水文地质学基础

1、Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础,学时：36 学分：2,贵州大学水文与水资源工程教研室,水是生命之源。水多是害，无水是害1、开发利用2、地下水污染防治3、对工程建设的影响,教 材,教 材：水文地质学基础-王大纯等，95版 实验讲义：水文地质学基础实习实验讲义 学时数： 36 讲课： 36（含机动与总结学时数）,绪言,0.1 地球上的水与水资源 0.2 地下水的功能（作用） 0.3 水文地质学发展与展望 0.4 水文学与水文地质学 0.5水基课程内容,Company Logo,0.1 地球上的水与水资源：量的概念,地球上的水及所占比例,冰冻积雪,Compan

2、y Logo,冰冻积雪,0.1 地球上的水与水资源：淡水,Company Logo,0.1 地球上的水与水资源：再生资源,利用自然资源有两种方式： 不可再生资源： 如果某种资源的存量大到足以保证上百年的需要，而且在资源耗竭以后，可以开发替代资源 矿产资源是典型的不可再生资源 可再生资源： 如果某种资源的再生速率高于人们的消费速率，就可以保证永续利用。 可再生资源是永远不会耗竭的 淡水资源的主体是可再生的,Company Logo,0.1 地球上的水与水资源：重要性,水自然界存在，自然属性 不断循环运动 良好的溶剂，重要载体 水具有能量 水人类生存、社会经济发展不可或缺，社会属性 生命之源，是地

3、球系统的“血液” 旱灾、水灾、水污染，对人类发展不协调 水资源可再生，但，水资源有价值（价值规律） 水资源管理不当，成为社会不稳定因素之一,Company Logo,0.1 地球上的水与水资源：我国水资源概括,中国的大气降水与水资源分带 中国的人口密度与分省人均淡水资源 我国是世界上最缺水的13个国家之一 人均水资源占有量仅为世界平均值的1/4,Company Logo,中国的大气降水,Company Logo,我国各省人均淡水资源,Company Logo,0.2 地下水的功能（作用）,概念：水文地质学简言之研究地下水的科学 水对人类生活与生产起着不可或缺的重大影响 地下水是水资源组成部分

4、其主要功能（functions）为： 1、地下水是一种宝贵的资源（resource） 2、地下水是极其重要的生态环境因子 3、地下水是一种很活跃的地质营力 4、地下水是地球内部地质演变的信息载体,Company Logo,0.2.1 地下水是一种宝贵的资源,a) 供水水源 优点： 分布广，动态变小，洁净，不易污染 据报道：陆地一半为干旱、半干旱地区 1/3耕地，2/3牧区水源不足 城市供水不足，近来更有增加趋势 世界上，阿拉伯国家-进口雨水，中东的长期摩 擦一是石油，二是水 80年代以来，我国城市缺水总体也愈来愈严重，很显然：水资源的欠缺严重制约着国民经济的可持续发展,Company Logo

5、,我国西北缺水剪影,Company Logo,我国耕地与农村用水,Company Logo,b) 液体矿产（liquid mining） 地下水高含盐类或稀有元素，开发提炼具有工业开采价值 如四川自贡，三叠纪岩层中的卤水，每升达300g之多 医疗或健身功能的矿泉水（Natural mineral water） 疗养院，天然矿泉水厂，啤酒厂等寻找特殊功能的水资源 开发提取一定的能量（热能，冷能）地下水 地下水的露头泉井，往往具有冬暖夏凉的特点，地球浅层是常温带保温作用，起到“冬灌夏用，夏灌冬用” 地球是个天然热库可以供热，供取暖等用处,0.2.1 地下水是一种宝贵的资源,Company Logo

6、,0.2.2 地下水是极其重要的生态环境因子,地下水是影响生态与环境的重要因素之一 地下水的变化往往会打破原有的生态平衡 ，使环境发生变化即可以有益，也可以是有害的 有害的例子：农业用水不当的次生盐渍化、不统一开采，河西走廓的民勤县，绿州变沙漠、过 量开采地下水地面沉降（上海、天津）、海水入侵，地面塌陷，地下水污染等 地下水与其周围的环境，人、水、热、动是个相互依存的有着内在联系的生物生存链，打破一个环节就会引起或正或负的反馈（报复）,Company Logo,地下水利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重,Company Logo,地下水利用产生的环境问题：上海地面沉降,城市防洪设施标准降低，外滩

