大學課件-水文地質(zhì)學基礎(全套)

第二章巖石中的空隙與水

TheIntersticesandWaterinRocks主講教師：張衛(wèi)民FundamentalsofHydrogeoloy

水文地質(zhì)學基礎（上）CompanyLogo2.1巖石中的空隙2.2巖石空隙中的水

2.3巖石的水理性質(zhì)本章內(nèi)容CompanyLogo2.1巖石中的空隙

巖石——水文地質(zhì)學中指堅硬的巖石及松散的土層

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）空隙類型孔隙（pore）--松散土層（unconsolidatedsoil）

裂隙（fissure）--堅硬巖石（hardrock）溶穴（cavity）--可溶巖石（dissolublerock）下面討論描述空隙特征的有關概念，參數(shù)（指標）和分析方法。CompanyLogo

孔隙（pore）指松散巖石顆?；蝾w粒集合體之間的空隙。

孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形狀，連通與分布1、砂礫石孔隙大小及其影響因素

孔隙大小與顆粒大小關系？試樣a—礫石樣品，b—砂土樣品，c—砂礫混合樣品提問：試樣a與b構成的孔隙哪種大？哪種?。?/p>

孔隙大小與顆粒排列關系——立方體、四面體孔隙大小特征的描述：孔喉d=0.414D（立方體）

孔喉d=0.155D（六面體）(上述為：理想的等粒球排列）孔喉和孔腹？總結：砂礫石孔隙大小主要取決于顆粒大小與排列情況2.1.1孔隙CompanyLogoa—礫石(模型)b—砂土樣品c—砂礫混合樣品孔隙與粒徑關系CompanyLogo立方體排列與四面體排列D

dDd立方體排列四面體排列d′CompanyLogo2.1.1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定義：指某一體積巖石（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

？問：孔隙度的大小與什么有關？

——與顆粒大小有關？a.與排列方式有關——緊密與疏松

理想最疏松孔隙度為47.64%(立方體排列)緊密排列孔隙度為25.95%（四面體排列）。b.與分選程度有關——下面試樣哪個孔隙度大？哪個?。?/p>

試樣：①礫石②砂石③混合樣CompanyLogo不同顆粒大小的試樣——孔隙度？三種顆粒直徑不同的等粒巖石，排列方式相同時，孔隙度完全相同。CompanyLogo2.1.1孔隙2、砂礫石的孔隙度（porosity）及其影響因素

完全混合試樣：孔隙度n混=n礫×n砂（請自己推導證明）具體指當某種巖石由兩種大小不等的顆粒組成，且粗大顆粒之間的孔隙，完全為細小顆粒所充填時，則此巖石的孔隙度等于由粗粒和細粒單獨組成時的巖石的孔隙度的乘積。

總結

影響砂礫石孔隙度大小的主要因素是顆粒的分選程度及排列情況。顆粒形狀、膠結與充填也會影響孔隙度。

顆粒形狀愈不規(guī)則，孔隙度愈大。分選程度差，顆粒大小愈懸殊，孔隙度愈小。CompanyLogo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

矛盾之一：與粒徑的關系不是愈大則愈大？矛盾之二：孔隙度超過最疏松排列的47.64%—

達到70%2.1.1孔隙CompanyLogo3、粘性土的孔隙與孔隙度粘土顆粒粘性土是指土體顆粒＜0.005mm的直徑“粘性土由于顆粒細小，比表面積大，連結力強粘粒在懸浮推移互相接觸時，就會連結起來形成粘粒團”細小粘粒集合（團）構成（稱為）顆粒集合體。集合體與集合體結合構成粘性土的沉積結構特征粘土孔隙：孔隙大小除與顆粒大小及排列有關，還與結構孔隙、次生孔隙有關?？紫抖瓤梢猿^最大理論孔隙度？粘性土如同海綿、峰窩或絮狀結構結構孔隙——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2.1.1孔隙CompanyLogo蒙脫石、片狀粘土礦物——淤泥粘土×2000CompanyLogo×36×240×800粘性土的結構，不同比例電鏡掃描片CompanyLogo松散孔隙|粘土孔隙|裂隙溶隙CompanyLogo裂隙（fissurefracture）固結的堅硬巖石中，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）

裂隙類型：風化（卸荷）裂隙、成巖裂隙、構造裂隙裂隙形態(tài)：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描述：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2.1.2裂隙CompanyLogo風化（卸荷）裂隙、成巖裂隙、構造裂隙CompanyLogo砂巖巖芯中的孔隙CompanyLogo裂隙率裂隙多少用裂隙率表示，有如下三種：①體裂隙率（KV）：一般用于室內(nèi)測定

式中：VV

裂隙體積；V包含裂隙在內(nèi)的巖石體積。②線裂隙率KL

：一般用于野外測定指與裂隙走向垂直方向上單位長度內(nèi)裂隙所占的比例。式中：bi：沿裂隙走向方向第i條裂隙的寬度L：與裂隙走向垂直方向上代表性測量線段的長度2.1.2裂隙CompanyLogo裂隙率裂隙多少用裂隙率表示，有如下三種：③面裂隙率（Ka）：一般用于野外測定指單位面積巖石上裂隙所占的比例。

式中：F：代表性露頭地段巖石面積bi：第i條裂隙寬度

Li：第i條裂隙長度2.1.2裂隙CompanyLogo溶穴（cavity）cavern在裂隙基礎，水流對可溶巖進一步作用的結果

——是擴大了的裂隙溶穴：是溶蝕的裂隙，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）2.1.3溶穴CompanyLogo溶穴（cavity）cavern巖溶率Kk

