地下水水文学GroundwaterHydrology学习资料
环境科学中的地下水水文学
环境科学中的地下水水文学地下水是指地下自然存在的水体，在地质层中沉积了数万年，具有大量的储量和慢速流动的特点。
它是人类生产和生活中不可或缺的水源，对于地球生态系统的平衡也起着重要的作用。
因此，研究地下水的水文学是环境科学中一个至关重要的领域。
一、地下水水文学的基本概念地下水水文学是土地水文学的重要分支，其研究对象是地下水的水文过程。
地下水的获取和分布与地质情况和气候环境等因素有关。
地下水水文学主要研究地下水的产生、流动和储存等过程。
它的基本概念包括水文循环、地下水流动、地下水资源评价等。
水文循环是指自然界中水在不同介质之间的流动过程，包括地表径流、蒸发、植物蒸腾和地下水的流动等。
地下水流动是指地下水在不同地质层之间的渗透和流动过程。
地下水资源评价是指对地下水资源进行分布、储量、质量和可利用性等方面的评价和分析。
二、地下水水文学的研究内容1、地下水的水文循环地下水水文学的研究重点之一是地下水的水文循环。
地下水是水文循环的重要组成部分，它通过渗透和地下水流动等过程参与地表水循环，并与河流、湖泊和海洋等水体相互作用，对地表水资源的稳定和平衡起着重要的调节作用。
2、地下水的分布和储量地下水是储藏在地下岩石或土壤中的水体，在自然地质条件下形成。
地下水的分布和储量与地质、气候和人类活动等因素有关。
地下水储量的评估是地下水水文学的另一个重要研究内容，其目的是对不同地区地下水储量进行科学的评估和合理的利用。
3、地下水流动和污染地下水流动是地下水水文学的另一个重要研究内容，其研究对象是地下水的流动规律以及不同地质层和水文单元之间的相互作用。
地下水污染是指地下水中存在有害物质，如重金属、化学药品和有机物等，导致地下水质量下降和污染环境的一种形式。
地下水的流动和污染研究对于保护地下水资源和预防地下水污染具有重要的意义。
三、地下水水文学的应用1、地下水资源开发利用地下水是重要的水资源，对于满足人类的生产和生活需要起着至关重要的作用。
水文学第七章_地下水
⽔⽂学第七章_地下⽔第七章地下⽔华东师范⼤学资源与环境学院地理系师育新◆地下⽔是地球⽔资源的重要组成部分，与⼈类社会有着⼗分密切的关系，是⼈类⽣产⽣活的重要⽔源，同时地下⽔⼜是重要的环境因⼦，对⼀个地区的⽣态环境起着极为重要作⽤。
⼀、地下⽔的形成与分布（⼀）、地下⽔的概念◆⼴义地下⽔是指蓄存并运移于地表以下⼟壤和岩⽯空隙中的⾃然⽔. ◆狭义地下⽔则特指潜⽔⾯以下饱和带（饱⽔带）中岩⼟空隙中的重⼒⽔。
（⼆）地下⽔的贮存空间 1．岩⽯的空隙衡量岩⽯空隙发育程度的数量指标为空隙度。
◆空隙度是岩⽯中空隙的体积与岩⽯总体积的⽐值。
如已知岩⽯的总体积为V ，岩⽯空隙体积为Vn ，则岩⽯的空隙度为：P ＝Vn/V, 以⼩数或百分数表⽰。
将空隙作为地下⽔的储容场所和运动通道研究时，根据空隙的成因，可以分为孔隙、裂隙和溶隙3类。
（1）孔隙◆松散岩⽯的颗粒或颗粒集合体之间，普遍存在着相互连通，呈⼩孔状的空隙，称作孔隙。
它的多少⽤孔隙率表⽰。
◆孔隙率是某⼀岩⽯中孔隙体积所占⽐例。
它等于岩⽯中孔隙体积V n 与岩⽯总体积V 之⽐： n=V n /V ⽤百分数或⼩数表⽰。
（2）裂隙在坚硬岩⽯中充满了各种裂隙。
如成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙等。
裂隙的多少⽤岩⽯中裂隙的体积V T 与岩⽯总体积V 之⽐，即裂隙率（K T ）表⽰： K T =V T ／V 。
裂隙发育⾮常不均匀，它对地下⽔的赋存、运动有很⼤影响。
（3）溶隙发育在易溶岩⽯中，主要由地下⽔的溶蚀作⽤⽽形成。
K k ＝V k ／V式中：K K ——岩溶率；V k ——岩⽯中溶隙的体积；V ——岩⽯总体积。
岩溶发育极不均匀，⼤者宽达数百⽶，⾼数⼗⽶，长⼏⼗公⾥，如⼀些地下溶洞、暗河，⼩的仅⼏毫⽶。
2．含⽔层和隔⽔层◆含⽔层是指能够给出并透过相当数量⽔的岩体。
这类含⽔的岩体⼤都呈层状，所以称为含⽔层，如砂层、砾⽯层等。
◆隔⽔层是指那些既不能给出⼜不能透过⽔的岩层，或者它给出或透过的⽔量都极少。
地下水基础知识大全
地下水基础知识大全地下水(ground water)，是指赋存于地面以下岩石空隙中的水，狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。
在国家标准《水文地质术语》(GB/T 14157-93）中，地下水是指埋藏在地表以下各种形式的重力水。
下面，随小桔一起轻松愉快去了解地下水来源、分类、特点、隔层水和含水层！受益匪浅！目录：一、地下水的来源和赋存形式1. 地下水的来源2. 岩石中的孔隙和水分3. 岩石中水存在的形式4. 与水分的储存和运移有关的岩石性质二、地下水及其分类1. 基本概念2. 地下水分类三、包气带、饱水带、含水层与隔水层1. 基本概念2. 含水层类型划分3. 上层滞水和潜水4. 层间水（承压水）5. 潜水和承压水（层间水）比较一、地下水的来源和赋存形式|一、地下水的来源1. 渗入水2. 沉积水3. 再生水4. 初生水5. 有机成因水|二、岩石中的孔隙和水分1. 岩石中的孔隙：孔隙、裂隙和溶孔2. 有关孔隙度的几个基本概念•孔隙：组成松散岩石颗粒或颗粒集合体之间的间隙；裂隙：应力作用下坚硬岩石破裂变形产生的。
可分为成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙；溶孔（洞）：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空洞；孔隙度Φ：某一体积V岩石中孔隙体积Vn所占比例裂隙率Kr：裂隙体积Vr与包括裂隙在内的岩石体积V的比值熔岩率K：溶洞的体积Vk与岩石总体积V的比值3. 影响孔隙度大小的因素方体排列紧密，孔隙度大；四面体排列，松散，孔隙度大;颗粒分选程度：分选好，孔隙度大；分选差，颗粒大小悬殊，细小颗粒充填于粗大颗粒之间，孔隙度降低;颗粒形状：颗粒形状不规则--排列松散--孔隙度大粘性土的结构和次生孔隙：带电粘粒--聚合--结构孔隙--孔隙度增大--次生孔隙（虫洞、根孔、干裂缝）发育--孔隙度增大。