7、防洪挡水墙越筑越高,Company Logo,地下水利用产生的环境问题：地下水污染,地下水污染主要分布在城区附近和地表水污染严重的地区,Company Logo,0.2.3 地下水是一种很活跃的地质营力,地下水是一种很活跃的地质营力 地壳内能量、热量的传输者 传递应力：水为诱发地震，地质灾害是地下水作用 人工地震预报观测地下水 地球是个天然热库在地质循环和水文循环中传输地壳内部的能（热）量的传输者,Company Logo,0.2.4 地下水是地球内部地质演变的信息载体,地下水是（地球内部地质演变的）信息载体 由于是应力传递者，同时又是在流动 所以地下水水位，水量，水温，水化学等的变化或异常可

8、以提供埋藏在地下的许多信息 强的溶剂：在地质循环和水文循环中化学组分溶解，传递到适宜的部位沉淀（沉积）：成矿 如找矿、找油、地震预报、地质演变,Company Logo,0.3 水文地质学的发展与趋势,四个时期：1856年以前的萌芽时期，1856年至本世纪中叶的奠基时期，20世纪中叶至今的发展时期， 21世纪的转变时期 萌芽时期：由逐水而居到凿井取水-一大转折 奠基时期：1856年，达西定律-地下水定量计算奠定了水文地质学的基础 发展阶段：二次世界大战战后，科学技术推动生产力迅猛发展以及人口的急剧增长 泰斯非稳定流理论提出，对地下水资源量的认识革命 计算机技术的发展，在地下水模拟、规划管理等推

9、进 转变时期：核心内容的转变，可持续发展观的提出 水文地质学的发展正向“地下水科学”的转变,发展趋势,坎儿井,高原,平原,3454,536,40km,Company Logo,0.3 水文地质学的发展与趋势简况,趋势：水文地质工程地质05.第1期，51-56，张人权等 核心课题转移：找水水文地质学资源生态环境 视野扩展：含水层地下水系统水文-生态环境技术-社会系统。 目标改变：由当前的问题转向长期的可持续发展 内容扩展：从地下水的水量为主，转向水量与水质的研究并重；从狭义地下水，扩大到广义地下水,乃至地下水圈 思路的改变：从求从成生角度，加强过程与机理研究 多学科交叉渗透成为主流：地下水科学与

10、其它自然科学以及社会科学交叉渗透，以多学科方式研究与处理问题 服务方式转变：方式发生了很大改变，如何使水文地质工作成果转化为生产力，成为一个急需解决的重大课题,Company Logo,0.3 水文地质学的发展与趋势任务,目前任务： 正确地预测在人类活动干预下地下水的变化 正确地评价、开发、管理与保护地下水资源 保护与地下水有关的生态环境，成为当务之急 正确地预测矿产开发的地下水问题，避免地下水害 。,Company Logo,预测地下水的污染与保护措施,2005年11月吉林中石化爆炸，100余吨硝基笨进入松花江，导致哈尔滨城市供水系统瘫痪4天，11月27日恢复供水,市700余万人经历了用水危

11、机。,全城380余井，成为城市供水主源，城市应急系统紧急打井（地下水）,调用纯净水应急,2005.11.26日污染高峰过哈尔滨城市,Company Logo,防范煤矿特大突水事故,2005年事故特点 2005年，死亡10人以上事故13起，总人数357人 同期上升160%、233.6%；占总特大事故20.5% 乡镇煤矿水害事故多，84.6% 老空水是水害的主要水源 老空透水69.2% 底版透水15.4% 岩溶突水15.4%,Company Logo,0.4 关于水文学与水文地质学,水文学（水文地地学）水资源的核心课程 广义地说 ： 研究地球与水的科学 具体：研究地球上各种水体的形成、循环和分布，

12、探讨水体的化学和物理性质以及它们对环境的反应，与生物的关系 广义水文学分支基础理论、应用 基础理论水文学原理 研究对象河流、湖泊、河口海岸、冰川 ，地下水文学等 应 用工程水文学，农业、森林、城市、环境水文学等,Company Logo,0.5 课程内容,本课主要内容 一、水文地质学基本概念 概念、名词与术语 二、水文地质学基本原理 地下水形成基本规律赋存、分布、运动 三、地下水科学的分析方法 微观以概念为基础的分析方法 宏观地下水系统理论为基础的综合分析 四、应用分析概念与原理的掌握,Company Logo,主要参考文献,主要参考文献： 水文地质学基础教材后附的参考文献， 水文地质工程地质

