考研水文地质学重点地下水系统
水文地质学知识点整理
地下水的概念P1：地下水是赋存于地表以下岩石（土）空隙中各种形态的水的总称。
既有液态的水液，也有气态的水汽，也包括固态的水冰，还有介于它们之间其他形态的水。
地下水的功能属性P2：地下水的资源属性，地下水是生态因子，地下水是环境（灾害）因子，地下水是一种重要的地质营力，地下水是地球深部的信息载体。
水文地质学的研究方法P4：野外调查，野外试验，室内试验，遥感，地球物理勘察，信息技术的应用。
第一章水循环与地下水赋存1、了解地球内部圈层构P7 地球圈层构造划分表地球外部圈层：由五个大致成层分布的自然子系统组成，按照性质可以分成3类。
即3个无机子系统———大气圈、水圈、岩石圈。
1个类有机子系统———土壤圈。
1个有机子系统———生物圈。
2、地球水圈可以划分为地质水圈和水文水圈。
P93、地球上的水循环P10：地球各个圈层中的水相互联系、相互转化的过程统称为大气水的水循环，又叫做自然界的水循环。
按其循环途径的长短、循环速度的快慢以及涉及层圈的范围，可分为地质循环和水文循环两类。
4、岩石（土）介质中水的存在形式P17页5、赋存介质的水理性质P19-20：指与水的储容和运移有关的赋存介质的性质，主要包括空隙的大小、多少、连通程度及其分布的均匀程度，这些性质的差异，会使其储容、滞留、释放以及透过水的能力不同。
表征介质水理性质的指标有容水度，给水度，持水度。
容水度：指介质能够容纳一定水量的性质。
给水性：指饱水介质在重力作用下，能够自由给出一定水量的性质持水性：指重力释水后，介质能够保持一定水量的性能。
二、地下水的基本类型及其特征1、包气带和饱水带：P212、越流P22：把两个含水层透过该弱透水层发生垂直水量交换的现象称为地下水的越流。
按照地下水的埋藏条件，可以把地下水分为潜水、承压水、与上层滞水。
其中潜水和承压水在一定条件下是可以相互转化的。
P233、潜水的概念P26：潜水是地表一下埋藏在饱水带中第一个稳定隔水层智商的具有自由水面的重力水。
水文地质学.重点
水文地质学.酉地下水的研究对象：饱和带水和非饱和带水。
地下水的功能：宝贵的资源、重要的地质营力、不可忽视的致灾因子、活跃灵敏的生态环境因子、极具价值的信息载体。
浅部层圈水：以液态为主，部分为固态和气态。
深部层圈水：矿物中的水以及超临界状态水。
水文循环：水文循环是发生于大气水、地表水和地壳浅部地下水之间的水分交换。
地质循环：水的地质循环即发生在大气圈到地幔之间的水分交换。
径流：是指降雨及冰雪融水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。
地下水与地表水优缺点对比：00优点：（1）分布广泛；（2）变化稳定；（3）具有天然调节性；（4）水质良好；（5）易于开发利用缺点：1)地下水隐藏于地下，查明分布规律才能利用；2)一旦污染，需要花费相当长时间和耗费昂贵成本。
岩石空隙：是地下水储存场所和运动通道。
空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，决定着岩土储容、滞留、释出以及传输水的性能。
孔隙–存在于松散的或未完全胶结的岩土颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙。
裂隙–岩石形成以后，由于各种内、外营力的作用，使岩石遭到破坏而形成的空隙。
溶穴–可溶岩石在地下水的溶蚀作用下形成。
必须在原有空隙、裂隙发育基础上产生的。
孔隙度（n）：某一体积岩土（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。
影响因素：颗粒排列方式、颗粒分选程度、颗粒形状、胶结填充、对于粘性土，还与结构孔隙、次生孔隙有关。
岩土中水存在形式：结合水（矿物表面结合水（强结合水、弱结合水））、液态水（重力水、毛细水）、固态水、气态水。
结合水：分布在颗粒表面受静电引力大于重力，而不能在自身重力作用下发生运动的那部分水。
与水有关的岩土性质：空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，决定着岩土储容、滞留、释出以及传输水的性能。
容水性：岩石能容纳一定数量水的性质。
用容水度表示。
给水性：饱水岩石在重力作用下能自由排出一定数量水的性质。
用给水度表示。
持水性：岩石在重力释水后能在空隙中保持一定数量水的性质。
水文地质学基础第9章 地下水流系统
区域地形面型式
盆地深度
盆地相对深度：Z0/S
相对深度小，则中间和区域 流动系统发育受限
相对深度大的盆地可发育中 间和区域流动系统，但穿透 深度大的局部流动系统减少
地质条件
地层
非均质介质：
各向异性介质：
地质条件
断裂
阻水断裂 导水断裂
补给和排泄强度
入渗强度和渗透系数比值R= ε/K相同，则水流模式相同 R= ε/K=I，实质上为水力梯度，代表水流驱动力 非均值各向异性介质各水流系统占据范围决定因素：K和I（或V）
TDS、水型与水学形成 作用方式，与水力特征相 关一致
地下水流动系统中水的温度场特征
地温分布曲线受水流作用影响 上升水流产生正增温 下降水流产生负增温
本节小结
地下水流动系统和含水系统的概念 地下水流模式控制因素 地下水流动系统中水动力场、化学场和温度场特征
思考题
地下水流动系统和含水系统的概念与比较 地下水流模式的控制因素
Thanks for your attention！
均质各向同性介质中的制的重力势
地下水流系统的水化学场特征特征