：為溶穴的體積（VK

）與包括溶穴在內(nèi)的巖石體積（V

）的比值。式中：VK：溶穴體積

V：包含溶穴在內(nèi)的可溶巖體積。2.1.3溶穴CompanyLogo空隙特征的比較

含水介質(zhì)——由各類空隙所構成的巖石稱為含水介質(zhì)（孔隙含水介質(zhì)、裂隙含水介質(zhì)、溶穴含水介質(zhì)）

。含水介質(zhì)的空間分布與連通特征是不同的，三種主要類型的含水介質(zhì)比較：

連通性—孔隙介質(zhì)最好，其它較差

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?？紫洞笮【鶆?，裂隙大小懸殊，溶穴大小極懸殊

空隙比率—孔隙介質(zhì)最大，裂隙最小

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2.1.4空隙特征的對比CompanyLogo2.1巖石中的空隙2.2巖石空隙中的水

2.3巖石的水理性質(zhì)本章內(nèi)容CompanyLogo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回答）

第二章第一節(jié)結束巖石中的空隙——思考題FundamentalsofHydrogeoloy水文地質(zhì)學基礎學位課程主講教師：張衛(wèi)民CompanyLogo教材教材：《水文地質(zhì)學基礎》-王大純等，95版

實驗講義：《水文地質(zhì)學基礎實驗指導書》學時數(shù)：46講課：38實驗：8CompanyLogo緒言0.1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)學發(fā)展與展望0.4水文地質(zhì)學分科及其與它學科關系0.5《水文地質(zhì)學基礎》課程內(nèi)容——IntroductionCompanyLogo0.1地球上的水與水資源：水的分布根據(jù)水的分布狀況與存在狀態(tài)，可以將地球上的水分為兩大部分：淺部水分布：從大氣圈到地殼上半部的范圍。存在狀態(tài)：有氣、液、固三態(tài)，以液態(tài)為主，且水以分子（H2O）形式存在。深部水分布：主要分布在地殼下部至下地幔的這一范圍。存在狀態(tài)：水主要以一種壓密的氣水溶液形式存在，而且已電離成H+、OH-，甚至于H+、O2-。CompanyLogo0.1地球上的水與水資源：量的概念地球上淺部水及所占比例水體種類億km3%淡水億km3%海洋水13.3896.5400陸地地表水0.24251.750.241769.0陸地地下水0.23701.710.108330.92陸地土壤水0.000160.0010.0001550.05大氣水0.0001290.00090.0001290.04陸地生物水0.0000110.000010.0000110.003總儲量13.85981000.3503100CompanyLogo冰凍\積雪0.1地球上的水與水資源：淡水冰川\積雪地下水河湖水淡水2.5%咸水97.5%CompanyLogo0.1地球上的水與水資源：再生資源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。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?？稍偕Y源是永遠不會耗竭的。

淡水資源的主體是可再生的CompanyLogo0.1地球上的水與水資源：重要性水——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水——人類生存、社會經(jīng)濟發(fā)展不可缺少，社會屬性

生命之源，是地球系統(tǒng)的“血液”旱災、水災、水污染，對人類發(fā)展不協(xié)調(diào)水資源可再生，水資源有價值（價值規(guī)律）水資源管理不當，成為社會不穩(wěn)定因素之一CompanyLogo0.1地球上的水與水資源：我國水資源概括中國的大氣降水與水資源分帶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國家之一人均水資源占有量僅為世界平均值的1/4CompanyLogo800400200501200300020001600120080060040020050中國的大氣降水南北變化東西變化CompanyLogo22781139570全國平均值全國平均值的一半全國平均值的四分之一人均淡水資源M3339460386445219820911501889414111320483603345298112501875139126683029181237545153062878254424801107409029812010我國各省人均淡水資源CompanyLogo0.2地下水的功能（作用）概念：水文地質(zhì)學──是研究地下水的科學研究地下水與周圍環(huán)境（巖石圈、生物圈、水圈、大氣圈以及人類活動）相互作用時水質(zhì)、水量的時空變化規(guī)律。研究如何利用上述規(guī)律興利避害為人類服務。地下水：指賦存在地面以下巖石空隙中的水。目前廣義的地下水還包括巖石骨架中的水。

地下水是水資源組成部分CompanyLogo0.2地下水的功能（作用）地下水的主要功能（functions）有：

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CompanyLogo0.2.1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)變化小，潔凈，不易污染據(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，近來更有增加趨勢世界上，阿拉伯國家-進口雨水，中東的長期摩擦一是石油，二是水

80年代以來，我國城市缺水總體也愈來愈嚴重，很顯然：水資源的欠缺嚴重制約著國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展CompanyLogo我國西北缺水剪影CompanyLogo我國西北缺水剪影CompanyLogo60%全國60%的耕地全部或部分使用地下水灌溉95%全國95％以上的農(nóng)村飲用地下水我國耕地與農(nóng)村用水CompanyLogob)液體礦產(chǎn)（liquidmining）

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，三疊紀巖層中的鹵水，每升達300g之多醫(yī)療或健身功能的礦泉水（Naturalmineralwater）療養(yǎng)院，天然礦泉水廠，啤酒廠等—尋找特殊功能的水資源開發(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0.2.1地下水是一種寶貴的資源CompanyLogo0.2.2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，也可以是有害的有害的例子：農(nóng)業(yè)用水不當?shù)拇紊}漬化、沼澤化和荒漠化，不統(tǒng)一開采造成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、地下水污染等地下水與其周圍的環(huán)境，人、水、熱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)就會引起或正或負的反饋（報復）CompanyLogo地下水利用產(chǎn)生的環(huán)境問題：沙化荒漠化加重CompanyLogo地下水利用產(chǎn)生的環(huán)境問題：上海地面沉降城市防洪設施標準降低，

外灘防洪擋水墻越筑越高CompanyLogo地下水利用產(chǎn)生的環(huán)境問題：地下水污染地下水污染主要分布在城區(qū)附近和地表水污染嚴重的地區(qū)CompanyLogo0.2.3地下水是一種很活躍的地質(zhì)營力地下水是一種很活躍的地質(zhì)營力

