水文地质学(专升本)地质大学期末开卷考试题库及答案

水文地质学(专升本)地质大学期末开卷考试题库及答案一、名词解释1.孔隙度：指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。它反映了岩石中孔隙的发育程度，是衡量岩石储存流体能力的一个重要指标。计算公式为：孔隙度（n）=孔隙体积（Vn）/岩石总体积（V）×100%。例如，对于疏松的砂层，其孔隙度可能达到30%40%，而致密的岩石如花岗岩，孔隙度可能小于1%。2.给水度：饱水岩石在重力作用下排出的水的体积与岩石总体积之比。它表示岩石在重力作用下能够释放出的水量。给水度的大小与岩石的颗粒大小、孔隙度、颗粒排列等因素有关。一般来说，粗颗粒的岩石如砾石，给水度较大，可达20%30%；而细颗粒的岩石如黏土，给水度较小，可能小于5%。3.渗透系数：是表征岩石透水性的定量指标，它表示在单位水力梯度作用下，地下水在岩石中的渗透速度。渗透系数的大小取决于岩石的孔隙性质和流体的物理性质。其单位通常为m/d或cm/s。例如，在粗砂中，渗透系数可能达到10100m/d，而在黏土中，渗透系数可能小于0.001m/d。4.降落漏斗：在抽水井周围，由于地下水被抽取，水位会逐渐下降，形成一个以抽水井为中心的漏斗状水位下降区，称为降落漏斗。降落漏斗的范围和形状与抽水流量、含水层的性质、抽水时间等因素有关。长期大量抽水可能会导致降落漏斗不断扩大和加深，影响周围地区的地下水位和水资源状况。5.越流：相邻含水层通过弱透水层发生的水量交换现象。当相邻含水层之间存在水头差时，地下水会通过弱透水层从水头高的含水层向水头低的含水层流动。越流现象在多层含水层系统中较为常见，它对地下水的动态和资源评价有重要影响。6.泉：地下水的天然露头。泉是由于地下水在地表出露而形成的，根据泉的成因和补给来源，可以分为上升泉和下降泉。上升泉是由承压水补给形成的，泉水通常具有一定的压力，能够自动涌出地面；下降泉是由潜水或上层滞水补给形成的，泉水一般是在重力作用下流出地面。7.地下水动态：指地下水的水位、水量、水质、水温等要素随时间的变化情况。地下水动态受多种因素的影响，包括自然因素（如气象、水文、地质等）和人为因素（如开采、灌溉等）。研究地下水动态对于合理开发利用和保护地下水资源具有重要意义。8.地下水均衡：某一地区在一定时间段内，地下水的补给量与排泄量及储存量的变化量之间的数量关系。通过研究地下水均衡，可以了解地下水的收支情况，评价地下水资源的可持续利用程度。地下水均衡方程可以表示为：补给量排泄量=储存量的变化量。9.潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上，具有自由水面的地下水。潜水直接接受大气降水和地表水的补给，其水位随季节和气象条件变化较大。潜水的分布范围较广，是人类重要的供水水源之一。10.承压水：充满于两个稳定隔水层之间的含水层中的地下水。承压水具有承压性，其水位高于含水层顶板。承压水的补给区和分布区不一致，补给来源较远，受外界影响较小，水质一般较好。二、选择题1.岩石中颗粒的分选性越好，孔隙度（）A.越大B.越小C.不变D.不一定答案：A。分选性好意味着颗粒大小较为均匀，这样颗粒之间的排列更规则，孔隙相对较大且连通性好，所以孔隙度越大。2.下列岩石中，透水性最好的是（）A.黏土B.粉砂C.中砂D.砾石答案：D。砾石的颗粒最大，孔隙大且连通性好，地下水在其中流动阻力小，所以透水性最好。而黏土颗粒细小，孔隙小且多为微孔，透水性最差。3.潜水等水位线图不能用于确定（）A.潜水流向B.潜水埋藏深度C.潜水与地表水的关系D.承压水的水头高度答案：D。