13、期刊， 中英文版“地下水”和“水文地质学”类教材 芮孝芳 著，水文学原理，2004.8,Company Logo,思考题,1、为什么说“水资源”是可再生的资源？ 2、为什么说“水资源”既有自然属性，又有社会属性。 绪言结束,第一章 水文循环 Hydrologic-cycle,Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础,贵州大学水文与水资源工程教研室,Company Logo,本章内容,1.1 水循环,1.2 水文循环,1.3 水量平衡,1.4 水文循环的作用,1.5 影响水文循环的因素（自学）,Company Logo,地球上各部位、各层圈都存在着水 各部位的水是相

14、互联系、相互转化的整体也称为水圈水系统 自然界的水循环 各部位水的联系与转化关系 水循环分为：地质循环，水文循环 本章重点讨论水文循环,1.1 水循环,自然界水循环,转下页,Company Logo,自然界的水循环,地质循环与水文循环关系示意图 （据阿勃拉莫夫）,Company Logo,（1）定义-（范围、四个环节） 水文循环示意图环节或要素 （2）水文循环的划分 循环路径不同： 大循环（海-陆）与小循环（海-海，陆-陆） 时空尺度不同： 全球水文循环，流域水文循环，水-土-生系统水文循环 （3）水文循环的运动规律 海洋的蒸发量大于降水量 陆地的降水量大于蒸发量 大陆输入水汽量与输出水量基本

15、平衡,1.2 水文循环 Hydrologic-cycle,水文循环-环节,转下页,Company Logo,水文循环示意图,水文循环尺度全球、流域（区域）、水-土-生 思考：水文循环发生的动力条件是什么？,Company Logo,1.3.1 通用水量平衡方程 （1）水文学（水文地质学）研究的基本原理 物质不灭（质量）、能量守恒定律为基本原理 （2）通用水量平衡方程：区域段要素 I = O + (W1 - W2) = O + W 其中，I ：时段内输入区域的各种水量之和 O ：时段内输出区域的各种水量之和 W =W1 -W2： 区域内时段始末的储水量 不同区域、不同研究对象可以写出具体的水量平

16、衡方程式,1.3 水量平衡 Water balance,Company Logo,1.3.2 我国水量平衡,中国水系,思考并总结我国水量平衡特点,Company Logo,太平洋流域,内流区域,印度洋流域,北冰洋流域,中 国 水 系,Company Logo,1.3.3 全球水量平衡,思考并总结全球水量平衡特点,Company Logo,水文循环的作用： 通过循环水的质量得以净化、水的数量得以再生 水资源不断更新与再生，可以保证在其再生速度水平上的永续利用也是可持续发展保证 1.5 影响水文循环的因素自学 气象因素 自然地理条件 人类活动等 结果：有利于蒸发，不利于径流，促进内陆水文循环,1.

17、4 水文循环的作用,Company Logo,从水文循环来看，地球上的水资源是个整体，研究地下水科学需要与相关学科相结合 地质学 （普通）、第四纪地质学、自然地理学 陆地水文学、水文气象学等相关知识参考 与工程应用角度 水资源开发工程、土力学等 后续课程 地下水动力学水文地球化学水资源开发与保护等基础类、应用类和技术方法类课程,从水文循环角度看水文地质学基础相关学科,Company Logo,（1）水文循环的内、外因是什么？ （2）为什么称水资源为可再生资源，可再生的水资源是取之不尽的吗？ （3）举例说明人类活动对“水文循环”产生的影响。 （4）研究一个地区水量平衡有何意义？ 第一章结束,思考

18、题,第二章 岩石中的空隙与水The Interstices and Water in Rocks,贵州大学水文与水资源工程教研室,Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础,Company Logo,2.1 岩石中的空隙,2.2 空隙中的水,2.3 岩石的水理性质,本章内容,Company Logo,2.1 岩石中的空隙,岩石水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层 空隙岩、土中各种类型的空洞的总称 空隙是地下水赋存场所（places）和运移通道（conduits） 空隙分为 1. 孔隙（pore）-unconsolidated soil-（第四纪地质学） 2. 裂隙（

