水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)課件

www.themegallery.comCompany

Logo0.1

地球上的水與水資源0.2

地下水的功能（作用）

0.3

水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展與展望

0.4

水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)

0.5《水基》課程內(nèi)容

緒言

——Introductionwww.themegallery.com0.1

地球上的水與水資源：量的概念v地球上的水及所占比例

淡水占全球水量的2.527%淡水億

km300.24170.10830.0001650.0001290.0000110.3503億

km313.380.24250.23700.000160.0001290.00001113.8598%069.030.920.050.040.003100Company

Logo%96.541.751.710.0010.00090.00001100水體種類海洋水地表水

地下水

土壤水

大氣水

生物水

總儲量冰凍\積雪www.themegallery.comCompany

Logo0.1

地球上的水與水資源：淡水河湖水咸水

97.5%淡水

2.5%冰凍\積雪地下水www.themegallery.comCompany

Logo0.1

地球上的水與水資源：再生資源v利用自然資源有兩種方式：§

不可再生資源：如果某種資源的存量大到足以保證上百年的需要，而且在資

源耗竭以后，可以開發(fā)替代資源v

礦產(chǎn)資源是典型的不可再生資源§

可再生資源：如果某種資源的再生速率高于人們的消費速率，就可以保證

永續(xù)利用。

可再生資源是永遠(yuǎn)不會耗竭的v

淡水資源的主體是可再生的Company

Logowww.themegallery.com0.1

地球上的水與水資源：重要性v水——自然界存在，

自然屬性§

不斷循環(huán)運動§

良好的溶劑，重要載體§

水具有能量v水——人類生存、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺，社會屬性§

生命之源，是地球系統(tǒng)的“血液”§旱災(zāi)、水災(zāi)、水污染，對人類發(fā)展不協(xié)調(diào)§水資源可再生，但，水資源有價值（價值規(guī)律）§水資源管理不當(dāng)，成為社會不穩(wěn)定因素之一www.themegallery.comCompany

Logo0.1

地球上的水與水資源：我國水資源概括v中國的大氣降水與水資源分帶v中國的人口密度與分省人均淡水資源我國是世界上最缺水的13個國家之一人均水資源占有量僅為世界平均值的1/43000200016001200800600400200www.them

allery.comCompany

Logo40050200800中國的大氣降水1200Company

Logowww.themegallery.com513912668181237人均淡水資源M32278

全國平均值1139

全國平均值的一半570

全國平均值的四分之一我國各省人均淡水資源386414111320483394604459812544287840908892198187125034523603248020103029110729812091150154515306Logo0.2

地下水的功能（作用）概念：水文地質(zhì)學(xué)簡言之──研究地下水的科學(xué)v水對人類生活與生產(chǎn)起著不可或缺的重大影響v地下水是水資源組成部分v其主要功能（functions）為：1、地下水是一種寶貴的資源（

resource）2、地下水是極其重要的生態(tài)環(huán)境因子3、地下水是一種很活躍的地質(zhì)營力4、地下水是地球內(nèi)部地質(zhì)演變的信息載體

Companywww.themegallery.comCompany

Logo0.2.1

地下水是一種寶貴的資源a)

供水水源——優(yōu)點：

分布廣，動態(tài)變小，潔凈，不易污染n據(jù)報道：陸地一半為干旱、半干旱地區(qū)

1/3耕地，2/3牧區(qū)水源不足城市供水不足，近來更有增加趨勢n世界上，阿拉伯國家-進(jìn)口雨水，中東的長期摩

擦一是石油，二是水n80年代以來，我國城市缺水總體也愈來愈嚴(yán)

重，很顯然：水資源的欠缺嚴(yán)重制約著國民經(jīng)

濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展Company

Logowww.themegallery.com我國西北缺水剪影www.themegallery.com農(nóng)村飲用地下水

飲用其它水Company

Logo我國耕地與農(nóng)村用水全國60%的耕地全部或部分使用地下水灌溉地下水灌溉面積其它灌溉面積60%全國95％以上的農(nóng)

村飲用地下水95%www.themegallery.comCompany

Logo0.2.1

地下水是一種寶貴的資源b)

液體礦產(chǎn)（liquid

mining）n地下水高含鹽類或稀有元素，開發(fā)提煉具有工業(yè)開采價值如四川自貢，三疊紀(jì)巖層中的鹵水，每升達(dá)300g之多n醫(yī)療或健身功能的礦泉水（Natural

mineral

water）療養(yǎng)院，天然礦泉水廠，啤酒廠等—尋找特殊功能的水資源n開發(fā)提取一定的能量（熱能，冷能）地下水地下水的露頭──泉井，往往具有冬暖夏涼的特點，地球淺

層是常溫帶─保溫作用，起到“冬灌夏用，夏灌冬用”地球是個天然熱庫──可以供熱，供取暖等用處www.themegallery.comCompany

Logo0.2.2

地下水是極其重要的生態(tài)環(huán)境因子地下水是影響生態(tài)與環(huán)境的重要因素之一n地下水的變化往往會打破原有的生態(tài)平衡

，使環(huán)境發(fā)

生變化──即可以有益，也可以是有害的n有害的例子：農(nóng)業(yè)用水不當(dāng)?shù)拇紊}漬化、不統(tǒng)一開

采，河西走廓的民勤縣，綠州變沙漠、過

量開采地下

水──地面沉降（上海、天津）、

海水入侵，地面塌

陷，地下水污染等n地下水與其周圍的環(huán)境，人、水、熱、動是個相互依

存的有著內(nèi)在聯(lián)系的生物生存鏈，打破一個環(huán)節(jié)就會引

起或正或負(fù)的反饋（報復(fù)）地下水利用產(chǎn)生的環(huán)境問題：沙化荒漠化加重www.themegallery.comCompany

LogoCompany

Logowww.themegallery.com城市防洪設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)降低，外灘防洪擋水墻越筑越高地下水利用產(chǎn)生的環(huán)境問題：上海地面沉降ww