孔隙的特点4. 岩石中的各种裂隙1-分选良好，排列酥松的砂；2-分选良好，排列紧密的砂；3-分选不良的，排列紧密的砂；4-经过部分胶结的砂岩；5-具有结构性孔隙的黏土；6-经过压缩的黏土；7-具有裂隙的岩石；8-具有溶的可溶岩|三、岩石中水存在的形式1. 气态水：以水蒸气的形式储存在地下的水；2. 固态水：指岩石中温度在0℃以下的重力水。
土木工程地质学第五章 地下水(Ground water)1
非结合水固态水
气态水
2019/11/1
土木工程地质学
2
岩土的水理性质
1. 含水性
• 容水性:岩土孔隙完全被水充满时的含水量.
• 持水性:岩土在重力作用下释水时仍能保持的 含水量.
2. 给水性:岩土在重力作用下能自由排出的含水
量. 给水度=容水度－持水度
3.透水性:岩土可透过水的性能.用渗透系数表示.
硫酸盐侵蚀：水中SO4-2与混凝土作用生 成新的化合物，由于体积膨胀而胀裂。
酸性侵蚀：PH值低的酸性水对混凝土具 腐蚀性。
镁盐侵蚀：水中镁盐与混凝土作用后生
成化合物溶解于水。 2019/11/1
土木工程地质学
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含水层(aquifer)： 给出并透过相当水量的岩土层。
隔水层(aquiclude)： 不透水但可含水的岩土层。
2019/11/1
土木工程地质学
3
地下水的水质
气体成分
O2 H2S CO2
离子成分
ClSO4-2 HCO3Na+ K+ Ca+2 Mg+2
化学性质 PH值 矿化度 硬度
2019/11/1
土木工程地质学
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地下水对建筑材料的腐蚀性
溶出侵蚀：混凝土中Ca(OH)2成分被水溶解。 碳酸侵蚀：含侵蚀性co2的水溶解混凝土 中的钙质而使混凝土崩解。
2019/11/1
土木工程地质学
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泉：地下水在地表的天然露头。
按水头性质分： 1. 上升泉 2. 下降泉 按出露原因分： 1. 侵蚀泉 2. 接触泉 3. 断层泉
2019/11/1
土木工程地质学
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特征：接近地表，接受大气降水补给， 以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动 态变化很不稳定。
水文地质学基础地下水水文学基本概念(术语)
2
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容水度
Water capacity是指岩石完全饱和时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积的比值。用小数或%表示，一般小于或等于孔隙度。
2
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含水量
Water content/moisture是岩石空隙中所保留的水分的多少。重量含水量（Wg）与体积含水量（Wv）的关系：Wv = ?d•Wg，其中??d为岩石的干容重。
章
序
概念
解释
0
1
水文地质学
Hydrogeology研究地下水的形成和分布、物理及化学性质、运动规律、开发利用和保护的科学。
0
2
地下水水文学
Groundwater hydrogeology是主要研究地下水的形成和运动、地下水与河流、湖泊的相互补给、地下水资源的评价和开发利用的科学。
0
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水文地质学原理
Principles of hydrogeology又称为普通水文地质学，研究水文地质学的基础理论和基本概念的学科。
1
7
水文循环
Hydrologic cycle是指发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中地下水之间的水循环。大循环是指海洋和大陆之间的水分交换。小循环是指海洋内部或大陆内部的水分交换。
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天气
Weather是在一定地区一定时间内各种气象因素综合影响所决定的大气物理状态。
1
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气候
Climate是某一区域天气的平均状态。
1
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水面蒸发
发生于河流、湖泊、水库等自由水面的蒸发。
1
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陆地蒸发
（Transpiration）发生于陆地表面的蒸发，包括土面蒸发和叶面蒸发。
(完整版)《水文地质学基础》要点-吉林大学
1 13
度
中所含水汽的质量.absolute humidity
大气中实际水汽含量14
对湿度与饱和水汽含量之比，数值上也等于实际水气压
度
与同温度下饱和水气压的比值.relative humidity
地 下 水 研究地下水在孔隙岩石，裂隙岩石和岩溶（喀斯特）岩 1 15
2 35
隙
（沉积岩）而产生的裂隙.如玄武岩中的柱状节理.
