水文地质学复习资料

1、水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。地下水：地下水是指赋存和运动于地表以下土层和岩石空隙中的水。地下水的功能：1）地下水是城市供水的重要水源。2）工业生产需要大量使用地下水。3）农业生产需要有充足的水源保证。4）地下水是良好的载热物质，可将热能源源不断 地输送到地表供人们使用。5）某些地区的地下水含有特殊的化学成分，并具有较高的 温度，利用这些地下水可治疗某些疾病。6）有些地下水本身就是一种宝贵的矿产资源。7）利用地下水的化学成分作为找矿标志寻找某些有用矿产的工作得到了很大的发展。理想液体：指液体是不可压缩的，没有黏滞性的，没有表面张力，均质，各向同性的连 续介质。绝对压强：以没有气体存

2、在的绝对真空作为零点来计量的压强称绝对压强，用p表示。p=p -p（a）， p（a）当地的大气压强相对压强：把一个压力表放在大气中，指针度数为零，那么用这一压力表所测的压强值 称相对压强，用p表示。迹线：液体质点运动时走过的轨迹线流线：某一瞬时子流场中绘出的一条曲线，该曲线上所有各点的速度向量都与该曲线相 切。流网:在渗流场的某一典型剖面或切面上，有一系列等水头线与流线组成的网格称流网。a）流网特征：1）在各向同性介质中，流线与等水头线处处垂直，流网为正交网格2） 各相邻两水头线间的水头差值彼此相等，各相邻两流线见得单宽流量彼此相等3） 在均质各向同性介质中，流网每一网格的边长比为常数。b）流

3、网的应用（意义）：1）确定水头和渗透压强2）确定水力坡度和渗流速度3）确定 流量4）从流网的定性分析，可了解渗流区的水文地质条件。自然界的水：分布于大气圈，水圈，岩石圈，包括大气水、地表水和地下水自然界的水循环包括水文循环和地质循环水文循环分为大循环和小循环小循环：是指海洋表面蒸发的水汽，又以降水形式降落入海洋；或是大陆表面蒸发的水 汽，仍以降水形式降落回陆地表面。大循环：是指海洋表面蒸发的水汽，随气流带到大陆上空，形成降水落在地面，再通过 径流返回海洋的过程。岩石的空隙性：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶性岩石中的溶隙。孔隙：松散岩石是由大小不等、形状各异的颗粒组合而成的，颗粒之间或

4、颗粒集合体之 间的空隙。空隙：固结的坚硬岩石（沉积岩、岩浆岩和变质岩）受力破裂形成的空隙。溶隙： 可溶性岩石（石灰岩、白云岩等）中的裂隙经水流长期溶蚀扩展而形成的空隙松散岩石孔隙率的大小有关的因素：岩石的分选性岩石的密实程度岩石颗粒形 状岩石的胶结程度；通常情况下颗粒越小，岩石越疏松，分选性越好，磨圆度和胶结 度越差，孔隙度就越大。岩石中各种形式的水及其特点：气态水：即水汽存在于未饱水的岩石空隙中。结 合水：在岩石颗粒的静电吸附能力的作用下，水分子能牢固地吸附在颗粒表面，形成水 分子薄膜，这层水膜就是结合水。毛细水：赋存在地下水面以上毛细空隙中的水。 重力水：重力影响大于吸引力，能在自身重力影

5、响下运动的水。固态水：当岩石的温 度低于水的冰点时，储存于岩石空隙中的水便冻结成冰，从而形成固态水。岩石的水理性质：岩石与水作用的过程中，所表现的容水，持水，给水和透水的性能。a）容水性：是指岩石能够容纳一定水量的性能。取决于岩石的孔隙度、裂隙率或溶穴 率。b）持水性：指岩石依靠分子引力和毛细力，在重力作用下其岩石仍能保持一定水量的 性能。c）给水性：是指饱水岩石在重力作用下，能自由给出一定水量的性能。取决于岩石的 空隙大小，其次才是空隙的多少。d）透水性：是指岩石可以被水透过的特性。决定于空隙的大小，可用渗透系数K作为 衡量指标。含水层：能够给出并透过重力水的岩层。隔水层：不能给出并透过水的

6、岩层构成含水层的必要条件：1）有储水空间，2）有储存地下水的地质构造条件，3）有良 好的补给水源和补给条件地下水按埋藏条件分：上层滞水：包气带中局部隔水层之上具有自由水面的重力水。 潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水。承压水：充 满两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。潜水和承压水的特征：潜水：有一个自由的水面，仅承受大气压力补给区与分布区 是一致的水温，水质，水量受气候影响，季节性变化易于遭受污染是很好的供水 水源。承压水:没有自由水面补给区远小于分布区气象要素的变化对其影响较小， 较稳定不易受地面污染供水水源，卫生可靠，水量稳定工程建设中其水头压力能 引起基坑突涌

