Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础水文地质学基础学时：学时：36 36 学分：学分：2 2贵贵州大学水文与水州大学水文与水资资源工程教研室源工程教研室水是生命之源。水多是害，无水是害水是生命之源。水多是害，无水是害1、开发利用、开发利用2、地下水污染防治、地下水污染防治3、对工程建设的影响、对工程建设的影响教教 材材v教教 材：材：水文地质学基础水文地质学基础- -王大纯等，王大纯等，9595版版 实验讲义：水文地质学基础实习实验讲义实验讲义：水文地质学基础实习实验讲义 v学时数：学时数： 3636讲课讲课： 3636（含机（含机动与与总结学学时数）数） 绪言绪言 0.1 0.1 地球上的水与水资源地球上的水与水资源 0.2 0.2 地下水的功能（作用）地下水的功能（作用） 0.3 0.3 水文地质学发展与展望水文地质学发展与展望 0.4 0.4 水文学与水文地质学水文学与水文地质学 0.50.5水基课程内容水基课程内容Company Logowww.themegallery.com0.1 地球上的水与水资源：地球上的水与水资源：量的概念量的概念v地球上的水及所占比例地球上的水及所占比例水体种类水体种类亿亿 km3%淡水亿淡水亿 km3 %海洋水海洋水13.3896.5400地表水地表水0.24251.750.241769.0地下水地下水0.23701.710.108330.92土壤水土壤水0.000160.0010.0001650.05大气水大气水0.0001290.00090.0001290.04生物水生物水0.0000110.000010.0000110.003总储量总储量13.85981000.3503100 冰冻冰冻积雪积雪Company Logowww.themegallery.com 冰冻冰冻积雪积雪0.1 地球上的水与水资源：地球上的水与水资源：淡水淡水Company Logowww.themegallery.com0.1 地球上的水与水资源：地球上的水与水资源：再生资源再生资源v 利用自然资源有两种方式：利用自然资源有两种方式： 不可再生不可再生资资源：源： 如果某种如果某种资资源的存量大到足以保源的存量大到足以保证证上百年的需要，而且在上百年的需要，而且在资资源耗竭以后，可以开源耗竭以后，可以开发发替代替代资资源源 v 矿产资源是典型的不可再生资源矿产资源是典型的不可再生资源 可再生可再生资资源：源： 如果某种如果某种资资源的再生速率高于人源的再生速率高于人们们的消的消费费速率，就可以保速率，就可以保证证永永续续利用。利用。 可再生可再生资资源是永源是永远远不会耗竭的不会耗竭的 v 淡水资源的主体是可再生的淡水资源的主体是可再生的 v Company Logowww.themegallery.com0.1 地球上的水与水资源：地球上的水与水资源：重要性重要性v水水自然界存在，自然属性自然界存在，自然属性 不断循不断循环环运运动动 良好的溶良好的溶剂剂，重要，重要载载体体 水具有能量水具有能量 v 水水人类生存、社会经济发展不可或缺，社会属性人类生存、社会经济发展不可或缺，社会属性 生命之源，是地球系生命之源，是地球系统统的的“血液血液” 旱灾、水灾、水旱灾、水灾、水污污染，染，对对人人类发类发展不展不协调协调 水水资资源可再生，但，水源可再生，但，水资资源有价源有价值值（价（价值规值规律）律） 水水资资源管理不当，成源管理不当，成为为社会不社会不稳稳定因素之一定因素之一Company Logowww.themegallery.com0.1 地球上的水与水资源：地球上的水与水资源：我国水资源概括我国水资源概括v中国的大气降水与水资源分带中国的大气降水与水资源分带 v中国的人口密度与分省人均淡水资源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我国是世界上最缺水的13个国家之一个国家之一 人均水资源占有量仅为世界平均值的人均水资源占有量仅为世界平均值的1/4Company Logowww.themegallery.comv 8004002005012003000 2000 1600 1200 800 600 400 200 50 中国的大气降水中国的大气降水Company Logowww.themegallery.com2278 1139 570 全国平均值 全国平均值的一半 全国平均值的四分之一人均淡水资源M3 339 460 386 445 2198 2091 1501 889 414 1113 2048 3603 3452 981 1250 187 5139 12668 3029 181237 5451 5306 2878 2544 2480 1107 4090 2981 2010 我国各省人均淡水资源我国各省人均淡水资源Company Logowww.themegallery.com0.2 地下水的功能（作用）地下水的功能（作用） 概念：水文地质学简言之概念：水文地质学简言之概念：水文地质学简言之概念：水文地质学简言之研究地下水的科学研究地下水的科学研究地下水的科学研究地下水的科学 v 水对人类生活与生产起着不可或缺的重大影响水对人类生活与生产起着不可或缺的重大影响 v 地下水是水资源组成部分地下水是水资源组成部分 v 其主要功能（其主要功能（functions）为：）为： 1 1、地下水是一种宝贵的资源（、地下水是一种宝贵的资源（、地下水是一种宝贵的资源（、地下水是一种宝贵的资源（resourceresource） 2 2、地下水是极其重要的生态环境因子、地下水是极其重要的生态环境因子、地下水是极其重要的生态环境因子、地下水是极其重要的生态环境因子 3 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 4 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、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 Company Logowww.themegallery.com0.2.1 0.2.1 地下水是一种宝贵的资源地下水是一种宝贵的资源a) 供水水源供水水源 优点：优点： 分布广，动态变小，洁净，不易污染分布广，动态变小，洁净，不易污染 n 据据报报道：道：陆陆地一半地一半为为干旱、半干旱地区干旱、半干旱地区 1/3耕地，耕地，2/3牧区水源不足牧区水源不足 城市供水不足，近来更有增加城市供水不足，近来更有增加趋势 n 世世界界上上，阿阿拉拉伯伯国国家家-进口口雨雨水水，中中东的的长期期摩摩 擦一是石油，二是水擦一是石油，二是水 n 80年年代代以以来来，我我国国城城市市缺缺水水总体体也也愈愈来来愈愈严重重，很很显然然：水水资源源的的欠欠缺缺严重重制制约着着国国民民经济的的可持可持续发展展Company Logowww.themegallery.com我国西北缺水剪影我国西北缺水剪影Company Logowww.themegallery.com60%60%全国60%的耕地 全部或部分使用地下水灌溉95%95%95%95%全国95以上的农村饮用地下水我国耕地与农村用水我国耕地与农村用水Company Logowww.themegallery.comb) 液体矿产（液体矿产（liquid mining） n 地下水高含地下水高含盐类盐类或稀有元素，开或稀有元素，开发发提提炼炼具有工具有工业业开采价开采价值值 如四川自如四川自贡贡，三叠，三叠纪纪岩岩层层中的中的卤卤水，每升达水，每升达300g之多之多 n 医医疗疗或健身功能的或健身功能的矿矿泉水（泉水（Natural mineral water） 疗疗养院，天然养院，天然矿矿泉水厂，啤酒厂等泉水厂，啤酒厂等寻找特殊功能的水找特殊功能的水资源源 n 开开发发提取一定的能量（提取一定的能量（热热能，冷能）地下水能，冷能）地下水 地下水的露地下水的露头头泉井，往往具有冬暖夏凉的特点，地球浅泉井，往往具有冬暖夏凉的特点，地球浅层层是常温是常温带带保温作用，起到保温作用，起到“冬灌夏用，夏灌冬用冬灌夏用，夏灌冬用” 地球是个天然地球是个天然热库热库可以供可以供热热，供取暖等用，供取暖等用处处0.2.1 地下水是一种宝贵的资源地下水是一种宝贵的资源地下水是一种宝贵的资源地下水是一种宝贵的资源Company Logowww.themegallery.com0.2.2 地下水是极其重要的生态环境因子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是影响生态与环境的重要因素之一 n地下水的地下水的变变化往往会打破原有的生化往往会打破原有的生态态平衡平衡 ，使，使环环境境发发生生变变化化即可以有益，也可以是有害的即可以有益，也可以是有害的 n有害的例子：有害的例子：农业农业用水不当的次生用水不当的次生盐渍盐渍化、不化、不统统一开采，一开采，河西走廓的民勤河西走廓的民勤县县，绿绿州州变变沙漠、沙漠、过过 量开采地下水量开采地下水地面沉降（上海、天津）、海水入侵，地面塌陷，地面沉降（上海、天津）、海水入侵，地面塌陷，地下水地下水污污染等染等 n 地下水与其周地下水与其周围围的的环环境，人、水、境，人、水、热热、动动是个相互依是个相互依存的有着内在存的有着内在联联系的生物生存系的生物生存链链，打破一个，打破一个环节环节就会引就会引起或正或起或正或负负的反的反馈馈（报报复）复）Company Logowww.themegallery.com地下水利用产生的环境问题：地下水利用产生的环境问题：地下水利用产生的环境问题：地下水利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重沙化荒漠化加重沙化荒漠化加重沙化荒漠化加重Company Logowww.themegallery.com地下水利用产生的环境问题：地下水利用产生的环境问题：地下水利用产生的环境问题：地下水利用产生的环境问题：上海地面沉降上海地面沉降上海地面沉降上海地面沉降城市防洪设施标准降低，城市防洪设施标准降低，外滩防洪挡水墙越筑越高外滩防洪挡水墙越筑越高Company Logowww.themegallery.com地下水利用产生的环境问题：地下水利用产生的环境问题：地下水利用产生的环境问题：地下水利用产生的环境问题：地下水污染地下水污染地下水污染地下水污染v 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 Logowww.themegallery.com0.2.3 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、地壳内能量、地壳内能量、地壳内能量、热热热热量的量的量的量的传输传输传输传输者者者者 n传递应传递应力：力：水水为诱发为诱发地震，地地震，地质质灾害是地下水作用灾害是地下水作用 n人工地震人工地震预报预报观测观测地下水地下水 n地球是个天然地球是个天然热库热库在地在地质质循循环环和水文循和水文循环环中中传传输输地壳内部的能（地壳内部的能（热热）量的）量的传输传输者者Company Logowww.themegallery.com0.2.4 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 n由于是应力传递者，同时又是在流动由于是应力传递者，同时又是在流动 所以地下水所以地下水水位水位，水量，水温，水化学水量，水温，水化学等的变化或异等的变化或异常可以提供埋藏在地下的许多信息常可以提供埋藏在地下的许多信息 n强的溶剂：在地质循环和水文循环中化学组分强的溶剂：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、地质演变如找矿、找油、地震预报、地质演变 Company Logowww.themegallery.com0.3 水文地质学的发展与趋势水文地质学的发展与趋势 四个时期四个时期：1856年以前的萌芽时期，年以前的萌芽时期，1856年至本世纪中叶的年至本世纪中叶的奠基时期，奠基时期，20世纪中叶至今的发展时期，世纪中叶至今的发展时期， 21世纪的转变时期世纪的转变时期 v萌芽时期：萌芽时期：由逐水而居到凿井取水由逐水而居到凿井取水-一大转折一大转折 v奠基时期：奠基时期：1856年，达西定律年，达西定律-地下水定量计算地下水定量计算奠定了奠定了水文地质学的基础水文地质学的基础 v发展阶段：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以及人口的急剧增长 泰斯非泰斯非稳稳定流理定流理论论提出，提出，对对地下水地下水资资源量的源量的认识认识革命革命 计算机技算机技术的的发展，在地下水模展，在地下水模拟、规划管理等推划管理等推进 v转变时期：转变时期：核心内容的转变，可持续发展观的提出核心内容的转变，可持续发展观的提出 水文地水文地质质学的学的发发展正向展正向“地下水科学地下水科学”的的转变转变 发展趋势坎儿井高原平原345453640kmCompany Logowww.themegallery.com0.3 水文地质学的发展与趋势水文地质学的发展与趋势简况简况 趋势：趋势：水文地质工程地质水文地质工程地质05.第第1期，期，51-56，张人权等张人权等 n核心课题转移：找水水文地质学核心课题转移：找水水文地质学资源资源生态环境生态环境 n视视野野扩扩展展：含含水水层层地地下下水水系系统统水水文文- -生生态态环环境境技技术术- -社社会会系统。系统。 n目标改变：由当前的问题转向长期的可持续发展目标改变：由当前的问题转向长期的可持续发展 n内内容容扩扩展展：从从地地下下水水的的水水量量为为主主，转转向向水水量量与与水水质质的的研研究究并并重重；从狭义地下水，扩大到广义地下水从狭义地下水，扩大到广义地下水, ,乃至地下水圈乃至地下水圈 n思路的改变：从求从成生角度，加强过程与机理研究思路的改变：从求从成生角度，加强过程与机理研究 n多多学学科科交交叉叉渗渗透透成成为为主主流流：地地下下水水科科学学与与其其它它自自然然科科学学以以及及社社会科学交叉渗透，以多学科方式研究与处理问题会科学交叉渗透，以多学科方式研究与处理问题 n服务方式转变：服务方式转变：方式发生了很大改变，如何使水文地质工作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成果转化为生产力，成为一个急需解决的重大课题 Company Logowww.themegallery.com0.3 水文地质学的发展与趋势水文地质学的发展与趋势任务任务 v目前任务：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，避免地下水正确地预测矿产开发的地下水问题，避免地下水害害 。Company Logowww.themegallery.com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）调用纯净水应急调用纯净水应急2005.11.26日污染高峰过哈尔滨城市日污染高峰过哈尔滨城市Company Logowww.themegallery.com防范煤矿特大突水事故2005年事故特点年事故特点 v20052005年，死亡年，死亡1010人以上事故人以上事故1313起，总人数起，总人数357357人人 n同期上升同期上升160%160%、233.6%233.6%；占总特大事故；占总特大事故20.5% 20.5% v乡镇煤矿水害事故多，乡镇煤矿水害事故多，84.6% 84.6% v老空水是水害的主要水源老空水是水害的主要水源 n老空透水老空透水69.2% 69.2% n底版透水底版透水15.4% 15.4% n岩溶突水岩溶突水15.4%15.4%Company Logowww.themegallery.com0.4 关于水文学与水文地质学关于水文学与水文地质学水文学（水文地地学）水文学（水文地地学）水资源的核心课程水资源的核心课程 广广义义地地说说 ： 研究地球与水的科学研究地球与水的科学 具体：研究地球上各种水体的形成、循具体：研究地球上各种水体的形成、循环环和分布，探和分布，探讨讨水体水体的化学和物理性的化学和物理性质质以及它以及它们对环们对环境的反境的反应应，与生物的关系，与生物的关系 广义水文学分支广义水文学分支基础理论、应用基础理论、应用 基基础础理理论论水文学原理水文学原理 研究研究对对象象河流、湖泊、河口海岸、冰川河流、湖泊、河口海岸、冰川 ，地下水，地下水文学等文学等 应应 用用工程水文学，工程水文学，农业农业、森林、城市、森林、城市、环环境境水文学等水文学等 Company Logowww.themegallery.com0.5 课程内容课程内容本课主要内容本课主要内容 一、水文地质学基本概念一、水文地质学基本概念 概念、名概念、名词词与与术语术语 二、水文地质学基本原理二、水文地质学基本原理 地下水形成基本地下水形成基本规规律律赋存、分布、运存、分布、运动 三、地下水科学的分析方法三、地下水科学的分析方法 微微观观以概念以概念为基基础的分析方法的分析方法 宏宏观地下水系地下水系统理理论为基基础的的综合分析合分析 四、应用分析四、应用分析概念与原理的掌握概念与原理的掌握Company Logowww.themegallery.com主要参考文献主要参考文献v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，水文地质学基础教材后附的参考文献， 水文地质工程地质期刊，水文地质工程地质期刊， 中英文版中英文版“地下水地下水”和和“水文地质学水文地质学”类类教材教材 芮孝芳芮孝芳 著，水文学原理，著，水文学原理，2004.8 Company Logowww.themegallery.com思考题思考题 1、为什么说、为什么说“水资源水资源”是可再生的资源？