水文地质学基础笔记.docx

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水文地质学基础笔记

水文地质学基础笔记

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从熔岩物质里分异出来的水

分子态水的转换、水分子的分解和合成

蒸发和降水

水汽、气温决定空气中的饱和水汽含量

气象因素，温度、湿度、蒸发、降水、气压

地表径流系统，全部集水区域

冬季辐射少蒙古高压，夏季辐射多，陆地增温强烈，高压退去，夏威夷海面温度相对较低，高压盛行

地表水、地下水都以大气降水为补给来源

经常参与水文循环的那部分水量、多年积存的地下水

岩石中的空隙

松散的孔隙，坚硬的裂隙，可溶岩石中的溶穴

颗粒大小悬殊，孔隙度小颗粒大小及排列，结构孔隙和次生孔隙裂隙冷凝收缩，固结干缩，构造应力，风化营力

溶穴

储容空间和运移通道空隙网络

结合水（读音）、重力水、毛细水

紊流支持毛细水、悬挂毛细水、悬挂孔角毛细水

气态水、固态水、矿物中的水

重力释水

与水的储存、运移有关的岩石性质容水度、含水量、给水度、持水度、透水性

有效应力原理岩石的有效应力变化和松散岩石的压密问题孔隙水压力对上覆地层浮托力

实际作用在砂层骨架上的应力有效应力

地下水位变动引起的岩土压密

地下水的赋存

包气带水结合水、毛细水、空气及气态水、重力释水饱水带

饱含水的透水层是含水层透水层隔水层

弱透水层泥质页岩、泥质粉砂岩、松散沉积物中的粘性土可渗透时间尺度相当长任何岩层视作是可渗的时间尺度足够大时流体可以穿透所有底层

地下水的分类

埋藏条件包气带水、潜水、承压水

含水介质空隙类型孔隙水、裂隙水、岩溶水

潜水的水质影响因素气候、地形、岩性与大气圈、地表水圈联系紧密

承压水大气压强、静水压力

等测压水位线含水层顶板等高线

给水度部分空隙的排水

贮水系数水介质的压密含水层体积的膨胀

潜水和承压水转化弱透水层侧向流入

降水的补给、承压水的越流补给潜水

基岩侧向流入补给

上层滞水

有效孔隙度等于孔隙度减去结合水所占的空间，孔隙度减去结合水孔角毛细水悬挂毛细水等于给水度

达西定律渗透流速水力梯度渗透系数

渗透流速与水力梯度的一次方成正比

定量流网定性流网

等水头线，

流线密代表径流强，流线疏代表径流弱

等水头线密代表水力梯度大，等水头线疏代表水利梯度小

介质的颗粒大，结合水占据的空间（空隙断面）比例小，渗透性好，结合水占据的空间比例大，渗透性不好

弯曲的液面将产生一个指向液面凹测的附加表面压力；弯液面实际承受的表面压强等于大气压强加附加表面压强

毛细现象的实质毛细负压

毛细上升高度与毛细管的直径成反比，颗粒细的土毛细上升高度大上层颗粒细，下层颗粒粗的土层中出现毛细水

包气带水残留水有结合水、孔隙毛细水、悬挂水毛细水

支持毛细水属于毛细饱和带，毛细饱和带是在张力的作用下饱水的又叫张力饱和带

含水量变小毛细负压增大含水量变低渗透系数变小

地下水的化学成分

与岩土的化学反应，和大气圈、水圈、生物圈进行水量交换时同时交换化学成分

地下水和环境（地理环境、地质背景、人类活动）

地下水中化学元素的迁移、富集和分散是水文地质化学的研究内容地下水水量变化的地下水动力学

水和环境的长期作用

地下水中的气体促进水溶解盐的能力，促进化学反应

氧气耗尽说明地下水起源于大气，处于还原环境，氧气越多有利于氧化作用

N气小于固定值说明水中含有生物起源或变质起源的N气硫化氢，甲烷出现说明处于还原的地球化学环境

二氧化碳主要来源于土壤中有机质残骸和植物的呼吸作用

碳酸盐岩高温作用产生二氧化碳溶解碳酸盐岩和对结晶岩进行分化