构 造 裂 指岩石在构造变动中受力而产生的裂隙.其特点是具有
2 36
隙
方向性，大小悬殊，分布不均匀. structural fissure
风 化 裂 是指岩石在风化营力作用下发生破坏而产生的裂隙，主
2 37
隙
要分布于地表附近.weathering fissure
1 29
数
值.runoff coefficient
2 30 空隙
是指岩石中没有被固体颗粒占据的空间.是岩石中孔 隙，裂隙和溶隙（溶洞）的总称.void space
2 31 孔隙
是指组成松散岩石的物质颗粒或其集合体之间的空隙. 其多少可以用孔隙度表示.pore/pore space
孔隙度
2 32
是指某一体积岩石中孔隙体积所占的比例.porosity
度，以毫米数表示.precipitation
是指水由常温下由液态变为气态进入大气的过程，亦即
1 18 蒸发
温度低于沸点时，水分子从液态或固态水的自由面逸出 而 变 成 气 态 的 过 程 或 现 象 .通 常 用 蒸 发 皿 观
测.evaporation
水面蒸
1 19
发生于河流，湖泊，水库等自由水面的蒸发.
flow rate/ flux
地下水水文学
讲授：肖长来吉林大学环境与资源学院水文水资源系2004年9月地下水水文学Groundwater Hydrology第二章岩石中的孔隙与水分提要本章要求学生掌握空隙（孔隙、裂隙、溶穴）的概念、分类、表示方法及主要影响因素，掌握重力水、毛细水、结合水、容水度、含水量、给水度、持水度、透水性的概念、表示方法及主要影响因素，了解岩石中水的存在形式，岩石的水理性质（与水的储存及运移有关的岩石性质），太沙基有效应力原理，理解地下水位变动引起的岩土压密。
第二章岩石中的孔隙与水分2.1岩石中的空隙2.2 岩石中水的存在形式2.3 岩石的水理性质（与水的储容及运移有关的岩石性质）2.4 有效应力原理与松散岩石压缩2.1 岩石中的空隙2.1.1 孔隙（1）孔隙是指组成松散岩石的物质颗粒或其集合体之间的空间。
特点：①呈小孔状，②分布均匀且密集，③连通性好。
Pore space is the volume between mineral grains in a porous medium.(HG)（2）孔隙度是指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。
n=Vn/V ·100%，V=Vn+Vs,其中n 为孔隙度，Vn 为孔隙体积，Vs 为岩石固体颗粒体积，V 为岩石总体积。
Porosity is the ratio of the volume of void spaces in a rock or sediment to the total volume of the rock orsediment.(HG)2.1 岩石中的空隙岩石中的各种空隙2.1 岩石中的空隙岩石中的各种空隙（3）孔隙度(n) 大小的影响因素：①分选程度（f=d60/d10）：分选差时n小，大小混杂时n小；②颗粒排列：立方体时n=47.64%，四面体n=25.95%，其余一般介于两者之间，菱面体排列n=26.795%≈37%。
③颗粒形状：棱角多、松散的，n大。
地下水水文学
地下水水文学
Groundwater Hydrology
讲授：肖长来 吉林大学环境与资源学院 水文水资源系 2004年9月
7.1地下水的补给 7.2 地下水的排泄 7.3 地下水径流 7.4 地下水补给、径流与排泄对地下水水质的影响 提要 要求掌握地下水补给来源（降水、地表水、凝结水 等）、地下水排泄途径（泉、泄流、蒸发、蒸腾等）、地 下水径流特征的基本概念、基本理论和基本方法；地下水 补给与排泄对地下水水质的影响；人类活动对地下水水量 水质的影响。
7.1地下水的补给
（2）山区降水入渗补给量的确定 可通过测定地下水的排泄量反求其补给量，包括河川基流 量（泉流量）、潜流量、开采量、蒸发量等，可以通过基流切 割法确定河川基流量。山区入渗系数为 a= Qg/(F·Pr·103) 式中Q ---- 年地下水排泄量（m3/a），余同上。
7.1地下水的补给
7.1地下水的补给
地下水积极参与水循环，与外界交换水量、能量、热量和 盐量。补给、排泄与径流决定着地下水水量和水质的时空分布。 根据地下水循环位置，可分为补给区、径流区、排泄区。 径流区是含水层中的地下水从补给区至排泄区的流经范围。 水文地质条件是地下水埋藏、分布、补给、径流和排泄条 件、水质和水量及其形成地质条件等的总称。 补给（ recharge）是指含水层或含水系统从外界获得水量 的过程。地下水补给来源主要有大气降水、地表水、凝结水、 相邻含水层之间的补给以及人工补给等。 Groundwater recharge is the inflow to a ground water reservoir. GW 补给区（recharge area）是含水层出露或接近地表接受大 气降水和地表水等入渗补给的地区。
第0章 地下水水文学 绪论PPT课件
01 课程的目的与内容
课程的主要内容
➢通过课堂讲课、课外作业和讨论，主要传
授地下水的形成与转化、地下水的类型与 特征、饱水带及包气带中水分和溶质的运 动、地下水动态与均衡、地下水计算与评 价以及地下水资源管理与保护等有关内容。
01 课程的目的与内容
课程的成绩考核
➢总成绩包括平时成绩和期末考试成绩，平 时成绩占总成绩的20~30%，由平时作业、 出勤率和习题课的成绩组成，期末考试成 绩占总成绩的70~80%。
➢考核方式：闭卷考试
01 课程的目的与内容
教材与参考文献
➢ 教材：束龙仓，《地下水水文学》，北京：中国水 利水电出版社，2009年1月第一版；
➢ 地面沉降 ➢ 地面塌陷 ➢ 海水入侵 ➢ 土壤次生荒漠化
于开采深层承压地下水，降低 了开采含水层的水头压力，从而导致粘土(淤 泥)质隔水层及含水层中粘土(淤泥)质透镜体 被压缩，引起地面区域性下沉的现象。
地面沉降
地面沉降
张家港地面沉降
地下水水文学
Groundwater Hydrology
2013年9月
绪论
31 课程的目的与内容 2 地下水资源开发利用 3 地下水水文学的发展 34 地下水的功能与应用
01 课程的目的与内容
课程的目的
➢目的是使学生能系统地获得地下水的形成、 埋藏、交替循环等方面的理论知识；
➢要求学生掌握地下水水文学的基本概念、 基本原理和基本知识；
0.3 地下水水文学的发展
水文学发展历程