7、，从而破坏基坑的稳定性。潜水等水位线图的意义：1）确定地下水的流向2）确定潜水面的坡度3）确定地下水埋 深4）确定潜水与地下水间的补排关系5）确定含水层厚度及其变化情况6）分析判断 含水层透水性及厚度的变化7）规划地下水给水工程的位置或确定其他工程施工是否要 采取排水措施等。包气带和饱水带运动的区别：1）饱水带水运动取决于重力势，包气带水运动则取决于 重力势和毛细势。2）饱水带任一点的压力水头是一个定值，包气带压力水头则是含水 量的函数。3）饱水带的渗透系数是个定值，包气带的渗透系数随含水量的降低而变小。地下水循环：指地下水的补给，径流与排泄的全过程。a）补给：含水层自外界获得水量的作用。补给

8、来源：大气降水，地表水入神，大气中 水汽和土壤中水汽的凝结和人工补给和其他含水层补给。b）排泄：含水层失去水量的过程。排泄方式：泉水排泄，向地表水排泄，蒸发排泄c）径流：地下水由补给曲流向排泄曲的过程地下水动态：地下水的水位，水量，水质，水温等随时间作有规律变化。动态变化因素： 自然因素：气候，水文，地质，土壤和生物，人为因素。 地下水动态类型：蒸发型， 经流型和蒸发径流型地下水均衡：指在一点范围一点时间内，地下水水量，溶质含量及热量等的补给和消耗 量之间的数量关系。地下水动态是地下水均衡的外部表现，均衡是动态的内在原因。地下水中溶解的气体成分：02, N2，CO2，H2O和CH4，咦前三种为

9、主。a）地下水中离子成分：较多的7种：Cl,SO4,HCO3,Na,K,Ca,Mg。总矿化度：地下水中所含各种离子，分子及化合物的总量称地下水的总矿化度，也称地 下水的总溶解固体（TDS）溶滤作用：指水与岩土相互作用时，岩土中某些成分被溶解而进入地下水的作用浓缩作用：地下水受到蒸发作用时，水分不断被蒸发，盐分便被积累下来，使地下水的矿化度不断增大，这种作用称为浓缩作用。脱碳酸作用：由于CO2从水中逸出，发生碳酸盐沉淀的作用称为脱碳酸作用。脱硫酸作用：在还原环境中硫酸根离子还原为硫化氢，使硫酸根离子减少或消失的作用 称为脱硫酸作用。阳离子交替吸附作用：岩石颗粒表面带有负电荷，能吸附某些阳离子，当

10、地下水与岩石 颗粒接触时，颗粒可以吸附地下水中的某些阳离子，而将其原来吸附的部分阳离子转为 地下水中的组分，这种作用称为阳离子的交替吸附作用混合作用：两种或两种以上不同化学成分与性质的水混合在一起，形成了一种与原来各 化学成分各不相同的地下水，这种作用称为混合作用。总硬度：水中所含Ca,Mg离子总量。暂时硬度：水加热至沸腾，部分碳酸盐沉淀，失去 的Ca,Mg离子的含量。永久硬度：水加热至沸腾，仍留在水中的Ca Mg离子的含量地下水化学成分分析：简分析，全分析和专项分析。孔隙水：指埋藏和运动于松散沉积物空隙中的重力水。孔隙水的基本特征：分布较均匀，呈层状，含水层内水力联系密切，具有统一的潜水面

11、活测压面冲洪积扇：因地形开阔，坡度骤降，而流速猛减，大量的推移质和悬移质堆积下来，在 山前地带形成围绕山麓倾斜的扇形堆积体。洪积物中的地下水（1）洪积扇上部径流带。此带主要由厚砂层、砾石组成，砂砾石中 地下水是埋藏较深的潜水，直接接受降水和河水渗入补给，含水层透水性强、厚度大、 地形坡度较大，径流条件良好，水质较好。（2）洪积扇中部溢出带。洪积扇中部由粗、 细沉积物交错组成，含水层厚度变小，富水性降低，径流变弱，水位埋深也变浅，当潜 水运移过程中受到前方粘性沉积物的阻挡，水流被顶托上台，水面逐步贴近地面，形成 沼泽或溢出成泉。（3）洪积扇下部垂直交替带。此带主要由细粒沉积亚粘土、亚砂土、 与细