─地殼內(nèi)能量、熱量的傳輸者傳遞應力：水可誘發(fā)地震，地質(zhì)災害是地下水作用人工地震預報──觀測地下水地球是個天然熱庫——在地質(zhì)循環(huán)和水文循環(huán)中，地下水是傳輸?shù)貧?nèi)部能（熱）量的傳輸者CompanyLogo0.2.4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）信息載體由于是應力傳遞者，同時又是在流動——所以地下水水位，水量，水溫，水化學等的變化或異常可以提供埋藏在地下的許多信息強的溶劑：在地質(zhì)循環(huán)和水文循環(huán)中化學組分溶解，傳遞到適宜的部位沉淀（沉積）：成礦如找礦、找油、地震預報、地質(zhì)演變

CompanyLogo0.3水文地質(zhì)學的發(fā)展與趨勢

四個時期：1856年以前的萌芽時期，1856年至20世紀中葉的奠基時期，20世紀中葉21世紀初的發(fā)展時期，21世紀的轉變時期萌芽時期：人類由逐水而居到鑿井取水人類文明一大轉折奠基時期：1856年，達西定律--地下水定量計算——奠定了水文地質(zhì)學的基礎發(fā)展時期：二次世界大戰(zhàn)戰(zhàn)后，科學技術推動生產(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識—革命計算機技術的發(fā)展，在地下水模擬、規(guī)劃管理等推進轉變時期：核心內(nèi)容的轉變，可持續(xù)發(fā)展觀的提出水文地質(zhì)學的發(fā)展正向“地下水科學”的轉變——發(fā)展趨勢坎兒井CompanyLogo地下水的利用——坎兒井，近3000年歷史地下水位主井-廊道豎井灌溉農(nóng)田山區(qū)-山前隔水層含水層CompanyLogo0.3水文地質(zhì)學的發(fā)展與趨勢——簡況

趨勢：核心課題轉移：找水水文地質(zhì)學→資源水文地質(zhì)學→生態(tài)環(huán)境水文地質(zhì)學…視野擴展：含水層→地下水系統(tǒng)→水文-生態(tài)環(huán)境→技術-社會系統(tǒng)。目標改變：由當前的問題轉向長期的可持續(xù)發(fā)展…內(nèi)容擴展：從地下水的水量為主，轉向水量與水質(zhì)的研究并重；從狹義地下水，擴大到廣義地下水,乃至地下水圈…CompanyLogo0.3水文地質(zhì)學的發(fā)展與趨勢——簡況

趨勢：思路的改變：從成生角度，加強過程與機理研究…多學科交叉滲透成為主流：地下水科學與其它自然科學以及社會科學交叉滲透，以多學科方式研究與處理問題服務方式轉變：…方式發(fā)生了很大改變，如何使水文地質(zhì)工作成果轉化為生產(chǎn)力，成為一個急需解決的重大課題

CompanyLogo0.3水文地質(zhì)學的發(fā)展與趨勢—任務

目前任務：正確地預測在人類活動干預下地下水的變化正確地評價、開發(fā)、管理與保護地下水資源保護與地下水有關的生態(tài)環(huán)境，成為當務之急正確地預測礦產(chǎn)開發(fā)的地下水問題，避免地下水害。。。CompanyLogo預測地下水的污染與保護措施2005年11月吉林中石化爆炸，100余噸硝基苯進入松花江，導致哈爾濱城市供水系統(tǒng)癱瘓4天，11月27日恢復供水,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，城市應急系統(tǒng)——緊急打井（地下水）調(diào)用純凈水應急2005.11.26日污染高峰過哈爾濱城市CompanyLogo防范煤礦特大突水事故—2005年事故特點2005年，死亡10人以上事故13起，總人數(shù)357人同期上升160%、233.6%；占總特大事故20.5%鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦水害事故多，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%巖溶突水—15.4%CompanyLogo0.4水文地質(zhì)學分科及與它學科關系水文地質(zhì)學的分支學科地質(zhì)學與水文學交叉滲透形成的水文地質(zhì)學目前已形成了若干分支學科：作為基礎性的學科有：水文地質(zhì)學基礎、水文地球化學、地下水動力學和水文地質(zhì)調(diào)查方法等。與各種專業(yè)結合形成的水文地質(zhì)分支有：供水水文地質(zhì)學，礦床水文地質(zhì)學，古水文地質(zhì)學，同位素水文地質(zhì)學，環(huán)境水文地質(zhì)學等。CompanyLogo0.4水文地質(zhì)學分科及與它學科關系與水文地質(zhì)學有關的其它學科地質(zhì)學

由于地下水是賦存在地面以下巖石空隙之中的，因此，地下巖石是地下水存在的物質(zhì)基礎，由此應看出：地質(zhì)學是水文地質(zhì)研究的基礎。

氣象學，水文學氣象學研究大氣降水，水文學研究地表水，水文地質(zhì)學研究地下水，由于三水間存在極為密切的相互轉化關系。因此，水文地質(zhì)學的研究離不開氣象學、水文學的研究。CompanyLogo0.4水文地質(zhì)學分科及其與它學科關系與水文地質(zhì)學有關的其它學科數(shù)學、水力學、流體力學

地下水是一種流體，時刻處于運動狀態(tài)，因此其運動規(guī)律的研究離不開數(shù)學、水力學、流體力學。

其它新技術方法如：遙感技術（區(qū)域水文地質(zhì)研究中常用），電子技術，同位素技術，GiS技術；數(shù)學地質(zhì)方法，系統(tǒng)論，信息論，耗散結構理論。

CompanyLogo緒言0.1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)學發(fā)展與展望0.4水文地質(zhì)學分科及其與它學科關系0.5《水文地質(zhì)學基礎》課程內(nèi)容——IntroductionCompanyLogo0.5課程內(nèi)容本課主要內(nèi)容一、水文地質(zhì)學基本概念