地下水流动系统的水力特征决定了其水化学特征 在流动系统中水质决定因素
输入水质 流程 流速 流程中遇到的物质及其可迁移性 流程中经受的水化学作用
水化学水平和垂直分带
水化学积聚区：相汇处 → 圈闭带，相背处 → 准 滞流带
水文地质学基础第9章 地下水流系统
提纲
地下水系统概念的形成 地下水流模式及决定因素 地下水流系统的水动力场特征 地下水流系统的水化学场特征特征 地下水流系统的温度场
地下水系统概念的形成
系统论的渗透
Bertalanffy
输入
水文地质学基础考研题库
水文地质学基础考研题库水文地质学基础考研题库水文地质学是研究地下水的形成、分布、运动和利用的学科。
在考研中，水文地质学是一个重要的科目，涉及到地下水资源的开发与利用、地下水环境保护等方面的知识。
本文将为大家提供一些水文地质学基础考研题库，帮助大家更好地准备考试。
1. 地下水是如何形成的？地下水是地表水渗入地下后形成的。
当降雨发生时，一部分雨水会直接流入河流、湖泊等地表水体，另一部分则会渗入地下。
地下水的形成主要有两个过程，即入渗和渗漏。
入渗是指雨水通过地表的土壤、岩石等孔隙和裂隙进入地下层的过程；渗漏是指地下水从一个地层渗透到另一个地层的过程。
2. 地下水的分布情况如何？地下水的分布情况与地质条件密切相关。
一般来说，地下水主要分布在含水层中，即岩石或土壤中的孔隙和裂隙中含有水的层位。
地下水的分布受到地层的渗透性、地下水补给和排泄条件等因素的影响。
例如，砂岩、砾石等渗透性较好的地层更容易形成较丰富的地下水资源。
3. 地下水的运动过程是怎样的？地下水的运动过程主要包括补给、渗流和排泄三个环节。
地下水的补给是指地表水通过入渗进入地下层，补充地下水资源。
渗流是指地下水在地下层中通过孔隙和裂隙的渗透和流动。
排泄是指地下水通过泉眼、井口等地表出露的方式排出地表。
4. 地下水的利用方式有哪些？地下水是重要的水资源之一，被广泛用于农业灌溉、城市供水、工业生产等领域。
地下水的利用方式主要有抽水井取水、地下水水库调蓄、地下水热泵利用等。
抽水井取水是最常见的利用方式，通过井筒将地下水抽取上来供给各种用途。
5. 如何保护地下水环境？地下水环境保护是保护地下水资源的重要任务。
保护地下水环境需要从源头控制和综合治理两个方面入手。
源头控制包括合理利用地下水资源、控制地下水污染源等措施；综合治理包括地下水污染的修复和治理、建立地下水监测网络等。
总结：水文地质学是一门重要的学科，对于地下水资源的开发与利用、地下水环境保护等方面具有重要意义。
水文地质学复习要点
概念：水文地质学简言之──研究地下水的科学。
它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务。
地下水是水资源组成部分地下水的主要功能（functions）为：1、地下水是一种宝贵的资源（resource）2、地下水是极其重要的生态环境因子3、地下水是一种很活跃的地质营力4、地下水是地球内部地质演变的信息载体地球上水的分类：根据地球各个层圈水的分布状况及其存在状态的差别，可以区分为浅部层圈水与深部层圈水两大部分。
从大气圈到地壳上半部属浅部层圈水。
其中分布有大气水、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水均以自由态H2O 分子形式存在，以液态为主，也呈气态与固态存在。
矿物结合水是指矿物结晶内部及其间的水，如沸石水、结晶水、结构水等地球深层圈水分布于地壳下部直到下地幔这一范围内。
在地壳下部深约15—35km 处，地温达400℃以上，压力也很大，这里的水不可能以普通液态水或气态水形式存在，而成为被压密的气水溶液。
广义的水圈应当包括地球各层圈中以各种不同状态存在且相互转化的所有的水。
水循环含义：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水构成一个系统。
这一系统内的水相互联系、相互转化的过程即是自然界的水循环。
类型：地质循环，水文循环水文循环是发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。
海洋与大陆之间的水分交换为大循环。
水文循环的运动规律：海洋的蒸发量大于降水量，陆地的降水量大于蒸发量。
大陆输入水汽量与输出水量基本平衡地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程称为水的地质循环。
由地幔熔岩物质直接分异出来的水称为初生水。
所谓水量平衡，是指任意选择的区域（或水体），在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之间差额必等于该时段区域（或水体）内蓄水的变化量，即水在循环过程中，从总体上说收支平衡。
水量平衡方程：I-Q=ΔS（P+R表+R地下）-（E+R′表+R′地下+q ）=ΔS 此式即为通用水量平衡方程式，湿度分为绝对湿度和相对湿度两种。
水文地质学基础--9.地下水系统
——这一分析方法叫做地下水系统分析方法。
水流特点：
源区—地下水流由上向下运动 ，流速减小；
第9章 地下水流系统 （Groundwater system)
9.1 地下水系统的概念 9.2 地下水流动系统及其特征
9.1 地下水系统的概念
系统与系统方法
系统：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具 有特定功能的整体（钱学森等，1978）。 ➢ 相互作用，相互依赖→不是各部分或零部件的简单堆集； ➢ 整体功能大于局部（要素）之和。