.th

me水水galle污污ry.c染染om

主要分布在城區(qū)附近和地表水污染嚴(yán)重

o

an

ogo地下水利用產(chǎn)生的環(huán)境問題：地下水污染www.themegallery.comCompany

Logo地下水是一種很活躍的地質(zhì)營力─地殼內(nèi)能量、熱量的傳輸者n傳遞應(yīng)力：水為誘發(fā)地震，地質(zhì)災(zāi)害是地下水作用n人工地震預(yù)報──觀測地下水n地球是個天然熱庫——在地質(zhì)循環(huán)和水文循環(huán)中傳

輸?shù)貧?nèi)部的能（熱）量的傳輸者0.2.3

地下水是一種很活躍的地質(zhì)營力Company

Logowww.themegallery.com0.2.4

地下水是地球內(nèi)部地質(zhì)演變的信息載體地下水是（

地球內(nèi)部地質(zhì)演變的）信息載體n由于是應(yīng)力傳遞者，同時又是在流動——所以地下水水位，水量，水溫，水化學(xué)等的變化或異

?？梢蕴峁┞癫卦诘叵碌脑S多信息n強的溶劑：在地質(zhì)循環(huán)和水文循環(huán)中化學(xué)組分

溶解，傳遞到適宜的部位沉淀（沉積）：成礦如找礦、找油、地震預(yù)報、地質(zhì)演變0.3

水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展與趨勢四個時期：1856年以前的萌芽時期，1856年至本世紀(jì)中葉的

奠基時期，20世紀(jì)中葉至今的發(fā)展時期，

21世紀(jì)的轉(zhuǎn)變時期v萌芽時期：由逐水而居到鑿井取水一大轉(zhuǎn)折v奠基時期：1856年，達(dá)西定律--地下水定量計算——奠定了

水文地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)v發(fā)展階段：二次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)后，科學(xué)技術(shù)推動生產(chǎn)力迅猛發(fā)展

以及人口的急劇增長§

泰斯非穩(wěn)定流理論提出，對地下水資源量的認(rèn)識—革命§

計算機技術(shù)的發(fā)展，在地下水模擬、規(guī)劃管理等推進(jìn)v轉(zhuǎn)變時期：核心內(nèi)容的轉(zhuǎn)變，可持續(xù)發(fā)展觀的提出§

水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展正向“地下水科學(xué)”的轉(zhuǎn)變——www.themegallery.com發(fā)展趨勢Company

Logo

坎兒井

Company

Logowww.themegallery.com地下水的利用——坎兒井，近3000年歷史主

井-廊

道山區(qū)-

山前地下水位灌溉農(nóng)田含

水

層隔水層豎

井0.3

水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展與趨勢——簡況趨勢：

《水文地質(zhì)工程地質(zhì)》05.第1期，51-56，張人權(quán)等n核心課題轉(zhuǎn)移：找水水文地質(zhì)學(xué)→資源

…

→生態(tài)環(huán)境

…n視野擴(kuò)展：含水層

→地下水系統(tǒng)

→水文-生態(tài)環(huán)境

→技術(shù)-社會

系統(tǒng)。n目標(biāo)改變：

由當(dāng)前的問題轉(zhuǎn)向長期的可持續(xù)發(fā)展

…n內(nèi)容擴(kuò)展：

從地下水的水量為主，轉(zhuǎn)向水量與水質(zhì)的研究并

重；從狹義地下水，擴(kuò)大到廣義地下水,乃至地下水圈

…n思路的改變：從求從成生角度，加強過程與機理研究

…n多學(xué)科交叉滲透成為主流：地下水科學(xué)與其它自然科學(xué)以及社

會科學(xué)交叉滲透，以多學(xué)科方式研究與處理問題n服務(wù)方式轉(zhuǎn)變：

…方式發(fā)生了很大改變，如何使水文地質(zhì)工作

w

.t果hem轉(zhuǎn)ega化llery為.com生產(chǎn)力，成為一個急需解決的重大課題

Company

Logowww.themegallery.comCompany

Logov目前任務(wù)：§

正確地預(yù)測在人類活動干預(yù)下地下水的變化§正確地評價、開發(fā)、管理與保護(hù)地下水資源§

保護(hù)與地下水有關(guān)的生態(tài)環(huán)境，成為當(dāng)務(wù)之急§

正確地預(yù)測礦產(chǎn)開發(fā)的地下水問題，避免地下水

害§。。。0.3

水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展與趨勢—任務(wù)城

（地下水）Company

Logowww.themegallery.com預(yù)測地下水的污染與保護(hù)措施§

2005年11月吉林中石化

爆炸，

100余噸硝基笨進(jìn)

入松花江，

導(dǎo)致哈爾濱城

市供水系統(tǒng)癱瘓4天，

11

月27日恢復(fù)供水,市700余萬人經(jīng)歷了用水危機。§

全城380余井，

成為城市供水主源，

市應(yīng)急系統(tǒng)——緊急打井2005.11.26日污染高峰過哈爾濱城市調(diào)用純凈水應(yīng)急www.themegallery.comCompany

Logo防范煤礦特大突水事故—2005年事故特點v2005年，

死亡10人以上事故13起，

總?cè)藬?shù)357人

n同期上升160%、233.6%；

占總特大事故20.5%v鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦水害事故多，

84.6%v老空水是水害的主要水源n

老空透水—

69.2%n

底版透水—

15.4%n

巖溶突水—

15.4%www.themegallery.comCompany

Logo0.4

關(guān)于水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)水文學(xué)（水文地地學(xué)）——水資源的核心課程廣義地說

：

研究地球與水的科學(xué)具體：研究地球上各種水體的形成、循環(huán)和分布，探討水體

的化學(xué)和物理性質(zhì)以及它們對環(huán)境的反應(yīng)，與生物的關(guān)系廣義水文學(xué)分支——基礎(chǔ)理論、應(yīng)用基礎(chǔ)理論——水文學(xué)原理研究對象——河流、湖泊、河口海岸、冰川

，地下水

文學(xué)等應(yīng)