19、fissure）- hard rock -（构造地质学） 3. 溶穴（cavity）- dissoluble rock -（岩溶地貌学） 工程地质学是从土层的物理力学指标（性能）来讨论，如土的压缩性或强度变形。 下面以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念，参数 （指标）和分析方法。,Company Logo,孔隙（pore, void） 土体孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形状，连通与分布 松散土体宏观上可以分为2大类：砂性土与粘性土类 1、砂砾石孔隙大小及其影响因素 试样 a砾石(模型)，试样b砂土样品，试样c砂砾混合样品 ？ 提问：试样a与b构成的孔隙哪种大？哪种小？ 颗粒大小-有关？ 简

20、单归纳-砂砾石土孔隙大小与什么有关？ 颗粒大小、 排列立方体或四面体 、分选、胶结与充填等 孔隙大小特征的描述：孔喉 (d) d=0.414D 孔腹 (d) d=0.732D (上述为：立方体排列的理想等径园球颗粒）,2.1.1 孔隙,Company Logo,a砾石(模型) b砂土样品 c砂砾混合样品,孔隙与粒径关系,Company Logo,松散砂砾石孔隙大小与分选的关系好、坏？,黄 土,沙 丘,洪积物,粒径 mm,含 量 %,Company Logo,立方体排列与四面体排列,立方体排列 四面体排列,Company Logo,2.1.1 孔隙,2、砂砾石的孔隙度（porosity）及其影响

21、因素 孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标 定义：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占的比例。通常用 n 表示 ？问：孔隙度的大小与什么有关？与颗粒大小有关？ a. 与排列有关紧密与疏松 理想最疏松孔隙为47.64%，最紧密排列孔隙为25.95%。 b. 与分选有关下面试样哪个孔隙度大？哪个小？ 试样：砾石 砂石 混合样 完全混合试样时，孔隙度 n混=n砾n砂 （请自己推导证明） 影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度。,Company Logo,不同颗粒大小的试样孔隙度？,Company Logo,自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同 P17表2-1 表2-1 松

22、散岩石孔隙度参考数值 矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？ 矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的47.64% 达到70%,2.1.1 孔隙,Company Logo,3、粘性土的孔隙与孔隙度 粘土颗粒 粘性土是指土体颗粒 0.005mm 的直径 “粘性土由于颗粒细小，比表面积大，连结力强 粘粒在悬浮 推移 互相接触时，就会连结起来 形成粘粒团” 细小粘粒集合（团）构成（称为）颗粒集合体。 集合体与集合体结合构成粘性土的沉积结构特征 粘土孔隙 粘性土如同海绵、峰窝或絮状结构 结构孔隙集合体与集合体、粘粒与粘粒之间 次生孔隙虫孔、根系孔、裂隙裂痕等,2.1.1 孔隙粘土,Company Logo,蒙

23、脱石、片状粘土矿物淤泥粘土,2000,Company Logo,松散孔隙 | 粘土 孔隙 | 裂隙溶隙,Company Logo,裂隙 （ fissure fracture ） 固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，而存在有各种内外力作用下产生的裂缝（缝隙） 风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙 裂隙：空间形态是两向延伸长，横向延伸短的“饼状”空隙 单个裂隙是孤立的 裂隙岩体：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括： 1) 裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度） 2) 张开性（裂隙宽度） 3) 裂隙率等,2.1.2 裂隙,Company Logo,风化（卸荷）裂隙、 成岩裂隙、 构造裂隙

24、,Company Logo,砂岩岩芯中的空隙,Company Logo,溶穴（solution cavity） cavern 在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果 是扩大了的裂隙 溶穴：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等 岩溶岩体：要描述裂隙特征及岩溶发育特征 （裂隙+溶洞） 1）岩溶发育方向 2）溶蚀率-钻孔岩溶发育程度 3）溶洞（方向、规模等）,2.1.3 溶穴,Company Logo,空隙特征的比较 含水介质由各类空隙所构成的岩石称为含水介质，也称为介质场。含水介质的空间分布与连通特征（孔隙含水介质、裂隙含水介质、溶质含水介质）是不同的，三种主要类型的含水介质比较： 连 通 性 孔隙

25、介质最好，其它较差 空间分布孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不均匀 孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊 空隙比率孔隙介质最大，裂隙最小 空隙渗透性孔隙介质-各向同性，裂隙与溶穴-各向异性造成空隙介质上述差异的主要原因：沉积物形成和空隙形成的环境,2.1.4 空隙特征的对比,Company Logo,思考题： 1）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？ 2）粘性土孔隙度大是含水层吗？ 3）试总结砂砾类土体的孔隙形状特点，并加以概化（图示）。 3）坚硬的花岗岩、砂岩、灰岩的空隙特征有何异同点？（可以通过查阅资料和文献回答） 第二章 第一节 结束,岩石中的空隙思考题,贵州大学水文与水资源