是可再生的资源？ 2、为什么说、为什么说“水资源水资源”既有自然属性，又有社会属既有自然属性，又有社会属性。性。 绪言结束绪言结束第一章第一章 水文循环水文循环 Hydrologic-cycleFundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础水文地质学基础贵州大学水文与水资源工程教研室贵州大学水文与水资源工程教研室Company Logowww.themegallery.com本章内容本章内容 1.1 水循环水循环1.2 水文循环水文循环1.3 水量平衡水量平衡1.4 水文循环的作用水文循环的作用1.5 影响水文循环的因素（自学）影响水文循环的因素（自学）Company Logowww.themegallery.comv 地球上各部位、各层圈都存在着水地球上各部位、各层圈都存在着水 v 各各部部位位的的水水是是相相互互联联系系、相相互互转转化化的的整整体体也也称称为为水圈水圈水系统水系统 v 自然界的水循环自然界的水循环 各部位水的各部位水的联联系与系与转转化关系化关系 v 水循环分为：地质循环，水文循环水循环分为：地质循环，水文循环 v 本章重点讨论水文循环本章重点讨论水文循环1.1 1.1 水循环水循环 自然界水循环转下页Company Logowww.themegallery.com自然界的水循环地地质质循循环环与水文循与水文循环环关系示意关系示意图图 （据阿勃拉莫夫）（据阿勃拉莫夫）Company Logowww.themegallery.com（1）定义）定义-（范围、四个环节） 水文循水文循环环示意示意图图环节或要素或要素 （2）水文循环的划分）水文循环的划分 循循环环路径不同：路径不同： 大循大循环环（海（海-陆）与小循）与小循环（海（海-海，海，陆-陆） 时时空尺度不同：空尺度不同： 全球水文循全球水文循环环，流域水文循，流域水文循环环，水，水-土土-生系生系统水文循水文循环 （3）水文循环的运动规律）水文循环的运动规律 海洋的蒸海洋的蒸发发量大于降水量量大于降水量 陆陆地的降水量大于蒸地的降水量大于蒸发发量量 大大陆输陆输入水汽量与入水汽量与输输出水量基本平衡出水量基本平衡 1.2 1.2 水文循环水文循环 Hydrologic-cycle Hydrologic-cycle水文循环-环节转下页Company Logowww.themegallery.com水文循环示意图 水文循水文循环环尺度尺度全球、流域（区域）、水全球、流域（区域）、水-土土-生生 思考：思考：水文循水文循环发环发生的生的动动力条件是什么？力条件是什么？ 降水降水 蒸蒸发发 径流径流 水汽水汽输输送送 入入渗渗 蒸蒸发发 降水降水 水汽水汽输输送送 Company Logowww.themegallery.com1.3.1 通用水量平衡方程通用水量平衡方程 （1）水文学（水文地质学）研究的基本原理）水文学（水文地质学）研究的基本原理 物物质质不不灭灭（质质量）、能量守恒定律量）、能量守恒定律为为基本原理基本原理 （2）通用水量平衡方程：）通用水量平衡方程：区域区域段段要素要素 I = O + (W1 - W2) = O + W 其中，其中，I ：时段内段内输入区域的各种水量之和入区域的各种水量之和 O ：时段内段内输出区域的各种水量之和出区域的各种水量之和 W =W1 -W2： 区域内区域内时时段始末的段始末的储储水量水量 不同区域、不同研究对象可以写出具体的水量平衡方程式不同区域、不同研究对象可以写出具体的水量平衡方程式 1.3 水量平衡水量平衡 Water balance Company Logowww.themegallery.com1.3.2 我国水量平衡我国水量平衡 中国水系思考并思考并总结总结我国水量平衡特点我国水量平衡特点 Company Logowww.themegallery.com太平洋流域太平洋流域内流区域内流区域印度洋流域印度洋流域北冰洋流域北冰洋流域中中 国国 水水 系系Company Logowww.themegallery.com1.3.3 全球水量平衡 思考并思考并总结总结全球水量平衡特点全球水量平衡特点 Company Logowww.themegallery.com水文循环的作用：水文循环的作用： 通通过过循循环环水的水的质质量得以量得以净净化、水的数量得以再生化、水的数量得以再生 水水资资源源不不断断更更新新与与再再生生，可可以以保保证证在在其其再再生生速速度度水水平上的永续利用平上的永续利用也是可持续发展保证也是可持续发展保证 1.5 1.5 影响水文循环的因素影响水文循环的因素影响水文循环的因素影响水文循环的因素自学自学自学自学 气象因素气象因素 自然地理条件自然地理条件 人人类类活活动动等等 结结果：有利于蒸果：有利于蒸发发，不利于径流，促，不利于径流，促进进内内陆陆水文循水文循环环 1.4 水文循环的作用水文循环的作用Company Logowww.themegallery.comv从水文循环来看，从水文循环来看，地球上的水资源是个整体，研究地下水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科学需要与相关学科相结合 地质学地质学 （普通）、第四纪地质学、自然地理学（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陆地水文学、水文气象学等相关知识参考 v与工程应用角度与工程应用角度 水资源开发工程、土力学等水资源开发工程、土力学等 v后续课程后续课程 地下水动力学水文地球化学水资源开发与保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护等基础类、应用类和技术方法类课程从水文循环角度看从水文循环角度看水文地质学基础相关学科水文地质学基础相关学科Company Logowww.themegallery.comv （1）水文循）水文循环的内、外因是什么？的内、外因是什么？ （2）为什么称水什么称水资源源为可再生可再生资源，可再生的水源，可再生的水资源是源是取之不尽的取之不尽的吗？ （3）举例例说明人明人类活活动对“水文循水文循环”产生的影响。生的影响。 （4）研究一个地区水量平衡有何意）研究一个地区水量平衡有何意义？ 第一章结束第一章结束思考题思考题第二章第二章 岩石中的空隙与水岩石中的空隙与水The Interstices and Water in Rocks 贵贵州大学水文与水州大学水文与水资资源工程教研室源工程教研室Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础水文地质学基础Company Logowww.themegallery.com 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙2.2 空隙中的水空隙中的水 2.3 岩石的水理性岩石的水理性质本章内容本章内容Company Logowww.themegallery.com2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙l 岩石岩石水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层 l 空隙空隙岩、土中各种类型的空洞的总称岩、土中各种类型的空洞的总称 空空隙隙是是地地下下水水赋赋存存场场所所（places）和和运运移移通通道道（conduits） 空隙分空隙分为为 1. 孔隙（孔隙（pore）-unconsolidated soil-（第四第四纪纪地地质质学学） 2. 裂隙（裂隙（fissure）- hard rock -（构造地构造地质质学学） 3. 溶穴（溶穴（cavity）- dissoluble rock -（岩溶地貌学岩溶地貌学） 工工程程地地质学学是是从从土土层的的物物理理力力学学指指标（性性能能）来来讨论，如土的，如土的压缩性或性或强度度变形。形。 下面以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念，参数下面以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念，参数 （指标）和分析方法。（指标）和分析方法。Company Logowww.themegallery.com孔隙（孔隙（孔隙（孔隙（pore, voidpore, void） 土体孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形状，土体孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形状，连连通与分布通与分布 松散土体宏松散土体宏观观上可以分上可以分为为2大大类：砂性土与粘性土：砂性土与粘性土类 1 1、砂砾石孔隙大小及其影响因素砂砾石孔隙大小及其影响因素 v试样试样 a砾石砾石(模型模型)，试样，试样b砂土样品，试样砂土样品，试样c砂砾混合样品砂砾混合样品 ？ 提提问问：试样试样a与与b构成的孔隙哪种大？哪种小？构成的孔隙哪种大？哪种小？ 颗粒大小粒大小-有关？有关？ v简单归纳简单归纳-砂砾石土孔隙大小与什么有关？砂砾石土孔隙大小与什么有关？ 颗颗粒粒大大小小、 排排列列立立方方体体或或四四面面体体 、分分选选、胶胶结结与与充填充填等等 vv孔隙大小特征的描述孔隙大小特征的描述孔隙大小特征的描述孔隙大小特征的描述：孔喉孔喉 (d) d=0.414D 孔腹孔腹 (d) d=0.732D (上述上述为：立方体排列的理想等径园球：立方体排列的理想等径园球颗粒）粒）2.1.1 孔隙孔隙Company Logowww.themegallery.com a砾石砾石(模型模型) b砂土样品砂土样品 c砂砾混合样品砂砾混合样品 孔隙与粒径关系孔隙与粒径关系Company Logowww.themegallery.com松散砂砾石孔隙大小与分选的关系松散砂砾石孔隙大小与分选的关系好、坏？好、坏？黄黄 土土 沙沙 丘丘 洪洪积积物物 粒径粒径 mm 含含 量量 %Company Logowww.themegallery.com立方体排列与立方体排列与四面体排列四面体排列D dD d立方体排列立方体排列 四面体排列四面体排列Company Logowww.themegallery.com2.1.1 孔隙孔隙2 2、砂砾石的孔隙度（砂砾石的孔隙度（砂砾石的孔隙度（砂砾石的孔隙度（porosityporosity）及其影响因素）及其影响因素）及其影响因素）及其影响因素 孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标 v定定义义：某某一一体体积积岩岩石石（包包括括颗颗粒粒骨骨架架与与空空隙隙在在内内）中中孔孔隙隙体体积积所所占占的比例。通常用的比例。通常用 n 表示表示 vv vv？问：孔隙度的大小与什么有关？问：孔隙度的大小与什么有关？与颗粒大小有关？与颗粒大小有关？ a. 与排列有关与排列有关紧密与疏松密与疏松 理想最疏松孔隙理想最疏松孔隙为为47.64%47.64%，最，最紧密排列孔隙密排列孔隙为25.95%25.95%。 b. 与分与分选有关有关下面下面试样哪个孔隙度大？哪个小？哪个孔隙度大？哪个小？ 试样试样：砾砾石石 砂石砂石 混合混合样样 v完全混合试样时，孔隙度完全混合试样时，孔隙度 n混混=n砾砾n砂砂 （请自己推导证明）（请自己推导证明） v影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度。影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度。Company Logowww.themegallery.com不同颗粒大小的试样不同颗粒大小的试样孔隙度？孔隙度？v Company Logowww.themegallery.comv自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同 P17表表2-1 表表2-1 松散岩石孔隙度参考数值松散岩石孔隙度参考数值 v v v v矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？ v矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的47.64% 达到达到70% v 2.1.1 孔隙孔隙Company Logowww.themegallery.com3、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度 vv粘土颗粒粘土颗粒粘土颗粒粘土颗粒 粘性土是指土体粘性土是指土体颗颗粒粒 0.005mm 的直径的直径 “粘性土由于粘性土由于颗粒粒细小，比表面小，比表面积大，大，连结力力强 粘粒在粘粒在悬浮浮 推移推移 互相接触互相接触时，就会，就会连结起来起来 形成形成粘粒粘粒团团” 细细小粘粒集合（小粘粒集合（团团）构成（称）构成（称为为）颗颗颗颗粒集合体粒集合体粒集合体粒集合体。 集合体与集合体集合体与集合体结结合构成合构成粘性土粘性土粘性土粘性土的沉的沉积结积结构特征构特征 vv粘土孔隙粘土孔隙粘土孔隙粘土孔隙 粘性土如同海粘性土如同海绵绵、峰、峰窝窝或絮状或絮状结结构构 结结构孔隙构孔隙集合体与集合体、粘粒与粘粒之集合体与集合体、粘粒与粘粒之间 次生孔隙次生孔隙虫孔、根系孔、裂隙裂痕等虫孔、根系孔、裂隙裂痕等2.1.1 孔隙孔隙粘土粘土Company Logowww.themegallery.com蒙脱石、片状粘土矿物蒙脱石、片状粘土矿物淤泥粘土淤泥粘土2000Company Logowww.themegallery.com松散孔隙松散孔隙 | 粘土粘土 孔隙孔隙 | 裂隙溶隙裂隙溶隙Company Logowww.themegallery.com裂隙裂隙裂隙裂隙 （ fissure fracture fissure fracture ） 固固结结的的坚坚硬硬岩岩石石中中，一一般般仅仅残残存存很很小小部部分分孔孔隙隙，而而存存在在有各种内外力作用下有各种内外力作用下产产生的裂生的裂缝缝（缝缝隙）隙） 风风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙 裂隙裂隙：空：空间间形形态态是两向延伸是两向延伸长长，横向延伸短的，横向延伸短的“饼饼状状”空隙空隙 单单个裂隙是孤立的个裂隙是孤立的 裂隙岩体裂隙岩体：从水的：从水的赋赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括：存与运移角度来看，裂隙的描述包括： 1) 1) 裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度） 2) 2) 张开性（裂隙宽度）张开性（裂隙宽度） 3) 3) 裂隙率等裂隙率等2.1.2 裂隙裂隙Company Logowww.themegallery.com风化（卸荷）裂隙、风化（卸荷）裂隙、 成岩裂隙、成岩裂隙、 构造裂隙构造裂隙Company Logowww.themegallery.com砂岩岩芯中的空隙砂岩岩芯中的空隙Company Logowww.themegallery.com溶穴溶穴溶穴溶穴（solution cavitysolution cavity） cavern cavern 在裂隙基在裂隙基础础，水流，水流对对可溶岩可溶岩进进一步作用的一步作用的结结果果 是是扩扩大了的裂隙大了的裂隙 溶穴溶穴：溶：溶蚀蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等 岩溶岩体岩溶岩体：要描述裂隙特征及岩溶：要描述裂隙特征及岩溶发发育特征育特征 （裂隙（裂隙+溶洞）溶洞） 1 1）岩溶发育方向）岩溶发育方向 2 2）溶蚀率）溶蚀率-钻孔岩溶发育程度钻孔岩溶发育程度 3 3）溶洞（方向、规模等）溶洞（方向、规模等）2.1.3 溶穴溶穴 Company Logowww.themegallery.com空隙特征的比较空隙特征的比较 v含含水水介介质质由由各各类类空空隙隙所所构构成成的的岩岩石石称称为为含含含含水水水水介介介介质质质质，也也称称为为介介质质场场。