❖ 水文学的发展，大体可分为以下几个阶段： ➢ 一、萌芽时期（1400年以前） ➢ 二、奠基时期（1400～1900年） ➢ 三、应用水文学的形成（1900～1950年） ➢ 四、现代水文学时期（1950年后） ❖ 随着计算机、遥感等高新技术的应用，使水文学
地下水文学复习资料.doc
地下水水文学1自然界水的分布、循环与均衡自然界水均衡(water equilibrium)水分循环三要素：蒸发(Z)、降水(X)和径流⑺水均衡：在一定时间、一定区域内，水分循环的三要素之间的数量关系水均衡原理：对于任一地区(系统)，在任一时间内，收入的水量与支出的水量之间的差额必等于其蓄水量的变化。
在海洋：Zo=x o-^ y在陆地：Z C=X C - V全球：Z O + Z C=X O + X C 水在岩土中的赋存形式液态水结合水：受到固相表血的吸引力大于其自身重力的那部分水重力水：距离固相表面更远的、能在重力下运移的那部分水毛细水：松散岩土中细小孔隙通道构成毛细管，在毛细力的作用K,地下水沿着细小孔隙上升到一定高度，这种既受重力又受毛细力作用的水。
支持毛细水悬挂毛细水孔角毛细水气态水固态水其它：矿物结合水(沸石水、结晶水、结构水)与水分贮存、运移有关的岩土性质容水性：岩土能容纳一定水量的性能，常用含水率表示。
含水率饫单位体识岩土中所含水的体积(water content; mositure content)容水度(water capacity) 岩土完全饱和时所容纳的最大水体釈与岩土总体积2比。
在数值上，一般与孔隙度(裂隙率、溶隙率)相等，但对于有膨账性的岩土，由于充水后体积扩大，其容水度可大于孔隙度饱和度(saturation)5:含水率与容水度的比值。
5=1表示饱和，O<S<1表示非饱和v G e o汐= 2X100% 或 5 =—=-V C J C H, n式屮0—体积含水率V w••含水体积V—包括孔隙在内的岩土总体积0^重量含水率G w••含水的重ffl G7-干燥岩土的重ft持水性(moisture retention)：含水岩土在重力作用下释水时，由于同体颗粒表面的吸附力和毛细力的作用，使在其空隙中能保持一定水量的性能持水度心：指饱水岩土在重力作用下，经过2—3天释水后，岩土空隙巾尚能保持的水体积与岩土总体积之比，这时的岩土含水率也称为田间持水率。
地下水水文学GroundwaterHydrology-PPT课件
潜水等水位线图----1.编图目的及意义
河水与地下水补排关系示意图
A 一 河 水 排 泄 地 下 水 ; B 一 河 水 补 给 地 下 水 ; C 一 河 流 左 侧 排 泄 地 下 水 ， 右 侧 补 给 地 下 水
潜水等水位线图----1.编图目的及意义
采用同一点的地形高程和水位离程之差求得： 水位埋深 = 地面高程标准 — 水位高程 水位高程 = 地面高程 — 水位埋深; (4) 可以确定流线上任意两点的水力坡度I。 (5) 可以确定任意一点潜水含水层的厚度〈在相同点的底板 标高已知时〉 含水层厚度 = 水位高程 - 底板高程 (6)在无地形因素影响的情况下，等水位线的疏密变化可以分 析和推测含水层厚度或岩性的变化，利用Q =K· I· F。 a. 岩性变化，当Q、F为常量时，K变大则I变小。 b. 厚度变化，当Q、K，断面宽一定时，则I变小，厚度变大 〈见图1-2〉。
潜水等水位线图----2. 编图方法及步骤
(1)选择底图: 等水位线图及埋藏深变图都是以地形图为底图 的，在实际工作中要求比例尺与实际材料图相同，等高线间距 和埋藏深度图的登记划分需要根据编图目的、比例尺、水力梯 度和埋深的大小而定。 (2) 将同一时期的水文地质观测点（井、泉、地表水体）的 观测资料（表1-1），统一编号以不同形式投放在地形底图上 （附图一），表示方法： 井号○
潜水等水位线图----1.编图目的及意义
1.3 编制水位埋藏深度图的意义 埋藏深度图是用一系列的埋藏深度相同的等级区间所构 成的平面图，该图件不仅能帮助分析地下水的形成条件， 而且对农田灌溉有比较实际的意义，潜水的埋藏深度直接 关系着土壤的盐碱化问题和影响开采条件。同时潜水的埋 藏深度图直接反映了某一时期的潜水面（也是含水层顶面） 至地表的距离，对指导生产具有重要的意义。
水文地质学Hydrogeology第二章地下水赋存条件与性质
重力水（gravitational water）
特点：远离固相表面，水分子受固相表面吸引 力的影响极其微弱，主要受重力影响。重力影 响下可以自由运动。
地层内岩石空隙中如果存在一定的重力水，就 可以通过泉，或井流出（抽出）
重力水是水文地质学研究的主要对象，也是勘 察的主要对象。
1. 毛细力
定义：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔 隙体积所占的比例。
地下水水文学重点
一．地下水水文学1自然界水的存在位置：岩石圈、水圈、生物圈，主要分布在岩石圈。
2水文循环：（大循环、小循环）地球浅部层圈中的水，即大汽水、地表水、地壳浅部地下水的相互交替。
（速度较快、途经较短），动力主要为太阳辐射、地球引力。
3地质循环：地球浅部层圈水与深部层圈水之间的相互交换过程4自然界的水均衡：在一定的时间、区域内，水分循环三要素（蒸发、降水、径流），之间的数量关系。
全球水均衡：ZM +ZC=XM+XC5地下水存在岩土的孔隙中，孔隙是一个控制因素。
孔隙性（孔隙的大小、形状、分布特点以及连同情况），分为三类（松散沉积物的空隙、坚硬不可溶岩石中的空隙、可溶性岩石中的空隙）6孔隙度：松散岩土的孔隙主要表现为空袭的多少与大小。
大小取决于排列情况与分选程度。
一定体积的孔隙体积与该岩土总体积之比（n=VN/V），孔隙度的大小与颗粒大小无关。
7.孔隙三种分类的差异表1-38.水的岩土存在形式图1-89水体的岩理性质：（容水性、给水性、持水性、透水性）容水性：岩土具有容纳一定水量的性质。
容水度：（S）是指岩土中所能容纳的最大的水体积与岩土总体积之比。
给水性：饱水岩土在重力作用下能自由排出一定水量的性质。
给水度：（）是指饱水岩土在重力作用下释放水的体积与岩土总体积之比。
（给水度的大小与岩性、初始地下水埋深以及地下水位下降速度）。
持水性：是指饱水岩土在重力作用下，推出重力水后仍能保持一定水量的性质。
持水度：（Sr）是指饱水岩土在重力释水后，仍能保持水量与岩土总体积之比。
透水性：岩土允许重力水透过的能力。
透水性是影响水量的重要因素，岩土孔隙的大小、多少、连通性直接影响透水性。