概念、名詞與術語二、水文地質(zhì)學基本原理

地下水形成基本規(guī)律——賦存、分布、運動三、地下水科學的分析方法

微觀——以概念為基礎的分析方法宏觀——地下水系統(tǒng)理論為基礎的綜合分析四、應用分析——概念與原理的掌握CompanyLogo主要參考文獻主要參考文獻：《水文地質(zhì)學基礎》教材后附的參考文獻，《水文地質(zhì)工程地質(zhì)》期刊

CompanyLogo思考題1、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。3、地下水有哪些功能？4、何謂水文地質(zhì)學？——緒言結束第一章水文循環(huán)

Hydrologic-cycle主講教師：張衛(wèi)民FundamentalsofHydrogeoloy

水文地質(zhì)學基礎CompanyLogo本章內(nèi)容

1.1水循環(huán)1.2水文循環(huán)1.3水量平衡1.4水文循環(huán)的作用1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素CompanyLogo地球上各部位、各層圈都存在著水。

水圈各部位的水是相互聯(lián)系、相互轉化的整體也稱為水圈或水系統(tǒng)

自然界的水循環(huán)──指各部位的水相互聯(lián)系、相互轉化的過程。水循環(huán)分為：水文循環(huán)和地質(zhì)循環(huán)本章重點討論水文循環(huán)1.1水循環(huán)自然界水循環(huán)CompanyLogo自然界的水循環(huán)地質(zhì)循環(huán)與水文循環(huán)關系示意圖（據(jù)阿勃拉莫夫）地幔地殼晶質(zhì)巖CompanyLogo（1）定義

指發(fā)生于大氣水、地表水和地殼巖石空隙中地下水之間的水循環(huán)。

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)1.2水文循環(huán)Hydrologic-cycle水文循環(huán)-環(huán)節(jié)CompanyLogo水文循環(huán)示意圖水文循環(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？何謂地質(zhì)循環(huán)？降水蒸發(fā)徑流水汽輸送入滲蒸發(fā)降水水汽輸送CompanyLogo

（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（4）水文循環(huán)的特點循環(huán)途徑短、速度快、轉換交替迅速、僅涉及淺部層圈水。水文循環(huán)發(fā)生的動力條件是：太陽輻射和重力作用。地質(zhì)循環(huán)：淺層圈與深層圈之間的水循環(huán)。1.2水文循環(huán)Hydrologic-cycleCompanyLogo1.3.1通用水量平衡方程（1）水文學（水文地質(zhì)學）研究的基本原理質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律（2）通用水量平衡方程：區(qū)域—時段—各要素

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（在地下水均衡中介紹）1.3水量平衡WaterbalanceCompanyLogo1.3水量平衡Waterbalance中國水系思考并總結我國水量平衡特點1.3.2我國水量平衡CompanyLogo太平洋流域內(nèi)流區(qū)域印度洋流域北冰洋流域中國水系CompanyLogo1.3水量平衡Waterbalance思考并總結全球水量平衡特點1.3.3全球水量平衡CompanyLogo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1.4水文循環(huán)的作用CompanyLogo

對水文循環(huán)有顯著影響的氣象、水文因素主要有:氣溫、氣壓、濕度、降水、蒸發(fā)、徑流。

1.5.1氣溫（1）氣溫產(chǎn)生的原因

大氣直接吸收太陽輻射熱：僅占太陽輻射熱的15%；大氣吸收地表輻射能量：43%的太陽輻射到達地面，地表接受太陽輻射增溫后、再向大氣輻射能量，此部分能量絕大部分為大氣吸收而增溫。大氣與地表直接接觸：由于熱傳導、對流而升溫這更是大氣增溫的主要原因。

1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素CompanyLogo1.5.1氣溫（2）氣溫的時空變化時間上的變化:

晝夜變化、季節(jié)變化和多年變化；

空間上的變化:

水平方向和垂直方向水平方向，同一高度上，從赤道向兩極由高到低;垂直方向，同一地點,不同高度上氣溫不同,在對流層內(nèi),一般每升高100M,氣溫降低0.5℃。1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素CompanyLogo1.5.2氣壓

（1）概念指大氣的質(zhì)量施加在地表或地表上的物體之上時而產(chǎn)生的壓力。單位:mm水銀（Hg）柱高度。在標準狀態(tài)下,(即氣溫為0℃,緯度45°的海平面上)氣壓為760mm水銀（Hg）柱高度，約相當于105Pa。（2）氣壓的空間變化特征

垂向上的變化:隨高度增加,氣壓下降。

水平方向上的變化:由地表的熱力狀況決定,地表的溫度越高,則氣壓越低,相反,地表的溫度越低,則氣壓越高。

1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素CompanyLogo1.5.3濕度（1）概念指大氣中的水汽含量。由于水汽既有重量，又有壓力，因而其既可用重量單位表示，也可以用壓力單位表示。（2）濕度的分類

絕對濕度和相對濕度絕對濕度：指某一地區(qū)在某時刻空氣中的水汽含量。1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素CompanyLogo1.5.3濕度（2）濕度的分類絕對濕度：指某一地區(qū)在某時刻空氣中的水汽含量。

采用重量單位表示時,單位為g/cm3,常用代號m；

采用壓力單位表示時,單位為mmHg，常用代號e。絕對濕度只能說明某一時刻空氣中水汽含量的多少,而不能反映出空氣中水汽含量達飽和的程度,于是又提出了相對濕度的概念。1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素CompanyLogo1.5.3濕度（2）濕度的分類相對濕度：指絕對濕度與飽和水汽含量之比，常用代號r。

式中：e、m代表絕對濕度；E、M代表飽和水汽含量。

飽和水汽含量：指某一溫度條件下，空氣中可以容納的最大水汽數(shù)量。采用重量單位表示時，常用代號M；采用壓力單位表示時，常用代號E；1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素

CompanyLogo1.5.3濕度

（2）濕度的分類

飽和水汽含量與溫度關系：（見表1-2P11）一般規(guī)律：隨氣溫升高，飽和水汽含量增大；反之，則減小。相對濕度與溫度間關系：假設絕對濕度不變的前提下：溫度增加，飽和水汽含量增加，則相對濕度降低；溫度下降，飽和水汽含量降低，則相對濕度增加。