潜水等水位线图可以根据等水位线的疏密和弯曲情况确定潜水流向，通过等水位线与地形等高线对比可以确定潜水埋藏深度，也能分析潜水与地表水的补给关系。但它反映的是潜水的水位情况，不能用于确定承压水的水头高度。4.当含水层的渗透系数增大时，抽水井的降深（）A.增大B.减小C.不变D.不一定答案：B。根据抽水试验的相关公式，在其他条件相同的情况下，渗透系数增大，地下水的流动阻力减小，抽水井周围的水位下降幅度会减小，即降深减小。5.下列泉中，属于上升泉的是（）A.侵蚀泉B.接触泉C.断层泉D.溢流泉答案：C。断层泉是由于断层切割了承压含水层，使承压水沿断层上升涌出地表形成的，属于上升泉。侵蚀泉、接触泉和溢流泉一般是由潜水或上层滞水补给形成的，属于下降泉。6.地下水的补给来源不包括（）A.大气降水B.地表水C.凝结水D.海水倒灌答案：D。大气降水是地下水最主要的补给来源，地表水（如河流、湖泊等）也可以补给地下水，在干旱地区，凝结水也可能是地下水的补给源之一。而海水倒灌是一种特殊的现象，它是指海水侵入陆地含水层，不是正常的地下水补给方式。7.下列因素中，对地下水动态影响最大的是（）A.地质构造B.气象因素C.人类活动D.岩性答案：C。随着人类社会的发展，人类活动如大规模的地下水开采、修建水利工程、工业废水排放等对地下水的水位、水量、水质等动态变化产生了巨大的影响。虽然地质构造、气象因素和岩性也会影响地下水动态，但相比之下，人类活动的影响更为显著。8.地下水的排泄方式不包括（）A.泉排泄B.蒸发排泄C.人工开采排泄D.越流排泄答案：D。越流是相邻含水层之间的水量交换，不是地下水向外界的排泄方式。泉排泄是地下水通过泉的形式排出地表，蒸发排泄是潜水在蒸发作用下转化为水汽进入大气，人工开采排泄是人类通过井等设施抽取地下水。9.潜水的水位是指（）A.含水层顶板的高程B.含水层底板的高程C.潜水面的高程D.承压水的水头高程答案：C。潜水的水位是指潜水面的高程，它反映了潜水的埋藏深度和压力状态。含水层顶板和底板的高程与潜水水位不同，承压水的水头高程是承压水的特征指标，与潜水水位无关。10.当含水层的厚度增大时，其储存量（）A.增大B.减小C.不变D.不一定答案：A。地下水的储存量与含水层的厚度、孔隙度等因素有关。在其他条件相同的情况下，含水层厚度增大，其储存地下水的空间增大，储存量也会增大。三、简答题1.简述影响孔隙度大小的因素。影响孔隙度大小的因素主要有以下几个方面：颗粒的排列方式：颗粒排列越规则，孔隙度越大。例如，等粒球形颗粒作立方体排列时，孔隙度为47.64%；作四面体排列时，孔隙度为25.95%。颗粒的分选性：分选性好，即颗粒大小较为均匀时，孔隙度较大；分选性差，颗粒大小差异大，小颗粒会填充大颗粒之间的孔隙，使孔隙度减小。颗粒形状：颗粒形状越不规则，表面越粗糙，颗粒之间的接触点越多，孔隙度越小。胶结程度：胶结物含量越多，胶结作用越强，孔隙被填充的程度越高，孔隙度越小。成岩作用：在成岩过程中，压实作用会使颗粒紧密排列，孔隙度减小；而溶蚀作用会溶解岩石中的某些成分，增加孔隙度。2.简述达西定律的内容及适用条件。达西定律是描述地下水在多孔介质中渗透运动的基本定律，其表达式为：Q=K×A×（H1H2）/L，其中Q为渗透流量，K为渗透系数，A为过水断面面积，（H1H2）为水头差，L为渗透途径长度。达西定律的适用条件为：层流状态：地下水在岩石孔隙中的流动必须是层流，即水流呈平行流动，各流线之间互不干扰。当水流速度较大时，可能会出现紊流，此时达西定律不再适用。均质的多孔介质：岩石的孔隙性质在空间上是均匀的，渗透系数在各个方向上相同。不可压缩的流体：地下水的密度和粘滞性不随压力和温度的变化而变化。3.简述潜水的特征。