含含水水介介质质的的空空间间分分布布与与连连通通特特征征（孔孔隙隙含含水水介介质质、裂裂隙隙含含水水介介质质、溶溶质质含含水水介介质质）是是不不同同的的，三三种种主主要要类类型型的的含含水水介质比较：介质比较： vv连连连连 通通通通 性性性性 孔隙介质最好，其它较差孔隙介质最好，其它较差 vv空间分布空间分布空间分布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，裂隙大小孔隙大小均匀，裂隙大小悬悬殊，溶穴极殊，溶穴极悬悬殊殊 vv空隙比率空隙比率空隙比率空隙比率孔隙介质最大，裂隙最小孔隙介质最大，裂隙最小 v空空隙隙渗渗渗渗透透透透性性性性孔孔隙隙介介质质-各各向向同同性性，裂裂隙隙与与溶溶穴穴-各各向向异异性性造造成成空隙介质上述差异的主要原因：空隙介质上述差异的主要原因：沉积物形成和空隙形成的沉积物形成和空隙形成的沉积物形成和空隙形成的沉积物形成和空隙形成的环境环境环境环境 2.1.4 空隙特征的对比空隙特征的对比Company Logowww.themegallery.comv思考题思考题： 1 1）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？ 2 2）粘性土孔隙度大）粘性土孔隙度大是含水层吗？是含水层吗？ 3 3）试试总总结结砂砂砾砾类类土土体体的的孔孔隙隙形形状状特特点点，并并加加以以概概化化（图示）。（图示）。 3 3）坚坚硬硬的的花花岗岗岩岩、砂砂岩岩、灰灰岩岩的的空空隙隙特特征征有有何何异异同同点？（可以通过查阅资料和文献回答）点？（可以通过查阅资料和文献回答） 第二章第二章第二章第二章 第一第一第一第一节节节节 结结结结束束束束岩石中的空隙岩石中的空隙思考题思考题贵贵州大学水文与水州大学水文与水资资源工程教研室源工程教研室Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础水文地质学基础第二章第二章 岩石中的空隙与水岩石中的空隙与水（下）（下）The Interstices and Water in RocksCompany Logowww.themegallery.com本章内容本章内容 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙2.2 空隙中的水空隙中的水 2.3 岩石的水理性岩石的水理性质Company Logowww.themegallery.com2.2 空隙中的水空隙中的水存在形式：气态存在形式：气态 固态固态 液态液态 设想实验设想实验：材料：材料（玻璃珠子、细管玻璃珠子、细管）+ +水（水杯）水（水杯） （1 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个玻璃珠子之间滴上几滴水，接触部位就会有所残留水 （2 2）在饱水试样中取在饱水试样中取1颗和颗和2个颗粒，颗粒和颗粒孔隙间的水？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？）将玻璃细管插入水中，取出，管中残留水？ 通过上述通过上述3例及图示例及图示空隙中水的存在形式：空隙中水的存在形式： 结合水结合水（absorbed water, bound waterabsorbed water, bound waterabsorbed water, bound waterabsorbed water, bound water） 重力水重力水（gravitational water;bulk watergravitational water;bulk watergravitational water;bulk watergravitational water;bulk water） 毛细水毛细水（capillary watercapillary watercapillary watercapillary water） Company Logowww.themegallery.com2.2.1 结合水结合水结合水结合水（absorbed water, bound water） v定义定义 附着于固体表面，在自身重力下不能运附着于固体表面，在自身重力下不能运动动的水的水 即即结结合水具有一定的合水具有一定的抗剪抗剪强强度度 ？抗剪抗剪强强度的度的产产生与大小与什么有关生与大小与什么有关 表面引力表面引力服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱 v性质性质 结结合合水水具具有有固固态态和和液液态态水水的的双双重重性性质质；即即自自身身重重力力作作用用下下不能运不能运动动，在外力作用下能，在外力作用下能够够移移动动（运（运动动）及）及变变形形 v意义意义 只只要要有有固固相相表表面面就就存存在在结结合合水水，存存在在范范围围广广，其其量量很很小小（结结合合水水膜膜很很薄薄），当当孔孔隙隙直直径径小小于于2倍倍结合合水水膜膜厚厚度度时，孔隙中只含有不能自由运孔隙中只含有不能自由运动的的结合水（又称无效空合水（又称无效空间）结结合水与重力水合水与重力水重力水重力水Company Logowww.themegallery.com结合水与重力水结合水与重力水v Company Logowww.themegallery.com 表面引力表面引力服从库仑定律，服从库仑定律， 随固体表面的距离加大而减弱随固体表面的距离加大而减弱结合水与重力水结合水与重力水结结合水合水Company Logowww.themegallery.com重力水重力水重力水重力水（gravitational water; bulk watergravitational water; bulk watergravitational water; bulk watergravitational water; bulk water） v远远离离固固相相表表面面，水水分分子子受受固固相相表表面面吸吸引引力力的的影影响响极极其其微微弱弱，主主要受重力影响。重力影响下可以自由运动要受重力影响。重力影响下可以自由运动 v 无无重重力力作作用用下下水水的的存存在在？如如在在太太空空中中瓶瓶中中的的水水分分布布受表面吸引的作用液态水的特征受表面吸引的作用液态水的特征 v地地层层内内岩岩石石空空隙隙中中如如果果存存在在一一定定的的重重力力水水，就就可可以以通通过过泉泉，或或井流出（抽出）井流出（抽出） v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 v 2.2.2 重力水重力水结结合水与重力水合水与重力水Company Logowww.themegallery.com重力水重力水重力水重力水（gravitational water; bulk watergravitational water; bulk watergravitational water; bulk watergravitational water; bulk water） v远远离离固固相相表表面面，水水分分子子受受固固相相表表面面吸吸引引力力的的影影响响极极其其微微弱弱，主主要受重力影响。重力影响下可以自由运动要受重力影响。重力影响下可以自由运动 v 无无重重力力作作用用下下水水的的存存在在？如如在在太太空空中中瓶瓶中中的的水水分分布布受表面吸引的作用液态水的特征受表面吸引的作用液态水的特征 v地地层层内内岩岩石石空空隙隙中中如如果果存存在在一一定定的的重重力力水水，就就可可以以通通过过泉泉，或或井流出（抽出）井流出（抽出） v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 v 2.2.2 重力水重力水结结合水与重力水合水与重力水Company Logowww.themegallery.comv 毛细水，孔角毛细水毛细水，孔角毛细水毛细水，孔角毛细水毛细水，孔角毛细水Company Logowww.themegallery.com思考：思考： 1. 上上细下粗土下粗土层，滴水，水停留在何，滴水，水停留在何处？ 2. 黄土黄土层中挖平洞，下大雨后，洞内能否接到水中挖平洞，下大雨后，洞内能否接到水？毛细水毛细水 滴水滴水 下雨下雨 砂土砂土 黄土黄土 器皿器皿 砾砾石石 Company Logowww.themegallery.com毛细力毛细力： n 毛毛细细力的力的产产生生： 是在三相界面上内弯液面引起是在三相界面上内弯液面引起液面弯曲产生的液面弯曲产生的 n 毛毛细细力的力的方向方向：作用方向始终指向弯曲液面的凹例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凸弯液面是指相对于液相一侧而言的 凹形弯液面凹形弯液面负的毛细压强（负的毛细压强（negative）-如同真空吸如同真空吸力力 凸形弯液面凸形弯液面正的毛细压强（正的毛细压强（positive） n 毛毛细细力的力的大小大小： 毛细力大小与弯液面的曲率成正比（曲率大毛细力大小与弯液面的曲率成正比（曲率大,毛细力大毛细力大;曲曲率小，毛细力小）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毛细力大，毛细上升高度也越大2.2.3 毛细水毛细水毛毛细细水水Company Logowww.themegallery.com2 2、毛细水的存在形式毛细水的存在形式毛细水的存在形式毛细水的存在形式（states formsstates forms） 在岩石空隙中，毛在岩石空隙中，毛细细水的存在形式可分水的存在形式可分为为三种：三种： a) 支持毛支持毛细细水水（supporting capillary water ） 在在地地下下水水面面支支持持下下存存在在的的（附附着着水水面面上上的的），随随地地下下水水升升降降而而升升降。上升高度与水面上部的岩石孔隙性质有关降。上升高度与水面上部的岩石孔隙性质有关 b) 悬悬挂毛挂毛细细水水（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。上粗下细或上细下粗砂砾试样的例子。？悬悬挂毛挂毛细细水的高度水的高度 思考：思考：一个等径园管，如果支持毛细水高度为一个等径园管，如果支持毛细水高度为 hchc，悬挂毛细水高度悬挂毛细水高度？ c) 孔角毛孔角毛细水（触点毛水（触点毛细水）（水）（corner water, contiguity water?） 孔角毛细水与悬挂毛细水是不同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 毛细水毛细水支持与支持与悬悬挂毛挂毛细细水水小小结结Company Logowww.themegallery.com支持毛细水与悬挂毛细水支持毛细水与悬挂毛细水地地下下水水位位下下降降Company Logowww.themegallery.com2.2 空隙中的水空隙中的水小结小结小结小结 岩石空隙中的水岩石空隙中的水有有三种存在形式三种存在形式 三种形式的水有差异三种形式的水有差异与与受力状态受力状态有关有关 自己总结、比较自己总结、比较加深理解加深理解_有比较就会有记忆有比较就会有记忆 v v 第二节第二节 空隙中的水空隙中的水 结束结束 Company Logowww.themegallery.com2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质v 岩石（包括骨架与空隙在内的总称）岩石（包括骨架与空隙在内的总称） 水水理理性性质质：就就水水文文地地质质学学主主要要涉涉及及是是与与水水分分储储容容、释释出出与与运运移移有关的性有关的性质质 包括包括： 一、一、一、一、容水度和孔隙度容水度和孔隙度容水度和孔隙度容水度和孔隙度（porosityporosityporosityporosity）（反映岩石最大含水能力）（反映岩石最大含水能力） 孔隙度孔隙度n; 容水度容水度nr ？两者有何关系两者有何关系 岩石完全岩石完全饱饱水水时时，所能容所能容纳纳的最大水体的最大水体积积与岩石与岩石总总体体积积之比之比 二、二、二、二、含水量含水量含水量含水量（water contentwater contentwater contentwater content）_ 岩石岩石样样实际实际保留水分的状况保留水分的状况，（是某岩，（是某岩样样某某时时的含水状的含水状态态） 又称岩石的天然含水量又称岩石的天然含水量 三、三、三、三、持水度持水度持水度持水度（specific retentionspecific retentionspecific retentionspecific retention）_Sr 岩石的持水能力岩石的持水能力最大保持水分的能力最大保持水分的能力 岩石的持水量（持水体岩石的持水量（持水体积积）与岩石）与岩石总总体体积积之比之比Company Logowww.themegallery.com四、四、给水度给水度（specific yield） ( e d) (water drained from soil under gravity flow) 1、定定义义： 当当地地下下水水位位下下降降一一个个单单位位高高度度时时，单单位位水水平平面面积积岩岩石石柱体，在重力作用下柱体，在重力作用下释释放出来的水体放出来的水体积积，称，称为给为给水度水度 当当水水位位下下降降一一个个单单位位，土土层层孔孔隙隙中中是是否否所所有有的的水水都都流流出出来？来？ 在土在土层层中会保留什么形式的水？中会保留什么形式的水？ 结结合水合水(膜膜)，孔角毛，孔角毛细水，有水，有时悬挂毛挂毛细水与支持毛水与支持毛细水水 2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质均均质质土包气土包气带带水分分布水分分布Company Logowww.themegallery.comv 均质土包气带水分分布均质土包气带水分分布Company Logowww.themegallery.com2、影响给水度影响给水度值的因素值的因素 ？砾砾石、粗砂、石、粗砂、细细砂、砂砂、砂砾砾混合混合样样相比相比较较，哪种，哪种样给样给水度大水度大 a) 岩性岩性：空隙大的样品，给水度大，：空隙大的样品，给水度大，n 砾砾 粗砂粗砂 粉砂粉砂（与粒径有关）（与粒径有关） 颗粒粒细小小者者，比比表表面面积大大，结合合水水与与孔孔角角毛毛细水水残残留留多多，除除岩岩性性外外，同一岩同一岩层中其它原因也可造成中其它原因也可造成不同，不同，为什么？什么？ b) 地下水位初始埋深地下水位初始埋深（H0） 当当地地下下水水位位初初始始埋埋深深大大于于支支持持毛毛细细水水带带高高度度时时H0 hc ,可可达达最最大大值 H0 hc 时时，地地下下水水位位下下降降1个个高高度度时，原原重重力力水水大大多多转化化为支支持持毛毛细水，土水，土层给水量大大降低，水量大大降低，变变小。小。 土土层层含含水水量量曲曲线线分分析析：当当水水位位埋埋深深足足够够大大时时，土土层层给给水水度度不不发发生生变变化（化（为为定定值值），此），此时给时给水度水度也是最大理也是最大理论给水度水度2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质其他影响因素其他影响因素Company Logowww.themegallery.com给水度与地下水位埋深的关系给水度与地下水位埋深的关系Company Logowww.themegallery.com四、四、四、四、给水度给水度给水度给水度2、影响、影响值的因素值的因素 c) 与地下水位下降速度有关与地下水位下降速度有关 地下水位下降快慢会影响到地下水位下降快慢会影响到 的大小的大小 （下降快（下降快理理、下降慢、下降慢理理） 这是因为释水滞后，而导致的释水减量这是因为释水滞后，而导致的释水减量 d) 土层结构土层结构 均均质质土特征与上述土特征与上述讨论讨论一致一致 岩土岩土层为层层为层状非均状非均质质土土时时，往往会影响，往往会影响值值， 多多层层状状土土的的特特征征而而言言，上上粗粗下下细细，上上细细下下粗粗结结构构影影响响是不同的。是不同的。2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质Company Logowww.themegallery.com给水度小结给水度小结野外实际测定时野外实际测定时： 均均值值土土，当当地地下下水水位位初初始始埋埋深深大大于于hc，降降速速缓缓慢慢， =S-0 初始埋深小于初始埋深小于hc时时，埋深愈浅，埋深愈浅， 水位降速愈快，水位降速愈快， 一般而言，一般而言，层层状土状土小于均小于均值土。土。 结结合合实验课实验课 设计研究研究给水度的影响因素与确定方法水度的影响因素与确定方法给水度小结给水度小结Company Logowww.themegallery.com五、五、五、五、透水性透水性透水性透水性（permeabilitypermeability） （先自学一下） 反映岩土透反映岩土透过过水的能力水的能力 后后续讲续讲“地下水的运地下水的运动动”时时再再讨论讨论 岩石空隙直径越大岩石空隙直径越大透水能力越透水能力越强透水性越好！透水性越好！ 