用——工程水文學(xué)，農(nóng)業(yè)、森林、城市、環(huán)境

水文學(xué)等www.themegallery.comCompany

Logo0.5

課程內(nèi)容本課主要內(nèi)容一、水文地質(zhì)學(xué)基本概念概念、名詞與術(shù)語二、水文地質(zhì)學(xué)基本原理地下水形成基本規(guī)律——賦存、分布、運動三、地下水科學(xué)的分析方法微觀——以概念為基礎(chǔ)的分析方法宏觀——地下水系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的綜合分析四、應(yīng)用分析——概念與原理的掌握www.themegallery.comCompany

Logo1、為什么說“水資源”是可再生的資源？2、為什么說“水資源”既有自然屬性，又有社會屬性?！w言結(jié)束思考題

Fundamentals

of

Hydrogeoloy

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)

水文循環(huán)Hydrologic-cycle中國地質(zhì)大學(xué)（武

O）G水O文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)組www.themegallery.comCompany

Logo1.1

水循環(huán)v地球上各部位、各層圈都存在著水v

各部位的水是相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的整體也稱

為水圈──水系統(tǒng)v

自然界的水循環(huán)──§

各部位水的聯(lián)系與轉(zhuǎn)化關(guān)系v水循環(huán)分為：地質(zhì)循環(huán)，水文循環(huán)v

本章重點討論水文循環(huán)自然界水循環(huán)轉(zhuǎn)下頁Company

Logo地質(zhì)循環(huán)與水文循環(huán)關(guān)系示意圖

（據(jù)阿勃拉莫夫）自然界的水循環(huán)www.themegallery.comCompany

Logo1.2

水文循環(huán)

Hydrologic-cycle（1

）定義--（范圍、四個環(huán)節(jié)）§

水文循環(huán)示意圖——環(huán)節(jié)或要素（2

）水文循環(huán)的劃分§循環(huán)路徑不同：大循環(huán)（海-

陸）與小循環(huán)（海-海，陸-

陸）§時空尺度不同：全球水文循環(huán)，流域水文循環(huán)，水-土-生系統(tǒng)水文循環(huán)（3）水文循環(huán)的運動規(guī)律§

海洋的蒸發(fā)量大于降水量§

陸地的降水量大于蒸發(fā)量§

大陸輸入水汽量與輸出水量基本平衡水文循環(huán)-環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)下頁Logo水文循環(huán)尺度——全球、流域

（區(qū)域）、

水-土-生思考：

水文循環(huán)發(fā)生的動力條件是什么？

Company水文循環(huán)示意圖徑流蒸發(fā)

降水水汽輸送蒸發(fā)降水水汽輸送入滲www.themegallery.comCompany

Logo1.3

水量平衡

Water

balance1.3.1

通用水量平衡方程（1

）水文學(xué)（水文地質(zhì)學(xué)）研究的基本原理物質(zhì)不滅（質(zhì)量）、

能量守恒定律為基本原理（2

）通用水量平衡方程：區(qū)域—段—要素

I

=

O

+

(W1

--

W2)

=

O

+

△W其中，I

：時段內(nèi)輸入?yún)^(qū)域的各種水量之和O

：時段內(nèi)輸出區(qū)域的各種水量之和△W

=W1

-W2

：

區(qū)域內(nèi)時段始末的儲水量不同區(qū)域、不同研究對象可以寫出具體的水量平衡方程式www.themegallery.comCompany

Logo流

域

面

積（

%

）56.726.510.5363.7636.241

0

0降

水

量（

mm）9187393578961646

2

9蒸

發(fā)

量（

mm）527220.4141.1492.6130.23

5

9

.

5徑

流

量（

mm）391518.6215.9403.433.82

6

9

.

5外

太平洋流

印度洋

河

北冰洋

域

總計內(nèi)

流

河

域全

國

合

計思考并總結(jié)我國水量平衡特點1.3.2

我國水量平衡河

流中國水系www.themegallery.comCompany

Logo中

國

水

系印度洋流域太平洋流域內(nèi)流區(qū)域北冰洋流域年水量（km3）11000047000630009000900045800047000505000577000577000年水深（mm）9243955293003001270130140011301130Company

Logo水量平衡要素降水量徑流量蒸發(fā)量降水量蒸發(fā)量降水量徑流量蒸發(fā)量降水量蒸發(fā)量思考并總結(jié)全球水量平衡特點www.themegallery.com分區(qū)外流區(qū)內(nèi)流河域世界海洋全球1.3.3

全球水量平衡Company

Logowww.themegallery.com1.4

水文循環(huán)的作用水文循環(huán)的作用：通過循環(huán)—水的質(zhì)量得以凈化、水的數(shù)量得以再生水資源不斷更新與再生，可以保證在其再生速度

水平上的永續(xù)利用──也是可持續(xù)發(fā)展保證1.5

影響水文循環(huán)的因素—

自學(xué)§

氣象因素§

自然地理條件§

人類活動等結(jié)果：有利于蒸發(fā)，不利于徑流，促進(jìn)內(nèi)陸水文循環(huán)Company

Logowww.themegallery.com從水文循環(huán)角度看《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)》相關(guān)學(xué)科v從水文循環(huán)來看，地球上的水資源是個整體，研究地下

水科學(xué)需要與相關(guān)學(xué)科相結(jié)合地質(zhì)學(xué)（普通）、第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、

自然地理學(xué)《陸地水文學(xué)》、

《水文氣象學(xué)》等相關(guān)知識參考v與工程應(yīng)用角度《水資源開發(fā)工程》、

《土質(zhì)土力學(xué)》等v后續(xù)課程《地下水動力學(xué)》《水文地球化學(xué)》《水資源開發(fā)與保

護(hù)》等基礎(chǔ)類、應(yīng)用類和技術(shù)方法類課程www.themegallery.com思考題（1

）水文循環(huán)的內(nèi)、外因是什么？（2

）為什么稱水資源為可再生資源，可再生的水資源是

取之不盡的嗎？（3）舉例說明人類活動對“水文循環(huán)”產(chǎn)生的影響。（4

）研究一個地區(qū)水量平衡有何意義？第一章結(jié)束Company

LogoFundamentals

of

Hydrogeoloy

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)

巖石中的空隙與水The

Interstices

and

Water

in

Rocks中國地質(zhì)大學(xué)（武

O）G水O文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)組www.themegallery.comCompany

Logo2.1

巖石中的空隙l

巖石——水文地質(zhì)學(xué)中指堅硬的巖石及松散的土層l空隙——巖、土中各種類型的空洞的總稱空

隙—

是地

下

水

賦存場所（

places

）和運移通道

（conduits）空隙分為1.