GFS理论的两个前提
➢ 区域水力连续性 从较长的时间尺度与较大的空间范围来考察问题，广 大范围内的地下水都存在着水力联系→时间因素。
➢ 控制地下水流动的是“势”（地形），而不是地质条 件。
地下水流系统的划分
局部GFS 中间GFS 区域GFS
GFS的水动力特征高Fra bibliotek区（势源）地形高处，补给区，地下水由上至下运动，势能向压能转化；
✓ 两者都可以进一步划分为子系统——层次性； ✓一个大的地下水含水系统可以包容多个流动系统，
而一个大的流动系统可以穿越多个含水系统——交 叉性。 ✓子系统不同，大的系统是一致的。在人为因素影响 下，流动系统的规模、数量均会发生变化，但变化 受到大的含水系统边界的制约，通常不会越出大的 含水系统边界——一致性。
GFS的水化学特征
地下水的化学及同位素特征，是水流的“化石”，是重塑历史及地质历 史时期地下水流的依据；
8.水文地质学基础-地下水流系统解析
局部水流系统—5个；中间水流系统—1个；区域水流系统—1 个
稳定二维流模拟——稳定降水，3个定高程的汇(排泄)，多级水流系统
8.5地下水含水系统与地下水流动系统的比较
（1）整体性（系统性）：二者都属于地下水系统。 含水系统的整体性体现于它具有统一的水力联系，存在于同一
含水系统中的水是个统一的整体，在含水系统中的任何一部分 加入（补给）或排出（排泄）水量，其影响均将波及整个含水 层系统。含水系统是一个独立而统一的水均衡单元，是一个三 维系统；可用于研究水量乃至盐量和热量的均衡，边界属于地 质零通量边界，为隔水边界，是不变的。
国内使用“地下水系统”术语相当普遍。但是不同使用者赋予的 内涵不尽相同。因此，比较合适的做法是，尽可能采用定义明确的 “地下水含水系统”及“地下水流系统”这两个术语。
8.2地下水系统的概念
地下水系统是地下水含水系统和地下水流动系统的统一。 地下水含水系统是指由隔水或相对隔水边界圈闭的、由含水层和 相对隔水层组合而成的、内部具有统一水力联系的赋存地下水的 岩系。 地下水流动系统是指由源到汇的流面群构成的、具有统一时空演 变过程的地下水体。
8.4地下水流动系统
介质场中地下水流动系统发育规 律：两种或更多个的地下水流动系 统时，它们所占据的空间大小取决 于两个因素： ① 势能梯度（I），等于源汇的势 差除以源汇的水平距离，I越大，其 地下水所占据的空间亦大； ② 介质渗透系数(K)，渗透性好， 发育于其中的流动系统所占据的空 间就大。
8.4地下水流动系统
8.4地下水流动系统
（2）水化学特征：在地下水流动系统中任意一点的水质取决于： ①输入水质； ②流程； ③流速； ④流程上遇到的物质及其可迁移性； ⑤流程上经受的各种水化学作用。
水文地质学：地下水的循环_流动系统
>>系统的多级性： *多源系统中易产生多级多个地下水流动系统； *流动系统发育的规模与数目的控制因素： 介质的渗透性， 系统中不同源汇的势差有关(地形起伏)。
(4)在同一空间中，流动系统与所在的含水系统 的边界是相互交叠的。
(5)在人为活动影响下，地下水流动系统会发生 变化，但变化受到大的含水系统边界的制约，通 常不会越出大的含水系统边界(图8-4)。
(3)地下水流动系统的水动力特征
>>水头分布：
*地形高处，为高势区(势源)；地形低处，为低势区(势汇)。 *垂向运动中，由上至下，势能除克服摩擦消耗部分能量外， 势能向压能转化；由下至上，部分储存的压能释放转化为势能。 *水平运动中，由于上游的水头高度总要比下游高一些，因而 也是通过水的体积膨胀释放势能的。
二、研究意义 >>突破了把单个含水层作为功能单元的传统思维，力求
以系统的观点去考察、分析与处理地下水体： *地下水流动系统摆脱了传统的地质边界的制约，而以
地下水流作为研究实体。 >>揭示了地下水赋存与运动的整体性： *地下水流动系统的整体性体现于它具有统一的水流，
沿着水流方向，盐量、热量与水量发生有规律的演变，呈 现统一的时空有序结构，可用水流动系统的特点：
(1)区域水力连续性，从较长的时间尺度与较大的空间尺度 来考察问题，广大范围内的地下水存在着水力联系。
(2)地下水在流动中必须消耗机械能以克服摩擦。地下水的 补给提供了重力势能，驱动水运动。重力势能来源于地下水 的补给。地形控制着重力势能的分布，而不是地质条件。 Toth认为：从水力学角度看，地下水体的天然单元是地形盆 地，而不是地质盆地，驱动水流的势来自区域地形高处，水 从地形高处向地形低处运动(图8-7)。
《水文地质学》课程笔记 (2)
《水文地质学》课程笔记第一章绪论一、水文地质学的研究对象1. 地下水- 定义：地下水是指在地表以下岩石空隙和土壤孔隙中储存的水。
- 特点：地下水具有隐蔽性、循环性、动态性、可再生性和不可替代性。
- 研究内容：地下水的水位、流量、水质、水温、化学成分、运动规律等。
- 分类：根据埋藏条件，地下水可分为潜水、承压水等类型。
2. 岩土- 定义：岩土是指地球表层及其内部的岩石和土壤。
- 特性：岩土的物理性质（如密度、孔隙度、渗透性）、化学性质（如酸碱度、氧化还原性）和力学性质（如抗压强度、抗剪强度）。
- 研究内容：岩土的结构、组成、分布、成因、水文地质特性等。
3. 水资源- 定义：水资源是指地球表层可供人类利用的水。
- 特点：水资源具有时空分布不均、可再生性和有限性。
- 研究内容：水资源的评价、开发、利用、管理和保护。
4. 水文地质环境- 定义：水文地质环境是指地球表层地下水、岩土、气候、生态等因素相互作用的综合体。
- 研究内容：水文地质环境的调查、评价、监测、预测和调控。