第二章第二章 结束结束 2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质LOGO贵贵州大学水文与水州大学水文与水资资源工程教研室源工程教研室Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础水文地质学基础第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存The Occurrence of G.WCompany Logowww.themegallery.com本章内容本章内容 3.3 地下水分地下水分类3.2 含水含水层 隔水隔水层 弱透水弱透水层 含水系含水系统 3.1 包气包气带与与饱水水带 3.4 潜水与潜水含水潜水与潜水含水层 3.5 承承压水与承水与承压含水含水层Company Logowww.themegallery.com3.1 3.1 包气带与饱水带包气带与饱水带包气带与饱水带包气带与饱水带 一、包气带与饱水带的划分一、包气带与饱水带的划分 地下水面（水位）地下水面（水位）： 地下一定深度岩石中的空隙被重力水所充地下一定深度岩石中的空隙被重力水所充满满， 形成一个自由水面，以海拔高度表示称之形成一个自由水面，以海拔高度表示称之地下水位地下水位 （一般通（一般通过过打井，地下开挖来确定）打井，地下开挖来确定）包气带与饱水带Company Logowww.themegallery.com包包气气带带与与饱饱水水带带地下水位地下水位Company Logowww.themegallery.com3.1.2 3.1.2 包气带包气带包气带包气带包气带包气带（zone of aeration or zone of unsaturation） v特点：特点： 岩石空隙未被水充岩石空隙未被水充满满 是固、液、气三相介是固、液、气三相介质质并存介并存介质质 v水的存在形式（多水的存在形式（多样样） 结结合水、毛合水、毛细细水（各种）、重力水、气水（各种）、重力水、气态态水水 v包气包气带带水的垂直分水的垂直分带带 土壤水土壤水带带， 中中间带间带（过过渡渡带带） 支持毛支持毛细细水水带带，毛，毛细饱细饱和水和水带带 包气带是饱水带中地下水参与水文循环的一个重要包气带是饱水带中地下水参与水文循环的一个重要通道通道；“重力重力水水”通过包气带获得降水、地表水的入渗通过包气带获得降水、地表水的入渗补给补给（补充），部分水（补充），部分水又通过包气带将水分传输，又通过包气带将水分传输，蒸发蒸发，消耗出去。，消耗出去。Company Logowww.themegallery.com饱水带饱水带（saturation zone） v岩石空隙被水完全充满岩石空隙被水完全充满 是二相介质（固相是二相介质（固相+液相水）液相水） v空隙中水的存在形式：空隙中水的存在形式： 重力水重力水 结结合水合水 重重力力水水：连连续续分分布布（孔孔隙隙是是连连通通）传传递递压压力力在在水水头头差作用下，地下水（空隙中的水）可以差作用下，地下水（空隙中的水）可以连续连续运运动动。 地地下下开开挖挖，坑坑道道，巷巷道道，基基坑坑，打打井井在在此此带带均均有有重重力力水涌出来！水涌出来！ 3.1.3 3.1.3 饱水带饱水带饱水带饱水带 Company Logowww.themegallery.com3.2 3.2 含水层含水层含水层含水层 隔水层隔水层隔水层隔水层 弱透水层弱透水层弱透水层弱透水层 含水系统含水系统含水系统含水系统一、一、一、一、基本概念基本概念基本概念基本概念 饱饱水岩水岩层层中，根据岩中，根据岩层层给给给给水与透水能力水与透水能力水与透水能力水与透水能力而而进进行的划分行的划分 v 含水层含水层（AquiferAquifer）：）： 是能够是能够透过透过并并给出给出相当数量水的岩层相当数量水的岩层各类砂土，砂岩等各类砂土，砂岩等 v 隔水层隔水层（Aquifuge)Aquifuge)： 不不能能透透过过与与给给出出水水或或透透过过与与给给出出的的水水量量微微不不足足道道的的岩岩层层裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密）裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密） v 弱透水层弱透水层（AquitardAquitard）：）： 渗渗透透性性很很差差，给给出出的的水水量量微微不不足足道道，但但在在较较大大水水力力梯梯度度作作用用下下，具具有有一一定定的的透透水水能能力力的的岩岩层层各各种种粘粘土土，泥泥质粉砂岩质粉砂岩Company Logowww.themegallery.com定义中的模糊概念定义中的模糊概念“相当水量，微不足道，较大水力梯度相当水量，微不足道，较大水力梯度”等等 严严格格的的“是是与与非非”的的逻逻辑辑思思维维，在在很很多多情情况况下下是是相相对对的的和和模模糊糊的的概念概念相对性的意义：相对性的意义： v 从实际应用角度来看从实际应用角度来看划分的相对的性划分的相对的性相当水量相当水量 满满足足需需要要就就可可以以了了。如如在在某某处处一一口口井井出出水水量量80m80m3 3/d/d，作作为为1 1万万人人的的供供水水，非非含含水水层层；作作为为饮饮料料厂厂、装装瓶瓶生生产产则则为为含含水水层层。又又如如一一个个小小泉水流量泉水流量0.11/s8.6m0.11/s8.6m3 3/d/d，大厂，大厂非，村用非，村用是。是。 v 从理论意义来看从理论意义来看微不足道微不足道 微不足道，有微不足道，有时时空尺度的制空尺度的制约约。 如如华华北北平平原原早早期期地地下下水水开开采采就就是是典典型型的的例例子子，深深层层水水与与浅浅层层水水的的开开采采有有一一粘粘土土隔隔水水层层；后后开开采采深深层层，水水量量大大，水水位位降降低低快快，浅浅层层水向深层水向深层“越流越流”-粘土层成为粘土层成为“透水层透水层”。 现现在在进进行行水水文文地地质质计计算算、模模拟拟时时，不不再再简简单单二二分分了了，而而是是用用模模糊糊学学的的研研究究方方法法，给给个个隶隶属属度度1 1，0 0之之间间，可可以以为为 0.8,0.7,0.8,0.7, 0.3,0.3,表示表示“透水性透水性”？3.2.2 3.2.2 概念的相对性概念的相对性概念的相对性概念的相对性Company Logowww.themegallery.com时时间间的的相相对对性性54321Company Logowww.themegallery.com概念的思考？概念的思考？概念的思考？概念的思考？ A B 大大坝坝 1.1.1.1.这组地层是含水层还是隔水层？这组地层是含水层还是隔水层？ 2.2.煤层开采，巷道（矿坑）会否有水？煤层开采，巷道（矿坑）会否有水？ 3.3.如果需要修水库，建坝后库水是否渗漏？如果需要修水库，建坝后库水是否渗漏？ 4.4.如供水的需要如供水的需要如何布置勘探？如何布置勘探？Company Logowww.themegallery.com3.2.3 3.2.3 含水系统含水系统含水系统含水系统含水系统含水系统Groundwater aquifer system 地下水含水系统：地下水含水系统： v是是指指由由隔隔水水或或相相对对隔隔水水岩岩层层圈圈闭闭的的，具具有有统统一一水水力力联联系系的含水岩系的含水岩系 v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：包含多个含水层和弱透水层，或局部隔水层 v含水系统：可以进行子系统划分含水系统：可以进行子系统划分 v含含水水系系统统的的定定义义是是从从大大的的空空间间尺尺度度研研究究含含水水层层、隔隔水水层层、 与与弱弱透透水水层层的的组组合合关关系系，是是从从地地质质成成因因角角度度对对岩岩层层的的水水文地质特征进行划分的分析方法文地质特征进行划分的分析方法(或给出的概念或给出的概念)含水系统的划分Company Logowww.themegallery.com含水系统层次划分含水系统层次划分含水系统层次划分含水系统层次划分系统与子系统系统与子系统系统与子系统系统与子系统v ABCompany Logowww.themegallery.com冲洪积平原地下水含水系统冲洪积平原地下水含水系统冲洪积平原地下水含水系统冲洪积平原地下水含水系统丘陵丘陵 倾倾斜平原区斜平原区 低平原低平原 Company Logowww.themegallery.comv 广义地下水广义地下水： 地表以下岩石空隙中的水地表以下岩石空隙中的水( (包气包气带、饱水水带中的水中的水) ) subsurface-water,under groundwater, groundwater subsurface-water,under groundwater, groundwater v 狭义地下水狭义地下水：地表以下饱水带岩层空隙中的水地表以下饱水带岩层空隙中的水重力水重力水 v 地下水分类地下水分类： 主要依据主要依据含水介含水介质的的类型（型（赋存空存空间） 埋藏条件（埋藏条件（赋存部位）存部位） v表表3-13-1含水介质三类，埋藏三分，组合共分为含水介质三类，埋藏三分，组合共分为9 9类类 3.3 3.3 地下水分类地下水分类地下水分类地下水分类孔隙水孔隙水裂隙水裂隙水岩溶水岩溶水包气带包气带上层滞水上层滞水上层滞水上层滞水上层滞水上层滞水潜水潜水孔隙潜水孔隙潜水裂隙潜水裂隙潜水岩溶潜水岩溶潜水承压水承压水孔隙承压水孔隙承压水裂隙承压水裂隙承压水岩溶承压水岩溶承压水 Company Logowww.themegallery.com潜水潜水(b)、承压水、承压水(c)、上层滞水、上层滞水(a)abcCompany Logowww.themegallery.com3.4.1 3.4.1 潜水与潜水含水层概念潜水与潜水含水层概念 v潜水潜水： 地地表表以以下下，第第一一个个具具有有自自由由表表面面的的稳稳定定含含水水层层中中的的水水 自自由由表表面面即即设设有有隔隔水水层层限限制制，与与大大气气直直接接相相通通，除大气压强外不受其它力。除大气压强外不受其它力。 稳稳定定具具有有一一定定的的空空间间连连续续性性（范范围围）以以示示区区分分上上层滞水层滞水 v潜水含水层潜水含水层 -赋存潜水的岩存潜水的岩层 屋建筑时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水）屋建筑时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水） 3.4 3.4 潜水与潜水含水层潜水与潜水含水层潜水与潜水含水层潜水与潜水含水层Company Logowww.themegallery.com二、二、基本要素（专业术语）基本要素（专业术语） v 潜水面潜水面 (water table) v 潜水位潜水位 (water level ) v 潜水含水潜水含水层- - v 含水含水层厚度厚度- - v 潜水埋深潜水埋深- - 3.4 3.4 潜水与潜水含水层潜水与潜水含水层潜水与潜水含水层潜水与潜水含水层潜水要素图Company Logowww.themegallery.com2 3 4 5 6 7 8 D 1 M 潜水与潜水含水层图潜水与潜水含水层图1-1-潜水含水层潜水含水层 2- 2-隔水层隔水层 3 3、4 4 潜水面潜水面 潜水位潜水位 M-M-含水层厚度含水层厚度 D-D-潜水埋深潜水埋深 5-5-大气降水入渗大气降水入渗 6- 6-蒸发蒸发 7- 7-流向流向 8- 8-泉泉 Company Logowww.themegallery.com三、三、主要特征主要特征学习学习P3031,总结总结 v 补给补给(来源来源)：降水入渗，河湖入渗降水入渗，河湖入渗 v 排泄排泄(汇)：泉，（河）泄流，蒸泉，（河）泄流，蒸发发 补给补给或排泄通或排泄通过过含水含水层层厚度厚度变变化而化而储储水与水与释释水！水！ v 动态动态：受气象，水文因素影响明：受气象，水文因素影响明显显，变变化快化快 （水量、水位季（水量、水位季节节性性变变化）化） 受人受人为为因素影响也因素影响也显显著，易著，易污污染染 v 水循水循环环交替迅速交替迅速：水循：水循环环周期短，更新恢复快周期短，更新恢复快 v潜水研究基本方法潜水研究基本方法绘制潜水等水位线图绘制潜水等水位线图 获取信息获取信息-资料的手段资料的手段调查、调查、勘探勘探，分析，分析 实习一实习一：编制潜水等水位线图：编制潜水等水位线图3.4 3.4 潜水与潜水含水层潜水与潜水含水层潜水与潜水含水层潜水与潜水含水层Company Logowww.themegallery.com某地潜水等水位线图（平面）某地潜水等水位线图（平面）河河河河流流流流Company Logowww.themegallery.com一、一、承压水定义承压水定义 充充满满于于2个个隔隔水水层层（或或弱弱透透水水层层）之之间间的的含含水水层层中中的的水水，称之。（图称之。（图 P31，图，图3-6） 二、二、基本要素与特征基本要素与特征 承承压压含水含水层层； 隔水隔水顶顶板；板； 隔水底板；隔水底板； 承承压压含水含水层层厚度（厚度（H）；）； 埋深（埋深（D） 测测压压水水位位线线（面面）：测测压压水水位位线线的的连连线线（面面）此此线是虚是虚拟的（如的（如图有有压管）管） 承承压压高度；高度； 补给补给区；区； 承承压压区；区； 排泄区排泄区 自溢区自溢区测压水位水位线与地形等高与地形等高线的交点的交点连接区接区 绘制一张承压含水层的等测压水位线图（加地形等高线）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 3.5 承压水与承压含水层承压水与承压含水层承压水与承压含水层承压水与承压含水层 Confined aquiferConfined aquifer承压水要素Company Logowww.themegallery.com基岩自流盆地中的承压水基岩自流盆地中的承压水承压含水层承压含水层 隔水顶板隔水顶板 隔水底板隔水底板 承承压压含含水水层层厚度（厚度（M M） 埋深（埋深（D D） 测测压压水水位位线线（面）：（面）： 承压高度承压高度-H -H 补给区补给区 承压区承压区 排泄区排泄区 自溢区自溢区Company Logowww.themegallery.comv 特征特征： 补给补给与排泄与排泄 有有限限区区域域与与外外界界联联系系，水水循循环环迟迟缓缓些些，水水交交替替慢慢，平平均均滞滞留留时间长时间长（年（年龄龄老或老或长长）恢复性差恢复性差 水化学水化学 变变化化较较大，大，矿矿化度一般要高点，可以保留化度一般要高点，可以保留“古老古老”的水的水 动态动态 要要稳稳定些，如果分布面定些，如果分布面积积大，厚度大，厚度稳稳定定则调节能力很能力很强 v 问问题题？承承压压含含水水层层的的变变化化：在在储储水水与与释释水水时时，含含水水层层厚厚度是不变的，承压含水层的储水与释水是如何进行的？！度是不变的，承压含水层的储水与释水是如何进行的？！3.5 3.5 承压水与承压含水层承压水与承压含水层承压水与承压含水层承压水与承压含水层Company Logowww.themegallery.com承压含水层的储水与释水承压含水层的储水与释水 v 弹性给水度弹性给水度 e 承承压压含含水水层层中中当当测测压压水水位位下下降降(或或上上升升)1个个单位位，单位位水水平平面面积含水含水层较体所体所释放放(或或储存存)的水量的水量 v 测压水位降低导致测压水位降低导致 1)含含水水层层孔孔隙隙中中水水的的压压力力降降低低水水体体积积膨膨胀胀释释水水，水水的的膨膨胀胀系系数数约为约为 1/20000 2)孔隙水孔隙水压压力降低，岩力降低，岩层颗层颗粒粒间间承受承受压压力增加力增加骨架被骨架被压缩压缩 颗颗粒不粒不变变骨架骨架压缩 = 空隙体空隙体积减小（排列改减小（排列改变） 发生生释水（水（挤出来）水出来）水 v 这两部水很有限，所以这两部水很有限，所以 e e 很小很小 ； 与重力给水度与重力给水度 d相比要相比要 小小10-1 10-3 3.5.3 3.5.3 承压含水层的储水与释水承压含水层的储水与释水Company Logowww.themegallery.com承压含水层的弹性给水度承压含水层的弹性给水度v从理论上来看：从理论上来看： 弹性给水度是可以恢复的弹性给水度是可以恢复的 实际上弹性是有限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），将产生一次性的越过含水层弹性范围（限定），将产生一次性的变形变形即永久性不可恢复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最终导致含水层的弹性给水与释水能力降低 v Company Logowww.themegallery.com3.5.4 3.5.4 潜水与承压水的相互转化潜水与承压水的相互转化v在在自自然然或或实实际际条条件件下下，潜潜水水与与承承压压水水的的划划分分也也是是相对的相对的 v在在复复杂杂条条件件下下，很很难难将将某某些些含含水水层层中中的的水水划划定定为为潜水或承压水潜水或承压水 v几个例子几个例子： 山区基岩互山区基岩互层层 一个一个 较较厚的含水厚的含水层层 一个封一个封闭闭的含水的含水层层潜水潜水？ 