孔隙（pore）--unconsolidated

soil--

（第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)）2.

裂隙（fissure）--

hard

rock

（構(gòu)造地質(zhì)學(xué)）3.

溶穴（cavity）--

dissoluble

rock

--

（巖溶地貌學(xué)）《工程地質(zhì)學(xué)》是從土層的物理力學(xué)指標(biāo)（性能）來

討論，如土的壓縮性或強度變形。下面以孔隙為例，討論描述空隙特征的有關(guān)概念，參數(shù)（指標(biāo)）和分析方法。2.1.1

孔隙孔隙（pore,

void）土體孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形狀，連通與分布

松散土體宏觀上可以分為2大類：砂性土與粘性土類1、砂礫石孔隙大小及其影響因素v

試樣

a—礫石(模型)，試樣b—砂土樣品，試樣c—砂礫混合樣品

？

提問：試樣a與b構(gòu)成的孔隙哪種大？哪種小？顆粒大小-有關(guān)？v

簡單歸納砂礫石土孔隙大小與什么有關(guān)？顆粒大小

、

排列——立方體或四面體

、

分選

、

膠結(jié)與

充填等v孔隙大小特征的描述：孔喉

(d)

d=0.414D孔腹

(d’)

d’=0.732Dwww.themega(l上lery述com為：立方體排列的理想等徑園球顆粒）

Company

Logoa—礫石(模型)www.themegallery.com孔隙與粒徑關(guān)系c—砂礫混Co合mp

品Logoany樣b—砂土樣品洪積物含量%沙

丘松散砂礫石孔隙大小與分選的關(guān)系—好、壞？粒徑

mmwww.themegallery.comCompany

Logo黃

土dD立方體排列四面體

ny

LogoCompa排列立方體排列與四面體排列www.themegallery.comDdLogov

？問：孔隙度的大小與什么有關(guān)？——與顆粒大小有關(guān)？a.

與排列有關(guān)——緊密與疏松理想最疏松孔隙為47.64%，最緊密排列孔隙為25.95%。b.

與分選有關(guān)——下面試樣哪個孔隙度大？哪個?。吭嚇樱孩俚[石

②砂石

③混合樣v完全混合試樣時，孔隙度

n混=n礫

×n砂

（請自己推導(dǎo)證明）v影響孔隙度大小的主要因素是試樣的分選程度。

Company2.1.1

孔隙2、砂礫石的孔隙度（

porosity）及其影響因素

孔隙度是描述松散巖石中孔隙多少的指標(biāo)v定義：某一體積巖石（包括顆粒骨架與空隙在內(nèi)）中孔隙體積所占

的比例。通常用

n

表示′

100

%=nTnVVCompany

Logowww.themegallery.com不同顆粒大小的試樣——孔隙度？Company

Logowww.themegallery.com2.1.1

孔隙v

自然界中松散巖石的孔隙度與上述討論的還有些不同

P17表2-1表2--1

松散巖石孔隙度參考數(shù)值巖石名稱礫石砂粉砂粘土孔隙度25-40%25-50%35-50%40-70%v矛盾之一：與粒徑的關(guān)系不是愈大則愈大？v矛盾之二：孔隙度超過最疏松排列的47.64%—

達(dá)到70%www.themegallery.comCompany

Logo2.1.1

孔隙——粘土3、粘性土的孔隙與孔隙度v粘土顆粒?

粘性土是指土體顆粒

＜0.005mm

的直徑?

“粘性土由于顆粒細(xì)小，比表面積大，連結(jié)力強?粘粒在懸浮

推移

互相接觸時，就會連結(jié)起來

形成粘粒團(tuán)”?細(xì)小粘粒集合（團(tuán)）構(gòu)成（稱為）顆粒集合體。?集合體與集合體結(jié)合構(gòu)成粘性土的沉積結(jié)構(gòu)特征v粘土孔隙粘性土如同海綿、峰窩或絮狀結(jié)構(gòu)?

結(jié)構(gòu)孔隙——集合體與集合體、粘粒與粘粒之間?

次生孔隙——蟲孔、根系孔、裂隙裂痕等Company

Logo

×2000蒙脫石、片狀粘土礦物——淤泥粘土www.themegallery.comCompany

Logo×36×240粘性土的結(jié)構(gòu)，不同比例電鏡掃描片×800松散孔隙

|

粘土

孔隙

|

裂隙溶隙www.themegallery.comCompany

Logowww.themegallery.comCompany

Logo2.1.2

裂隙裂隙

（

fissure

fracture

）固結(jié)的堅硬巖石中，一般僅殘存很小部分孔隙，而存

在有各種內(nèi)外力作用下產(chǎn)生的裂縫（縫隙）風(fēng)化（卸荷）裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙§裂隙：空間形態(tài)是兩向延伸長，橫向延伸短的“餅狀”空隙

單個裂隙是孤立的§裂隙巖體：從水的賦存與運移角度來看，裂隙的描述包括：1)

裂隙的連通性（組數(shù)、產(chǎn)狀、長度和密度）2)

張開性（裂隙寬度）3)