氯酸盐在地下水中溶解度最高，硫酸盐次之，碳酸盐最低，溶解度低的盐随着地下水矿化度的提高析出，矿化度高的地下水中氯化钙比重高

氯离子的来源沉积岩中的岩盐、氯化物的溶解，岩浆岩氯化物的风华

溶解，海水入侵、风吹，火山喷发物的溶虑，人类的排放氯离子可以说明地下水矿化度

硫酸根离子的来源有：

含石膏矿物和硫酸盐的沉积岩的溶解，硫化物经过氧化后形成硫酸根离子融入水中，二氧化硫氧化吸水形成酸雨随降水进入地下水

碳酸氢根离子来源：

含碳酸盐的沉积岩和变质岩在地下水含二氧化碳的情况下溶解，铝硅酸盐的风化溶解（岩浆岩和变质岩地区）在地下水中未离解的化合物形成胶体

水蒸干所得干涸残余物总量表征地下水矿化度

地壳表层的热量来源，太阳辐射，地壳内部的热流

变温带、常温带、增温带

增温带的水，随其赋存和循环深度的加大形成热水甚至蒸汽

海边降水含钠离子和氯离子，内陆降水含钙离子和碳酸氢根离子溶虑作用，水和岩土相互作用，岩土中的物质转入地下水中结晶格架偶极分子

溶解作用和结晶作用

硫酸钠温度升高溶解度下降，水分子溢出，分子间引力增大碳酸钙、碳酸镁脱碳酸作用

溶虑作用的强度，岩土物质转入水中的速率取决于一系列因素

组成岩土的矿物盐类的溶解度；岩土的空隙特征；低矿化水溶解能力强，高矿化水溶解能力弱；气体含量，二氧化碳影响碳酸盐，硅酸盐的溶解能力，氧气影响硫化物的溶解能力

决定溶虑作用的关键因素地下水的径流和交替强度

溶虑作用是与自然地理和地质环境相联系的历史过程

浓缩作用

脱碳酸作用，温度的升高或压力的减小二氧化碳的溶解度将减小脱硫酸作用，脱硫酸细菌是硫酸根转化为硫化氢。

可以作为找油的标志

岩土表面带有负电荷

交替吸附作用

离子价高吸附能力大，地下水中离子相对浓度增大，该离子交替吸附能力增大

混合作用

人类污染地下水，大规模地改变了地下水的生成条件

地下水化学成分的基本成因类型

溶滤水岩性、气候、地貌

沉积水古地下水

不易压密的岩层、淤泥水

低矿化地下水中主要含有重碳酸氢根离子硫酸根离子，阳离子主要是钙离子镁离子氯离子，随着蒸发溶解度小的钙镁先析出，硫酸根析出，地下水形成高矿化水，主要含有钠钾离子

地球深部层圈的高热流体，深部加热

内生水

地表水影响地下水，地表水反应地下水变化的最终结果

矿化度大的氯化钠水可能是海水及海相沉积有关的地下水，或大陆盐化潜水

矿化度小于的碳酸氢钙型水是沉积岩区的溶虑水

补给、排泄、径流觉定这地下水的水质水量的空间和时间上的分布交换水量能量热量盐量

补给大气降水、地表水、凝结水、来自其他含水层、含水系统的水

蒸发土层的蒸发和叶面的蒸腾

砂砾质土中主要为活塞式下渗，粘性土中活塞式和捷径式同时发生地表径流腾发下渗

土面蒸发叶面蒸腾将包气带水转化为大气水

雨季滞留于包气带的把部分水量相当于全年支持毛细水带以上包气带水的蒸发蒸腾量包气带水分滞留量即水分的亏缺降水入渗系数

影响大气降水补给地下水的因素年降水总量、降水特征、包气带岩性和厚度、地形和植被

不超过入渗速率的连绵细雨最有利于地下水的补给

地下水的主要补给大气降水和地表水

降水量的多寡决定这一关地区地下水的丰富程度

地下水的排泄泉、河流、蒸发蒸腾、一个含水层向另一个排水层排泄、人工排泄

地下水的排泄对水质的影响一种是盐随水走一种是水走盐留

地下水系统

影响地下水动态的因素降水地表水地质因素

地下水天然动态类型蒸发型径流型弱径流型

人类活动对地下水动态的影响增加补给来源排泄去路

地下水的均衡均衡区

均衡计算所选的地区和时间段

于蒸发

湿润山区潜水入渗补给的水量全部以径流形式排泄

粘性土层永久释水沙砾层释水后可以恢复地面沉降与地下水均衡

大区域地下水均衡研究需要注意的问题仔细查清上下游，潜水承压水，地表水与地下水之间水量的转换关系，否则将导致重复计算，认为夸大可开采利用的水量