12、粉砂的互层组成，地下水因为受到蒸发和河流下切影响，埋藏加深，径流缓慢，一 般是高矿化度水黄土中的地下水特征1由于降水量小，且包气带及蒸发消耗，且河谷深切，黄土中潜水 深埋且补给量不足，水量不丰富。2多为捷径式入渗，地下垂向K大于横向K。3黄土 中的地下水矿化度普遍偏高。水的矿化度随径流流途增长而显著增高。裂隙水：埋藏于基岩裂隙中的地下水。特征：空间分布的不均匀性和方向性。 分类：面状裂隙水，层状，脉状。断裂带的水文地质意义：储水空间，集水廊道，导水通道，阻水边界。岩溶水：贮存于可溶性岩层中的溶蚀洞穴和裂隙中的水。岩溶水发育条件：有可溶岩，可溶岩透水，水具有侵蚀能力，水具流动性岩溶水发育影响因素

13、：气候条件，地质环境，地理条件，地形岩溶水的基本特点是：1）水量丰富而分布不均一，在不均一之中又有相对均一的地段。2）水系统中多重含水介质并存，既有统一水位面的含水网络。又有相对孤立的管道流。3）既有向排泄区的运动，又有导水通道与蓄水网络之间的相互补排运动。4）水质水量 动态受岩溶发育程度的控制，在强烈发育区，动态变化大。5）岩溶水既是赋存于溶孔、 溶隙、溶洞中的水，有是改造其赋存环境的动力，不断促进含水空间的演化。岩溶水的运动特征是：1）层流和紊流并存。（2）在压流和无压流并存。（3）统一 水流和孤立水流并存。（4）明流和伏流并存。泉：是地下水的天然露头泉分类：按补给水源可分为：1）下降泉：

14、由上层滞水和潜水补给，流量和水质季节性变化比较明显。2）上升泉：有承压水补给，流量稳定，水质一般较好。按出漏成因可以分为：1）侵蚀泉：当河流、沟谷切割到潜水含水层时，潜水便排出地表形 成泉水。若承压水含水层顶板被侵蚀切穿，则形成侵蚀上升泉2）接触泉：河流、沟谷 切割到含水层下面的隔水层，地下水自二者接触处流出地表，形成接触下降泉。承压水 可以沿节理裂隙或溶隙涌至地表，称为接触上升泉。3）溢流泉：岩石透水性变弱或是 隔水层隆起以及阻水断层阻挡等因素，使地下水运动受阻涌出地表形成溢流泉。4）断 层泉：承压水含水层被导水断层切割时地下水便沿着断层上升流出地表，形成断层泉。研究泉的实际意义：1）通过岩

15、层中泉的出露多少及涌水量大小，可以确定岩石的含水 性及含水层的富水程度2）泉的分布反应含水层或含水通道的分布及补给区和排泄区的 位置3）通过对泉水动态的研究，可以判断其补给水源类型4）泉的标高反应当地地下 水位的标高5）泉化学成分，物理性质和气体成分，反应当地地下水质特点和埋藏情况 6）泉的研究有助于判断隐伏地质构造7）一些大泉水质好，流量稳定，便于开发利用， 是重要的供水资源根据渗透系数是否随空间位置变化，含水层分为均质岩层和非均质岩层两类；根据渗透 系数是否随渗流方向变化，将含水层分为各向同性岩层和各向异性岩层。a）均质岩层：在渗流场中，如果所有点的渗透系数不随空间坐标的变化而改变，则称

16、均质岩层，反之，则称非均质岩层。b）各向同性岩层：渗流场中某一点的渗透系数与渗流方向无关，即在同一点不同方向 上的渗透系数均相等，则称各向同性岩层，否则称各向异性岩层渗透：地下水在岩石空隙中的运动称渗流：一种假想的地下水流，一是不考虑渗流途径的迂回曲折，只考虑地下水的流向， 二是不考虑岩层的颗粒骨架，假想含水层的空间全被水流充满，这种假想的水流称渗流渗流的分类：根据渗流的运动要素是否随时间变化来划分：稳定流与非稳定流。根 据渗流是否具有自由表面：有压流与无压流根据水的质点是否呈有秩序的运动：层流 与紊流根据渗流速度沿流程是否变化:均匀流与非均匀流根据渗流速度向量与所选 坐标系的关系：一维流，二维流，三维流。稳定运动：地下水的运动要素不随时间的改变而变化，反之称非稳定流。潜水迪水：河渠水位或库水位的抬高，会引起潜水位相应抬高，称潜水迪水降落漏斗：当水井开始抽水时，井中的水位迅速下降，井周围的地下水位也随之下降， 整个水面形状同漏斗相似，称降落漏斗。水跃：潜水井抽水时，井内水位和井壁水位只有当降深较小时才有可能一致，当抽水降 深较大时，抽水井中的