26、工程教研室,Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础,第二章 岩石中的空隙与水（下）The Interstices and Water in Rocks,Company Logo,本章内容,2.1 岩石中的空隙,2.2 空隙中的水,2.3 岩石的水理性质,Company Logo,2.2 空隙中的水,存在形式：气态 固态 液态 设想实验：材料（玻璃珠子、细管）+水（水杯） （1）2个玻璃珠子之间滴上几滴水，接触部位就会有所残留水 （2）在饱水试样中取1颗和2个颗粒，颗粒和颗粒孔隙间的水？ （3）将玻璃细管插入水中，取出，管中残留水？ 通过上述3例及图示空隙中水的存

27、在形式： 结合水（absorbed water, bound water） 重力水（gravitational water;bulk water） 毛细水（capillary water）,Company Logo,2.2.1 结合水,结合水（absorbed water, bound water） 定义 附着于固体表面，在自身重力下不能运动的水 即结合水具有一定的抗剪强度 ？抗剪强度的产生与大小与什么有关 表面引力服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱 性质 结合水具有固态和液态水的双重性质；即自身重力作用下不能运动，在外力作用下能够移动（运动）及变形 意义 只要有固相表面就存在结合水，存

28、在范围广，其量很小（结合水膜很薄），当孔隙直径小于2倍结合水膜厚度时，孔隙中只含有不能自由运动的结合水（又称无效空间）,结合水与重力水,重力水,Company Logo,结合水与重力水,Company Logo,表面引力服从库仑定律， 随固体表面的距离加大而减弱,结合水与重力水,结合水,Company Logo,重力水（gravitational water; bulk water） 远离固相表面，水分子受固相表面吸引力的影响极其微弱，主要受重力影响。重力影响下可以自由运动 无重力作用下水的存在？如在太空中瓶中的水分布受表面吸引的作用液态水的特征 地层内岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通

29、过泉，或井流出（抽出） 重力水是水文地质学研究的主要对象，也是勘察的主要对象,2.2.2 重力水,结合水与重力水,Company Logo,重力水（gravitational water; bulk water） 远离固相表面，水分子受固相表面吸引力的影响极其微弱，主要受重力影响。重力影响下可以自由运动 无重力作用下水的存在？如在太空中瓶中的水分布受表面吸引的作用液态水的特征 地层内岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通过泉，或井流出（抽出） 重力水是水文地质学研究的主要对象，也是勘察的主要对象,2.2.2 重力水,结合水与重力水,Company Logo,毛细水，孔角毛细水,Company

30、 Logo,思考： 1. 上细下粗土层，滴水，水停留在何处？ 2. 黄土层中挖平洞，下大雨后，洞内能否接到水？,毛细水,滴水 下雨 砂土 黄土 器皿 砾石,Company Logo,毛细力： 毛细力的产生： 是在三相界面上内弯液面引起液面弯曲产生的 毛细力的方向：作用方向始终指向弯曲液面的凹例 凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的 凹形弯液面负的毛细压强（negative）-如同真空吸力 凸形弯液面正的毛细压强（positive） 毛细力的大小： 毛细力大小与弯液面的曲率成正比（曲率大,毛细力大;曲率小，毛细力小） 一根毛细管子，管径越小，毛细力越大；反之亦然 毛细力大，毛细上升高度也越大,2.

31、2.3 毛细水,毛细水,Company Logo,2、毛细水的存在形式（states forms） 在岩石空隙中，毛细水的存在形式可分为三种： a) 支持毛细水（supporting capillary water ） 在地下水面支持下存在的（附着水面上的），随地下水升降而升降。上升高度与水面上部的岩石孔隙性质有关 b) 悬挂毛细水（suspension capillary water ） 脱离水面，岩石细小孔隙中保留的水分，称为悬挂毛细水 上粗下细或上细下粗砂砾试样的例子。？悬挂毛细水的高度 思考：一个等径园管，如果支持毛细水高度为 hc，悬挂毛细水高度？ c) 孔角毛细水（触点毛细水）（c