潜水具有以下特征：埋藏条件：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，称为潜水面。补给与排泄：潜水直接接受大气降水和地表水的补给，其补给区与分布区基本一致。排泄方式主要有蒸发排泄、泉排泄和向地表水排泄等。水位动态：潜水水位受气象、水文等因素影响较大，季节性变化明显。在雨季，潜水补给增加，水位上升；在旱季，补给减少，水位下降。水质：潜水与外界联系密切，容易受到污染，水质相对较差。其水质变化也较大，受补给源、地形、岩性等因素的影响。开采条件：潜水埋藏较浅，开采相对容易，但由于其水位和水量变化较大，开采时需要考虑季节性变化的影响。4.简述承压水的特征。承压水具有以下特征：埋藏条件：承压水充满于两个稳定隔水层之间，含水层中的水承受一定的压力，其水位高于含水层顶板。补给与排泄：承压水的补给区与分布区不一致，补给来源较远，补给条件相对较差。排泄方式主要有泉排泄、向相邻含水层越流排泄和人工开采排泄等。水位动态：承压水受外界影响较小，水位动态相对稳定，季节性变化不明显。水质：由于承压水与外界联系相对较少，受污染的可能性较小，水质一般较好。但在补给区附近，水质可能会受到一定影响。开采条件：开采承压水需要凿穿隔水层顶板，开采难度相对较大。但由于其水位稳定，水量相对丰富，是一种较为可靠的供水水源。5.简述地下水的补给方式。地下水的补给方式主要有以下几种：大气降水补给：大气降水是地下水最主要的补给来源。当降水落到地面后，一部分通过地表入渗进入地下，补给地下水。降水的强度、持续时间、降水面积等因素会影响入渗量的大小。地表水补给：河流、湖泊、水库等地表水在一定条件下可以补给地下水。当河水位高于地下水位时，河水会通过河床渗漏补给地下水。地表水与地下水的补给关系受地形、岩性、水位差等因素的影响。凝结水补给：在干旱地区，空气中的水汽在夜间或清晨温度降低时会凝结成液态水，渗入地下补给地下水。虽然凝结水的补给量相对较小，但在某些特殊地区可能是地下水的重要补给源之一。含水层之间的补给：在多层含水层系统中，相邻含水层之间可能存在水头差，从而发生越流补给。此外，当一个含水层被另一个含水层切割时，也会发生直接的补给关系。人工补给：随着水资源的日益紧张，人工补给地下水的方式越来越受到重视。人工补给的方法包括修建水库、灌溉渠道渗漏、人工回灌等，通过这些方式可以增加地下水的补给量，改善地下水资源状况。6.简述地下水的排泄方式。地下水的排泄方式主要有以下几种：泉排泄：泉是地下水的天然露头，是地下水排泄的重要方式之一。根据泉的成因和补给来源，可以分为上升泉和下降泉。泉水的流量和水质受含水层的性质、补给条件等因素的影响。蒸发排泄：潜水在蒸发作用下转化为水汽进入大气，是潜水排泄的一种重要方式。蒸发排泄的强度与气温、湿度、风速等气象因素以及潜水埋藏深度、包气带岩性等因素有关。在干旱地区，蒸发排泄可能是地下水的主要排泄方式。向地表水排泄：当地下水位高于地表水位时，地下水会通过河床、湖岸等向地表水排泄。这种排泄方式在河流、湖泊与地下水有密切联系的地区较为常见。含水层之间的排泄：在多层含水层系统中，地下水可以通过越流的方式从一个含水层排泄到另一个含水层。此外，当一个含水层的水头高于相邻含水层时，也会发生直接的排泄关系。人工开采排泄：人类通过井等设施抽取地下水，用于生活、工业和农业等方面，是一种重要的人工排泄方式。大规模的人工开采可能会导致地下水位下降、地面沉降等环境问题。7.简述影响地下水动态的因素。影响地下水动态的因素可以分为自然因素和人为因素两大类：自然因素气象因素：大气降水是地下水的主要补给来源，降水的多少和强度直接影响地下水的水位和水量。气温和蒸发量也会影响潜水的蒸发排泄，从而影响地下水的动态。水文因素：河流、湖泊等地表水与地下水之间存在着密切的水力联系。