二、地下水的功能1. 供水- 地下水是重要的饮用水源，尤其在干旱和半干旱地区。
- 地下水供水稳定，受气候变化影响较小。
2. 农业灌溉- 地下水灌溉可以提高作物产量，保障粮食安全。
- 地下水灌溉系统简单，易于管理。
3. 生态保护- 地下水维持河流、湖泊、湿地等生态系统的稳定。
- 地下水是许多生态系统的重要补给来源。
4. 灾害防治- 地下水可以调节地表水循环，减轻洪水和干旱灾害。
- 地下水开采可以降低地面沉降和海水入侵的风险。
5. 工业生产- 地下水用于冷却、洗涤、制造等多种工业用途。
- 地下水的水质稳定，适合特定工业需求。
6. 科研价值- 地下水研究为地质学、气候学、生态学等领域提供重要信息。
- 地下水是研究地球历史和地质作用的天然实验室。
三、水文地质学发展简史1. 古代阶段- 早期人类对地下水的利用主要限于井、泉等自然出露点。
- 古代文明（如古埃及、美索不达米亚）已有简单的地下水开发利用技术。
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。
水文地质学基础第9章 地下水流系统
地下水含水系统与地下水流动系统的比较
共同点: 突破了把单个含水层作为功能单元的传统思维，力求 以系统的观点去考察、分析与处理地下水问题 两者的差异和关系
通常一个大的含水系统可以包含若干个流动系统 级次性，边界交叠 流动系统在人为流动影响下，规模、数量均会发生变化受 到大的含水系统边界的、制约，通常不会越出大的含水系统 边界
含水系统与水流系统的比较
地下水流模式及决定因素
地下水ห้องสมุดไป่ตู้轮廓
不同级次流动系统 水流穿透深度不同
δ = λ(Kv/Kh)1/2
区域地形面型式
盆地深度
盆地相对深度：Z0/S
相对深度小，则中间和区域 流动系统发育受限
相对深度大的盆地可发育中 间和区域流动系统，但穿透 深度大的局部流动系统减少
将水位形状简化为斜线与正弦波的叠加
Tóth 地下水盆地
1963 潜水盆地地下水水流动系统 1980 重力穿层流动
地下水含水系统与地下水流动系统
地下水含水系统（ Groundwater aquifer system）由隔水或 相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系 地下水流动系统（ Groundwater flow system）从源到汇的流 面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体
地形势：受地形控制的重力势
地下水流系统的水化学场特征特征
地下水流动系统的水力特征决定了其水化学特征 在流动系统中水质决定因素
输入水质 流程 流速 流程中遇到的物质及其可迁移性 流程中经受的水化学作用
水化学水平和垂直分带
水化学积聚区：相汇处 → 圈闭带，相背处 → 准 滞流带
TDS、水型与水学形成 作用方式，与水力特征相 关一致
水文地质学基础
专门水文地质学复习重点资料
一、名字解释1.动储量:单位时间流经含水层(带)横断面的地下水体积，即地下水的天然程流量;静储量:地下水位年变动带以下含水层(带)中储存的重力水体积;调节储量:地下水位年变动带内重力水的体积;开采储量:用技术经济合理的取水工程能从含水层中取出的水量，并在预定开采期内不致发生水量减少、水质恶化等不良后果。
2.补给量：补给量是指天然状态或开采条件下，单位时间通过各种途径进人含水系统的水量。
3.储存量：指地下水补给与排泄的循环过程中，某一时间段内在含水介质中聚积并储存的重力水体积4.允许开采量：允许开采量就是用合理的取水工程，单位时间内能从含水系统或取水地段取出来，并且不发生一切不良后果的最大出水量5.地下水系统：地下水系统是以系统的理论和方法，把地球水圈一定范围内的地下水体作为一个系统，运用系统理论分析、研究地下水的形成与运移的机理，并用系统工程的方法解决地下水资源的勘察、评价、开发利用和管理问题。
6.地下水动态：1、地下水的动态——指表征地下水数量与质量的各种要素(如水位、泉流量、开采量、溶质成分与含量、温度及其它物理特征等)随时间而变化的规律。
7.地下水均衡——指在一定范围、一定时间内，地下水水量、溶质含量及热量等的补充(或流入)量与消耗(或流出)量之间的数量关系。
8.给水度：给水度(产)是表征潜水含水层给水能力或储水能力的一个指标，9.水文地质参数：表征含水介质水文地质性能的数量指标，是地下水资源评价的重要基础资料，主要包括含水介质的渗透系数和导水系数、承压含水层的储水系数、潜水含水层的重力给水度、弱透水层的越流系数及水动力弥散系数等，还有表征与岩土性质、水文气象等因素的有关参数，如降水人渗系数、潜水蒸发强度、灌溉入渗补给系数等。
10.渗透系数：渗透系数(K)又称水力传导系数，是描述介质渗透能力的重要水文地质参数，11.导水系数(T)：是含水层的渗透系数与含水层厚度的乘积12.储水率：表示当含水层水头变化一个单位时，从单位体积含水层中，因水体积膨胀(或压缩)以及介质骨架的压缩(或伸长)而释放(或储存)的弹性水量13.越流系数：表示当抽水含水层和供给越流的非抽水含水层之间的水头差为一个单位时，单位时间内通过两含水层之间弱透水层单位面积的水量14.降水人渗补给系数：是降水渗人量与降水总量的比值，15.水动力弥散系数：是表征在一定流速下，多孔介质对某种溶解物质弥散能力的参数。
地质大水文地质学基础讲义08地下水系统