开采前开采前潜水含水层潜水含水层 开采后开采后承压含水层承压含水层 开采潜水与承压水的转化Company Logowww.themegallery.com例：潜水与承压水的转化例：潜水与承压水的转化 Company Logowww.themegallery.com3.5 3.5 承压水与承压含水层承压水与承压含水层承压水与承压含水层承压水与承压含水层介绍内容介绍内容上层滞水（上层滞水（perched water）要求自学要求自学P35 这是包气带中唯一有实际利用价值的重力水这是包气带中唯一有实际利用价值的重力水 v v前前第第一一、二二、三三章章，是是水水文文地地质质学学中中常常用用的的基基本本概概念念和和术语，要求掌握术语，要求掌握 v后几章将着重介绍一些基本理论与方法后几章将着重介绍一些基本理论与方法 v有有关关地地下下水水运运动动的的内内容容，请请参参考考学学习习水水力力学学中中有有关关水头、水力梯度的概念。水头、水力梯度的概念。 第三章结束第三章结束上层滞水LOGO贵贵州大学水文与水州大学水文与水资资源工程教研室源工程教研室Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地水文地质学基学基础第四章第四章 地下水的运动地下水的运动The movement of G.WCompany Logowww.themegallery.com本章内容本章内容 4.1 达西定律达西定律4.2 达西定律达西定律讨论 4.3 流网流网实习实验实习实验 达西达西实验实验与与应应用用Company Logowww.themegallery.com第四章第四章第四章第四章 地下水的运动地下水的运动渗流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）：假想水流所占据的空间区域，包括空隙和岩石颗粒所占的全部空间。Company Logowww.themegallery.com第四章第四章第四章第四章 地下水的运动地下水的运动v渗流渗流地下水在岩石空隙中的运动称为渗流地下水在岩石空隙中的运动称为渗流 地下水渗流地下水渗流遵循水力学基本原理（遵循水力学基本原理（复复习习） 差异差异 水力学研究水在水力学研究水在管管、渠渠明流明流 多孔介多孔介质质，空隙，空隙细细小，水流很小，水流很缓缓慢慢渗流渗流 从流从流态来看来看地下水多地下水多为层流（除岩溶管道外）流（除岩溶管道外） 层流流紊流紊流 侧重重稳定流定流（不（不讨论非非稳定流）定流）Company Logowww.themegallery.com4.14.1 达西定律（达西定律（Darcys law）达西定律达西定律达西定律达西定律线性渗透定律线性渗透定律线性渗透定律线性渗透定律（linear lawlinear law） v H.Darcy 法法国国水水力力学学家家，1856年年（以以实验为基基础研研究究时期期）通通过大量的室内大量的室内实验得出的得出的 4.1.1 实验条件实验条件：装置图P36，图4-1 1 1）等径圆筒装入均匀砂样（）等径圆筒装入均匀砂样（uniform sand），断面为），断面为 2 2）上（下各）置一个稳定的溢水装置）上（下各）置一个稳定的溢水装置保持稳定水流保持稳定水流 3 3）实验时上端进水，下端出水）实验时上端进水，下端出水示意流线示意流线 4 4）砂筒中安装了）砂筒中安装了2 2个测压管个测压管 5 5）下端测出水量（）下端测出水量（outflow）QCompany Logowww.themegallery.com4.1.1 达西试验装置达西试验装置QOO 断面断面1断面断面2hH2H1LCompany Logowww.themegallery.com达达 西西 试试 验验 装装 置置_两种两种2变水头装置1常水头装置Company Logowww.themegallery.com4.1.24.1.2 达西定律（达西定律（Darcys law）v 通过变水头，多次实验得出：出水端的流量通过变水头，多次实验得出：出水端的流量Q Q与砂柱、与砂柱、测压管水头之间的关系为：测压管水头之间的关系为： （1 1） n Q Q 渗流量；渗流量； 砂柱断面面积；砂柱断面面积； n h h 水头损失（水头损失（m m）；）；L L 渗流途径；渗流途径； n K K与试样有关的比例常数与试样有关的比例常数。 v由水力学由水力学中水中水动动力学基本原理：力学基本原理：（2） Q = K I Company Logowww.themegallery.com4.1.24.1.2 达西定律（达西定律（Darcys law）v渗透流速渗透流速 根据水力学流速与流量的关系对上式转化：根据水力学流速与流量的关系对上式转化： Q = V 与（与（2）式比）式比较 V = KI - （3） 称为称为渗透流速渗透流速（seepage velocity Darcy velocity specific discharge） 上式为单位面积上的流量上式为单位面积上的流量-称比流量称比流量 达西定律中由此看出：达西定律中由此看出： 渗透流速与水力梯度是一次方成正比渗透流速与水力梯度是一次方成正比 故达西定律又称故达西定律又称为线为线性渗透定律性渗透定律VI关系图转转下下页页Company Logowww.themegallery.comVI 曲线曲线 砂砂样样VI O12V = K I （3） Company Logowww.themegallery.com4.24.2 达西定律讨论达西定律讨论达西定律讨论达西定律讨论 4.2.1 4.2.1 渗透流速（渗透流速（V V）与过水断面（）与过水断面（） Q = K I = V v过水断面与水力学中的水流过断面是否一致？否过水断面与水力学中的水流过断面是否一致？否 过过水断面水断面，假想的断面，假想的断面 实际实际孔隙断面孔隙断面 n 孔隙度孔隙度 实际实际水流断面水流断面 n 有效孔隙度有效孔隙度 Q/ =V 比照水力学，实际流速比照水力学，实际流速 Q/= u v关系关系：地下水渗透流速地下水渗透流速 V= u ne v渗渗透透流流速速V：是是假假设设水水流流通通过过整整个个岩岩层层断断面面（骨骨架架+空空隙隙）时时所具有的虚拟的平均流速。所具有的虚拟的平均流速。 v意意义义：研研究究水水量量时时，只只考考虑虑水水流流通通过过的的总总量量与与平平均均流流速速，而而不不去追踪实际水质点的运移轨迹去追踪实际水质点的运移轨迹简化的研究简化的研究过水断面比较Company Logowww.themegallery.com过水断面过水断面与实际过水断面与实际过水断面 过水断面（过水断面（） 实际过断面（实际过断面（）Company Logowww.themegallery.comv 4.2.24.2.2 水力梯度水力梯度水力梯度（水力梯度（I）（hydraulic gradient） v 水力学中水力学中水力坡度水力坡度（J）:单位距离上的水位距离上的水头损失失 v 是沿渗流途径上的水是沿渗流途径上的水头损失与失与相相应应的渗流的渗流长长度度之比之比 v v v 物物理理涵涵义上上来来看看I：代代表表着着渗渗流流过程程中中，机机械械能能的的损失失率率，由水力学中水由水力学中水头的概念加以分析：的概念加以分析： v 在地下水渗流研究中在地下水渗流研究中 任意点的水任意点的水头头表达式表达式 总水水头 测压水水头 速度水速度水头 机械能机械能 势 能能 动 能能Company Logowww.themegallery.com水力梯度（水力梯度（I） v在在达西实验达西实验中中： 4.2.24.2.2 水力梯度水力梯度其原因是其原因是 u2/2g 很小而忽略很小而忽略 v在在地下水渗流研究地下水渗流研究中常中常： n总总水水头头 测压测压水水头头 (这是是习惯习惯用法用法) 我们我们仍然用仍然用 H = H1-H2 代表代表该该程程 L12 上的上的总总水水头损头损失，失， I 则为总则为总能量能量损损失率失率 v渗流渗流过过程中程中总总机械能的机械能的损损耗原因（与水力学相近）耗原因（与水力学相近） n流体的粘滞性引起的流体的粘滞性引起的内摩擦阻力（分子内摩擦阻力（分子间间） n固体固体颗颗粒表面粒表面对对水流的反作用力水流的反作用力Company Logowww.themegallery.com4.2.24.2.2 水力梯度水力梯度水力梯度（水力梯度（I） 从达西公式从达西公式: : V = KIV = KI 来看来看： v当当I I 增大增大时时，V V 也愈大；也愈大； v即流速即流速V V 愈大，愈大，单单位渗流途径上位渗流途径上损损失的能量也失的能量也愈大愈大; ;反反过来，水力梯度来，水力梯度I I愈大愈大时时，驱动驱动水流运水流运动动与速度也愈大与速度也愈大 注意：水头损失一定要与渗流途径相对应注意：水头损失一定要与渗流途径相对应Company Logowww.themegallery.com4.2.34.2.3 渗透系数渗透系数渗透系数渗透系数 K K（coefficient of permeability） 在有些教科书中也称为水力传导率在有些教科书中也称为水力传导率 （hydraulic conductivity） v定义定义：水力梯度为：水力梯度为 I I =1 =1 时的渗透流速时的渗透流速 （V=KIV=KI） 具有速度量具有速度量纲纲 L L2 2 T T-1-1 v由公式由公式V = K I 分析分析 当当I一定一定时，岩，岩层的的 K 愈大，愈大，则 V 也愈大，也愈大， Q 大大 因此，渗透系数因此，渗透系数 K K 是表征岩石是表征岩石透水性透水性的定量指标的定量指标 VI关系图Company Logowww.themegallery.com4.2.34.2.3 渗透系数渗透系数渗透系数渗透系数 K K v影响因素影响因素： 以松散岩石以松散岩石,等径孔隙为例来分析等径孔隙为例来分析 v v 水的重率；水的重率； 动力粘滞系数力粘滞系数 v从公式从公式 即得出：即得出： K与岩石性与岩石性质质有关有关 K （d02，ne） 与流体物理性与流体物理性质质有关有关 K （/） 表表4-14-1列出常见岩石渗透系数的参考值列出常见岩石渗透系数的参考值 4.2.4 达西定律达西定律的适用范围（的适用范围（自学自学P38中间一段中间一段） 雷诺数数介于雷诺数数介于 110 之间之间 Company Logowww.themegallery.com4.3 4.3 流网流网（Flow net） 4.3.1 4.3.1 基本概念（基本概念（基本概念（基本概念（conceptconcept） v渗流场渗流场：地下水流动（运动）的空间地下水流动（运动）的空间 流网是描述渗流流网是描述渗流场场中地下水流中地下水流动动状况的有效状况的有效工具工具 v流流网网：是是由由一一系系列列等等水水头头线线（equipotential lines）与与流流线线（flow lines）组成的网格，称流网（）组成的网格，称流网（flow net） v流流线线：某某时时刻刻在在渗渗流流场场中中画画出出的的一一条条空空间间曲曲线线，该该曲曲线线上上各各个个水水质质点点的的流流速速方方向向都都与与这这条条曲曲线线相相切切（某某时时刻刻各各点点流流向向的的连连线线）（迹迹线线：流流体体水水质质点点在在渗渗流流场场中中某某一一时时间间段段内内的的运运动动轨轨迹迹trace line） v等等水水头头线线：在在某某时时刻刻，渗渗流流场场中中水水头头相相等等各各点点的的连连线线（水水势势场的分布）场的分布）Company Logowww.themegallery.com4.3.1 4.3.1 基本概念基本概念 基本概念基本概念 v二维流网图二维流网图： 平面流网平面流网：潜水等水位：潜水等水位线图线图，承，承压压水等水等测压测压水位水位线图线图 剖面流网剖面流网：含水量厚度：含水量厚度较较大大时时，常需要刻画剖面的水流，常需要刻画剖面的水流 v流网特点流网特点： 在各向同性介在各向同性介质质中，流中，流线线与等水与等水头线头线正交正交；在各向；在各向异性介异性介质质中，流中，流线线与等水与等水头线头线斜交斜交 是按一定是按一定规则绘规则绘制的，等水制的，等水头线头线（等水（等水头头差差绘绘制），制），流流线线（等流量（等流量宽宽，单宽单宽流量相等）流量相等）Company Logowww.themegallery.com4.3.1 4.3.1 基本概念基本概念 各向同性与各向异性根据岩层透水性与渗流方向的关系划分，若渗流场中，某一点的K与渗流方向无关，则该岩层是各向同性的，反之则为各向异性。各向同性岩层（Isotropic strata）：渗流场中某一点的渗透系数不取决于方向，即不管渗流方向如何都具有相同渗透系数的岩层。各向异性岩层（anisotropic strata）：渗流场中某一点的渗透系数取决于方向，渗透系数随渗流方向不同而不同的岩层。Company Logowww.themegallery.com4.3.2 4.3.2 定性流网绘制定性流网绘制定性流网的绘制定性流网的绘制-（各向同性介质中）（各向同性介质中） 在在许许多多实际实际工作中，工作中，绘绘制定性流网分析制定性流网分析问题问题很重要很重要 精确流网受精确流网受许许多条件（多条件（资资料不足等）制料不足等）制约约，很，很难办难办到到 v思考回答思考回答： 边边界条件？有哪几界条件？有哪几类类？ 流流线线起点和起点和终终点？等水点？等水头线头线如何控制？如何控制？ 等流量如何确定？等流量如何确定？ “源源”resource （发散流散流线处） “汇汇”sink （ 吸收流吸收流线处） “地下分水地下分水线”divide line（分水或分流（分水或分流处为“流流线”）Company Logowww.themegallery.com4.3.2 4.3.2 定性流网绘制定性流网绘制v绘制步骤（简要）绘制步骤（简要）： 1）寻找已知找已知边界（湿周，隔水界（湿周，隔水边界，水位界，水位线） 2）分水）分水线、源、源、汇的确定的确定 3）画出渗流）画出渗流场周周边流流线与条件与条件 4）中）中间内插内插 流量等流量等单宽量流量控制流量流量控制流线根数根数 确定等水确定等水头差差间隔隔 v参见河间地块流网图参见河间地块流网图P40，图，图4-4边边界性界性质图质图河河间间地地块块流网流网Company Logowww.themegallery.com等水头线等水头线 、流线与各类边界的关系、流线与各类边界的关系已知已知边边界界 a湿周湿周 b隔水隔水边界界 cd水位水位线Company Logowww.themegallery.com河间地块流网的绘制河间地块流网的绘制1）寻找已知边界（湿周，隔水边界，水位线）寻找已知边界（湿周，隔水边界，水位线） 2）分水线、源、汇的确定）分水线、源、汇的确定 3）画出渗流场周边流线与条件）画出渗流场周边流线与条件, 4）确定等水头值，中间内插）确定等水头值，中间内插Company Logowww.themegallery.com4.3.3 4.3.3 流网的应用流网的应用流网图的应用流网图的应用 它它反反映映了了渗渗流流场场中中地地下下水水的的流流动动状状况况，同同时时也也是是介介质场质场与与势场势场的的综综合反映。提供合反映。提供这这两方面的信息：两方面的信息： 1、可以确定任意点的水头值（、可以确定任意点的水头值（H），并了解其变化规律），并了解其变化规律 图图中中A点水点水头？ HA与与HB的大小？的大小？ 2、确定水力梯度、确定水力梯度 I 的大小，及其变化规律的大小，及其变化规律 图图中中A点的点的 I？ IA与与IB比比较谁较谁大？大？ 3、确定渗透流速、确定渗透流速V的大小，及其变化规律的大小，及其变化规律 图图中中A点的点的 VA ？ VA与与 VB？ 4、渗流场内的流量分布情况、渗流场内的流量分布情况 （如果要打井取水，井布置在何（如果要打井取水，井布置在何处为处为什么？）什么？） 5、水水质质点点的的渗渗流流途途径径及及长长短短，当当流流线线与与迹迹线线重重合合，流流线线近近视视为为水水质点的运移轨迹质点的运移轨迹流网的流网的应应用用思考思考题题Company Logowww.themegallery.com河间地块流网的应用河间地块流网的应用A B比比较较： HA与与HB？ IA与与IB？ VA与与 VB？ Company Logowww.themegallery.com思考题思考题v 1、在上页图示条件下，在何处打井取水，、在上页图示条件下，在何处打井取水，井水不会受污染物的影响？井水不会受污染物的影响？ v2、预习：流网与地下水流动系统的关系、预习：流网与地下水流动系统的关系p8194。 