32、orner water, contiguity water?） 孔角毛细水与悬挂毛细水是不同？ 悬挂毛细水似串珠状且连续分布的，孔角毛细水是孤立的,2.2.3 毛细水,支持与悬挂毛细水,小结,Company Logo,支持毛细水与悬挂毛细水,Company Logo,2.2 空隙中的水小结,小结 岩石空隙中的水有三种存在形式 三种形式的水有差异与受力状态有关 自己总结、比较加深理解_有比较就会有记忆 第二节 空隙中的水 结束,Company Logo,2.3 岩石的水理性质,岩石（包括骨架与空隙在内的总称） 水理性质：就水文地质学主要涉及是与水分储容、释出与运移有关的性质 包括： 一、容水度和

33、孔隙度（porosity）（反映岩石最大含水能力） 孔隙度n; 容水度nr ？两者有何关系 岩石完全饱水时，所能容纳的最大水体积与岩石总体积之比 二、含水量（water content）_ 岩石样实际保留水分的状况，（是某岩样某时的含水状态） 又称岩石的天然含水量 三、持水度（specific retention）_Sr 岩石的持水能力最大保持水分的能力 岩石的持水量（持水体积）与岩石总体积之比,Company Logo,四、给水度（specific yield） (e d) (water drained from soil under gravity flow) 1、定义： 当地下水位下降一

34、个单位高度时，单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释放出来的水体积，称为给水度 当水位下降一个单位，土层孔隙中是否所有的水都流出来？ 在土层中会保留什么形式的水？ 结合水(膜)，孔角毛细水，有时悬挂毛细水与支持毛细水,2.3 岩石的水理性质,均质土包气带水分分布,Company Logo,均质土包气带水分分布,Company Logo,2、影响给水度值的因素 ？砾石、粗砂、细砂、砂砾混合样相比较，哪种样给水度大 a) 岩性：空隙大的样品，给水度大，n 砾 粗砂 粉砂（与粒径有关） 颗粒细小者，比表面积大，结合水与孔角毛细水残留多，除岩性外，同一岩层中其它原因也可造成不同，为什么？ b) 地下水位

35、初始埋深（H0） 当地下水位初始埋深大于支持毛细水带高度时H0 hc ,可达最大值 H0 hc 时，地下水位下降1个高度时，原重力水大多转化为支持毛细水，土层给水量大大降低，变小。 土层含水量曲线分析：当水位埋深足够大时，土层给水度不发生变化（为定值），此时给水度也是最大理论给水度,2.3 岩石的水理性质,其他影响因素,Company Logo,给水度与地下水位埋深的关系,Company Logo,四、给水度2、影响值的因素 c) 与地下水位下降速度有关 地下水位下降快慢会影响到 的大小 （下降快理、下降慢理） 这是因为释水滞后，而导致的释水减量 d) 土层结构 均质土特征与上述讨论一致 岩土

36、层为层状非均质土时，往往会影响值， 多层状土的特征而言，上粗下细，上细下粗结构影响是不同的。,2.3 岩石的水理性质,Company Logo,给水度小结野外实际测定时： 均值土，当地下水位初始埋深大于hc，降速缓慢， =S-0 初始埋深小于hc时，埋深愈浅， 水位降速愈快， 一般而言，层状土小于均值土。 结合实验课 设计研究给水度的影响因素与确定方法,给水度小结,Company Logo,五、透水性（permeability） （先自学一下） 反映岩土透过水的能力 后续讲“地下水的运动”时再讨论 岩石空隙直径越大透水能力越强透水性越好！ 第二章 结束,2.3 岩石的水理性质,LOGO,贵州大

37、学水文与水资源工程教研室,Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础,第三章 地下水的赋存The Occurrence of G.W,Company Logo,本章内容,3.3 地下水分类,3.2 含水层 隔水层 弱透水层 含水系统,3.1 包气带与饱水带,3.4 潜水与潜水含水层,3.5 承压水与承压含水层,Company Logo,3.1 包气带与饱水带,一、包气带与饱水带的划分 地下水面（水位）： 地下一定深度岩石中的空隙被重力水所充满， 形成一个自由水面，以海拔高度表示称之地下水位 （一般通过打井，地下开挖来确定）,包气带与饱水带,Company Logo,