第八章地下水系统8．1 系统概念本世纪40年代贝塔朗菲（Ludwig von Bertalanffy ）提出一般系统论以来，特别是本世纪50—60年代应用系统工程解决复杂问题取得重大成功以来，系统思想与系统方法广泛地渗透到各学科领域。
简单地说，系统思想与方法的核心是把所研究的对象看作一个有机的整体（系统），并从整体的角度去考察、分析与处理事物。
不同的人对系统所下的定义各有侧重。
目前国内比较普遍接受的定义是：系统乃是“由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的整体” 〔钱学森等，1978〕。
系统方法认为，不应当将系统理解为各组成部分(要素)的简单集合，而应将其理解为诸要素以一定规则组织起来并共同行动的整体。
系统内部各要素相互联系和作用的方式便是系统的结构。
因此，我们也可以将系统理解为“有结构的集合”。
以分析为主的近代自然科学长期以来采用的方法是：将所研究的事物精细地分析为各个互不关联的独立部分，分别加以研究，把各部分研究结果之和，作为对所研究事物整体的认识。
这样做实质上是将研究对象当作诸要素简单累加而成的集合，而没有将其如实地看成一个有机整体。
一个系统，不仅内部诸要素存在着相互作用，而且还与外部环境发生相互作用。
系统接受环境的物质、能量或信息的输入，经过系统的变换，再向环境产生物质、能量或信息的输出（图8—1）。
图8—1 系统的输入与输出 环境对系统的作用也称之为激励，系统在接受激励后对环境的反作用称之为响应（图8—2）。
图8—2 系统的激励和响应环境的输入（激励）经过系统的变换而产生对环境的输出（响应），这种变换取决于系统的结构。
例如，在同等降水条件下，不同的地下水系统，由于其岩层、构造、地貌乃至分布范围大小不同，泉流量的变化各不相同。
再如，在不同的地下水系统中，以同种方式开采同样数量的地下水，地下水位的降低也有很大差别。
因此，一方面，分析系统输入与输出（激励与响应）的对应关系有助于了解系统结构。
专门水文地质学复习知识重点
专门水文地质学复习知识重点预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制专门水文地质学复习知识点一、地下水资源的特点：系统性、流动性、可恢复性、可调节性二、水文地质调查的目的:1.查明地下水的形成、赋存和运移特征；2.查明地下水水量、水质的变化规律；3.为地下水资源评价、开发利用、管理和保护以及环境问题防治提供水文地质依据。
三、水文地质调查的任务：1查明地下水的赋存条件；2查明地下水的运动特征；3查明地下水的动态特征；4查明地下水的水文地球化学特征。
四、水文地质调查的方法常用的方法：1.水文地质测绘（地下水资源地面调查）；2.水文地质钻探；3.水文地质物探；4.水文地质(现场)试验；5.地下水动态观测；6.室内分析、鉴定、模拟试验和实验。
新技术与新方法（1）遥感技术（2）同位素技术（3）GIS技术（4）核磁共振技术五、水文地质调查工作的类型：区域水文地质调查、专门性水文地质调查六、区域水文地质调查（1）目的：掌握区域水文地质条件与地下水基本特征，为区域水资源规划、综合利用、水环境保护等奠定基础，为国民经济远景规划或专门性水文地质调查提供具体的水文地质背景资料。
（2）任务：查明区域地下水的基本类型及各类地下水埋藏分布条件，地下水的水量与水质形成条件，地下水资源的概括数量，地下水与区域地表水的关系，以及与区域环境条件的关系。
（3）调查方法的特点：小比例尺（一般小于l：10万），注重以地下水资源与流域及行政区域单元结合划界，应用区域地质、水文、气象、遥感、GIS等技术和资料，采用均衡法进行地下水量概算。
七、专门性水文地质调查（1）目的：为某项具体工程建设项目的设计提供所需要的水文地质资料，同时也可以为地下水某方面研究提供依据。
（2）任务：详查水文地质条件，有针对性地进行某个专门项目或具体亟待解决问题的调查，提供工程项目设计所要求的水文地质资料。
（3）调查方法的特点：比例尺根据工作任务而定，一般要求大于1：5万。
水文地质与地下水动力学
水文地质与地下水动力学水文地质与地下水动力学是一个重要的研究领域，它关注的是地下水的形成、分布、流动和质量变化等方面的问题。
它对于地下水资源的合理利用和保护具有重要的意义。
本文将从水文地质和地下水动力学两个方面进行探讨。
一、水文地质1. 地下水的形成地下水是由降水通过渗透、渗流等过程进入地下所形成的。
在地下，水与岩石、土壤颗粒之间形成水分子膜和水分子间隙，形成不同类型的地下水储库。
2. 地下水的分布地下水的分布受地质构造、地下水补给和排泄条件等因素影响。
不同地区的地下水分布具有很大的差异，有些地方地下水丰富，而有些地方则缺乏地下水资源。
3. 地下水的流动地下水的流动是指地下水在地下储层中经过渗流、渗透等途径的运动过程。
地下水的流动方向和速度受到多种因素的制约，如水头差、渗透性等。
地下水的流动对于地下水资源的利用和污染的扩散都具有重要意义。
二、地下水动力学1. 地下水的动力学特征地下水动力学研究地下水的运动规律和特性，包括地下水的流速、流量、水头、渗透性等。
地下水动力学模型可以用来描述地下水的流动过程，并预测地下水的变化趋势。
2. 地下水的污染与修复地下水资源的过度开发和人类活动的影响导致地下水的污染问题日益严重。
地下水动力学研究可以帮助我们了解地下水污染的传输和扩散机制，并制定相应的修复措施。
3. 地下水与地表水的互动地下水和地表水之间存在着紧密的联系，地下水补给地表水、地表水渗入地下水等过程对水文地质和地下水动力学的研究都具有重要意义。
通过研究地下水与地表水的互动关系，可以科学地管理和保护水资源。