v 自选学习内容自选学习内容 层层状非均状非均质质介介质质中的流网中的流网 自学自学图图4-5的内容，的内容，图4-8内容内容 饱饱水粘性土中水的运水粘性土中水的运动规动规律律贵州大学水文与水资源工程教研室Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地水文地质学基学基础第五章第五章 包气带水的运动包气带水的运动Company Logowww.themegallery.com本章内容本章内容 5.1 毛毛细负压与毛与毛细压力水力水头5.2 毛毛细压力水力水头的的测定方法定方法 5.3 毛毛细上升高度与速度上升高度与速度5.4 包气包气带水的下渗运水的下渗运动5.5 包气包气带岩石的渗透系数岩石的渗透系数Company Logowww.themegallery.com5.1 5.1 毛细负压与毛细压力水头毛细负压与毛细压力水头v 包气带特点包气带特点复习复习 v 毛细水中：讨论过毛细水中：讨论过 毛细现象、毛细力、毛细水的存在形式毛细现象、毛细力、毛细水的存在形式 v 毛细负压毛细负压（毛细水头），（毛细水头），毛细上升高度，毛细上升速度毛细上升高度，毛细上升速度 毛细负压与毛细压力水头毛细负压与毛细压力水头 液液体体表表面面有有一一个个张张力力（相相互互吸吸引引，如如同同一一个个薄薄薄薄的的膜膜）液液面面就会就会发发生弯曲，当弯曲呈半生弯曲，当弯曲呈半圆圆形形时时（ 细细小）小） 弯液面上，表面弯液面上，表面张张力的合力称力的合力称为为毛毛细细力力（f） 作用在弯液面（半作用在弯液面（半圆）上，称）上，称为毛毛细压细压强强 v v Company Logowww.themegallery.comv当弯曲液面为半圆时（湿润角当弯曲液面为半圆时（湿润角=0），），R1=R2 v v v 为为液液体体的的表表面面张张力力系系数数，R1与与R2为为弯弯曲曲液液面面的的2个个曲曲率率半径半径 v毛毛细细压压强强是是有有方方向向的的，对对液液面面来来说说（是是水水），这这是是个个负压强负压强又称又称毛细负压毛细负压（pc） v压强转化为水柱高度表示（压强转化为水柱高度表示（hc） (下面继续介绍下面继续介绍)5.1 5.1 毛细负压与毛细压力水头毛细负压与毛细压力水头毛细负压Company Logowww.themegallery.comv当弯曲液面为半圆时（湿润角当弯曲液面为半圆时（湿润角=0），），R1=R2 v v v 为为液液体体的的表表面面张张力力系系数数，R1与与R2为为弯弯曲曲液液面面的的2个个曲曲率率半径半径 v毛毛细细压压强强是是有有方方向向的的，对对液液面面来来说说（是是水水），这这是是个个负压强负压强又称又称毛细负压毛细负压（pc） v压强转化为水柱高度表示（压强转化为水柱高度表示（hc） (下面继续介绍下面继续介绍)5.1 5.1 毛细负压与毛细压力水头毛细负压与毛细压力水头毛细负压Company Logowww.themegallery.comHA =0 HB =？ HC =？HA= ZA+hA HB= ZB+hB 毛细压力水头，又称毛细压头毛细压力水头，又称毛细压头Company Logowww.themegallery.com5.2 5.2 毛细压力水头的测定方法：毛细压力水头的测定方法：v在在饱饱水水带带中中（用用水水力力学学原原理理）：测测量量任任一一点点的的压压力力水水头头用用测测压管（压力计）压管（压力计） HA=ZA+hA v在在包气带包气带中（测负压）：中（测负压）：张力计张力计（tensionmeter） 前前端端装装上上多多孔孔陶陶瓷瓷头头（捧捧）；插插入入土土中中；张张力力计计管管中中充充满满了了水水，在在非非饱饱和和土土中中，空空隙隙中中的的负负压压与与张张力力计计液液面面高高度度平平衡衡后后，张张力力计计形形成成的的负负压压与与所所测测点点B相相等等时时，张张力力计计上上的的-hBc即即为为测测点的负压点的负压 例例：HB=ZB+hBc=ZB+(-hBc)=HB （图示）（图示） n如如果果测测得得包包气气带带中中HB HC，其其意意义义如如何何（与与水水力力学学水水头头概概念一致），水流运念一致），水流运动动方向方向为为BC，入渗水流，入渗水流 n如如果果测测得得包包气气带带中中HB HC，水水流流运运动动方方向向为为CB, 水水流流？张力计Company Logowww.themegallery.com负压测量仪负压测量仪负压测量仪负压测量仪张力计张力计张力计张力计。C C。B B。B B水水陶土陶土头头土体土体hcCompany Logowww.themegallery.com5.3 5.3 毛细上升高度与上升速度毛细上升高度与上升速度5.3.1 毛细上升高度与毛细上升速度毛细上升高度与毛细上升速度 毛细压力水头与毛细压强的概念，观察毛细管中水的运动毛细压力水头与毛细压强的概念，观察毛细管中水的运动 1 1）插入水中初始：瞬时刻）插入水中初始：瞬时刻 v HA=ZA+0 =0 v HB=？ HB= ZB+ pc / g v HB=ZB+(-hc)= -hc v HC=? = ZC+(-hc)=0 2 2）最后：）最后：HA = HC （管中水不运动（管中水不运动静止液体）静止液体） 此时毛细管中的最大上升高度此时毛细管中的最大上升高度h hc c 称为毛细上升高度称为毛细上升高度, , 它在数值上等于该管所具有的毛细压力水头值它在数值上等于该管所具有的毛细压力水头值毛细水上升高度转下页Company Logowww.themegallery.comB O O HA=0 HB=-hC HA= ZA+hA HB= ZB+hB HA=ZA+hA HB=ZB+hB VB= IBK IB= (HA-HB) /LAB = -(ZB -hC) / ZB = hc/ ZB 1 毛细水运动推导毛细水运动推导ZBCompany Logowww.themegallery.com5.3.2 毛细上升速度毛细上升速度v用达西定律分析：水由用达西定律分析：水由 BB 毛细水的运动毛细水的运动 VC = I K A点水点水头 ？ HA=ZA+0 =0 B点水点水头 ？ VC =I K IC= (hc/ZB-1) 假假设K不不变， v讨论讨论VC，VC= f (IC) ZB0时，毛，毛细上升上升刚开始，开始， hc/ZB I V 很大很大 ZB 逐逐渐渐增大增大时时，I变小，上升速度小，上升速度变慢慢 ZBhc 时时，hc /ZB1，I0 V0, 上升停止上升停止 v毛细水可以上升的最大高度毛细水可以上升的最大高度hmax，就等于该毛细管，就等于该毛细管 可以产生的最大毛细压力水头可以产生的最大毛细压力水头hc毛细水上升速度Company Logowww.themegallery.com5.4 5.4 包气带水的下渗运动包气带水的下渗运动包气带水的下渗运动包气带水的下渗运动 （自学（自学P48最后两个自然段最后两个自然段P49第一第一自然段）自然段） v上面讨论的是毛细水上升运动的情况上面讨论的是毛细水上升运动的情况 v 在在毛毛细细力力的的作作用用，毛毛细细水水向向下下运运动动时时，情情况况也也是一样，请大家试推导是一样，请大家试推导 v 毛毛细细管管的的毛毛细细压压力力水水头头为为hc ，当当下下渗渗深深度度L小小于于hc时，某点水下渗速度有毛细力作用时，某点水下渗速度有毛细力作用Company Logowww.themegallery.com5.5 5.5 包气带中岩石的渗透系数包气带中岩石的渗透系数包气带中岩石的渗透系数包气带中岩石的渗透系数K 由于没有完全由于没有完全饱饱水，水流水，水流仅仅在在饱饱水的空隙中运水的空隙中运动动，因此，因此 K（包）（包）=f（ ） 为为土土层层含水率含水率 包气包气带带中中K不是常数；不是常数； K包包小于小于饱饱水水带带中的中的K； 随含水量增高随含水量增高K包包K v 毛毛细细上上升升特特点点与与空空径径沿沿程程变变化化有有关关：当当为为层层状状非非均均质质土土层时，层时，上升高度上升高度？ v 沿孔隙，呈沿孔隙，呈“跳跃跳跃”式前进式前进 v 吸水时吸水时由毛细上升的土层含水量曲线，土层含水量较低由毛细上升的土层含水量曲线，土层含水量较低 v 退水时退水时由下渗形成土层含水量曲线，土层含水量较高由下渗形成土层含水量曲线，土层含水量较高包气带岩石含水量曲线小结Company Logowww.themegallery.com包包气气带带中中岩岩石石的的渗渗透透性性K（包）（包）=f（ ），）， 为为土土层层含水率含水率Company Logowww.themegallery.com小结小结包气带水的运动与饱水带的运动相比，有三点不同：包气带水的运动与饱水带的运动相比，有三点不同： v饱饱水水带带重力重力势； 包气包气带带重力重力势+ +毛毛细势 v饱饱水水带带任一点水任一点水头头随水位随水位变变化；化； 包气包气带带水水头则头则是含水量的函数是含水量的函数 v饱饱水水带带的渗透系数是个定的渗透系数是个定值值； 包气包气带带渗透系数随含水量的降低而渗透系数随含水量的降低而变变小小Company Logowww.themegallery.com思考题思考题A B C 5cm 7cm 当细管毛细上升高度为当细管毛细上升高度为10cm，粗管毛细上升高度为，粗管毛细上升高度为5cm时，时，A管、管、B管、管、C管毛细上升高度各为多少？管毛细上升高度各为多少？贵州大学水文与水资源教研室贵州大学水文与水资源教研室Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础水文地质学基础第六章第六章 地下水的化学成分地下水的化学成分 及其形成作用及其形成作用Company Logowww.themegallery.com 6.3 总矿化度与地下水化学成分分类总矿化度与地下水化学成分分类6.2 地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用本章内容本章内容 6.1 地下水的化学成分地下水的化学成分Company Logowww.themegallery.com第六章第六章第六章第六章 地下水的化学成分及其形成作用地下水的化学成分及其形成作用地下水的化学成分及其形成作用地下水的化学成分及其形成作用 v地下水不是纯的地下水不是纯的H2O，而是，而是天然溶液天然溶液，含有各种组分。，含有各种组分。 v水水是是良良好好的的溶溶剂剂，在在空空隙隙中中运运移移时时，可可溶溶解解岩岩石石中中的的成成分分。在在自自然然界界水水循循环环过过程程中中，地地下下水水与与大大气气圈圈、水水圈圈与与生生物物圈圈同同时时发发生着水量和生着水量和化学成分的交换化学成分的交换。 v物理性质物理性质：温度、颜色、嗅、味、密度、导电性、放射性。：温度、颜色、嗅、味、密度、导电性、放射性。 v化学性质化学性质：气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等。：气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等。 v水水是是岩岩石石中中元元素素迁迁移移、分分散散与与富富集集的的载载体体。研研究究许许多多地地质质作作用用时都不能不涉及地下水的化学作用。时都不能不涉及地下水的化学作用。 v不同的用水目的在利用地下水时，对水的质量有一定要求不同的用水目的在利用地下水时，对水的质量有一定要求 （如：饮用水、锅炉用水、地下水对混凝土的侵蚀性等）（如：饮用水、锅炉用水、地下水对混凝土的侵蚀性等） v研究地下水的研究地下水的化学成分与作用化学成分与作用必须与地下水的必须与地下水的流动条件流动条件结合结合 Company Logowww.themegallery.com6.1 地下水的化学成分地下水的化学成分地下水的化学成分地下水的化学成分 一、一、地下水中常见的气体成分地下水中常见的气体成分 v 氧（氧（O2）、氮（）、氮（N2）、二氧化碳（）、二氧化碳（CO2） 硫化氢（硫化氢（H2S）、甲烷（）、甲烷（CH4），）， 常见气体成分与地下水所处环境和地下水来源有关常见气体成分与地下水所处环境和地下水来源有关 二、二、地下水中主要离子成分地下水中主要离子成分 v 地下水中含量多的有七种离子地下水中含量多的有七种离子 n阴离子：阴离子： HCO-3 ， SO2-4 ， Cl- n阳离子：阳离子： Ca2+, Mg2+, K+, Na+ Company Logowww.themegallery.com6.1.1 气体成分气体成分气体成分气体成分地下水中常见的气体成分地下水中常见的气体成分 1、氧（、氧（oxygen, O2）、氮（）、氮（nitrogen, N2） v起源起源：大气圈随降水入渗进入含水层中，如富含：大气圈随降水入渗进入含水层中，如富含O2与与N2 说明地下水是大气起源的，说明地下水是大气起源的，氮氮还有生物起源与变质起源还有生物起源与变质起源 v环境环境：在封闭环境下，氧被耗尽只剩下：在封闭环境下，氧被耗尽只剩下N2，指示水是大气起源，指示水是大气起源且处于封闭环境且处于封闭环境 2、硫化氢（硫化氢（H2S）、甲烷（）、甲烷（methane, CH4） 这两种气体都是在较封闭环境中，在有机质与微生物参与的这两种气体都是在较封闭环境中，在有机质与微生物参与的生生物化学过程物化学过程中形成。还原环境下：中形成。还原环境下： vSO2-4 H2S，成煤过程，煤田水，成煤过程，煤田水 成油过程，油气藏，油田水成油过程，油气藏，油田水Company Logowww.themegallery.com6.1.1 气体成分气体成分气体成分气体成分 3、二氧化碳（二氧化碳（CO2） 大气降水中的大气降水中的CO2含量较低，地下水中含量较低，地下水中CO2主要主要源于源于 v土土壤壤层层（入入渗渗过过程程溶溶于于水水中中）：有有机机质质残残骸骸发发酵酵产产生生、植植物物呼吸作用产生呼吸作用产生 v碳酸盐岩地层碳酸盐岩地层：在深部高温下，也可变质生成：在深部高温下，也可变质生成CO2 v人人类类活活动动：在在化化石石燃燃料料（煤煤、石石油油、天天然然气气），导导致致大大气气中中的的CO2增加，（增加，（增长增长20%） 地地下下水水中中CO2增增加加，水水对对碳碳酸酸盐盐岩岩的的溶溶解解、结结晶晶岩岩风风化化溶溶解能力愈强！解能力愈强！Company Logowww.themegallery.com地下水中气体成分的地下水中气体成分的意义意义： v 气体成分气体成分指示地下水所处的地球化学环境指示地下水所处的地球化学环境 氧化环境氧化环境oxidation 还原环境还原环境deoxidation v 气体成分气体成分可以增加水对盐类的溶解能力可以增加水对盐类的溶解能力 促进水促进水岩的化学反应，相互作用岩的化学反应，相互作用 6.1.1 气体成分气体成分气体成分气体成分研究意义研究意义研究意义研究意义Company Logowww.themegallery.com6.1.2 主要离子成分主要离子成分主要离子成分主要离子成分地下水中的主要离子成分地下水中的主要离子成分 v水中离子成分主要取决于：水中离子成分主要取决于： 元元素素的的丰丰度度（克克拉拉克克值值)：某某元元素素在在地地壳壳化化学学成成分分中中的的重重量百分比；量百分比； 元素组成的化合物在水中的溶解度元素组成的化合物在水中的溶解度 v地壳中主要元素有哪些？地壳中主要元素有哪些？ 地壳中丰度较高的元素：地壳中丰度较高的元素：Si、Al、Fe （地下水中低）（地下水中低） 地壳中丰度较低的元素：地壳中丰度较低的元素：Cl、S、C （地下水中高）（地下水中高） v地下水中地下水中主要离子主要离子有：有： Anion 阴离子：阴离子：HCO-3、SO2-4、Cl- Cation 阳离子：阳离子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+ Company Logowww.themegallery.com6.1.2 主要离子成分主要离子成分主要离子成分主要离子成分这与主要离子构成的盐类溶解度有关这与主要离子构成的盐类溶解度有关（参见（参见52页表页表6-1）： 碳酸盐类碳酸盐类 硫酸盐类硫酸盐类 氯化物氯化物 常见离子在水中的相对含量与地下水中的总固体溶解物常见离子在水中的相对含量与地下水中的总固体溶解物（TDS）或或矿化度矿化度有关：有关： v矿化度矿化度(g/L) : 低低(1) 中中(1-10) (1-10) 高高(10-30) (10-30) v阴阴 离离 子子: HCO: HCO- -3 3SOSO2-2-4 4 ClCl- - v阳阳 离离 子子: Ca: Ca2+2+CaCa2+2+,Mg,Mg2+2+ NaNa+ +,K,K+ + 水中阴离子在地下水水流过程的（分布）变化水中阴离子在地下水水流过程的（分布）变化Company Logowww.themegallery.com+ + + + + Cl- + + + + SO42- + + + + HCO3- 地下水水流过程的阴地下水水流过程的阴离子变化离子变化Company Logowww.themegallery.com6.1.2 主要离子成分主要离子成分主要离子成分主要离子成分v低低矿矿化化度度水水中中的的常常见见离离子子： HCOHCO- -3 3，CaCa2+2+，MgMg2+2+，常常来源与沉积盐岩、岩浆岩、变质岩的风化溶解来源与沉积盐岩、岩浆岩、变质岩的风化溶解 v高矿化度水中的常见离子高矿化度水中的常见离子：ClCl- -,Na,Na+ +,K,K+ +，沉积盐岩，沉积盐岩（钠盐、钾盐）的溶解、变质岩风化溶解，海水影响（钠盐、钾盐）的溶解、变质岩风化溶解，海水影响 v中等矿化度的常见离子中等矿化度的常见离子： SOSO4 42-2-：沉积盐类溶解、金属硫化物的氧化、火山喷发沉积盐类溶解、金属硫化物的氧化、火山喷发 H H2 2S S 气气体体氧氧化化、人人类类活活动动燃燃烧烧煤煤产产生生大大量量SOSO2 2，SOSO2 2 氧氧化化后形成之，大气中后形成之，大气中SOSO2-2-4 4过高时，降过高时，降“酸雨酸雨” 地下水中主要离子成分来源地下水中主要离子成分来源( (自学自学 P52-53 P52-53）Company Logowww.themegallery.com6.2 6.2 地下水化学成分形成作用地下水化学成分形成作用地下水化学成分形成作用地下水化学成分形成作用v溶滤作用溶滤作用水岩相互作用时发生水岩相互作用时发生 v浓缩作用浓缩作用蒸发排泄时发生蒸发排泄时发生 v脱碳酸作用脱碳酸作用在温度与压力发生变化时发生在温度与压力发生变化时发生 v脱硫酸作用脱硫酸作用在还原环境下发生：在还原环境下发生：SOSO4 42-2- H H2 2SS v阴阴离离子子交交替替吸吸附附作作用用岩岩土土表表面面吸吸附附的的阳阳离离子子与与水水中阳离子发生交换中阳离子发生交换 v混合作用混合作用 2 2种不同种不同类类型地下水混合型地下水混合时发时发生生 v人类活动的作用人类活动的作用影响越来越大影响越来越大Company Logowww.themegallery.com6.2.1 6.2.1 溶滤作用溶滤作用1.1.