1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素

CompanyLogo1.5.3濕度（2）濕度的分類

露點

指當溫度下降至某一值時，水汽含量達飽和，亦即=100%=1，此時的氣溫就叫露點，若溫度繼續(xù)下降，則空氣中過剩的水汽將凝結形成不同形式降水。

1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素

CompanyLogo1.5.4蒸發(fā)

（1）概念指常溫下，水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)進入大氣的過程。（2）類型有土面蒸發(fā)、水面蒸發(fā)和葉面蒸發(fā)（蒸騰）。

通常用水面蒸發(fā)量的大小表示一個地區(qū)的蒸發(fā)強度。氣象部門測定蒸發(fā)量的方法是：用蒸發(fā)皿裝上水，測定一定時期內(nèi)的蒸發(fā)水量，并用水柱高度的mm數(shù)表示，如：北京的多年平均年蒸發(fā)量為1102mm。氣象部門提供的蒸發(fā)量只反映一個地區(qū)蒸發(fā)的相對強度，而不能代表一個地區(qū)的實際蒸發(fā)水量，因為一個地區(qū)不全是水面，且用小直徑蒸發(fā)皿測得的蒸發(fā)量比實際水面蒸發(fā)量又偏大許多。1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素

CompanyLogo1.5.4蒸發(fā)（3）影響水面蒸發(fā)速度、強度的因素主要有氣溫、氣壓、濕度、風速等，其中主要取決于氣溫與絕對濕度的對比關系，更具體地講，主要取決于相對濕度的大小，相對濕度越小，飽和差越大，則蒸發(fā)速度越快。

飽和差：飽和水汽含量與絕對濕度之差。

公式：d=E-e飽和差越大，則蒸發(fā)越大。

風速是影響蒸發(fā)的另一重要因素，風將水面上蒸發(fā)出的水汽帶走，從而可以大大加快蒸發(fā)的速度與強度。1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素

CompanyLogo1.5.5降水（1）概念指空氣中的水汽含量達到飽和狀態(tài)時，超過飽和限度的水汽便凝結，并以液態(tài)或固態(tài)的形式降落于地面，這就是降水。

降水的形式有：雨、雪、冰、霜等。（2）降水量氣象部門用雨量計測定降水量，以某地區(qū)在某時間段內(nèi)的降水總量平鋪于該區(qū)地面得到的水層高度mm數(shù)表示。

降水量數(shù)據(jù)是一個實際量，在計算含水層的降水入滲補給量時，經(jīng)常使用。

1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素

CompanyLogo1.5.5降水（3）天氣、氣候的概念

天氣：指某地區(qū)在某時刻（或短暫的時間段內(nèi)如1小時，幾小時，1天等）各種氣象因素綜合影響所決定的大氣物理狀態(tài)

氣候：指某區(qū)域的天氣平均狀態(tài)，一般指多年平均狀態(tài)，并以氣象要素的多年平均值表征，稱為該區(qū)域的氣候。

1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素

CompanyLogo1.5.6徑流

（1）有關概念

徑流：指降落于地面的降水在重力作用下，沿地表或地下流動的水流，分為地表徑流與地下徑流。

水系：指匯注于某一干流的全部河流的總體構成的一個地表徑流系統(tǒng)。

流域：指一個水系的全部集水區(qū)域，流域范圍內(nèi)的降水通過各級支流匯注于干流。

分水嶺：指相鄰兩個流域之間地形最高點的連線，這是地表水的分水嶺。

地表水系、流域和分水嶺同樣可用于地下水。1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素

CompanyLogo1.5.6徑流

（2）徑流要素（主要針對地表徑流，但對地下徑流也可以適用）

流量（Q）：單位時間內(nèi)通過河流某一斷面的水量，單位為m3/s，公式為：Q=F·V式中：F：斷面面積V：斷面的平均流速

徑流總量（W）：某時段T內(nèi)，通過河流某一斷面的總水量，單位為m3W=Q·T式中：Q：流量（m3/s）；T：時間（s）

1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素

CompanyLogo1.5.6徑流

（2）徑流要素（主要針對地表徑流，但對地下徑流也可以適用）

徑流模數(shù)（M）

：單位流域面積平均產(chǎn)生的流量，單位為L/s·Km2

式中：F：流域面積（Km2）Q：流量（m3/s）

徑流深度（Y）：計算時段內(nèi)的總徑流量均勻分布在測站以上整個流域面積上所得到的平均水層厚度，單位：mm

式中：W：計算時段內(nèi)的徑流總量（m3）F：測站以上的整個流域面積（Km2）1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素

CompanyLogo1.5.6徑流

（2）徑流要素（主要針對地表徑流，但對地下徑流也可以適用）

徑流系數(shù)（）

：同一時間段內(nèi)流域面積上的徑流深度Y（mm）與降水量X（mm）的比值。

（以小數(shù)或百分數(shù)表示）的大小可以反映流域內(nèi)降水轉化為地表徑流的效率。

1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素

CompanyLogo（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？第一章結束思考題CompanyLogo本章內(nèi)容

1.1水循環(huán)1.2水文循環(huán)1.3水量平衡1.4水文循環(huán)的作用1.5影響水文循環(huán)的氣象、水文因素主講教師：張衛(wèi)民FundamentalsofHydrogeoloy

水文地質(zhì)學基礎第二章巖石中的空隙與水（下）

TheIntersticesandWaterinRocksCompanyLogo本章內(nèi)容

2.1巖石中的空隙2.2巖石空隙中的水

2.3巖石的水理性質(zhì)CompanyLogo2.2巖石空隙中的水存在形式：設想實驗：材料（小石子、細管）+水（水杯）（1）在小石子之上滴上幾滴水，小石子上就會有殘留水？（2）在飽水試樣中，小石子上和小石子孔隙間的水？（3）將玻璃細管插入水中，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：