总结：水文地质和地下水动力学是研究地下水的形成、分布、流动和质量变化等方面的重要学科。
它们对于地下水资源的合理利用、保护和污染修复等方面有着重要意义。
通过深入研究水文地质和地下水动力学，我们能够更好地认识和利用地下水资源，提高地下水管理和保护的水平。
水文地质学知识点整理
水文地质学知识点整理水文地质学是研究地下水与地质相互作用的学科，它是地下水科学中的重要分支。
水文地质学的研究对象是地下水的形成、分布、流动及水文地质条件对地下水的影响等。
水文地质学的知识点非常丰富，下面将对其进行整理和概述。
地下水是水文地质学研究的核心内容之一。
地下水是地壳中一种特殊的水体，在地下水层中流动，存在于各种不透水层和透水层中。
地下水的形成与气候、地质、地貌等因素密切相关。
气候条件决定了地下水的补给和消耗过程，地质条件决定了地下水的储存和运动特性，地貌条件则决定了地下水的分布和流动方向。
在水文地质学中，地下水的运动是一个重要的研究内容。
地下水的运动是指地下水在地下岩溶洞、裂隙、孔隙等介质中的流动过程。
地下水的流动速度和方向受到地下水压力、渗透性、孔隙度、温度等多个因素的影响。
研究地下水的运动规律对于合理开发和利用地下水资源具有重要意义。
此外，水文地质学还研究地下水与地表水的互动关系。
地下水与地表水之间存在着供水和回水的关系，这种供回水关系对于水资源的平衡调整具有重要作用。
当地表水补给量大于消耗量时，地下水得到充分补给；而当地表水消耗量大于补给量时，地下水往往会被大量抽取，导致地下水资源的枯竭。
另外，水文地质学也涉及到地下水的质量问题。
地下水的质量受到地下水的来源、地层水岩化学作用、环境污染等多方面因素的影响。
研究地下水的质量问题对于合理保护和利用地下水资源具有重要意义。
水文地质学通常通过采集地下水样品进行分析，以了解地下水质量的现状和变化趋势。
在水文地质学的研究中，还有一些重要的方法和技术被广泛应用。
例如，地下水位的监测是研究地下水动态变化的重要手段；地下水模拟技术可以模拟地下水的产生和流动；地球物理勘探可以探测到地下水的分布和流动情况等。
这些方法和技术为水文地质学研究提供了重要的数据和分析手段。
总之，水文地质学是一门涉及地下水形成、分布、流动及水文地质条件的学科。
它的知识点包括地下水的形成与分布、地下水的运动、地下水与地表水的互动关系、地下水的质量问题以及研究地下水的方法和技术等。
水文地质学中的地下水和水文循环
水文地质学中的地下水和水文循环在自然界中，水的存在形式多种多样。
其中，地下水是一种非常重要的水资源。
地下水是指在岩体、土层或沉积物层之间自然积聚的水，也就是地下水埋藏层。
地下水资源是人类生产生活中的重要水源，也是自然生态系统中不可或缺的组成部分。
在水文地质学中，地下水及其循环是一个十分研究的重要方向。
地下水的形成和循环地下水是由自然降雨和地表水渗漏入地下水库形成的。
地表水经过土壤渗透，由小而大汇聚到一定的范围内，形成地下水埋藏层。
地表地下相对隔离，地下水并不是完全处于静态状态，通过渗入、渗出和蒸发等作用，地下水也会随着年月发生变化。
在夏季，地下水吸收了雨量的大量增长；而在冬季，地下水量逐渐回落。
地下水循环是地地面水循环的重要组成部分，也是维系生命的重要组成部分。
地下水的利用地下水的利用涉及到人类社会的各个领域，如农业、工业、城市建设和生态环境等。
地下水的开采范围十分广泛，可以挖掘井、打钻孔、开采旱井、沉积水和雨水等。
地下水在人类生产生活中的重要性不言而喻，近几十年来，随着工业和城市建设的发展，地下水资源的开发利用越来越多。
由于地下水的取水量超过了其自我补给的追平量，加之开采方式不合理，地下水的开采导致了地下水位下降、水质污染、水泉枯竭、土地沙化等严重问题。
地下水的保护地下水资源对于生态环境的维护有着至关重要的作用。
正确地利用和保护地下水资源可以更好地维持生命的平衡。
为此，保护地下水水质和环境是地下水资源开发利用中极为关键的一环。
我们可以通过加强地下水资源的管理和监督，提升支付监管水平，and职责的认真实施，确保地下水资源的合理开发及使用。
同时，加强科技创新与技术进步，采用高标准、高技术的开采方式，保护地下水环境和生态环境。
结语水是人类生存的物质基础，地下水的开采和利用是当今社会中必然的现实需求。
然而，保护地下水资源是保护地球生态系统的一项重要任务和责任。
水文地质学的研究，提醒我们在地下水资源开发利用过程中要双重重视水的作用。
地质大水文地质学课件第9章 地下水流动系统
图4-5 地下水平行和垂直岩层界面流动时的流网
3 流网的用途
>>流网能集中反映渗流场地下水运动的水动力特征，因此对流网 的分析可以了解地下水运动方向及补排关系。
>>流网的研究对水文地质计算方法的选择有重要意义。
>>流网特征的分析还可以确定渗流场的边界性质。 >>精确的流网可用来计算渗流区的渗流速度、渗流量以及区内任 意点的水力坡度。对于不稳定的流场，可以分别作出不同时间的流 网图，即可用来分析水文地质条件的变化，也可求得各渗流要素随 时间的变化。 >>利用流网还可以追踪污染物质的运移；根据某些矿体溶于水中 的标志成份的浓度分布，结合流网分析，可以确定深埋于地下的盲 矿体的位置。
第九章 地下水流动系统
第一节 流网 第二节 地下水径流 第三节 地下水流动系统
第一节 流网(Flow net)
>>流网——渗流场某一典型剖面或切面上，由一系列等 水头线与流线组成的网格。
>>流网包括： 剖面流网、 平面流网。
>>精确地绘制定量流网需要充分掌握有关的边界条件及 参数，但在实测资料很少的情况下，也可徒手绘制定性流 网(信手流网)。