渗透系数：（K）表征岩土透水量的指标。
10岩层给水性和透水性能的好坏分类：含水层、隔水层（弱透水层）。
含水层：能够透过并且给出相当数量水的岩层。
隔水层不能透过或不能给出水。
11含水层具备条件：储水空间（孔隙愈大、数量愈多、连通性愈好，透水性愈好）、储层地下水的地质构造条件、良好的补给来源。
水文学课件：第三章 地下水(Ground Water) 2
用来反映水中的化学成分含量。
二、地下水的化学性质
化学性质组成：
气体成分、离子成分、胶体物质、有机质等。
（一）地下水的化学成分的影响因素
1、化学成分
（1）常见的气体成分 氧（O2）、氮（N2）、二氧化碳（CO2） 硫化氢（H2S）、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
C
C.a 图潜水补给河流，b 图河流补给潜水
D.a 图河流补给潜水，b 图潜水补给河流
读图一回答8-10题
8、钻孔井甲的潜水埋藏 深度约
A．10米 B．5米 C．2.5米 D．0米
9、地下水流速 A．①＝② B．②＝④ C．①＞③ D．③＞④
10、排水沟位置选择不合理的是
A．①
B．②
C．③
D．④
图二为某地潜水等水位线 图，回答11—13题
（3）与渗透系数K值的关系：
当K→大时，含水层透水性增强，I→小，水面平缓 当K→小时，含水层透水性减弱，I→大，水面陡峻
65
3
h
4 8
7
M
1
2
1-潜水含水层 2-隔水层 3、4 潜水面潜水位(M-含水层厚度 h-潜水埋深) 5-大气降水入渗 6-蒸发 7-流向 8-泉
（二）潜水面的形状及其表示方法
（四）地下水的化学分类
• 地表水的分类 • 地下水的分类
第三节 地下水的理化性质
• 一、地下水的物理性质 • 二、地下水的化学性质
第四节 地下水的主要类型
一、按埋藏条件分类：
上层滞水、潜水、承压水图
二、按含水层性质分类：
孔隙水、裂隙水、溶隙水
a b
c
上层滞水(a)、潜水(b)、承压水(c)
地下水水文学（麻省理工讲义）
地下⽔⽔⽂学（⿇省理⼯讲义）1.72, Groundwater HydrologyProf. Charles HarveyLecture Packet #1: Course Introduction （课程简介）, Water Balance Equation(⽔量平衡)Hydrologic cycle with yearly flow volumes based on annual surface precipitation on earth, ~119,000 km 3/year.3000 BC – Ecclesiastes 传道书1:7 (Solomon)“All the rivers run into the sea; yet the sea is not full; unto （直到） the place from whence the rivers come, thither they return again.”Greek Philosophers (Plato, Aristotle 柏拉图，亚⾥⼠多德) embraced the concept （接受这个概念）, but mechanisms were not understood.17th Century – Pierre Perrault showed that rainfall （降⾬） was sufficient to explain flow of the Seine.地表径流径流排泄蒸腾和蒸发渗透地下⽔补给地下⽔流动低渗透地层LatitudeThe Earth’s Energy (Radiation) Cycle:TheSpaceAtmosphereOcean and LandCirculation redistributes energy 20 0 -20-60 4.03.0T o tal Flux2.0 Latent1.0Heat0 Ocean-1.0 CurrentsSensibleHeat-2.0 -3.0-4.0Ener gyTransfer (1022cal /yr ) Ne t ra dia tio n flu x (101cal cm 2 /yr) 90 0N 60 030 00 0 300 600 90 0 SSpatial distribution of energy and temperature drives circulation – both Polar front/subarctic lowWesterliesWesterliesTrade WindsTrade WindsPolar front/subarctic lowCoupled Earth CyclesEstimates from river outflows indicate 17 x 109 Tons/Year of material is transportedinto the Ocean. Another 2 or 3 x 109 Tons/Year is trapped in reservoirs. 80% of material transported is particulate 20% is dissolved0.05 mm/yr (may have been accelerated by man, and actual rates may be much larger)Soil Moisture(16,500) Glaciers(24,000,000)Rivers(2 ,120) Lakes & marshes (102,000)46 ,00043 ,800Oceans,338,000,000)(1 Ground Water(10,800,000)458,0002 ,700,70044 Energy CycleHydrologic CycleMaterial 物质 CycleGlaciers Fresh Water AtmosphereOceansRelative volumes of water in glaciers, fresh water, atmosphere and oceans.is potable and available.What are water needs for humans?Primitive conditions – 3 to 5 gallons/day Urban use – 150 gallons/dayUS Fresh Water Use – 1,340 gallons/dayWhere does the water go? To make things…to clean things….A lot of water is used for agriculture o56% (76 BGD) is consumptive use o20% (28 BGD) is lost in conveyance o 24% (33 BGD) is return flowA lot of water is used for thermoelectric power generation o 87% of all industrial water useA small savings in either of these categories would free up significant quantities for public suppliesAnalysis of human appropriation of renewable freshwater supply (RFSW) on land. Figure adapted from Postel et al., Science, (271) p. 758, Feb. 9, 1996Postel et al.’s Calculations1)Calculation of appropriated ET – indirect132 billion tons of biomass produced a year (Vitousek, 1992).30% used by people.Approximate people’s use of ET from the proportion of biomass – 30%.Subtract agricultural irrigation (2,000 km3/year) and assume half the water.from parks and lawns is irrigation (80 km3/year).2)Inaccessible runoff95 of the Amazon, Half of the Zaire-Congo and all of the Polar rivers 7774 .km3/year (did not consider other northern rivers –conservative?).Flood water. 11,100 km3/year of runoff is base flow (6).Capacity of man-made reservoirs is 5,500 km3/year. Accessible runoff = Baseflow + reservoir capacity = 12,500. adjusted for accessible3)Withdrawals (consumed)12,000 m3/ha average irrigation water application.240,000,000 ha of world irrigated area.2,880 km3/year.65% consumed = 1,870 km3/year.Industrial use: 975 km3/year, 9% consumed, 90 km3/year.Municipal use: 300 km3/year, 17% consumed, 50 km3/year.Reservoir losses – 5% loss, 275 km3/year.Total consumed = 2,285 km3/year.4)Instream use28.3 L/s per 1,000 population, applied to 1990 population, 4,700 km3/year.Assuming 50% of waste gets treatment – 2,350 km3/year.Neglects dispersed pollution (agricultural) and flood waters.Estimated water use in the United States, billion gallons per day (bgd), for domestic and commercial purposes. Adapted from Solley, Pierce, and Perlman, 1993.Watershed Hydrologic BudgetsDelineation of a watershed (drainage basin, river basin, catchment)Area that topographically appears to contribute all the water that flowsthrough a given cross section of a stream. In other words, the area over which water flowing along the surface will eventually reach the stream, upstream of the cross-section.Horizontal projection of this area is the drainage area.The boundaries of a watershed are called a divide, and can be traced on atopographic map by starting at the location of the stream cross-section then drawing a line away from the stream that intersects all contour lines at right angles. If you do this right, the lines drawn from both sides of the stream should intersect. Moving to either sideWater Balance EquationSt =P G + in (Q + ET +G out )SAt steady-state: = 0tP G +in = +(Q ET + G out )Hydrologic ProductionRunoff, or Hydrologic CirculationQ and P are the only quantities that we can try to measure directly. If steadystateis assumed, these measurements can be used to calibrate models of evapotranspiration and groundwater flow.PETSG i n o utQFrom and engineering point of view we are interested in understanding what controls Q.Q = P + (G in ?G out )?ETHow much of Q is available to human use? How can we increase Q?Lake Parabola(A simple quadratic model of the cross section of a circular lake)Discharge into Lake ParabolaIf there is constant volume flux Q m 3/day into the lake, how does the depth dependon time? (At time 0, the depth is H o m)Since there is no outflow, the charge in storage must equal the inflow Mass-balance (water balance) equationdV H ( ) πd H ( 2) πdHQ = == Hdt 2c dtc dtThis differential equation can be solved by separation of variablesT HcQ∫π dt =H∫ohdhH 21-2-112π 232 H[m]1T [days]Discharge into and Evaporation out of Lake Parabolae = rate of evaporation [L/T]dV H ( ) π =QAe =Q He dt cπdH πdH Qc H =Q ? He = ?e c dt c dt πHcQ T H 2 o+ 2= H 2H =2 c Q T H o 2 π0 2 4 6 1410 8 12 Q=10 [m 3 /day]c=0.1 [1/m]dHQcSteady State Solution=edt πHQc (10)(0 .1)H = = = 10 .6 m πe π( 0 . 03) Discharge, evaporation and seepage dV H () Q eA ??kHA =Q ?e πH ?k πH 2 = dt c cπH dh =Q ?e πH ?k π 2dh Qc e ?kHH= ?cdtccdt πHH 21-2 -1 0 1 210 8H [m] 6Q=10 [m 3 /day]4 c=0.1 [1/m] e=0.03 [m/day]2T [days]dh QcSteady State Solution = ?e ?kHdt πHQc ?eH ?kH 2 = 0πQuadratic formula:e π± (e π) 2 ? 4ck Q π H ==-3.8 m, 2.8 m2k πResidence Time (steady state, complete mixing) Very useful concept for degradation and chemical reactions0 R V = QT RT R = V/Q ExactlyComplete mixingQT R = V/QOn Average2.75 2.5 2.25 H [m] 2Q=10 [m 3 /day]1.75 c=0.1 [1/m] e=0.03 [m/day] 1.50 k=0.03 [1/day]1.25200600400800T [days]For this problem:Consider discharge and evaporation out of Lake Parabola. Assume no seepage.Q = input = output = 10 [m3/day]V H () =πH 2 = π10.62 = 1,765m32 c 2(0. 1)1,765m3T R =V Q / = 10m3 / day = 176 .5days Consider yourself:。
地下水水文学
体积含水率
重量含水率
⑴ 土壤重量含水率W（Weight ratio）：
Mw M Ms W 100% 100% Ms Ms
式中，
Va Vw V
Ma
Mw
M
Mw～土壤中水的重量, g；
Ms ～土壤中干土重量, g； M ～土壤的湿重， M=Ms+Mw
Vs
Ms
土壤三相图
⑵ 土壤容积含水率（Volumetric ratio）
田间持水量fc （Field Capacity）:
指土壤中所能保持的毛细管悬着水的最大 量。当土壤含水量超过田间持水量时，超过的 部分不能为毛细管力所维持，则成为自由重力 水。 田间持水量是土壤水分运动性发生明显变 化的重要标志，是划分土壤持水或下渗的重要 参数，对水文学及在农业生产上都具重要意义。 水文学中田间持水量常以符号fc 表示。
指依靠土壤中毛细管（一般指 d<1mm 的空 隙称毛细管）的吸引力（毛管力）而被保持在 土壤孔隙中的水分。所受的吸力为6.25～0.08大 气压。 毛管水按其是否与地下水潜水面有联系又分为：
毛管上升水/毛管支持水
毛管悬着水
毛管上升水/毛管支持水
从地下水面上升由毛管力吸附而存于土壤 毛细孔隙中的水，故其与地下水有水力联系。 在地下水面以 上，毛管水影响到 的范围内称作支持 毛管带或毛管水活 动层，毛管水高度 随土壤性质不同而 不同。
当承压含水层上复附加压力 时，与之保持平 衡的是：含水层骨架对它的反作用力’； 承压水作用在隔水顶板上的水压力P。 当抽水后，承压水头下降了 H，即承压水压 力降低了rH，则会发生如下的反应：