38、包气带与饱水带,地下水位,Company Logo,3.1.2 包气带,包气带（zone of aeration or zone of unsaturation） 特点： 岩石空隙未被水充满 是固、液、气三相介质并存介质 水的存在形式（多样） 结合水、毛细水（各种）、重力水、气态水 包气带水的垂直分带 土壤水带， 中间带（过渡带） 支持毛细水带，毛细饱和水带 包气带是饱水带中地下水参与水文循环的一个重要通道；“重力水”通过包气带获得降水、地表水的入渗补给（补充），部分水又通过包气带将水分传输，蒸发，消耗出去。,Company Logo,饱水带（saturation zone） 岩石空隙被水完全

39、充满 是二相介质（固相+液相水） 空隙中水的存在形式： 重力水 结合水 重力水：连续分布（孔隙是连通）传递压力在水头差作用下，地下水（空隙中的水）可以连续运动。 地下开挖，坑道，巷道，基坑，打井在此带均有重力水涌出来！,3.1.3 饱水带,Company Logo,3.2 含水层 隔水层 弱透水层 含水系统,一、基本概念 饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力而进行的划分 含水层（Aquifer）： 是能够透过并给出相当数量水的岩层各类砂土，砂岩等 隔水层（Aquifuge)： 不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密） 弱透水层（Aquitard）

40、： 渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层各种粘土，泥质粉砂岩,Company Logo,定义中的模糊概念“相当水量，微不足道，较大水力梯度”等 严格的“是与非”的逻辑思维，在很多情况下是相对的和模糊的概念相对性的意义： 从实际应用角度来看划分的相对的性相当水量 满足需要就可以了。如在某处一口井出水量80m3/d，作为1万人的供水，非含水层；作为饮料厂、装瓶生产则为含水层。又如一个小泉水流量0.11/s8.6m3/d，大厂非，村用是。 从理论意义来看微不足道 微不足道，有时空尺度的制约。 如华北平原早期地下水开采就是典型的例子，深层水与浅层水的开采有一

41、粘土隔水层；后开采深层，水量大，水位降低快，浅层水向深层“越流”-粘土层成为“透水层”。 现在进行水文地质计算、模拟时，不再简单二分了，而是用模糊学的研究方法，给个隶属度1，0之间，可以为 0.8,0.7, 0.3,表示“透水性”？,3.2.2 概念的相对性,Company Logo,时间的相对性,Company Logo,概念的思考？,A,B,1.这组地层是含水层还是隔水层？ 2.煤层开采，巷道（矿坑）会否有水？ 3.如果需要修水库，建坝后库水是否渗漏？ 4.如供水的需要如何布置勘探？,Company Logo,3.2.3 含水系统,含水系统Groundwater aquifer syste

42、m 地下水含水系统： 是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系 含水系统：包含多个含水层和弱透水层，或局部隔水层 含水系统：可以进行子系统划分 含水系统的定义是从大的空间尺度研究含水层、隔水层、 与弱透水层的组合关系，是从地质成因角度对岩层的水文地质特征进行划分的分析方法(或给出的概念),含水系统的划分,Company Logo,含水系统层次划分系统与子系统,A,B,Company Logo,冲洪积平原地下水含水系统,Company Logo,广义地下水： 地表以下岩石空隙中的水(包气带、饱水带中的水) subsurface-water,under groundwater,

43、groundwater 狭义地下水：地表以下饱水带岩层空隙中的水重力水 地下水分类： 主要依据含水介质的类型（赋存空间） 埋藏条件（赋存部位） 表3-1含水介质三类，埋藏三分，组合共分为9类,3.3 地下水分类,Company Logo,潜水(b)、承压水(c)、上层滞水(a),Company Logo,3.4.1 潜水与潜水含水层概念 潜水： 地表以下，第一个具有自由表面的稳定含水层中的水 自由表面即设有隔水层限制，与大气直接相通，除大气压强外不受其它力。 稳定具有一定的空间连续性（范围）以示区分上层滞水 潜水含水层 -赋存潜水的岩层 屋建筑时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水）,3.4

44、 潜水与潜水含水层,Company Logo,二、基本要素（专业术语） 潜水面 (water table) 潜水位 (water level ) 潜水含水层- 含水层厚度- 潜水埋深-,3.4 潜水与潜水含水层,潜水要素图,Company Logo,潜水与潜水含水层图,1-潜水含水层 2-隔水层 3、4 潜水面 潜水位 M-含水层厚度 D-潜水埋深 5-大气降水入渗 6-蒸发 7-流向 8-泉,Company Logo,三、主要特征学习P3031,总结 补给(来源)：降水入渗，河湖入渗 排泄(汇)：泉，（河）泄流，蒸发 补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！ 动态：受气象，水文因素影响明显