結合水——（absorbedwater,boundwater）

重力水——（gravitationalwater;bulkwater）

毛細水——（capillarywater）CompanyLogo2.2.1結合水結合水（absorbedwater,boundwater）（1）定義附著于固體表面，在自身重力下不能運動的水（2）類型

強結合水：離固相顆粒表面非常近的水；

弱結合水：離固相顆粒表面較遠的水。（3）性質(zhì)結合水具有固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì)，即在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，也可以說其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？

表面引力（固相表面與水分子間靜電引力）—服從庫侖定律，隨固體表面的距離加大而減弱

結合水與重力水CompanyLogo結合水與重力水CompanyLogo

表面引力—服從庫侖定律，隨固體表面的距離加大而減弱結合水與重力水結合水水分子極性與土粒帶電荷CompanyLogo重力水（gravitationalwater;bulkwater）

遠離固相表面，水分子受固相表面吸引力的影響極其微弱，主要受自身重力影響。在自身重力影響下可以自由運動的水叫重力水地層內(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）重力水是水文地質(zhì)學研究的主要對象，也是勘察的主要對象2.2.2重力水結合水與重力水CompanyLogo毛細水（capillarywater）

1、基本概念毛細現(xiàn)象：①細小管插入水中，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，陜北的窯洞毛細力：毛細水：受到表面吸引力與重力作用，還有另一種力作用—稱毛細力的作用，產(chǎn)生毛細現(xiàn)象我們可以把毛細力歸納為3點：2.2.3毛細水毛細水空隙中的水毛細水CompanyLogo毛細水，孔角毛細水CompanyLogo思考：1.上細下粗土層，滴水，水停留在何處？2.黃土層中挖平洞，下大雨后，洞內(nèi)能否接到水？毛細水

滴水下雨

砂土黃土

器皿

礫石CompanyLogo毛細力：

毛細力的產(chǎn)生：是在三相（固、液、氣）界面上內(nèi)彎液面引起——液面彎曲產(chǎn)生的。

毛細力的方向：作用方向始終指向彎曲液面的凹側毛細力的大?。好毩Υ笮∨c彎液面的曲率成正比（曲率大,毛細力大;曲率小，毛細力?。?/p>

一根毛細管子，管徑越小，毛細力越大；

毛細力大，毛細上升高度也越大2.2.3毛細水CompanyLogo2、毛細水的存在形式（statesforms）在巖石空隙中，毛細水的存在形式可分為三種：a)支持毛細水（supportingcapillarywater）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b)懸掛毛細水（suspensioncapillarywater）脫離水面，巖石細小孔隙中保留的水分，稱為懸掛毛細水上細下粗土層與砂礫試樣的例子？懸掛毛細水的高度c)孔角毛細水（觸點毛細水）（cornerwater,contiguitywater?）孔角毛細水與懸掛毛細水是不同——？懸掛毛細水似串珠狀且連續(xù)分布的，孔角毛細水是孤立的

2.2.3毛細水支持與懸掛毛細水小結CompanyLogo支持毛細水與懸掛毛細水地下水位下降CompanyLogo2.2巖石空隙中的水——小結小結巖石空隙中的水——有三種存在形式三種形式的水有差異——與受力狀態(tài)有關自己總結、比較——加深理解____有比較就會有記憶第二節(jié)巖石空隙中的水結束CompanyLogo2.3巖石的水理性質(zhì)

一、定義指巖石與水接觸過程中表現(xiàn)出來的控制水分活動的各種性質(zhì)。就水文地質(zhì)學來說，主要涉及是與水分儲容、釋出與運移有關的性質(zhì)，包括：容水度、含水量、持水度、給水度

二、水理性質(zhì)

1、容水度和孔隙度（porosity）-nr

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

（反映巖石最大含水能力）孔隙度——n;容水度——nr

？兩者有何關系CompanyLogo2.3巖石的水理性質(zhì)二、水理性質(zhì)

1、容水度和孔隙度（porosity）-nr

孔隙度——n;容水度——nr

？兩者有何關系一般情況下，容水度在數(shù)值上與孔隙度（裂隙率、巖溶率）相等，但在如下情況下，二者不相等：對于吸水后體積發(fā)生收縮或膨脹的土粒：吸水后膨脹時，nr>n吸水后收縮時，nr<n

2、含水量（watercontent）-w巖石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1）重量含水量（Wg）：巖石孔隙中所含水份的重量（Gw）與干燥巖石重量（Gs）之比。CompanyLogo2.3巖石的水理性質(zhì)二、水理性質(zhì)2、含水量（watercontent）-w2）體積含水量（Wv）：巖石孔隙中含水體積與巖石總體積之比。3）Wg與Wv間的關系

在水的比重為1時，若巖石的干容重（單位體積干燥巖石的重量）為，則有：Wg·=Wv

4）飽和含水量、飽和差、飽和度的概念

飽和含水量：孔隙充分飽水時的含水量，用Ws表示。

飽和差：飽和含水量與實際含水量的差值。

飽和度：實際含水量與飽和含水量之比值。CompanyLogo2.3巖石的水理性質(zhì)二、水理性質(zhì)3、持水度（specificretention）-Sr巖石的持水能力——最大保持水分的能力

定義1：飽水巖石在重力作用下釋水，巖石中保持住的水體積與飽水巖石總體積之比。定義2：地下水位下降一個單位深度，單位水平面積飽水巖石柱體中反抗重力而保持于巖石空隙中的水量（體積）。保持下來的水主要是什么水？

影響因素：與給水度的影響因素相同，在下面介紹。CompanyLogo二、水理性質(zhì)

4、給水度（specificyield）——

（1）、定義

定義1：飽水巖石在重力作用下給出的水的體積與飽水巖石總體積之比。

定義2：當?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？結合水(膜)，孔角毛細水，有時懸掛毛細水與支持毛細水2.3巖石的水理性質(zhì)均質(zhì)土包氣帶水分分布CompanyLogo均質(zhì)土包氣帶水分分布CompanyLogo二、水理性質(zhì)