裂隙率等www.themegallery.comCompany

Logo風(fēng)化（卸荷）裂隙、

成巖裂隙、

構(gòu)造裂隙www.themegallery.comCompany

Logo砂巖巖芯中的空隙Company

Logo2.1.3

溶穴溶穴（solution

cavity）

cavern§

在裂隙基礎(chǔ)，水流對可溶巖進(jìn)一步作用的結(jié)果

——是擴(kuò)大了的裂隙溶穴：溶蝕的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等§

巖溶巖體：要描述裂隙特征及巖溶發(fā)育特征

（裂隙+溶洞）1）巖溶發(fā)育方向2）溶蝕率--鉆孔巖溶發(fā)育程度3）溶洞（方向、規(guī)模等）www.themegallery.com2.1.4

空隙特征的對比空隙特征的比較v含水介質(zhì)——由各類空隙所構(gòu)成的巖石稱為含水介質(zhì)，也稱為

介質(zhì)場。含水介質(zhì)的空間分布與連通特征（孔隙含水介質(zhì)、裂

隙含水介質(zhì)、溶質(zhì)含水介質(zhì)）是不同的，三種主要類型的含水

介質(zhì)比較：v連

通

性—

孔隙介質(zhì)最好，其它較差v空間分布—孔隙介質(zhì)分布最均勻，裂隙不均勻，溶穴極不均勻孔隙大小均勻，裂隙大小懸殊，溶穴極懸殊v空隙比率—孔隙介質(zhì)最大，裂隙最小v空隙滲透性—孔隙介質(zhì)-各向同性，裂隙與溶穴-各向異性造成

空隙介質(zhì)上述差異的主要原因：沉積物形成和空隙形成的環(huán)境

Company

Logowww.themegallery.com巖石中的空隙——思考題v思考題：1）什么叫孔隙度？孔隙度大與孔隙大有區(qū)別嗎？2）粘性土孔隙度大——是含水層嗎

？3）試總結(jié)砂礫類土體的孔隙形狀特點，并加以概化

（圖示）。3）堅硬的花崗巖、砂巖、灰?guī)r的空隙特征有何異同

點

？（可以通過查閱資料和文獻(xiàn)回答）第一節(jié)

結(jié)束Company

Logo第二章

Fundamentals

of

Hydrogeoloy

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)

巖石中的空隙與水（下）The

Interstices

and

Water

in

Rocks中國地質(zhì)大學(xué)（武

O）G水O文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)組www.themegallery.comCompany

Logo2.2

空隙中的水存在形式：氣態(tài)

固態(tài)

液態(tài)設(shè)想實驗：材料（玻璃珠子、細(xì)管）+水（水杯）（1）2個玻璃珠子之間滴上幾滴水，接觸部位就會有所殘留水（2）在飽水試樣中取1顆和2個顆粒，顆粒和顆?？紫堕g的水？（3）將玻璃細(xì)管插入水中，取出，管中殘留水？

通過上述3例及圖示→空隙中水的存在形式：結(jié)合水——（absorbed

water,

bound

water）

重力水——（gravitational

water;bulk

water）

毛細(xì)水——（capillary

water）表面引力—服從庫侖定律，隨固體表面的距離加大而減弱v性質(zhì)結(jié)合水具有固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì)；即自身重力作用下

不能運動，在外力作用下能夠移動（運動）及變形v意義只要有固相表面就存在結(jié)合水

，存在范圍廣，其量很小

（結(jié)合水膜很?。?，當(dāng)孔隙直徑小于2倍結(jié)合水膜厚度時，

孔隙中只含有不能自由運動的結(jié)合水（又稱無效空間）重力水

Company

Logo2.2.1

結(jié)合水結(jié)合水（absorbed

water,

bound

water）v定義附著于固體表面，在自身重力下不能運動的水即結(jié)合水具有一定的抗剪強度？抗剪強度的產(chǎn)生與大小與什么有關(guān)結(jié)合水與重力水www.themegallery.comCompany

Logo結(jié)合水與重力水www.themegallery.com表面引力—服從庫侖定律，隨固體表面的距離加大而減

mpany

Logo結(jié)合水與重力水結(jié)合水§

無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態(tài)水的特征v地層內(nèi)巖石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通過泉，

或井流出（抽出）v

重力水是水文地質(zhì)學(xué)研究的主要對象，也是勘察的主要對象

Company

Logo2.2.2

重力水重力水（gravitational

water;

bulk

water）v

遠(yuǎn)離固相表面，水分子受固相表面吸引力的影響極其微弱，

主要受重力影響。重力影響下可以自由運動結(jié)合水與重力水www.themegallery.comCompany

Logo2.2.3

毛細(xì)水毛細(xì)水（capillary

water）1、基本概念v毛細(xì)現(xiàn)象：①

根據(jù)細(xì)小管插入水中，水上升至一定高度停下來②

在土層中挖個洞，在洞內(nèi)放個接滲皿，能否接到水？

—北方地窖，陜北的窯洞v毛細(xì)力：毛細(xì)水：受到表面吸引力，重力，還有另一種力—稱毛

細(xì)力的作用，產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象我們可以把毛細(xì)力歸納為3點：空隙中的水毛細(xì)水毛細(xì)水www.themegallery.comCompany

Logo毛細(xì)水，孔角毛細(xì)水Company

Logo思考：1.

上細(xì)下粗土層，滴水，水停留在何處？www.them

.alle

層中挖平洞，下大雨后，洞內(nèi)能否接到水？om土ry

c黃eg2毛細(xì)水滴水

下雨器皿礫石黃土砂土Company

Logo一根毛細(xì)管子，管徑越小，毛細(xì)力越大；反之亦然毛細(xì)力大，毛細(xì)上升高度也越大www.themegallery.com2.2.3

毛細(xì)水毛細(xì)力：n毛細(xì)力的產(chǎn)生：是在三相界面上內(nèi)彎液面引起——液面彎曲產(chǎn)生的n毛細(xì)力的方向：作用方向始終指向彎曲液面的凹例

凹凸彎液面是指相對于液相一側(cè)而言的凹形彎液面—

負(fù)的毛細(xì)壓強（

negative）如同真空吸力

凸形彎液面—

正的毛細(xì)壓強（positive）n毛細(xì)力的大?。好?xì)力大小與彎液面的曲率成正比（

曲率大,毛細(xì)力大;曲

率小，毛細(xì)力?。┟?xì)水小結(jié)Company

Logo2.2.3

毛細(xì)水2、毛細(xì)水的存在形式（states

forms）在巖石空隙中，毛細(xì)水的存在形式可分為三種：支持與懸掛毛細(xì)水

a)