K1 a2
a1
K2 图4-6 地下水流线折射现象
>>当K1≠K2时，若a1=0°，则a2=0°；若a1=90°，则a2=90 °。 也就是说，当水流平行或垂直岩层界面时，流线不发生折射而仍然 平行或垂直于岩层界面流动(图4-5) 。因此，只有当0°<a<90°时 ，才有折射现象产生。
K1
K2
K1
K2
由上可知，潜水的径流速度，不仅关系着地下水的水量， 而且，对水质也有深刻的影响。因此，径流强度的不同往往表 现为水质的变化；反之，根据水质情况也可以分析径流强度。
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华科
流动系统划分
局部GFS 子系统边界
流线
中间GFS
子系统边界
区域GFS
局部流动系统— ？个；中间流动系统— ？个；区域流动系统— ？个；
华科
GFS理论的两个前提：
§ （1）区域水力连续性
• 从较长的时间尺度与较大的空间尺度来考察问题
• 广大范围内的地下水存在着水力联系→时间因素
§ （2）控制地下水流动的是“势”-地形，不 是地质条件 ,Toth认为：
v
由图8— 15可见，原本水
平分布的等温线发生变化。补给
区的下降，且间距变大（地温梯
度变小）。排泄区上抬，且间隔
变小（地温梯度变大）。
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2016-5-12
华科
地下水流动系统的总结
v 地下水流动系统理论其实质是以地下水流网为工 具，以势场介质场的分析为基础。将渗流场、水 化学场、温度场统一于新的地下水流动系统概念 框架之中
华科
水文地质学
地质工程教研室
2016-5-12
华科
第八章 地下水系统
8.1 8.2 8.3
地下水系统的概念 地下水含水系统 地下水流动系统
华科
第八章 地下水系统
v本章重点与难点： § 掌握地下水含水系统与流动系统的概念和划分； § 重点掌握地下水流动系统的层次性； § 学习利用地下水流动系统图分析问题的方法
• 从水力学角度看，地下水体的天然单元是地形盆地， 而不是地质盆地
• 驱动水流的势来自区域地形高处，水从地形高处向 地形低处运动
华科
v GFS的水动力特征: v 高势区（势源）— 地形高处：地下水由上至下运动 v 低势区（势汇）— 地形低处：地下水由低向上运动
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华科
垂向运动中：
§ 由上至下，势能除克服摩擦消耗部分能量外，势能→压能转化； § 由下至上，部分储存的压能释放转化为势能 v 垂向运动的存在：传统的“承压”现象在潜水中也可以出 现 v
v 地下水流动系统是指从源到汇的流面群构成的， 具有统一时空演变过程的地下水体
1
华科
潜水与承压含水层— 含水系统
b c
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华科
河间地块流网与流动系统
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v 2、地下水含水系统与地下水流动系统的比 较 § a.两者的共同点: 突破了把单个含水层作为功 能单元的传统，力求以系统的观点去考察、分 析与处理地下水体
相对隔水的地质边界
流面(分水线)— 水
— 地质上的零通量面
—水
力零通量面
§ 系统的可变性 边界固定不变 数目变
边界可变,系统规模
— 不变— 静态的系统
— 是可干
扰的动态系统
§ 统一性 一的
§ 研究意义 量、水质
v
统一的或潜在统一的 水盐热量时空演变统
地下含水系统水与力流联系动系统的关系 华科
有助于从整体上研究
v 83年底荷兰水文与地质学家G.B.Engelen来华进行了讲 学，“地下水系统”（在中国地大、河北正定水文所、北 京水文地质公司）。
v 90年代起：在中国水文地质学界得以迅速广泛的应用、 研究与完善（地矿部陈梦熊院士，长春地院的林学钰院士， 中国地质大学的地下水系统小组等）
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8.1.1 系统与系统方法
有助于研究水
水量盐量、热量的均衡
水温的时空
演变(水质)
I II
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8.2
地下水含水系统
§ 一、地下水含水系统概念: § 地下水含水系统— — 是指有隔水或相对隔水岩层圈闭
的，具有统一水力联系的含水岩系
二、不同类型的含水系统: § 松散沉积物 § 基岩— — 裂隙岩层、岩溶地层
1— 基岩隔水层；2— 基岩透水层；3— 松散沉积物相对隔水层；4— 松散沉积物透水层； 5— 导水层；6— 地下水位；7— 地下水流向，箭头愈大，表示径流愈强；8— 泉
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地下水流动系统概念的形成
v 随后： v 弗里泽（R．A．Freeze）及威瑟
斯庞（P．A．Witherspoon）利 用数值解得出了层状非均质介质中的 地下水流动系统（图8— 8）。迄今 已出现了许多数值模拟地下水流动的 程序，可以应用模拟二维及三维各向 异性非均质介质中的稳定与非稳定流 动。 v 1980年，托特提出了“重力穿层流 动”的概念，将流动系统理论全面推 广到非均质介质场(图8— 9)，并将 其应用于分析油气的迁移与积聚。 v 1986年，英格伦 （G．B．Engelen）分析了形成地 下水流动系统的物理机制，建立了一 套着重于解决水质问题的地下水流动 系统的概念与方法（Engelen， 1986）。