孔隙水第四系以及部分第四系属于未胶结或半胶结的松散沉积物，赋存孔隙水

自然地理背景（气候，地貌）地质背景（基地构造，现代构造运动）水化学性质矿化度干旱气候湿润气候

粉土质为主质的松散黄土

冲击平原中的地下水

湖积物中的地下水

黄土高原中地下水

孔隙水空隙分布连续均匀，具有统一水力连续水量分布均匀的层状

含水系统

裂隙水不均匀性和各相异性

应力裂隙构造裂隙成岩裂隙（沉积岩固结脱水岩浆岩冷凝收缩，玄武岩成岩裂隙熔岩孔洞）风化裂隙（风化裂隙水主要发育于粗粒结晶岩中）

薄性脆性岩层，规模比较大的分化裂隙岩层

气候干燥温差大，热胀冷缩，水的冻胀物理风化作用强烈。

湿热气候以化学风化为主，泥质次生矿物及化学沉淀充填裂隙倒水性不如下层的半分化带

地形平坦剥蚀堆积作用微弱，有利于风化壳的发育保存

减压（卸荷）裂隙

构造裂隙水非均匀性，各向异性，随机性

塑性岩石泥岩、页岩、千枚岩、凝灰岩构造裂隙密度大张开性大延伸不远，多形成隔水层，只有出露于地表后具有一定的贮水导水能力脆性岩层石灰岩、岩浆岩、钙质胶结的砂岩构造裂隙稀疏张开性好延伸远，具有较好的导水性

沉积岩的钙质胶结者显示脆性岩石特性，而泥质、硅质胶结者与塑性岩石相近。

粗颗粒的砂粒岩裂隙张开性优于细砾的砂砾岩

背斜轴部较两翼富水，倾斜岩层较平缓岩层富水，断层附近格外富水夹于塑性岩层中的脆性岩层是找水的理想布井层位

裂隙水流的基本特征不均匀性，突变性主干裂隙和次级裂隙一个裂隙含水系统是不同级次裂隙的集合体，而同一岩层中又包含若

干个规模不同互不联系的含水系统的缘故

水流被限制在迂回曲折的网络中运动，其局部流向与整体流向往往不

一致，有时甚至与整体流向相反

裂隙介质的研究方法

等效多孔介质方法大范围内导水能力等效是方法应用的原则

求解大范围的水量问题

双重介质方法

非连续介质方法

岩溶水

不均匀介质不均匀水流不均匀的溶蚀更不均匀的介质

更不均匀的水流进一步的差异性溶蚀

地下水对介质改造

岩溶的发展过程是介质的非均质化过程和水流的集中过程

启动阶段快速发展阶段停滞衰亡阶段

地下室流动系统与岩溶发育的空间特征

恢复地下室流场流网分析

岩溶含水介质的特征

溶洞空隙裂隙

南方发育高度管道化均匀对降雨灵敏纯净碳酸盐岩可溶性强稀疏宽大的裂隙含水系

统发育于向斜构造中湿热雨量大植被土壤发育化

学能机械能输入强烈水的侵蚀能力强

含水介质不同

北方没有完整的地下河系岩溶大泉流量稳定成层较薄夹泥质硅质夹层可溶性差形成密集均匀短小的裂隙含水系统发育于单斜或宽缓的单斜

地表水与地下水的比较

地下水分布广泛受地下含水介质的阻滞，循环速度缓慢具有天然调节功能的地下水库渗流过滤水温恒定不易污染利用上较地表水有利有弊

地下水盆地界限水量安全抽水量开采量不超过补给量不至于引起不良结果的地下水量（海水入侵、碱水入侵、地面沉降）地下水的系统性恢复再生能力

地下水资源分类补给资源（经常与外界交换的水量）储存资源

水文地质学研究方法

地质成因分析沉积环境与沉积旋回（岩性的垂直与水平变化规律）不同部位不同岩性受到构造应力后的变化规律

收集和提取信息，组织概念模型，物理模型或数学模型

概念，定量分析，定型模拟

粘性土释水、越流

物理概念定性分析基础上的定量模拟才有意义

综合的、系统的、动态的、历史的眼光去分析地下水和环境的相互作

用

片面强调经验事实不重视理论思辨

感觉经验固然是客观世界的真是反映，但它只是零星的、片面的、表象的反映。

光凭现象不用思维，是无法认识我们周围的大千世界的

理性的对感觉经验进行整理鉴别，去粗取精，去伪存真，通过现象去把握客观存在的本质

归纳法、演绎法、假设演绎法

介质中的地下水，赋存地下水的介质水文地质学都研究，实际研究的是地壳浅部地下水及赋存介质

有效处理大量空间信息————地理信息处理系统