支持毛細(xì)水（supporting

capillary

water

）在地下水面支持下存在的（附著水面上的）

，隨地下水升降而升

降。上升高度與水面上部的巖石孔隙性質(zhì)有關(guān)b)

懸掛毛細(xì)水（suspension

capillary

water

）脫離水面，巖石細(xì)小孔隙中保留的水分，稱為懸掛毛細(xì)水

上粗下細(xì)或上細(xì)下粗砂礫試樣的例子。？懸掛毛細(xì)水的高度思考：一個等徑園管，如果支持毛細(xì)水高度為hc，懸掛毛細(xì)水高度？c)

孔角毛細(xì)水（觸點毛細(xì)水）（corner

water,

contiguity

water?）

孔角毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水是不同——？懸掛毛細(xì)水似串珠狀且連續(xù)分布的，www.themegallery.com孔角毛細(xì)水是孤立的www.themegallery.comCompany

Logo支持毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水地

下

水

位

下

降小結(jié)巖石空隙中的水——有三種存在形式三種形式的水有差異——與受力狀態(tài)有關(guān)自己總結(jié)、比較——加深理解____有比較就會有記憶Company

Logowww.themegallery.com2.2

空隙中的水——小結(jié)第二節(jié)

空隙中的水

結(jié)束www.themegallery.comCompany

Logo2.3

巖石的水理性質(zhì)v巖石（包括骨架與空隙在內(nèi)的總稱）水理性質(zhì)：就水文地質(zhì)學(xué)主要涉及是與水分儲容、釋出與運

移有關(guān)的性質(zhì)

包括：一、容水度和孔隙度（porosity）

（反映巖石最大含水能力）孔隙度——n;

容水度——nr

？兩者有何關(guān)系?

巖石完全飽水時，所能容納的最大水體積與巖石總體積之比二、含水量（water

content）__w?

巖石樣實際保留水分的狀況，（是某巖樣某時的含水狀態(tài)）

又稱巖石的天然含水量三、持水度（specific

retention）__Sr巖石的持水能力——最大保持水分的能力?

巖石的持水量（持水體積）與巖石總體積之比2.3

巖石的水理性質(zhì)四、給水度（specific

yield）——m

(me

md)(water

drained

from

soil

under

gravity

flow)1、定義：當(dāng)?shù)叵滤幌陆狄粋€單位高度時，單位水平面積巖石

柱體，在重力作用下釋放出來的水體積，稱為給水度當(dāng)水位下降一個單位，土層孔隙中是否所有的水都流出

來？在土層中會保留什么形式的水？www.t結(jié)hem

膜com)，孔角毛細(xì)水，有時懸掛毛細(xì)水與支持毛細(xì)水Company

Logoaller水eg合均質(zhì)土包氣帶水分分布′

100

%m

=VVw總www.themegallery.comCompany

Logo均質(zhì)土包氣帶水分分布m

=

ws

-w0www.themegallery.com2.3

巖石的水理性質(zhì)2

、影響給水度——μ值的因素？礫石、粗砂、細(xì)砂、砂礫混合樣相比較，哪種樣給水度大

a)

巖性：空隙大的樣品，給水度大，

μ≈n?礫

＞粗砂

＞…

＞粉砂——（與粒徑有關(guān)）?顆粒細(xì)小者，比表面積大，結(jié)合水與孔角毛細(xì)水殘留多，除巖性

外，同一巖層中其它原因也可造成

μ不同，為什么？b)

地下水位初始埋深（H0）?

當(dāng)?shù)叵滤怀跏悸裆畲笥谥С置?xì)水帶高度時H0

＞＞

hc

,可達(dá)最大

μ值?H0＜＜

hc

時，地下水位下降1個高度時，原重力水大多轉(zhuǎn)化為支持

毛細(xì)水，土層給水量大大降低，

μ變小。?土層含水量曲線分析：當(dāng)水位埋深足夠大時，土層給水度不發(fā)生變

化（為定值），此時給水度—也是最大理論給水度m

=

n

-

Sr其他影響因素Company

Logowww.themegallery.comCompany

Logo給水度與地下水位埋深的關(guān)系www.themegallery.comCompany

Logo2.3

巖石的水理性質(zhì)四、給水度——2、影響μ值的因素c)

與地下水位下降速度有關(guān)§

地下水位下降快慢會影響到

μ

的大小

——

（下降快μ<

μ理、下降慢μ→

μ理）這是因為釋水滯后，而導(dǎo)致的釋水減量d)

土層結(jié)構(gòu)§

均質(zhì)土特征與上述討論一致§巖土層為層狀非均質(zhì)土?xí)r，往往會影響μ值，§多層狀土的特征而言，上粗下細(xì)，上細(xì)下粗結(jié)構(gòu)影響

是不同的。www.themegallery.comCompany

Logo給水度小結(jié)給水度小結(jié)——野外實際測定時：§

均值土

，當(dāng)?shù)叵滤怀跏悸裆畲笥趆c

，降速緩

慢，

μ=

ωS-

ω0§初始埋深小于hc

時，埋深愈淺，

μ

↓§

水位降速愈快，

μ

↓§一般而言，層狀土

μ小于均值土。結(jié)合實驗課——設(shè)計研究給水度的影響因素與確定方法Company

Logowww.themegallery.com2.3

巖石的水理性質(zhì)五、透水性（permeability）

——（先自學(xué)一下）反映巖土透過水的能力后續(xù)講“地下水的運動”時再討論巖石空隙直徑越大—透水能力越強—透水性越好！第二章

結(jié)束Fundamentals

of

Hydrogeoloy

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)

地下水的賦存The

Occurrence

of

G.W中國地質(zhì)大學(xué)（武

O）G水O文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)組3.1

包氣帶與飽水帶一、包氣帶與飽水帶的劃分

地下水面（水位）：地下一定深度巖石中的空隙被重力水所充滿，形成一個自由水面，以海拔高度表示稱之地下水位（一般通過打井，地下開挖來確定）www.themegallery.comCompany

Logo包氣帶與飽水帶www.themegallery.comCompany

Logo包

氣

帶

與

飽

水

帶地下水位Company

Logo3.