4、給水度（specificyield）——

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

1)巖性：空隙大的樣品，給水度大，μ≈n礫＞粗砂＞…＞粉砂——（與粒徑有關）顆粒細小者，比表面積大，結合水與孔角毛細水殘留多，除巖性外，同一巖層中其它原因也可造成μ不同，為什么？2.3巖石的水理性質(zhì)CompanyLogo二、水理性質(zhì)

4、給水度（specificyield）——

（2）影響給水度——μ值的因素

2)地下水位初始埋深（H0）當初始地下水位埋深小于最大毛細上升高度時H0＜＜hc時，原重力水大多轉化為支持毛細水，土層給水量大大降低，μ變小。當?shù)叵滤怀跏悸裆畲笥谥С置毸畮Ц叨葧rH0＞＞hc,可達最大μ值土層含水量曲線分析：當水位埋深足夠大時，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2.3巖石的水理性質(zhì)CompanyLogo給水度與地下水位埋深的關系CompanyLogo二、水理性質(zhì)（2）影響給水度——μ值的因素

3)與地下水位下降速度有關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，而導致的釋水減量

4)土層結構均質(zhì)土特征與上述討論一致巖土層為層狀非均質(zhì)土時，往往會影響μ值，多層狀土的特征而言，上粗下細，上細下粗結構影響是不同的。2.3巖石的水理性質(zhì)CompanyLogo給水度小結——野外實際測定時：均質(zhì)土，當?shù)叵滤怀跏悸裆畲笥趆c，降速緩慢，μ=WS-W0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。給水度、持水度與孔隙度三者間關系：

μ

+Sr=n結合實驗課——

設計研究給水度的影響因素與確定方法給水度小結CompanyLogo二、水理性質(zhì)

5、透水性（permeability）——（先自學一下）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！有效應力原理與松散巖土的壓密

（自學p24-25）

第二章結束2.3巖石的水理性質(zhì)CompanyLogo本章內(nèi)容

2.1巖石中的空隙2.2巖石空隙中的水

2.3巖石的水理性質(zhì)FundamentalsofHydrogeoloy

水文地質(zhì)學基礎第三章地下水的賦存

TheOccurrenceofG.W主講教師：張衛(wèi)民CompanyLogo本章內(nèi)容

3.3地下水分類3.2含水層隔水層弱透水層含水系統(tǒng)

3.1包氣帶與飽水帶

3.4潛水與潛水含水層

3.5承壓水與承壓含水層CompanyLogo3.1包氣帶與飽水帶

1、地下水面（水位）地下一定深度上，巖石中的空隙被重力水所充滿，形成一個自由水面，即地下水面，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）2、包氣帶與飽水帶的概念

地下水面以上稱之為包氣帶，地下水面以下的地帶稱之為飽水帶。

包氣帶與飽水帶CompanyLogo包氣帶與飽水帶地下水位CompanyLogo3.1包氣帶與飽水帶3、

包氣帶（zoneofaerationorzoneofunsaturation）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)水的存在形式（多樣）：結合水、毛細水（孔角毛細水、懸掛毛細水

、支持毛細水）、重力水、氣態(tài)水包氣帶水的垂直分帶

土壤水帶中間帶（過渡帶）毛細水帶（支持毛細水帶),下部為毛細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。

毛細飽和水帶中水能否進入水井？CompanyLogo

4、飽水帶（saturationzone）特點：①巖石空隙被水完全充滿②是二相介質(zhì)（固相+液相水）飽水帶中水的存在形式：①重力水②結合水重力水：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。地下開挖，坑道，巷道，基坑，打井在此帶，均有重力水涌出來！3.1包氣帶與飽水帶CompanyLogo3.2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劃分為：

1、含水層（Aquifer）能夠透過并給出相當數(shù)量水的巖層—各類砂土，砂巖等

2、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）

3、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，泥質(zhì)粉砂巖CompanyLogo二、概念的相對性定義中的模糊概念—“相當水量，微不足道，較大水力梯度”等。在很多情況下是相對的和模糊的概念，相對性的意義：

從實際應用角度來看劃分的相對的性——相當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。

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；后期開采深層，水量大，水位降低快，淺層水向深層“越流”--粘土層成為“透水層”?，F(xiàn)在進行水文地質(zhì)計算、模擬時，不再簡單二分了，而是用模糊學的研究方法，給個隸屬度1，0之間，可以為0.8,0.7,…0.3,表示“透水性”？3.2含水層隔水層弱透水層含水系統(tǒng)CompanyLogo時間的相對性①②③④54321CompanyLogo3.2含水層隔水層弱透水層含水系統(tǒng)三、含水系統(tǒng)—Groundwateraquifersystem

定義：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。含水系統(tǒng)：包含多個含水層和弱透水層，或局部隔水層含水系統(tǒng)：可以進行子系統(tǒng)劃分含水系統(tǒng)的定義是從大的空間尺度研究含水層、隔水層、弱透水層的組合關系，是從地質(zhì)成因角度對巖層的水文地質(zhì)特征進行劃分的分析方法。圈閉不是絕對的，而是相對的？除極少數(shù)構造封閉的含水系統(tǒng)外，通常含水系統(tǒng)總有某些向環(huán)境開放，以接受補給與進行排泄。含水系統(tǒng)的劃分CompanyLogo含水系統(tǒng)層次劃分—系統(tǒng)與子系統(tǒng)ABCompanyLogo沖洪積平原地下水含水系統(tǒng)丘陵傾斜平原區(qū)低平原CompanyLogo

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,undergroundwater,groundwater

狹義地下水：地表以下飽水帶巖石空隙中的水—重力水

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）埋藏條件：指含水層在地質(zhì)剖面中所處的部位及受隔水層（或弱透水層）限制的情況。