定义定义： 水水与与岩岩土土相相互互作作用用下下，岩岩土土中中某某些些组组分分向向地地下下水水中中转转移移的的过过程程。其其结结果果是是：岩岩土土失失去去部部分分可可溶溶物物质质，地下水中地下水中获得相应获得相应的化学成分使水中的化学成分使水中TDS。 CaCO3 + H2O + CO2 2HCO-3 + Ca2+ ( (固固) () (水水) () (气气) ) 2.2.影响因素影响因素-（水岩作用）（水岩作用）? ? ? ? Company Logowww.themegallery.com6.2.1 6.2.1 溶滤作用溶滤作用影响因素影响因素v 岩土岩土- - 化学组分化学组分 （如：石灰岩（如：石灰岩 HCOHCO3 3-Ca-Ca水、花岗岩水、花岗岩HCOHCO3 3-Na-Na水水) ) 组分的可溶性组分的可溶性 （溶解度、溶解速度）（溶解度、溶解速度） 盐分溶解度的差异导致易溶先进入水中，难溶的后进入水中盐分溶解度的差异导致易溶先进入水中，难溶的后进入水中 v 水水- - 水的溶解能力（水的溶解能力（TDSTDS，O O2 2、COCO2 2气体组分）气体组分） 水的流动性水的流动性 a.a.水中已溶组分的多少水中已溶组分的多少水中盐份含量增高，溶解能力降低水中盐份含量增高，溶解能力降低 b.b.水中某些气体组分水中某些气体组分- O- O2 2增加硫化物的增加硫化物的，COCO2 2增加碳酸增加碳酸盐类盐类. . 通常刚渗入到地下的水，矿化度很低，随着水在地下含水岩层通常刚渗入到地下的水，矿化度很低，随着水在地下含水岩层的运移，不断有新的盐份溶解到水中，水中的运移，不断有新的盐份溶解到水中，水中TDSTDS，水的溶解能，水的溶解能力下降，最终水的溶解能力力下降，最终水的溶解能力00，溶滤作用将会停止？是否会？溶滤作用将会停止？是否会？Company Logowww.themegallery.com地下水是如何保持它的溶解能力的？地下水是如何保持它的溶解能力的？ 地下水的流动（交替）性地下水的流动（交替）性： 地下水的径流速度和交替强度地下水的径流速度和交替强度（ V 与与 Q ） v停滞与流动很缓慢的地下水，溶解能力最终会降为零，溶滤停滞与流动很缓慢的地下水，溶解能力最终会降为零，溶滤作用停止。作用停止。 v水如果流动速度快，水交替（更新）迅速，水如果流动速度快，水交替（更新）迅速，CO2，O2不断被不断被补充，低补充，低TDS水不断更新水不断更新溶解能力已降低的水溶解能力已降低的水 如果如果某地区地下水流动很快，水交替（循环）迅速，溶某地区地下水流动很快，水交替（循环）迅速，溶滤作用很强烈，长期作用下去，地下水水化学特征如何？滤作用很强烈，长期作用下去，地下水水化学特征如何？ v 该地区地下水中的水质该地区地下水中的水质-矿化度矿化度是高（是高（TDS）？还是低？）？还是低？ 水中以哪种水中以哪种阴、阳离子阴、阳离子为主？为主？Company Logowww.themegallery.comv长期、强烈溶滤作用的结果，地下水以低矿化度的难溶离子为主，长期、强烈溶滤作用的结果，地下水以低矿化度的难溶离子为主，HCOHCO3 3CaCa水水 或或 HCOHCO3 3Ca Mg Ca Mg 这是由这是由溶滤作用的阶段性决定溶滤作用的阶段性决定！在由多种盐类组成的岩石中：！在由多种盐类组成的岩石中： 早期早期，ClCl盐最易溶于水中盐最易溶于水中随水带走，岩土贫随水带走，岩土贫ClCl盐盐继续作用继续作用，较，较易溶易溶SOSO4 42-2-盐类被溶入中盐类被溶入中随水带走，贫随水带走，贫SOSO4 42-2-盐类盐类持续持续（岩土中）（岩土中）只剩较难溶的碳酸盐类。只剩较难溶的碳酸盐类。 v因此，分析溶滤作用及其地下水的成分特征因此，分析溶滤作用及其地下水的成分特征： 要从地质历史发展的眼光（角度）来理解要从地质历史发展的眼光（角度）来理解它是地质历史长它是地质历史长期作用的结果期作用的结果 地下水是不断运动的地下水是不断运动的溶解的组分会被带去（岩土组分变化）溶解的组分会被带去（岩土组分变化） 前期溶滤作用前期溶滤作用溶滤什么组分，水中获得相应组分溶滤什么组分，水中获得相应组分 后期溶滤作用后期溶滤作用长期强烈溶滤作用的结果是难溶成分的低矿化水长期强烈溶滤作用的结果是难溶成分的低矿化水 要用地质历史的观点去考察，去分析与研究问题！要用地质历史的观点去考察，去分析与研究问题！6.2.1 6.2.1 溶滤作用溶滤作用结果结果Company Logowww.themegallery.com6.2.2 6.2.2 浓缩作用浓缩作用v 定定义义：地地下下水水在在蒸蒸发发排排泄泄条条件件下下，水水分分不不断断失失去去，盐盐分分相相对对浓浓集，而引起的一系列地下水化学成分的变化过程。集，而引起的一系列地下水化学成分的变化过程。 v 浓缩作用（过程）浓缩作用（过程）理想的蒸发浓缩模式理想的蒸发浓缩模式 n水份失去过程水份失去过程盐分相对浓集，化学成分的变化盐分相对浓集，化学成分的变化 （实际上与上述理想模式是不同的）（实际上与上述理想模式是不同的） n地地下下水水在在蒸蒸发发过过程程中中，水水分分失失去去还还有有补补充充；盐盐分分积积累累也也有有补补充充。因因此此，实实际际的的蒸蒸发发作作用用可可以以产产生生含含盐盐量量很很高高的的地地下下水水(卤水卤水)或盐渍化的土地或盐渍化的土地 v 浓浓缩缩作作用用的的结结果果：往往往往形形成成高高矿矿化化度度、以以易易溶溶离离子子为为主主的的地地下下水（水（Cl-Na+为主）为主） v 影影响响因因素素与与蒸蒸发发排排泄泄的的影影响响因因素素相相同同(气气候候-地地下下水水位位-土土层层岩性岩性)理想模式图Company Logowww.themegallery.com浓缩作用（过程）理想模式浓缩作用（过程）理想模式1.0L水水 350mg/L 蒸发蒸发（1） 0.5L 700mg/L 蒸发蒸发（2） 0.25L 1400mg/L 蒸发蒸发（3） 0.125L 2800mg/L0.5L水水1.0 L水水0.25L 水水Company Logowww.themegallery.com丘陵丘陵 倾斜平原区倾斜平原区 低平原低平原 浓缩作用浓缩作用 水流迟缓水流迟缓 矿化度高、矿化度高、Cl-Na 过渡区过渡区 矿化度中、矿化度中、SO4-MgCa 地下水化学特征具有分带性地下水化学特征具有分带性 溶滤作用溶滤作用 水交替迅速水交替迅速 矿化度低、矿化度低、HCO3-Ca 由于地下水化学成分形成作用受区域自然地理与地质条件的影响，由于地下水化学成分形成作用受区域自然地理与地质条件的影响，地下水的化学特征往往具有一定的分带性（空间上的）。地下水的化学特征往往具有一定的分带性（空间上的）。 Company Logowww.themegallery.com山西忻州盆地地下水水化学图山西忻州盆地地下水水化学图Company Logowww.themegallery.com6.2 6.2 地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用地下水化学成分的形成作用 三、脱碳酸作用三、脱碳酸作用（钟乳石、石笋、泉华）（钟乳石、石笋、泉华） Ca2+(Mg2+) + 2HCO3- CO2+ H2O + CaCO3 结果：结果：Ca2+Mg2+HCO3-矿化度矿化度pH（略有变化）（略有变化） 四、脱硫酸作用四、脱硫酸作用( (还原环境中脱硫酸细菌使还原环境中脱硫酸细菌使SO42-还原为还原为H2S） SO42- + 2C + 2H2O H2S+ 2HCO-3 结果：结果：SO42-；HCO3-，pH；寻找油田的辅助标志。；寻找油田的辅助标志。 五、阳离子吸附交替作用五、阳离子吸附交替作用 某种阳离子某种阳离子，某另一种阳离子增高，某另一种阳离子增高 六、混合作用六、混合作用结果不一定！结果不一定！ 七、人为活动的作用（影响）七、人为活动的作用（影响）Company Logowww.themegallery.com6.3 6.3 总矿化度与地下水化学成分分类总矿化度与地下水化学成分分类总矿化度与地下水化学成分分类总矿化度与地下水化学成分分类一、地下水化学成分的分析内容一、地下水化学成分的分析内容是水质评价基础是水质评价基础 v分为分为简分析简分析和和全分析全分析，某些专门性工作进行，某些专门性工作进行专项分析专项分析。 简分析简分析：除物理性质（色、味、嗅、透明度、悬浮物等）：除物理性质（色、味、嗅、透明度、悬浮物等） v主要定量分析：主要定量分析： HCO-3、SO2-4、Cl-、Ca2+、 总硬度、总硬度、pH, Mg2+、 K+Na+ 及及 矿化度矿化度 v有时含专项分析：有时含专项分析： NO-3，NO-2 ，NH4，Fe2+ Fe3+，H2S，耗氧量等，耗氧量等 Company Logowww.themegallery.com6.3 6.3 总矿化度与地下水化学成分分类总矿化度与地下水化学成分分类总矿化度与地下水化学成分分类总矿化度与地下水化学成分分类一、地下水化学成分的分析内容一、地下水化学成分的分析内容 全分析全分析项目较多，要求精度高，通常在简分析得基础上选项目较多，要求精度高，通常在简分析得基础上选择代表性水样进行全分析择代表性水样进行全分析 v一般定量分析一般定量分析：HCO-3,SO2-4,Cl-，Ca2+, Mg2+, K+, Na+， NO-3，NO-2 ，NH4，Fe2+ Fe3+，H2S，CO2, 耗氧量，耗氧量，总硬度，总硬度，pH, 及干涸残余物；某些及干涸残余物；某些微量元素微量元素、有毒有毒组分；组分；研究水的侵蚀性时需分水的研究水的侵蚀性时需分水的侵蚀性侵蚀性CO2。全国地下水污染防治规划全国地下水污染防治规划调查指标调查指标Company Logowww.themegallery.com全国地下水污染防治规划全国地下水污染防治规划调查指标调查指标（1） 感官指标感官指标：肉眼可见物、颜色、嗅、味、透明度、：肉眼可见物、颜色、嗅、味、透明度、浑浊度、色度、水温等。浑浊度、色度、水温等。 常规组分常规组分：pH值、游离二氧化碳、值、游离二氧化碳、Cl-、SO4-、HCO3-、CO32-、K+、Ca2+、Na+、Mg2+、NH4+、Fe2+、Fe3+、NO2-、NO3-、F-、Br-、I-、PO43-、COD、可溶性二氧化硅、总硬度、矿化度等。、可溶性二氧化硅、总硬度、矿化度等。 重金属组分重金属组分：Hg、Cu、Pb、As、Cd、Mn、Zn、Ni、Co、Cr6+、总、总Cr、V、W、Sr、Ba、U、Ra、Se、Al3+等。等。Company Logowww.themegallery.com全国地下水污染防治规划全国地下水污染防治规划调查指标调查指标（2） 有机污染组分有机污染组分：三氯甲烷、四氯化碳、三溴甲烷、二氯：三氯甲烷、四氯化碳、三溴甲烷、二氯甲烷、甲烷、1，2-二氯乙烷、环氧氯丙烷、氯乙烯、二氯乙烷、环氧氯丙烷、氯乙烯、1，1-二二氯乙烯、氯乙烯、1，2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、氯丁二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、氯丁二烯、六氯丁二烯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛、三二烯、六氯丁二烯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛、三氯乙醛、苯、乙苯、二甲苯、异丙苯、氯苯、氯乙醛、苯、乙苯、二甲苯、异丙苯、氯苯、1，2-二二氯苯、氯苯、1，4-二氯苯、三氯苯、四氯苯、六氯苯、硝基二氯苯、三氯苯、四氯苯、六氯苯、硝基苯、二硝基苯、苯、二硝基苯、2，4-二硝基甲苯、二硝基甲苯、2，4，6-三硝基甲三硝基甲苯、硝基氯苯、苯、硝基氯苯、2，4-二硝基氯苯、二硝基氯苯、2，4-二氯苯酚、二氯苯酚、2，4，6-三氯苯酚、五氯酚、苯胺、联苯胺。三氯苯酚、五氯酚、苯胺、联苯胺。DDT、六六六（总量）、林丹（六六六（总量）、林丹（-六六六）、六六六）、2，4-滴、七氯、滴、七氯、呋喃丹、敌敌畏（含敌百虫）。呋喃丹、敌敌畏（含敌百虫）。 生物学指标生物学指标：总大肠菌群、菌落总数。：总大肠菌群、菌落总数。Company Logowww.themegallery.com6.3.2 6.3.2 矿化度或总固体溶解物矿化度或总固体溶解物 (TDS） v地下水中各种离子、分子与化合物的总量称为地下水中各种离子、分子与化合物的总量称为矿化度矿化度 v 求算方法求算方法： 105110温温度度下下，水水样样烘烘干干后后的的干干涸涸残残余余物物质质，单单位：位：g/L, mg/L (ppm) 计计算算中中，用用全全分分析析实实验验结结果果，阴阴阳阳离离子子总总和和减减 1/2 HCO-3含量求算含量求算 v 据矿化度的水样据矿化度的水样分类分类： 50g/L50g/L, 50g/L 淡水淡水 微咸水微咸水 咸水咸水 盐水盐水 卤水卤水矿化度或总固体溶解物矿化度或总固体溶解物 (TDS）（total dissolved solids， total dissolved salt)Company Logowww.themegallery.com6.3.3 6.3.3 水化学成分的表示方法水化学成分的表示方法库尔洛夫式库尔洛夫式v分式前：分式前：特殊成分、气体成分、矿化度特殊成分、气体成分、矿化度 M ，单位，单位 (g/L) v分式上下分式上下：阴、阳离子（毫克当量百分数阴、阳离子（毫克当量百分数10% 或称或称 视毫摩尔百分数）视毫摩尔百分数） v分式后分式后：水温（水温（oC) v特点特点是直观、表示简单也较全面，可以反映水的成因类是直观、表示简单也较全面，可以反映水的成因类型（常用方法）型（常用方法） 库尔洛夫式库尔洛夫式:Company Logowww.themegallery.com6.3.4 6.3.4 舒卡列夫分类舒卡列夫分类 前苏联学者前苏联学者C.A. 提出来的提出来的: v方方式式：将将地地下下水水中中主主要要七七种种离离子子合合并并为为6种种，取取含含量量（毫毫克克当当量百分数，或视毫摩尔百分含量）量百分数，或视毫摩尔百分含量）25%的离子，组合定名。的离子，组合定名。 v阴、阳离子阴、阳离子25%的出现情况各有的出现情况各有7种（种（7种组合）种组合） 两者（阴、阳）共组合为两者（阴、阳）共组合为 77 = 49 种水型（种水型（P61，表，表6-2） v加上矿化度分加上矿化度分分为分为4组：组： A：TDS 40g/L40g/L, D: 40g/L 如：如：B46 查表查表 中等矿化度中等矿化度 ClNaCa型型 A1 查表查表 沉积岩地区浅层溶滤水沉积岩地区浅层溶滤水 v特点：特点：简明易查，被广泛应用简明易查，被广泛应用 v实习四练习实习四练习 -第六章第六章 结束结束-库尔洛夫式的水型练习Company Logowww.themegallery.com水化学形成作用水化学形成作用练习练习2 2某某地地区区地地表表为为厚厚约约10m10m的的第第四四纪纪沉沉积积物物，由由砂砂土土和和亚亚粘粘土土组组成成，下伏花岗岩岩体。下伏花岗岩岩体。 一温泉源于花岗岩裂隙含水一温泉源于花岗岩裂隙含水 层中，并通过第四系益溢出层中，并通过第四系益溢出 地表，其水化学成分用库尔地表，其水化学成分用库尔 洛夫式表示为：洛夫式表示为： v v 已知已知 温泉补给区的地下水温泉补给区的地下水 化学成分的库尔洛夫表示式为：化学成分的库尔洛夫表示式为： 问问：（1）由补给区到排泄区，地下水化学成分有哪些变化？）由补给区到排泄区，地下水化学成分有哪些变化？ （2）可能发生哪些的水化学形成作用。）可能发生哪些的水化学形成作用。