1.2

包氣帶包氣帶（zone

of

aeration

or

zone

of

unsaturation）v特點：

①巖石空隙未被水充滿②是固、液、氣三相介質(zhì)并存介質(zhì)v水的存在形式（多樣）結(jié)合水、毛細(xì)水（各種）、

重力水、氣態(tài)水v包氣帶水的垂直分帶

土壤水帶，中間帶（過渡帶）支持毛細(xì)水帶，毛細(xì)飽和水帶包氣帶是飽水帶中地下水參與水文循環(huán)的一個重要通道；“重力

水”通過包氣帶獲得降水、地表水的入滲補給（補充）

，部分水又通過包氣帶將水分傳輸，蒸發(fā)

，消耗出去。www.themegallery.com3.

1.3

飽水帶飽水帶（saturation

zone）v巖石空隙被水完全充滿

→是二相介質(zhì)（固相+液相水）v空隙中水的存在形式：①重力水

②結(jié)合水§

重力水：連續(xù)分布（孔隙是連通）→傳遞壓力→在水

頭差作用下，地下水（空隙中的水）可以連續(xù)運動?！?/p>

地下開挖，坑道，巷道，基坑，打井在此帶均有重

力水涌出來！www.themegallery.comCompany

Logo3.2

含水層

隔水層

弱透水層含水系統(tǒng)一、基本概念飽水巖層中，根據(jù)巖層給水與透水能力而進(jìn)行的劃分

v含水層（Aquifer）：是能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層—各類砂土，砂巖等v隔水層（Aquifuge)：不能透過與給出水或透過與給出的水量微不足道的巖

層——裂隙不發(fā)育的基巖、頁巖、板巖、粘土（致密）v弱透水層（Aquitard）：滲透性很差，給出的水量微不足道，但在較大水力梯度

作用下，具有一定的透水能力的巖層——各種粘土，泥

Company

Logo質(zhì)粉砂巖Company

Logowww.themegallery.com3.2.2

概念的相對性定義中的模糊概念—“相當(dāng)水量，微不足道，較大水力梯度”等嚴(yán)格的“是與非”的邏輯思維，在很多情況下是相對的和模糊的

概念相對性的意義：v

從實際應(yīng)用角度來看劃分的相對的性——相當(dāng)水量滿足需要就可以了。如在某處一口井出水量80m3/d，作為1萬人的

供水，非含水層；作為飲料廠、裝瓶生產(chǎn)則為含水層。又如一個小

泉水流量0.11/s

≈8.6m3/d，大廠——非，村用——是。v

從理論意義來看——微不足道

微不足道，有時空尺度的制約。§

如華北平原早期地下水開采就是典型的例子，深層水與淺層水

的開采有一粘土隔水層；后開采深層，水量大，水位降低快，

淺層水向深層“越流”--粘土層成為“透水層”?！?/p>

現(xiàn)在進(jìn)行水文地質(zhì)計算、模擬時，不再簡單二分了，而是用模

糊學(xué)的研究方法

，給個隸屬度1

，0之間，可以為

0.8,0.7,…

0.3,表示“透水性”？www.themegallery.comCompany

Logo5

4

3

2

1時

間

的

相

對

性③④①②www.themegallery.comCompany

Logo3.2.3

含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)—Groundwater

aquifer

system地下水含水系統(tǒng)：v是指由隔水或相對隔水巖層圈閉的，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系

的含水巖系v含水系統(tǒng)：包含多個含水層和弱透水層，或局部隔水層v含水系統(tǒng)：可以進(jìn)行子系統(tǒng)劃分v含水系統(tǒng)的定義是從大的空間尺度研究含水層、隔水層、

與弱透水層的組合關(guān)系，是從地質(zhì)成因角度對巖層的水

文地質(zhì)特征進(jìn)行劃分的分析方法(或給出的概念)含水系統(tǒng)的劃分Company

Logowww.themegallery.com含水系統(tǒng)層次劃分—系統(tǒng)與子系統(tǒng)ABCompany

Logowww.themegallery.com沖洪積平原地下水含水系統(tǒng)傾斜平原區(qū)低平原丘陵3.3

地下水分類v

廣義地下水：地表以下巖石空隙中的水(包氣帶、飽水帶中的水)

subsurface-water,under

groundwater,

groundwaterv狹義地下水：地表以下飽水帶巖層空隙中的水—重力水v

地下水分類：主要依據(jù)——含水介質(zhì)的類型（賦存空間）

埋藏條件（賦存部位）v表3-1含水介質(zhì)三類，埋藏三分，組合共分為9類包氣帶潛水www.t承hem壓ega水llery.com上層滯水巖溶潛水巖溶承C壓omp水a(chǎn)ny

Logo上層滯水孔隙潛水孔隙承壓水上層滯水裂隙潛水裂隙承壓水裂隙水孔隙水巖溶水www.themegallery.comCompany

Logo潛水(b)、承壓水(c)、上層滯水(a)a

bc3.4

潛水與潛水含水層3.4.1

潛水與潛水含水層概念v潛水：§

地表以下，第一個具有自由表面的穩(wěn)定含水層中的

水自由表面—

即設(shè)有隔水層限制，與大氣直接相通，

除大氣壓強外不受其它力。穩(wěn)定—

具有一定的空間連續(xù)性（

范圍）以示區(qū)分上

層滯水v潛水含水層§

賦存潛水的巖層屋建筑時的基坑排水，大堤堤角處的散浸滲漏（潛水）

Company

Logo二、基本要素（專業(yè)術(shù)語）v

潛水面

(water

table)v

潛水位

(water

level

)v

潛水含水層-v

含水層厚度-v

潛水埋深-www.themegallery.comCompany

Logo3.4

潛水與潛水含水層

潛水要素圖

21-潛水含水層

2-隔水層

3、4

潛水面

潛水位

M-含水層厚度

www.themegaDll

o

埋深

5-大氣降水入滲

6-蒸發(fā)