隔水顶板
P ’
H
承压含水层
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潜水等水位线图----1.编图目的及意义
1.2 编制等水位线图的意义 潜水面是一个起伏不平的连续变化的曲面，反映该曲面形
状的由一系列水位高程相同点的连线所构成的平面图称为潜水 等水位线图。 等水位线图在水文地质图系中是最基本图件之一， 具有一定的实用价值，常可以研究和解决下列问题。
(1) 确定地下水的流向 潜水和地表水一样，均由高向低沿最大倾斜方向流动，即垂直 等水位线方向流动。
潜水等水位线图----2. 编图方法及步骤
注意事项： 〈l〉在采用内插法时应尽量垂直等水位线，不能在地表 水体两侧找点内插。 〈2〉连线时不能穿越地表水体。 〈3〉潜水等水位线一般不应与地形等高线大角度相交和 正交。
潜水等水位线图编制----3.实习要求
（1）根据给定的资料，在绘有观测点位置的地形底图上 编制。等水位线间距2m，埋深图等级间隔0-2m，2-4m， 4-6m，… ; （2）等水位线图和埋藏深度图绘在一张底图上，用不同 线条、颜色表示。 （3）利用表1-2给定的资料绘制I-I’线水文地质剖面图。 比例尺: 水平1:10000, 垂直1: 1000
剖面图要求: 图名、比例尺、孔号、岩性、水位、图 例等。
潜水等水位线图编制----3.实习要求
（4）在图上的不同地段标明地下水流向8~10个箭头。 （5）测定A、B两点间的水力梯度和A、B点的水位埋深。 （6）简要说明潜水面的形状和埋藏特征，与地下水的关 系，水力梯度变化的原因，潜水与河水的补排关系等特征。
1.3 编制水位埋藏深度图的意义 埋藏深度图是用一系列的埋藏深度相同的等级区间所构 成的平面图，该图件不仅能帮助分析地下水的形成条件， 而且对农田灌溉有比较实际的意义，潜水的埋藏深度直接 关系着土壤的盐碱化问题和影响开采条件。同时潜水的埋 藏深度图直接反映了某一时期的潜水面（也是含水层顶面） 至地表的距离，对指导生产具有重要的意义。
1 3 3 .0 0
6 .2 0
1 2 6 .8 0
7
钻孔
1 3 2 .3 0
4 .7 0
1 2 7 .6 0
31
钻孔
1 3 4 .9 0
6 .2 0
1 2 8 .7 0
8
钻孔
1 3 4 .9 0
5 .5 0
1 2 9 .4 0
32
泉
1 2 4 .0 0
1 2 4 .0 0
9
钻孔
1 3 2 .5 0
潜水等水位线图----1.编图目的及意义
地下水位的疏密变化 含水层岩性变化的影响
含水层厚度变化的影响
潜水等水位线图----1.编图目的及意义
（7）可根据等水位线图布置地下水引排工程和开 挖深度。
a. 开采井群及排水沟等要垂直地下水流向布置。 b.可根据地下水埋藏深度适当确定排水沟的开挖 深度。
潜水等水位线图----1.编图目的及意义
（7）分析泉和沼泽的形成条件。
潜水等水位线图编制
表1-1 1973年7月1日各观测点水位资料
观测
观测点
地面
潜水位 潜水位
观测观测点地面 Nhomakorabea潜水位 潜水位
点号
类型
高 程 (m ) 埋 深 (m ) 高 程 (m )
点号
类型
高 程 (m ) 埋 深 (m ) 高 程 (m )
1
钻孔
1 3 5 .0 0
5 .2 0
4
钻孔
1 2 7 .0 0
2 .2 0
1 2 4 .8 0
28
试坑
1 2 3 .8 0
1 .6 0
1 2 2 .2 0
5
钻孔
1 2 5 .2 0
1 .2 0
1 2 4 .0 0
29
试坑
1 2 6 .4 0
2 .2 0
1 2 4 .2 0
6
钻孔
1 3 1 .1 0
4 .8 0
1 2 6 .3 0
30
钻孔
井号○ 水位 ( m )
埋深 ( m )
泉号○水位(m)
(3)根据观测点的资料，用内插法结合地形条件、水文地质
条作和地表水体确定出一定间距的高程和埋深，用光滑的曲线
连接标高相同的点，在连线之前首先应该找出全区地下水位大
致的变化规律，开始可先勾绘那些资料多、可靠、容易勾绘的
线段，然后加密和处理异常点，绘完后要全部检查加工细作。
地下水水文学
Groundwater Hydrology
讲授：肖长来
吉林大学环境与资源学院 水文水资源系 2005年10月
地下水水文学习题
习题一 潜水等水位线图的编制 习题二 潜水化学成分形成的分析 习题三 读水文地质图
潜水等水位线图----1.编图目的及意义
1.1 编图的目的 通过本次实习达到下列目的： (1) 掌握编制潜水等水位线图和潜水埋藏深度图这两种图 件的方法。 (2) 学会运用这两种图件分析水文地质条件，解决实际问 题。
6 .2 0
1 2 6 .3 0
33
1 2 9 .8 0
25
井
1 2 1 .2 0
1 .1 0
1 2 0 .1 0
2
钻孔
1 2 7 .5 0
1 .5 0
1 2 6 .0 0
26
试坑
11 8 .8 0
0 .2 0
11 8 .6 0
3
钻孔
1 2 3 .9 0
1 .0 0
1 2 2 .9 0
27
井
1 2 1 .2 0
0 .7 0
1 2 0 .5 0
潜水等水位线图----2. 编图方法及步骤
(1)选择底图: 等水位线图及埋藏深变图都是以地形图为底图 的，在实际工作中要求比例尺与实际材料图相同，等高线间距 和埋藏深度图的登记划分需要根据编图目的、比例尺、水力梯 度和埋深的大小而定。
(2) 将同一时期的水文地质观测点（井、泉、地表水体）的 观测资料（表1-1），统一编号以不同形式投放在地形底图上 （附图一），表示方法：
(2) 确定地下水与地表水的互相补给关系〈如图1-1〉。 (3) 可以确定任意一点的地下水位高程和水位埋藏深度
潜水等水位线图----1.编图目的及意义
采用同一点的地形高程和水位离程之差求得： 水位埋深 = 地面高程标准 — 水位高程 水位高程 = 地面高程 — 水位埋深;
(4) 可以确定流线上任意两点的水力坡度I。 (5) 可以确定任意一点潜水含水层的厚度〈在相同点的底板 标高已知时〉 含水层厚度 = 水位高程 - 底板高程 (6)在无地形因素影响的情况下，等水位线的疏密变化可以分 析和推测含水层厚度或岩性的变化，利用Q =K·I·F。 a. 岩性变化，当Q、F为常量时，K变大则I变小。 b. 厚度变化，当Q、K，断面宽一定时，则I变小，厚度变大 〈见图1-2〉。