水文地质学.重点

水文地质学.酉

地下水的研究对象：饱和带水和非饱和带水。

地下水的功能：宝贵的资源、重要的地质营力、不可忽视的致灾因子、

活跃灵敏的生态环境因子、极具价值的信息载体。

浅部层圈水：以液态为主，部分为固态和气态。

深部层圈水：矿物中的水以及超临界状态水。

水文循环：水文循环是发生于大气水、地表水和地壳浅部地下水之间的水分交换。地质循环：水的地质循环即发生在大气圈到地幔之间的水分交换。

径流：是指降雨及冰雪融水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。

地下水与地表水优缺点对比：00

优点：（1）分布广泛；（2）变化稳定；（3）具有天然调节性；

（4）水质良好；（5）易于开发利用

缺点：1)地下水隐藏于地下，查明分布规律才能利用；

2)一旦污染，需要花费相当长时间和耗费昂贵成本。

岩石空隙：是地下水储存场所和运动通道。

空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，决定着岩土储容、滞留、释出以及传输水的性能。

孔隙–存在于松散的或未完全胶结的岩土颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙。

裂隙–岩石形成以后，由于各种内、外营力的作用，使岩石遭到破坏而形成的空隙。

溶穴–可溶岩石在地下水的溶蚀作用下形成。必须在原有空隙、裂隙发育基础上产生的。

孔隙度（n）：某一体积岩土（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。

影响因素：颗粒排列方式、颗粒分选程度、颗粒形状、胶结填充、

对于粘性土，还与结构孔隙、次生孔隙有关。

岩土中水存在形式：

结合水（矿物表面结合水（强结合水、弱结合水））、

液态水（重力水、毛细水）、

固态水、

气态水。

结合水：分布在颗粒表面受静电引力大于重力，而不能在自身重力作用下发生运动的那部分水。

与水有关的岩土性质：

空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，决定着岩土储容、滞留、释出以及传输水的性能。

容水性：岩石能容纳一定数量水的性质。用容水度表示。

给水性：饱水岩石在重力作用下能自由排出一定数量水的性质。用给水度表示。持水性：岩石在重力释水后能在空隙中保持一定数量水的性质。用持水度表示。

渗透性：岩石允许让水通过的性质。用渗透系数或单位吸水量表示。

影响给水度u大小的因素：

1.岩性影响，有三个方面：组成岩石的矿物成分（决定空隙的大小、多少）、颗粒大小、级配及分选程度、空隙情况

2.初始地下水埋藏深度

3.地下水位下降速率

影响渗透性大小的因素:

对松散层:

颗粒大小、形状、分选程度、密实度、胶结情况

水质、水温、液体类型。

对坚硬岩体：

颗粒大小、形状、分选程度、密实度、胶结情况

更取决于裂隙的几何结构特征：延伸方向、宽度、密度、长度、连通性、充填物、裂隙面的粗糙程度等。

如何解释岩土变形破坏现象：

1.当由于抽取地下水引起地下水位下降时，孔隙水压力便相应的降低，此时可近似地认为总应力不变，减小的这一部分浮托力必然要转由土层颗粒骨架承担，土层颗粒发生位移，排列更加紧密，孔隙度降低，土层受到压密，表现为体积的减小，高程损失，即地面沉降变形。

2.岩土体存在不连续面，当天然因素或人为因素使得不连续面的地下水位抬升，孔隙水压力增加，有效应力降低，不连续面的抗剪力降低，岩土体可能因重力作用，发生滑坡或坍塌等。

地下水的分类：（潜水、承压水、上层滞水。）

或（孔隙水、裂隙水、岩溶水。）

越流：是指相邻含水层通过其间的相对隔水层发生水量交换。

潜水等水位线图：将潜水位相等的各点连线，得到潜水等水位线图，可以说明潜水流向及地表水的补给排泄关系等。

潜水位：潜水面上任一点的高程称为该点的潜水位

地下水运动规律：

1.地下水在复杂的多孔介质中运动；

2.流速较缓慢；

3.稳定流与非稳定流（地下水的各个运动要素（水位、流速、流向等）不随时间改变时，称作稳定流。否则为非稳定流。）；

达西定律：

Q-渗透流量(L3T-1)； w-过水断面(L2)； h-水头损失(水头差，L)；

L-渗透途径(L)； K-渗透系数(LT-1)； I-水力坡度(无量纲)