7-流向

8-泉Company

Logoer-3487潛水與潛水含水層圖56MD1Company

Logo實習(xí)一：編制潛水等水位線圖www.themegallery.com3.4

潛水與潛水含水層三、主要特征—學(xué)習(xí)P30~31,總結(jié)v補給(來源)：降水入滲，河湖入滲v排泄(匯)：泉，（河）泄流，蒸發(fā)補給或排泄通過含水層厚度變化而儲水與釋水！

v動態(tài)：受氣象，水文因素影響明顯，變化快（水量、水位季節(jié)性變化）受人為因素影響也顯著，易污染v水循環(huán)交替迅速：水循環(huán)周期短，更新恢復(fù)快v潛水研究基本方法—繪制潛水等水位線圖—

獲取信息-資料的手段——調(diào)查、勘探，分析www.themegallery.comCompany

Logo某地潛水等水位線圖（平面）河流河流3.5

承壓水與承壓含水層

Confined

aquifer一、承壓水定義充滿于2個隔水層（或弱透水層）之間的含水層中的水，

稱之。（圖

P31

，圖3-6）二、基本要素與特征①

承壓含水層；②

隔水頂板；③

隔水底板；

承壓水要素④

承壓含水層厚度（

H）；

⑤

埋深（

D）⑥

測壓水位線（面）：測壓水位線的連線（面）—此線

是虛擬的（如圖有壓管）⑦

承壓高度；⑧

補給區(qū)；⑨

承壓區(qū)；⑩

排泄區(qū)⑾

自溢區(qū)—測壓水位線與地形等高線的交點連接區(qū)ww

th制eme一gall張ery承com壓含水層的等測壓水位線圖（加地形等高線）Company

Logo⑾自溢區(qū)www.themegallery.comCompany

Logo基巖自流盆地中的承壓水①承壓含水層②隔水頂板③隔水底板④承壓含水層

厚度（M）⑤埋深（D）⑥測壓水位線

（面）：⑦承壓高度-H⑧補給區(qū)⑨承壓區(qū)⑩排泄區(qū)www.themegallery.comCompany

Logo3.5

承壓水與承壓含水層v特征：補給與排泄有限區(qū)域與外界聯(lián)系，水循環(huán)遲緩些，水交替慢，平均滯留

時間長（年齡老或長）——恢復(fù)性差水化學(xué)變化較大，礦化度一般要高點，可以保留“古老”的水動態(tài)要穩(wěn)定些，如果分布面積大，厚度穩(wěn)定—則調(diào)節(jié)能力很強v問題？承壓含水層的變化：在儲水與釋水時

，含水層厚

度是不變的，承壓含水層的儲水與釋水是如何進(jìn)行的？！Company

Logo3.5.3

承壓含水層的儲水與釋水承壓含水層的儲水與釋水v彈性給水度

μe§

承壓含水層中當(dāng)測壓水位下降(或上升)1個單位，單位水平

面積含水層較體所釋放(或儲存)的水量v測壓水位降低導(dǎo)致1)

含水層孔隙中水的壓力降低—水體積膨脹釋水，水的膨脹系

數(shù)約為

1/200002)

孔隙水壓力降低，巖層顆粒間承受壓力增加—骨架被壓縮?顆粒不變—骨架壓縮

=

空隙體積減?。ㄅ帕懈淖儯l(fā)生釋水（擠出來）水v這兩部水很有限，所以

μe

很小

；www.the

μd相比要

小10-1

~

10-3m給水度co力llery重mega與v從理論上來看：§

彈性給水度是可以恢復(fù)的§

實際上彈性是有限恢復(fù)的§

越過含水層彈性范圍

（限定）

，

將產(chǎn)生一次性的

變形—

即永久性不可恢復(fù)的變形§

最終導(dǎo)致含水層的彈性給水與釋水能力降低Company

Logowww.themegallery.com承壓含水層的彈性給水度Company

Logo3.5.4

潛水與承壓水的相互轉(zhuǎn)化v在自然或?qū)嶋H條件下，潛水與承壓水的劃分也是

相對的v在復(fù)雜條件下，很難將某些含水層中的水劃定為

潛水或承壓水v幾個例子：§

山區(qū)基巖互層§

一個

較厚的含水層§

一個封閉的含水層—潛水？?

開采前—潛水含水層?

開采后—承壓含水層www.themegallery.com開采潛水與承壓水的轉(zhuǎn)化www.themegallery.comCompany

Logo例：潛水與承壓水的轉(zhuǎn)化3.5

承壓水與承壓含水層介紹內(nèi)容——上層滯水（perchedwater）—要求自學(xué)P35

這是包氣帶中唯一有實際利用價值的重力水v前第一、二、三章，是水文地質(zhì)學(xué)中常用的基本概念和

術(shù)語，要求掌握v后幾章將著重介紹一些基本理論與方法v有關(guān)地下水運動的內(nèi)容，請參考學(xué)習(xí)《水力學(xué)》中有關(guān)

水頭、水力梯度的概念。第三章結(jié)束

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上層滯水

Fundamentals

of

Hydrogeoloy

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)

地下水的運動The

movement

of

G.W中國地質(zhì)大學(xué)（武

O）G水O文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)組第四章

地下水的運動v滲流——地下水在巖石空隙中的運動稱為滲流§地下水滲流—遵循水力學(xué)基本原理（復(fù)習(xí)）§差異—?水力學(xué)研究水在管、渠——明流?多孔介質(zhì)，空隙細(xì)小，水流很緩慢——滲流?從流態(tài)來看—地下水多為層流（除巖溶管道外）

層流——紊流?

側(cè)重穩(wěn)定流——

（不討論非穩(wěn)定流）Company

Logowww.themegallery.comwww.themegallery.comCompany

Logo4.1達(dá)西定律（Darcy’s

law）達(dá)西定律—線性滲透定律（