按埋藏條件，地下水分為包氣帶水、潛水、承壓水。按含水介質(zhì)的類型，地下水分為孔隙水、裂隙水與巖溶水。3.3地下水分類CompanyLogo表3-1含水介質(zhì)三類，埋藏三分，組合共分為9類3.3地下水分類孔隙水裂隙水巖溶水包氣帶水上層滯水上層滯水上層滯水潛水孔隙潛水裂隙潛水巖溶潛水承壓水孔隙承壓水裂隙承壓水巖溶承壓水含水介質(zhì)類型埋藏條件CompanyLogo潛水(b)、承壓水(c)、上層滯水(a)abc承壓水測壓水位潛水位CompanyLogo一、潛水與潛水含水層概念潛水：地表以下，飽水帶中第一個具有自由表面的穩(wěn)定含水層中的水

自由表面—即上部沒有隔水層限制，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)分上層滯水潛水含水層賦存潛水的巖層3.4潛水與潛水含水層CompanyLogo二、基本要素（專業(yè)術語）

潛水面(watertable)潛水的自由水面。

潛水位(waterlevel)潛水面上任一點的高程，稱之為該點的潛水位。

潛水含水層(freeaquifer)

賦存潛水的巖層。

含水層厚度(aquiferthickness)潛水面至隔水底板的間距。

潛水埋深潛水面至地面的距離。

3.4潛水與潛水含水層潛水要素圖CompanyLogo2345678D1M潛水與潛水含水層圖1-潛水含水層2-隔水層3、4潛水面潛水位M-含水層厚度D-潛水埋深

5-大氣降水入滲6-蒸發(fā)7-流向8-泉CompanyLogo三、主要特征

補給(來源)：大氣降水和河湖地表水入滲補給徑流：由潛水位高處流向潛水位低處。

排泄(匯)：泉，（河）泄流，蒸發(fā)，流入其它含水層

補給或排泄通過含水層厚度變化而儲水與釋水！

動態(tài)：不穩(wěn)定，受氣象，水文因素影響明顯，變化快（水量、水位、水質(zhì)季節(jié)性變化）受人為因素影響也顯著，易污染

水循環(huán)交替迅速：水循環(huán)周期短，更新恢復快潛水研究基本方法—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3.4潛水與潛水含水層CompanyLogo四、潛水等水位線圖

潛水面的形狀：是一個向排泄區(qū)傾斜的曲面，起伏大體與地形一致，但比地形更緩和。潛水等水位線圖：潛水位相等的各點連線。繪制方法：利用潛水位數(shù)據(jù)按一定的等差間距繪制潛水位等值線即可。類似于地形等高線的繪制。

注意問題：要利用同一時期的觀測水位資料繪制，因為潛水位動態(tài)變化較大，不同時期同一點處的水位往往是有明顯差異的。

潛水位等值線圖的作用

確定地下水的流向：潛水總是沿水力梯度變化最大的方向流動，即垂直于等水位線方向流動。

3.4潛水與潛水含水層CompanyLogo四、潛水等水位線圖

潛水位等值線圖的作用

確定水力梯度：沿流向上任取兩點，兩點之間水位差除以兩點在平面上的水平間距，即為兩點間平均水力梯度。

確定潛水位埋深：結合地形圖可以求潛水位埋深

推斷含水層滲透性與厚度的變化：等水位線變密處，表征含水層滲透性能的變?nèi)趸蚝畬雍穸鹊淖冃?。相反，等水位線變疏處，表征含水層滲透性能的增強或含水層厚度的變大。

判斷沼澤、泉的出露

確定潛水與地表水間的關系3.4潛水與潛水含水層CompanyLogo某地潛水等水位線圖（平面）河河流流CompanyLogo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（注意：“充滿”二字，否則叫無壓層間水）

二、基本要素①承壓含水層；②

隔水頂板；③隔水底板；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)

繪制一張承壓含水層的等測壓水位線圖（加地形等高線）3.5承壓水與承壓含水層Confinedaquifer承壓水要素CompanyLogo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)⑾自溢區(qū)DCompanyLogo承壓水等水壓線圖

A地形等高線含水層頂板等高線等測壓水位線A承壓水自溢區(qū)A′AA′CompanyLogo三、特征承壓性：鉆孔揭穿承壓含水層隔水頂板時，承壓水會沿鉆孔上升到高出含水層頂面某一高度才靜止下來。

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）——恢復性差水化學：變化較大，礦化度一般要高點，可以保留“古老”的水動態(tài)：比較穩(wěn)定，如果分布面積大，厚度穩(wěn)定—則調(diào)節(jié)能力很強受人為因素影響不顯著，不易污染

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行的？！3.5承壓水與承壓含水層CompanyLogo四、承壓含水層的儲水與釋水承壓含水層的貯水系數(shù)S（彈性給水度μe

）

承壓含水層中當測壓水位下降(或上升)1個單位，單位水平面積含水層柱體所釋放(或儲存)水的體積

測壓水位降低導致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1/20000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

這兩部水很有限，所以μe很?。慌c重力給水度

μd相比要

小10-1~10-3，1～3個數(shù)量級3.5承壓水與承壓含水層CompanyLogo承壓含水層的彈性給水度與潛水含水層的重力給水度比較3.5承壓水與承壓含水層隔水層隔水層含水層含水層隔水層單位水平面積單位水平面積地下水位地下水位的單位下降測壓水位的單位下降測壓水位兩者釋水方式有何差異？CompanyLogo承壓含水層的彈性給水度從理論上來看：彈性給水度是可以恢復的實際上彈性恢復是有限的恢復越過含水層彈性范圍（限定），將產(chǎn)生一次性的變形—即永久性不可恢復的變形最終導致含水層的彈性給水與釋水能力降低CompanyLogo3.5承壓水與承壓含水層五、潛水與承壓水的相互轉化在自然或實際條件下，潛水與承壓水的劃分也是相對的有時很難將某些含水層中的水劃定為潛水或承壓水，例子：

開采前—潛水含水層；開采后—承壓含水層潛水轉化為承壓水的情況

除封閉