LOGO贵贵州大学水文与水州大学水文与水资资源教研室源教研室Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地质学基础水文地质学基础第七章第七章 地下水的补给与排泄地下水的补给与排泄Recharge，Discharge of G.W.Company Logowww.themegallery.com本章内容本章内容地下水是通地下水是通过补给过补给与排泄两个与排泄两个环节环节参与自然界的水循参与自然界的水循环环 补给补给补给补给：含水含水层层或含水系或含水系统统从外界从外界获获得水量的得水量的过过程程 排泄排泄排泄排泄：含水含水层层或含水系或含水系统统向外界排出水量的向外界排出水量的过过程程 7.1 地下水的地下水的补给7.2 地下水的排泄地下水的排泄 Company Logowww.themegallery.com7.1 7.1 地下水的补给地下水的补给地下水的补给地下水的补给 补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化 v思考：思考：补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么变化？变化？ 地下水位上升，地下水位上升，增加了增加了势势能能，使地下水保持不停的流，使地下水保持不停的流动动 由于构造封由于构造封闭闭或气候干旱，得不到或气候干旱，得不到补给补给，地下水的流，地下水的流动动将将停滞停滞 补给的研究包括：补给的研究包括：补给来源、影响因素补给来源、影响因素与与补给量补给量 地下水的补给来源有：地下水的补给来源有： 天然：天然：大气降水、地表水、凝大气降水、地表水、凝结结水水及及相相邻邻含水含水层层的的补给补给等等 人人类类活活动动有关的：有关的：灌灌溉溉水入渗、水水入渗、水库库渗漏渗漏及及人工回灌人工回灌Company Logowww.themegallery.com7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给讨论：入渗机制讨论：入渗机制？影响因素影响因素？补给量的确定补给量的确定？ 1 1、大气降水入渗机制大气降水入渗机制 包包气气带带是是降降水水对对地地下下水水补补给给的的枢枢纽纽，包包气气带带的的岩岩性性结结构和含水量状况构和含水量状况对对降水人渗降水人渗补给补给起着决定性作用起着决定性作用 目前目前认为认为，松散沉，松散沉积积物的降水入渗有两种方式：物的降水入渗有两种方式： 降水入渗的降水入渗的现现象象 两两类空隙的入渗空隙的入渗过程程总结： 均匀砂土均匀砂土层层活塞式活塞式 (piston/diffuse) 含裂隙的土含裂隙的土层捷径式捷径式 (bypass) 山西黄土山西黄土Company Logowww.themegallery.com山西黄土及其入渗山西黄土及其入渗Company Logowww.themegallery.com1 1、大气降水入渗机制、大气降水入渗机制 v“活塞式活塞式”入渗入渗 适用条件：适用条件： 均匀的砂土层均匀的砂土层 降水降水初期初期 t1 ： 土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快 降水降水延延续续 t2 ： 土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用，土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用， 下渗趋于稳定下渗趋于稳定渗润阶段，渗漏与渗透阶段渗润阶段，渗漏与渗透阶段 降水降水再持再持续续： 当土层湿锋面推进到支持毛细水带时，当土层湿锋面推进到支持毛细水带时， 含水量获得补给，潜水位上升含水量获得补给，潜水位上升 7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给 降水入渗过程水分分布曲线转页Company Logowww.themegallery.com降水入渗过程降水入渗过程湿湿锋锋面面t1 t2 地面地面 潜水面潜水面 Company Logowww.themegallery.com入渗速率随时间的变化入渗速率随时间的变化KCompany Logowww.themegallery.com下渗过程水分分布下渗过程水分分布渗渗润阶润阶段段渗漏、渗透渗漏、渗透阶阶段段Company Logowww.themegallery.com下渗过程中水分分布带下渗过程中水分分布带下渗水流运移模式下渗水流运移模式的条件的条件 ？ 饱饱和和带带- - 厚度厚度1.5cm 1.5cm 含水量接近含水量接近- - 水分水分传输带传输带 过过渡渡带带 含水量在含水量在- - 厚度厚度 湿湿润带润带 含水量含水量变变化大化大 湿湿润锋润锋（面）（面） 含水量含水量%深深度度cm 风风干土干土田田间间持持水水量量饱饱和和含含水水量量饱饱和和带带过过渡渡带带水分水分传输带传输带湿湿润带润带湿湿润锋润锋Company Logowww.themegallery.com7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给1 1、大气降水入渗机制大气降水入渗机制 v“活塞式活塞式”入渗入渗 均匀砂土均匀砂土层层 v“捷径式捷径式”下渗下渗 空隙大小极空隙大小极悬悬殊殊 捷径式下渗，新水捷径式下渗，新水可以超过老水，优先可以超过老水，优先达含水层；达含水层； 捷径式下渗，不必捷径式下渗，不必包气带达到饱和即可包气带达到饱和即可补给下方含水层。补给下方含水层。t1t2捷径式下渗捷径式下渗图图Company Logowww.themegallery.com2 2 2 2、降水补给的影响因素、降水补给的影响因素、降水补给的影响因素、降水补给的影响因素 P = P = R Rs s + E +S + q+ E +S + qG G 气候因素（气候因素（P P，E E）；）； 降水降水总总量量, ,降水降水强度度, ,降水降水频率；率； 降水延降水延续时间 总量量大大，强度度适适中中，间隔隔短短，时间长的的绵绵细雨最有利。雨最有利。 温温度度适适中中，温温差差较小小，相相对湿湿度度大大，蒸蒸发强度小。度小。 地形地形: : 高或低，陡或缓高或低，陡或缓 地质地质: : 渗透性愈大则愈有利渗透性愈大则愈有利 地下水位埋深：地下水位埋深： 其他：其他：Rs E P S qs 7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给Company Logowww.themegallery.com7.1.1 7.1.1 大气降水对地下水的补给大气降水对地下水的补给3 3、补给量的确定方法、补给量的确定方法 平原区一般采用入渗系数法（平原区一般采用入渗系数法（） 降水入渗系数降水入渗系数多用年平均值表示多用年平均值表示 由由经验经验与与实验实验等方法得出等方法得出 全年降水入渗全年降水入渗补给补给量：量：Q = P Q = P F F 1000 1000 m m3 3/a/a，mmmm，无量，无量纲，kmkm2 2 降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定降水入渗系数可用入渗试验仪、地中渗透仪来测定 书中书中P69-70,P69-70,介绍了水位动态法和山区降水入渗确定方法介绍了水位动态法和山区降水入渗确定方法Company Logowww.themegallery.com双环入渗试验装置双环入渗试验装置双环入渗试验装置双环入渗试验装置双环注水法双环注水法-剖面图剖面图连续降水连续降水Company Logowww.themegallery.comv 地中渗透仪结构图地中渗透仪结构图Company Logowww.themegallery.com7.1.2 7.1.2 地表水对地下水的补给地表水对地下水的补给v地表水对地下水的补给（要求以自学为主）地表水对地下水的补给（要求以自学为主） v地表水体地表水体（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源（河、湖、水库等）都可以成为地下水的补给来源 v河流补给河流补给: : 因地而异（空间上），不同部位，岩性等；因地而异（空间上），不同部位，岩性等； 因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系因时而异（时间上），不同季节，不同补排关系 比比较较长长年性河流年性河流与与季季节节性河流性河流对对地下水的地下水的补给补给的异同点？的异同点？ 河流河流补给补给的主要影响因素有哪些？的主要影响因素有哪些？ 如何确定河水如何确定河水对对地下水的地下水的补给补给量？量？ v地表水补给地下水的地表水补给地下水的必要条件必要条件有哪些：有哪些： 有水力有水力联联系系 地表水水位高于地下水水位地表水水位高于地下水水位季节性河流河流不同部位Company Logowww.themegallery.com季节性河流补给地下水季节性河流补给地下水Company Logowww.themegallery.com河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系河流不同部位地表水与地下水之间的补给关系Company Logowww.themegallery.com7.1.3 7.1.3 含水层之间的补给含水层之间的补给含水层之间的补给含水层之间的补给v越越流流地地下下水水量的内部转化量的内部转化 v v潜潜水水承承压压水水之之间的补给间的补给 v v思考题：思考题： 图图7-117-11（右右图图）中中泉泉水水的的大大小小与与哪些因素有关！哪些因素有关！ 越流Company Logowww.themegallery.com越流越流（LeakageLeakage）：具有一定水头差的相邻含水层，通）：具有一定水头差的相邻含水层，通过其间的弱透水岩层发生水量交换的过程过其间的弱透水岩层发生水量交换的过程 经常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层经常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层越流量如何计算？越流量如何计算？Company Logowww.themegallery.comv 含水含水层层通通过过钻钻孔孔发发生水力生水力联联系系含水含水层层通通过过导导水断水断层层 发发生水力生水力联联系系含水层之间的水力联系含水层之间的水力联系Company Logowww.themegallery.com7.2 7.2 地下水的排泄地下水的排泄地下水的排泄地下水的排泄 v地下水排泄的研究地下水排泄的研究包括：包括： 排泄方式、影响因素、排泄量的确定排泄方式、影响因素、排泄量的确定 v排泄方式排泄方式： 泉泉（点状排泄）（点状排泄） 向地表水体向地表水体泄流泄流（河流（河流线状）、向相状）、向相邻含水含水层的的排泄排泄 蒸蒸发发（面状排泄）（面状排泄） v前三种排泄方式称为前三种排泄方式称为径流排泄径流排泄，与，与蒸发排泄蒸发排泄的区别的区别： 径流排泄径流排泄水分（水分（盐盐分）呈液分）呈液态态排出排出, ,盐随水去随水去 蒸蒸发排泄排泄水分呈气水分呈气态态排出，排出，盐盐分分积积累下来，水去累下来，水去盐盐留留 Company Logowww.themegallery.com7.2 .1 泉泉 springv泉是地下水的天然露头，多为泉是地下水的天然露头，多为“点点”状，属状，属径流排泄径流排泄 v泉泉的的出出露露是是地地形形、地地质质与与水水文文地地质质条条件件有有机机结结合合的的结结果果，据据补给泉的含水层类型可将泉划分为补给泉的含水层类型可将泉划分为上升泉、下降泉上升泉、下降泉。 1.1.下降泉下降泉( (出露潜水含水层中的泉）出露潜水含水层中的泉） 根据出露条件又将下降泉分根据出露条件又将下降泉分为为： 侵侵蚀蚀泉：地形切割到潜水面泉：地形切割到潜水面 接触泉：地形切割至隔水底板接触泉：地形切割至隔水底板 溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉下降泉Company Logowww.themegallery.com下降泉下降泉 侵蚀泉： 地形切割到潜水面地形切割到潜水面 接触泉： 地形切割至隔水底地形切割至隔水底板板 溢流泉： 水流在前方受阻，水流在前方受阻，水位抬升，而溢流水位抬升，而溢流成泉成泉Company Logowww.themegallery.com上升泉上升泉 v 2. 上升泉（出露于承压含水层中的泉）上升泉（出露于承压含水层中的泉）上升泉根据出露条件分为：上升泉根据出露条件分为：侵蚀泉，断层泉，接触带泉侵蚀泉，断层泉，接触带泉Company Logowww.themegallery.com7.2.1 泉泉 spring 3. 3. 研究泉的意义？研究泉的意义？ 直接直接得到水文地质资料；得到水文地质资料；间接间接分析出水文地质信息。分析出水文地质信息。 通通过过泉泉的的出出露露标标高高、流流量量、动动态态、温温度度、水水化化学学，可可以以综综合合分分析析与泉水成因有关地质、与泉水成因有关地质、水文地质条件水文地质条件 地下水位标高，地下水位标高，岩层的含水性（透水性），岩层的含水性（透水性）， 含水岩层的补给，循环（交替），含水岩层的补给，循环（交替），地质构造、断层等，地质构造、断层等， 供水水源（直接利用）。供水水源（直接利用）。 a. a. 泉出露两侧岩层的含水性：含水层；隔水层泉出露两侧岩层的含水性：含水层；隔水层 b. b. 泉出露处断层的导水性泉出露处断层的导水性 c. c. 泉的流量大小：导水性的好坏泉的流量大小：导水性的好坏 d. d. 泉的温度：地下水循环深度泉的温度：地下水循环深度 e. e. 泉流量大小或水化学：补给与径流条件的好坏泉流量大小或水化学：补给与径流条件的好坏Company Logowww.themegallery.com山东济南百脉泉山东济南百脉泉在在实际实际中泉的成因与定名是比中泉的成因与定名是比较难较难判定的判定的 P76-77为济南全群成因条件分析南全群成因条件分析-请自学自学Company Logowww.themegallery.comv河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流河流切割含水层时，地下水向河流的排泄，称为泄流 v地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定地下水的泄流量可通过分割河流流量过程线的方法确定 7.2.2 7.2.2 泄流泄流泄流泄流 Company Logowww.themegallery.com7.2.3 7.2.3 蒸发和蒸腾蒸发和蒸腾 蒸发与蒸散腾蒸发与蒸散腾 e evaporation & evapotranspiration 土面蒸发土面蒸发： 潜水通潜水通过过包气包气带带耗失水分耗失水分 叶面蒸腾叶面蒸腾： 通通过过植植物物根根系系吸吸收收潜潜水水或或包包气气带带水水转转化化为为叶叶面面水水而蒸而蒸发发消耗消耗 （一株大的植物，犹如一台生物抽水机）（一株大的植物，犹如一台生物抽水机） Company Logowww.themegallery.com7.2.3 7.2.3 蒸发和蒸腾蒸发和蒸腾1、土面蒸发过程土面蒸发过程 v包包气气带带水水分分直直接接耗耗失失降降低低包包气气带带水水分分含含量量，加加大大亏亏损损量量，潜潜水水通通过过支支持持毛毛细细水水带带将将水水传传输输到到包包气气带带蒸蒸发发，使使地下水位下降地下水位下降 v毛毛细细上上升升速速度度: : 蒸蒸发发速速度度大大于于毛毛细细上上升升速速度度则则支支持持毛毛细细水水带带下下降降，V VC C上上升升，至至蒸蒸发发速速度度V VE EVVC C时时，维维持持稳稳定定的的蒸蒸发发排排泄泄，排排泄泄的的结结果果，水水分分不不断断消消耗耗，地地下下水水位位下下降降，盐分不断积累在土层上部！盐分不断积累在土层上部！ vVC =? Company Logowww.themegallery.comL 有有蒸蒸发发 无无蒸蒸发发 土面蒸发过程土面蒸发过程-毛细水上升消耗过程毛细水上升消耗过程 Company Logowww.themegallery.com7.2.3 7.2.3 蒸发和蒸腾的影响因素蒸发和蒸腾的影响因素a.a.气候因素气候因素： 干干燥燥，气气温温高高，蒸蒸发发量量愈大愈大 b.b.地下水位埋深地下水位埋深： 超超过过蒸蒸发发极限深度极限深度 则则蒸蒸发发0 0 如如：华华北北地地区区，水水位位埋埋深深5m5m，基本不考，基本不考虑蒸蒸发 干干旱旱地地区区，极极限限水水位位埋埋深深大；湿大；湿润地区极限埋深小地区极限埋深小 c.c.包气带岩性包气带岩性：Company Logowww.themegallery.com7.2.3 7.2.3 蒸发和蒸腾的影响因素蒸发和蒸腾的影响因素c.c.包气包气带带岩性岩性： 蒸蒸发发与毛与毛细细上升速度上升速度 Vc = KVc = KI I 有关有关 问问：容易容易产产生生盐盐碱化的是哪碱化的是哪类类土？土？ 岩性岩性砂砾石砂砾石粉砂粉砂亚砂亚砂粘土粘土K大中小极小hc小/极小中大很大Vc小大中小Company Logowww.themegallery.com7.2.4 7.2.4 蒸发量的测定方法蒸发量的测定方法地中渗透仪地中渗透仪 潜水位动态潜水位动态 经验公式经验公式 v v 第七章结束第七章结束地地 中中 渗渗 透透 仪仪 结结 构构 图图测测蒸蒸发发量量