渗透系数（K）:岩石渗透性能的定量指标，在数值上等于单位水力梯度条件下的渗流速度。

n e为有效空隙度，即重力水流动的空隙体积（不包括结合水占据的空间）与岩石体积之比。

由于重力释水时空隙中所保持的除结合水外，还有孔角毛细水乃至悬挂毛细水，因此，有n e>n (孔隙度) n e>u （给水度）

流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上，由一系列等水位线与流线组成的网格。注：a. 根据流线方向可以看出任一点的流向；

b. 根据等水头线可以看出任一点水位的变化；

c. 流线的密疏可以反映地下径流的强弱；

d. 等水头线的密疏则说明水力梯度的大小，说明流速大小。

流网的性质：

a. 在各向同性介质中，流网为正交网格。（水沿水力梯度最大的方向运动）

b. 对于稳定流，流线与迹线重合；

c. 对于稳定流，流网不随时间变化。

流网按介质类型划分：

（1）同一点各方向上渗透性相同的介质称为各向同性介质；

（2）同一点各方向上渗透性不同的介质称为各向异性介质；

均质、非均质：指渗透系数K与空间坐标的关系，即不同点的渗透系数K是否相同；

各向同性、各向异性：指同一点不同方向的渗透系数K是否相同；

流网的用途

1）由等水头线可知地下水分布状况

地下水位标高；

埋深：注意河间地块水位变化特点。靠近分水岭打井，水位埋深随井深增大而增大；靠近河谷打井，水位埋深随井深增大而减小。

2）由流线可知地下水流动方向

疏密变化可知流速变化，流线运动轨迹得知水质情况。

3）判断水文地质条件

含水层相对导水性能（厚度、渗透性）

边界条件（隔水边界、补给和排泄边界）

与河流的关系

地下水的径流模式

地下水主要的气体成分常见的有O2、 N2、CO2、CH4 及 H2S。

主要离子成分七种：

CO32- Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+和Mg2+。

地下水化学成分的形成作用：

溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子交替吸附作用、混合作用。

溶滤作用：在水与岩土相互作用下，岩土中一部分物质转入地下水中的过程。溶滤作用的影响因素：

组成岩土的矿物盐类的溶解度。盐岩NaCl易溶，Si02难溶解；

岩土的空隙特征。致密基岩，水与矿物难以接触，难溶滤；

水的溶解能力。低矿化水的强，高矿化水的弱

水中CO2、O2等气体成分的含量。前者易溶碳酸盐、硅酸盐，后者易溶硫化物；

地下水的径流与交替强度。最关键的因素。

地下水补给方式：

大气降水入渗、地表水入渗、凝结水入渗、其他含水层或含水系统、人工补给。

地下水排泄方式：泉、泄流、蒸发、蒸腾、其他含水层、人工排泄等。

泉的概念：

地下水的天然露头，在地形面与含水层或含水通道相交点，地下水出露成泉。泉的分类：

按补给泉的含水层或含水通道：上升泉、下降泉

按出露原因：

侵蚀泉、接触泉、溢流泉——下降泉

侵蚀泉、断层泉、接触带泉——上升泉

研究泉的意义：

泉的分布：反映含水层或含水通道的分布及补给区和排泄区的位置；

泉的动态：判断其补给水源类型，如上升泉为承压水补给，动态稳定；

泉的标高：反映当地地下水位的标高；

泉的化学成分、物理性质和气体成分：反映当地地下水水质特点和埋藏情况。如果水温接近气温，说明含水层埋藏较浅，补给源较近；如果是温泉，则来自地下深部；

泉的研究有助于判断隐伏地质构造：断层泉、接触带泉

地下水含水系统：是由隔水或相对隔水边界圈围的、由含水层和相对隔水层组合而成、内部具有统一水力联系的赋存地下水的岩系。

地下水流动系统：是指由源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体。

二者关系：一个大的含水系统可以包含若干个流动系统；两者都可以进一步划分为子系统，子系统层次上，两者可以重叠；流动系统在人为活动影响下，其规模、数量均会发生变化，变化受到大的含水系统边界的制约，通常不会越出大的含水系统边界。

地下水动态类型：

（根据排泄方式和水交替强度，潜水及松散沉积物浅部的承压水，可分三种主要动态类型）

渗入—蒸发型：分布在干旱、半干旱地区，地形切割微弱的平原或山间盆地中心。

补给：降水、地表水入渗（但不丰沛）

径流：微弱，水交替强度十分缓慢

排泄：蒸发为主。

动态特征：年水位变幅小而均匀；水质季节变化明显，向盐化方向发展；土壤易盐渍化。

渗入—径流型：分布在山前或山区，地形高差大，水位埋藏深。

补给：降水、地表水入渗（丰沛）

径流：强烈，水交替强度大

排泄：径流排泄为主

动态特征：年水位变幅大而不均（由分水岭到排泄区，年水位变幅由大而小）；

水质季节变化不明显，长期中地下水不断趋向淡化。

渗入—蒸发、径流型（弱径流型、过渡型）：分布在降水丰沛、气候湿润的平原或盆地中心。

补给：降水、地表水入渗（丰沛）

径流：径流微弱，蒸发也微弱

排泄：径流排泄为主

动态特征：年水位变幅小而均匀；水质季节变化不明显，长期中地下水不断向淡化方向发展，但发展慢。

水均衡方程式

主要考虑水量平衡，基本关系式：

储量变化 = 收入量–支出量

(△W) (A) (B)