45、，变化快 （水量、水位季节性变化） 受人为因素影响也显著，易污染 水循环交替迅速：水循环周期短，更新恢复快 潜水研究基本方法绘制潜水等水位线图 获取信息-资料的手段调查、勘探，分析 实习一：编制潜水等水位线图,3.4 潜水与潜水含水层,Company Logo,某地潜水等水位线图（平面）,河,河,流,流,Company Logo,一、承压水定义 充满于2个隔水层（或弱透水层）之间的含水层中的水，称之。（图 P31，图3-6） 二、基本要素与特征 承压含水层； 隔水顶板； 隔水底板； 承压含水层厚度（H）； 埋深（D） 测压水位线（面）：测压水位线的连线（面）此线是虚拟的（如图有压管） 承压高度

46、； 补给区； 承压区； 排泄区 自溢区测压水位线与地形等高线的交点连接区 绘制一张承压含水层的等测压水位线图（加地形等高线）,3.5 承压水与承压含水层 Confined aquifer,承压水要素,Company Logo,基岩自流盆地中的承压水,承压含水层 隔水顶板 隔水底板 承压含水层厚度（M） 埋深（D） 测压水位线（面）： 承压高度-H 补给区 承压区 排泄区 自溢区,Company Logo,特征： 补给与排泄 有限区域与外界联系，水循环迟缓些，水交替慢，平均滞留时间长（年龄老或长）恢复性差 水化学 变化较大，矿化度一般要高点，可以保留“古老”的水 动态 要稳定些，如果分布面积大，

47、厚度稳定则调节能力很强 问题？承压含水层的变化：在储水与释水时，含水层厚度是不变的，承压含水层的储水与释水是如何进行的？！,3.5 承压水与承压含水层,Company Logo,承压含水层的储水与释水 弹性给水度 e 承压含水层中当测压水位下降(或上升)1个单位，单位水平面积含水层较体所释放(或储存)的水量 测压水位降低导致 含水层孔隙中水的压力降低水体积膨胀释水，水的膨胀系数约为 1/20000 孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加骨架被压缩 颗粒不变骨架压缩 = 空隙体积减小（排列改变） 发生释水（挤出来）水 这两部水很有限，所以 e 很小 ； 与重力给水度 d相比要 小10-1 10-

48、3,3.5.3 承压含水层的储水与释水,Company Logo,承压含水层的弹性给水度,从理论上来看： 弹性给水度是可以恢复的 实际上弹性是有限恢复的 越过含水层弹性范围（限定），将产生一次性的变形即永久性不可恢复的变形 最终导致含水层的弹性给水与释水能力降低,Company Logo,3.5.4 潜水与承压水的相互转化,在自然或实际条件下，潜水与承压水的划分也是相对的 在复杂条件下，很难将某些含水层中的水划定为潜水或承压水 几个例子： 山区基岩互层 一个 较厚的含水层 一个封闭的含水层潜水？ 开采前潜水含水层 开采后承压含水层,开采潜水与承压水的转化,Company Logo,例：潜水与承

49、压水的转化,Company Logo,3.5 承压水与承压含水层,介绍内容上层滞水（perched water）要求自学P35 这是包气带中唯一有实际利用价值的重力水 前第一、二、三章，是水文地质学中常用的基本概念和术语，要求掌握 后几章将着重介绍一些基本理论与方法 有关地下水运动的内容，请参考学习水力学中有关水头、水力梯度的概念。 第三章结束,上层滞水,LOGO,贵州大学水文与水资源工程教研室,Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础,第四章 地下水的运动The movement of G.W,Company Logo,本章内容,4.1 达西定律,4.2 达西定律讨论,4.3 流网,实习实验 达西实验与应用,Company Logo,第四章 地下水的运动,渗流具有实际水流的运动特点（流量、水头、压力、渗透阻力），并连续充满整个含水层空间的一种虚拟水流；是用以代替真实地下水流的一种假想水流。其特点是： （1）假想水流的性质与真实地下水流相同； （2）充满含水层空隙空间和岩石颗粒所占据的空间； （3）运动时所受的阻力与实际水流所受阻力相等； （4）通过任一断面的流量及任一点的压力或水头与实际水流相同。 渗流场（flow domain）：假想水流所