河水位的变化会影响地表水与地下水的补给关系，进而影响地下水的动态。地质因素：地质构造、岩性、含水层的埋藏条件等地质因素会影响地下水的储存、运移和补给排泄条件。例如，断裂构造可能会成为地下水的径流通道，影响地下水的流动方向和速度。生物因素：植物的蒸腾作用会消耗土壤中的水分，从而影响潜水的动态。在植被茂密的地区，植物蒸腾对地下水的影响更为明显。人为因素开采地下水：大规模的地下水开采会导致地下水位下降，形成降落漏斗，改变地下水的动态平衡。长期过量开采还可能引发地面沉降、海水倒灌等环境问题。灌溉和排水：农业灌溉过程中，大量的水渗入地下，会增加地下水的补给量；而排水系统的建设会降低地下水位，影响地下水的动态。修建水利工程：水库、大坝等水利工程的建设会改变地表水的分布和水位，从而影响地表水与地下水的补给关系。例如，水库蓄水会使周边地下水位上升。工业废水排放：工业废水的排放可能会污染地下水，改变地下水的水质和化学成分，同时也可能影响地下水的流动和动态。8.简述泉的分类及其特点。泉可以根据不同的分类方法进行分类，常见的分类方法及各类泉的特点如下：按泉水的成因分类上升泉：由承压水补给形成，泉水具有一定的压力，能够自动涌出地面。上升泉的流量相对稳定，水温、水质变化较小。例如，断层泉是由于断层切割了承压含水层，使承压水沿断层上升涌出地表形成的。下降泉：由潜水或上层滞水补给形成，泉水一般是在重力作用下流出地面。下降泉的流量和水位受气象、水文等因素的影响较大，季节性变化明显。例如，侵蚀泉是由于地形切割使潜水出露地表形成的。按泉水的温度分类冷泉：水温低于当地年平均气温，一般为普通的地下水露头。冷泉的水源主要来自浅层地下水，水温受外界环境影响较大。温泉：水温高于当地年平均气温，一般是由于地下水在深部循环过程中受到地热的影响而升温。温泉中通常含有多种矿物质和微量元素，具有一定的医疗保健价值。按泉水的流量稳定性分类稳定泉：流量比较稳定，不受季节变化的影响。这类泉的补给来源一般比较稳定，如深层承压水补给的泉。间歇泉：泉水呈周期性的喷发，流量和水位有明显的变化。间歇泉的形成与特殊的地质构造和水文条件有关，通常是由于地下热水在一定的管道系统中周期性地加热和喷发造成的。9.简述地下水均衡研究的意义。地下水均衡研究具有以下重要意义：评价地下水资源：通过分析地下水的补给量、排泄量和储存量的变化，能够准确地评价地下水资源的数量和质量，为合理开发利用地下水资源提供科学依据。例如，确定可开采量，避免过度开采导致地下水资源枯竭。预测地下水动态：根据地下水均衡原理，可以建立数学模型，预测地下水水位、水量、水质等要素随时间的变化情况。这对于水资源的规划和管理具有重要意义，能够提前采取措施应对可能出现的问题。研究环境问题：地下水均衡研究有助于了解人类活动对地下水资源和环境的影响。例如，大规模的地下水开采可能导致地下水位下降、地面沉降、海水倒灌等环境问题，通过均衡分析可以评估这些问题的严重程度，并提出相应的防治措施。指导水资源管理：在水资源管理中，地下水均衡研究可以为制定合理的水资源分配方案、水资源保护措施等提供决策支持。例如，根据不同地区的地下水均衡状况，合理调整用水结构，优化水资源配置。促进学科发展：地下水均衡研究涉及到地质学、水文学、数学等多个学科的知识，其研究成果可以推动相关学科的发展和交叉融合，为解决复杂的水资源问题提供更有效的方法和理论。10.简述潜水等水位线图的用途。潜水等水位线图是反映潜水面形状和水位变化的一种重要图件，具有以下用途：确定潜水流向：垂直于等水位线，由高水位指向低水位的方向即为潜水流向。通过确定潜水流向，可以了解地下水的运动方向，为地下水的开发利用和污染防治提供依据。计算潜水水力梯度：在潜水流向上，单位距离内的水头差即为潜水水力梯度。