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松散含水系统
v
松散沉积物构成的含水系统发育于近代构
造沉降的堆积盆地之中，其边界通常为不透水的
坚硬基岩。
v
含水系统内部一般不存在完全隔水的岩层，
仅有粘土亚粘土层等构成的相对隔水层，并包含
若干由相对隔水层分隔开的含水层。
华科
基岩含水系统
v ——基岩构成的含水系统总是发育于一定的地质 构造之中，或是褶皱，或是断层，更多的情况下 两者兼而有之。
8.3
地下水流动系统
v 8.3.1 地下水流动系统（GFS）概念
v 地下水流动系统— — 是指从源到汇的流面群构成 的，具有统一时空演变过程的地下水体
v 早在1940年，Hubbert正确地画出了河间地块 流网
§ 1963年，J.Toth 用数学模型做了复杂盆地的潜水 流网
§ 以拉普拉斯方程为基础的数学解，二维稳定流动
§ 局部：流程短，流速快（交替快），TDS 低，水型简单 § 区域：流程长，流速慢（交替迟缓），TDS 高，水型复杂 § 垂直与水平分带性
华科
地下水流动系统中的水质演变
v 局部：流程短，流速快（交替快），TDS 低，水型简单 v 区域：流程长，流速慢（交替迟缓），TDS 高，水型复杂 v 垂直与水平分带性
型比较简单； § 区域系统：流程长，流速慢（交替迟缓），矿化度（TDS）高，
水型比较复杂； § 具有明显的垂直与水平分带性（图8-14）： § 在水流相汇处与相背处：水流发生变化，常成为水化学积聚区或
圈闭带
相汇处 → 圈闭带，相背处 → 准滞流带
§ 流动系统中水的矿化度、水型与水学形成作用方式，与水动力特 征一致。
§ 同一个含水层由于构造原因也可以构成一个以上的含 水系统（图8— 5b、c）。
§ 极少数构造封闭的含水系统（图8— 5e）
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1— 基岩隔水层；2— 基岩透水层；3— 松散沉积物相对隔水层；4— 松散沉积物透水层； 5— 导水层；6— 地下水位；7— 地下水流向，箭头愈大，表示径流愈强；8— 泉
华科
华科
地下水流动系统概念的形成
§ （2）Hubbert河间地块流网：在1940年，MK Hubbert正确地画出了河间地块流网（图8-6b）， 并指出，排泄区的流线指向地下水面，为上升水流； 补给区，流线离开地下水面，呈下降水流；只有在两 者之间的过渡带，流线才是水平的。
华科
地下水流动系统概念的形成
v （3）托特（J．Tóth）复杂盆地流网：1963年，加拿 大学者用数学模型做了复杂盆地的潜水流网。在严格的假 定条件下，托特利用解析解绘制了均质各向同性潜水盆地 中理论的地下水流动系统（图8— 7）。他得出的结论出 人意料：在均质各向同性潜水盆地中居然出现了三个不同 级次的流动系统，局部的、中间的及区域的。
§
深部区域系统，迳流慢，交替退缓
华科
v GFS的水化学特征：地下水流动系统的水力特征决定了水 化学特征
v 在流动系统中，水质取决于空间某点： v ①入渗补给；②流程— 流径长度；③流速；④流动过程中
物质补充及迁移性；⑤流程中经受的水化学作用 § 局部系统：流程短，流速快（交替快），矿化度（TDS）低，水
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8.1.2 地下水系统 v. C.两者的关系：
§ ① 通常，一个大的含水系统可以包含若干个 流动系统
§ ② 两者都可以进一步划分为子系统，子系统 层次上，两者可以重叠 ：
• 子系统是不同、大的系统是一致的 • 流动系统在人为流动影响下，规模、数量均会发生
变化 • 受到大的含水系统边界的、制约，通常不会越出
§ 系统：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而 成的具有特定功能的整体
§ 相互作用，相互依赖→不是各部分或零部件的简单堆 集
v 整体→功能大于局部（要素）之和
v 系统方法：用系统思想去分析与研究问题方法称 之
v 系统思想：就是把研究对象看作一个有机整体， 从整体角度去考察、分析与处理问题的方法
§ 系统目标 → 化（不是局部的）
§ 复杂地形条件：正弦函数+直线方程— — 地形线代替 水头值（势分布）
§ 画出理想盆地的流动系统模拟图，图8-7
华科
地下水流动系统概念的形成
§ （1）早期流网的特点（图8-6a）：忽视地下水的垂 向运动，把地下水流动看作平面二维的运动。只画河 间地块流网的一部分如（图8— 6a）。
3
2016-5-12
图8— 10 地质控制（a）与地形控制（b）的自流井〔弗里泽等，1987〕
华科
v 流动方向的多样性：存在水流由上至下、由下至上和水平运动
v 流动系统的多级性：多源、汇的流动系统，易产生多级多个地下水流 动系统；“局部的，区域的，中间的”的系统共同出现，或出现两级 系统等。
v 流动系统发育的规模与数目的控制因素（自选学习内容）
v 固结良好的基岩往往包含有厚而稳定的泥质岩层， 构成隔水层。
v
基岩含水系统的类型：
§ 一个独立的含水层就构成一个含水系统（图8— 5b）。
§ 数个含水层构成一个含水系统，岩相变化导致隔水层 尖灭（图8— 5c），或者导水断层使若干含水层发生 联系时（图8— 5d）。此时，含水系统各部分的水力 联系不同。