洪积物：暂时性集中洪流在山前出山口地带堆积形成的一种堆积物。广泛分布于山间盆地和山前倾斜平原地带。

地貌特征：以山口为中心，由山麓向平原盆地呈扇形展布，扇间为洼地。

根据洪积扇中地下水埋深、径流条件以及水化学特征，分三个水文地质带：1、地下水深埋带（径流带、盐分溶滤带）

（1）位置：扇顶；

（2）地势高，潜水埋深大，强透水地层；

（3）地形坡度大，水力坡度大，径流强，水平排泄；

（4）降水、地表水和山区基岩裂隙水补给量，动态变化大；

（5）化学成分以溶滤作用为主，HCO3—Ca型水。

2、地下水溢出带（盐分过路带）

（1）位置：洪积扇中部；

（2）地形变缓、颗粒变细、透水性变差，潜水雍高而接近地表，形成泉或沼泽；

（3）出现粘性土或夹层，地下水径流受阻，水平和垂直排泄；

（4）接受降水与上游潜水的补给，动态变小；

（5）由于蒸发，TDS 增大， HCO3-SO4→ SO4- HCO3

3、地下水下沉带（垂直交替带、盐分堆积带）

（1）位置：洪积扇的前缘；

（2）以粘性土为主，夹有砂层， K很小。既有潜水，又有多层承压水；

（3）由于蒸发和地表水的排泄，潜水埋深又略增大；

（4）上部潜水接受降水补给，下部承压水接受前两个带侧向补给。径流微弱，蒸发为主；

（5）上部潜水浓缩作用加强，TDS增大；下部承压水水质相对好，水量大。

冲积物：经常性水流形成的堆积物。即河流沉积作用形成的堆积物。河流上、中、下游沉积特征不同，冲积物的水文地质特征也不同。冲积物厚度大，颗粒细，岩性复杂，南北方差异大。

裂隙水的一般特点

埋藏分布不均匀；

渗透性具有不均匀性和各向异性；

形态多种多样：带状、脉状、网状（带状：断层及岩浆岩接触带；网状：若干个带状可能相互交切沟通）

运动性质十分复杂。

裂隙水的类型：成岩裂隙水、风化裂隙水、构造裂隙水。

成岩裂隙水的特点

层状、脉状和带状；

潜水，上覆有粘性土覆盖时可成为承压水；

水质好，HCO3型水；

水量丰富。

风化裂隙水特点

埋藏浅，分布广，层状裂隙水。

风化带构成潜水含水层，未风化母岩为隔水底板。

被后期沉积物覆盖的古风化壳可赋存承压水。

HCO3型淡水。

水量小，就地补给就地排泄，旱季泉流量减小或干枯。

说明：寻找风化裂隙水：半风化带（充填少），全风化带，细粒会充填裂隙。

构造裂隙水特点：

可形成层状、带状、脉状构造裂隙水；

可形成潜水或承压水；

岩溶：可溶性岩石在地下水和地面流水共同作用下，发育演化的过程以及所形成的种种地质现象。

岩溶水：赋存并运移于岩溶化岩层中的水

岩溶发育应具备四个条件：

可溶岩的存在（岩溶发育的前提）

可溶岩必须是透水的（没有裂隙，水不能进入岩石，溶解作用便无法进行）具有侵蚀性的水（纯水的溶解能力低，当CO2溶入水中形成碳酸，具有侵蚀性）

水的流动性（流动的水不断更新侵蚀能力）

岩溶发展速度划分为三个阶段

起动阶段：

地下水对介质以化学溶蚀作用为主，水流通道比较狭小，地下水几乎没有机械搬运能力，岩溶发展比较缓慢。

随着水流越来越集中的正反馈机制的加强，岩溶演化加快。当主体通道的宽度达到5—50mm时，紊流开始出现，地下水开始具有一定机械搬运能力，水流的能量足以携带泥砂，泥砂对岩石的机械侵蚀成为管道扩大为洞穴的主要营力，岩溶演化便进入快速发展阶段。

快速发展阶段：

地下水流对介质的改造由化学溶蚀变为机械侵蚀与化学溶蚀共存，机械侵

蚀变得愈益重要。

地下出现各种规模的洞穴。

地表形成溶斗及落水洞，并以它们为中心形成各种规模的洼地，汇集降水。

随着介质导水能力迅速提高，地下水位总体下降，新的地下水面以上洞穴干涸，失去进一步发展的动力。

通道争夺水流的竞争变得更加剧烈。

不同地下河系发生袭夺，地下河系不断归并，流域不断扩大停滞衰亡阶段

随着地下水位的总体下降和水力坡度的逐渐降低，地下水的溶蚀能力逐渐降低甚至消失，岩溶发育呈停滞状态