水力梯度的大小反映了潜水流动的动力大小，与地下水的渗透速度密切相关。确定潜水埋藏深度：将地形等高线与潜水等水位线叠加，可以计算出各地的潜水埋藏深度，即地面高程与潜水位高程之差。这对于了解潜水的分布和开发条件具有重要意义。分析潜水与地表水的关系：通过比较河水位与潜水水位的高低，可以判断潜水与地表水之间的补给关系。如果河水位高于潜水位，则河水补给潜水；反之，则潜水补给河水。合理布置取水井和排水沟：根据潜水流向和水力梯度，合理布置取水井的位置和间距，以获得最大的出水量。同时，在进行排水工程设计时，可以根据潜水等水位线图确定排水沟的走向和坡度，提高排水效率。预测地下水污染扩散方向：当发生地下水污染时，根据潜水流向可以预测污染物的扩散方向，为污染防治和治理提供指导。四、论述题1.论述地下水对工程建设的影响。地下水对工程建设的影响是多方面的，既有有利的一面，也有不利的一面，具体如下：对地基基础工程的影响地基沉降：当地下水位下降时，土的有效应力增加，会导致地基土的压缩变形，引起建筑物的沉降。例如，在大量开采地下水的地区，地面沉降现象较为普遍，可能会使建筑物的基础不均匀沉降，导致墙体开裂、结构损坏等问题。基坑突涌：在深基坑开挖过程中，如果坑底以下存在承压水，当承压水的水头压力大于坑底土的自重压力时，可能会发生基坑突涌现象，导致基坑边坡失稳、坑底隆起等事故。地基承载力降低：地下水的存在会使土的饱和度增加，土的抗剪强度降低，从而降低地基的承载力。特别是在软土地基中，地下水的影响更为明显，可能需要采取地基处理措施来提高地基的承载能力。对地下建筑工程的影响渗漏问题：地下水会通过混凝土结构的裂缝、孔隙等部位渗入地下建筑物内部，导致渗漏现象。渗漏不仅会影响建筑物的正常使用，还可能会腐蚀建筑结构，降低建筑物的耐久性。侵蚀作用：地下水中的某些化学成分，如酸性物质、硫酸盐等，会对混凝土、钢材等建筑材料产生侵蚀作用，破坏建筑结构的完整性。例如，硫酸盐会与混凝土中的氢氧化钙反应，生成膨胀性的产物，导致混凝土开裂、剥落。冻胀破坏：在寒冷地区，当地下水位较高时，土壤中的水分在冻结过程中会体积膨胀，对地下建筑物产生冻胀力。如果冻胀力超过建筑物的抗冻能力，会导致建筑物的基础上抬、墙体开裂等破坏现象。对边坡稳定性的影响增加下滑力：地下水在边坡土体中形成的静水压力和动水压力会增加边坡的下滑力，降低边坡的稳定性。特别是在降雨或地下水位上升时，这种影响更为显著，容易引发滑坡、泥石流等地质灾害。软化岩土体：地下水会使岩土体的强度降低，尤其是对于一些遇水软化的岩石和土体，如页岩、黏土等。岩土体强度的降低会导致边坡的抗滑能力减弱，增加边坡失稳的风险。对隧道工程的影响突水突泥：在隧道施工过程中，如果遇到富水地层，可能会发生突水突泥事故，给施工安全带来严重威胁。突水突泥不仅会淹没隧道，还可能会导致围岩失稳、坍塌等问题。围岩变形：地下水的存在会使围岩的力学性质发生变化，导致围岩变形。在软岩隧道中，地下水的影响更为明显，可能需要采取加强支护等措施来控制围岩变形。有利影响作为冷却水源：在一些工业项目中，地下水可以作为冷却水源，为生产设备提供冷却服务，具有成本低、水温稳定等优点。提供地热能：地下热水可以作为地热能的来源，用于供暖、发电等领域，是一种清洁、可再生的能源。2.论述如何合理开发利用和保护地下水资源。合理开发利用和保护地下水资源是实现水资源可持续利用的重要任务，需要从以下几个方面入手：科学规划与管理制定科学的水资源规划：根据区域的水资源状况、经济社会发展需求和生态环境要求，制定全面、科学的地下水资源开发利用规划。规划应明确水资源的开发利用目标、布局和措施，确保地下水资源的合理配置。建立健全水资源管理体制：加强水资源管理部门的职能，建立统一的水资源