 水文地质学（Hydrogeology）是研究地下水（groundwater）的科学。 从以往经历中，你接触过地下水吗？ 谈一谈你对地下水的印象和认识。 什么是地下水？2022-3-2342022-3-235水文地质学的定义 水文地质学是研究地下水的科学。它研究地下水与岩石圈、地幔、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下，其水量和水质等在时空上的变化规律，并研究如何利用这些规律去兴利除弊，为人类服务。Hydrogeology vs Geohydrology 何为地下水？

3、与地表水相对应，指赋存于地面以下岩石空隙中的水（这是一个广义的概念）。Subsurface water vs Groundwater2022-3-236地下水的功能 主要功能包括： 宝贵的资源（用于工业、农业、人类生活等） 重要的地质营力 不可忽视的致灾因子 活跃的生态环境因子 极有价值的信息载体2022-3-237地下水作为资源 水是不可或缺的资源，地下水是重要组成部分 农作物生长都需要水；干旱半干旱地区无灌溉就无法发展农业，而灌溉用水主要是地下水 工业品的生产也需要耗用一定的水，尤以钢铁、化肥生产和造纸为甚 富集某类盐和元素的地下水本身就是液体矿床 地热（高温地下水）资源 具有保健和治疗功

4、能的地下水（往往是温泉）被称为矿水。2022-3-238地下水作为生态因子 这是指地下水（系统）是生态系统的一个敏感的子系统，地下水的变化往往会影响生态环境系统的天然平衡状态。 土壤次生盐泽化 土壤次生沼泽化 生态湿地消失，造成生态环境恶化，引起土地沙化 将在本课程第10详细介绍。2022-3-239地下水作为灾害因子 过量开采地下水引起地面沉降 我国上海、天津等滨海城市非常严重 滨海地区开采地下水引起的海水入侵 地下水污染，以及与地下水资源的矛盾 出现水质性缺水2022-3-2310灾害因子（续） 矿山开采与地下水问题矿床水文地质学 煤矿或其它矿床开采时的突水事故 地下工程与地下水问题工程水

5、文地质学 隧道施工的涌水事故 地下开挖的滞水问题、地下构筑物的防渗 特殊地基的水文地质问题 膨胀土、湿陷性土、冻土、红黏土等地基2022-3-2311 地质灾害：滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等 大坝、大堤由于地下水渗流而引起的渗透变形破坏 管涌 流土流砂灾害因子（续）这些地质灾害、环境地质问题、工程地质问题都与地下水密切相关，需要掌握水文地质学及相关学科规律的专家、工程师去研究解决！2022-3-2312地下水作为地质营力 地下水是应力的传递者 是热量及化学组分的传输者 是地球变迁的活跃参与者 岩溶、成壤、风化等地质过程都有水的参与 在地下水参与下的地幔运动、接触带成矿作用等 水在岩浆作用、变

6、质作用、岩石圈的形成与改造等作用2022-3-2313地下水作为信息载体 人类很难通过工程技术手段去了解地球深部的情形，目前我们对深部地幔、地核的认识也是间接的。但地下水作为流体，通过其地质循环可以为人类提供地球深部的信息： 作为应力的传递者，用于地震预报 作为化学组分的携带者，可提供地球深部悠久地质年代的信息2022-3-2314水文地质学的发展历史简述 1856年以前的萌芽时期 1856至20世纪中期的奠基时期 20世纪中期的成形时期 20世纪中后期（第二次世界大战以后）的发展时期2022-3-2315萌芽时期 从逐水而居到凿井取水是人类文明史的标志性事件和转折点。中国发现最古老的井为余姚

7、河姆渡木质结构井，距今5600多年。 在打井取水的过程中，人类也在积累对地下水的知识，如坎儿井。这一时期关于地下水的认识和利用方法是一门实用技术，而非学科 这一时期，人类开始思考地下水的来源2022-3-2316奠基时期 1856年著名的Darcy试验和Darcy定律，奠定了作为学科分支的水文地质学基础 1863年Dupuit的地下水稳定井流公式 1886年Forchheimer绘制的流网 1935年计算非稳定井流公式Theis公式 1930s采用砂槽模拟、电模拟的方法研究地下水的运动 2022-3-2317奠基时期（续） 地下水起源的思考与研究 初生水学说、入渗说、凝结说等 随着对地下水化学

8、成分的研究，形成水文地质分支水文地球化学 提出地下水的分类，分析地下水的埋藏条件和排泄条件等至20世纪中叶，关于地下水的起源、赋存、运动、补给、排泄、分类以及水化学、地下水的定量评价，已经形成一套完整的理论体系，水文地质学从奠基走向成熟2022-3-2318发展时期 科技进步、工业发展、人口增加极大地推动对地下水的需求，人类活动成为影响地下水运动的决定性力量 发展时期面临的背景:地下水下降、地面沉降、海水入侵、地下水污染 地下水资源枯竭 从正确评价、开发利用地下水转变为如何保护地下水以及相关的生态环境 大规模工程建设，特别是地下工程的建设，对水文地质学提出了更高的要求，工程水文地质学？！202

9、2-3-2319发展时期（续） 几个标志性进展 对隔水层的再认识，相对隔水层与越流概念 地下水系统理论的形成 研究和认识非饱和带与饱和带水之间的关系 使用数值模拟的手段和方法研究地下水，如MODFLOW 地下水污染的研究及治理 这一进程还在继续2022-3-2320如何学好本课程？ 本课程的特点是概念多，有一定难度 尽可能预习，带着问题来听课 课堂认真听讲，课堂上讲的都是教师认为需要掌握和学习的；欢迎课堂提问和讨论 做到课后复习，自觉完成思考题 勤思考，掌握概念的要领，把道理理顺；遇到问题及时与老师联系 首要地，争取课堂解决2022-3-2321Any questions?联系方式：Office: 岩土楼512QQ: 1745465333 Email:c_2022-3-2322复习思考题 水文地质学的定义