第六章包气带水水文地质学基础
水文地质学基础A教学大纲
水文地质学基础A教学大纲01.教学单位名称：环境与资源学院02.课程代码：64200303.课程名称：水文地质学基础A04.课程英文名称：Foundation of Hydrogeology05.课程类别：学科基础课06.课程性质：必修07.课程学时：48学时，其中包含实验8学时08.课程学分：309.授课对象：地下水科学与工程/水文与水资源工程.开课学期：4学期（春季）10.选用教材：张人权主编：《水文地质学基础》，地质出版社，2011年，第六版.主要参考书：[1]薛禹群主编：《地下水动力学》，地质出版社，2001年，第二版[2]沈照理等编著：《水文地质学》，科学出版社，1985年[3]R.H.布朗等编，赵耿忠、叶寿征等译：《地下水研究》，学术书刊出版社，1989 年[4]任天培主编：《水文地质学》，地质出版社，1986年[5]霍崇仁等编：《水文地质学》，水利电力出版社，1986年[6]朱学愚、钱孝星编著：《地下水资源评价》，南京大学出版社，1987年[7]R.A.费里泽著，吴静芳译：《地下水》，地质出版社，1987年[8]石振华，李传尧主编：《城市地下水工程与管理手册》，中国建筑工业出版社，1993年[9]王大纯，张人权等主编：《水文地质学基础》，地质出版社，1995年，第五版.大纲执笔人：11.课程中文简介：水文地质学基础是水文与水资源工程、地下水科学与工程专业的学科基础课。
课程主要讲授水文地质学的基本概念、地下水运动的基本规律、地下水化学成分的形成作用、地下水动态与均衡、不同类型地下水的基本特征等，为本专业的其它课程学习奠定良好基础。
12.课程英文简介：Foundation of Hydrogeology is a specialized course in Groundwater Science and Engineering, and Hydrology and Waler Resources Engineering. The course inlroduces the basic concepts in hydrogeology, the physical mechanics of groundwater flow, the hydrogeochemical characterizations and processes, groundwater regime and balance, and groundwater types. The knowledge herein forms the foundation of learning the hydrogeology.13.京程装承任务、教学目的和教学要求教学任务：本课程主要讲授地下水的功能，水文循环及其影响因素，岩石的空隙类型及地下水类型，地下水运动的基本规律，地下水化学成分的形成作用及水化学分析表示方法，地下水的补给与排泄，地下水系统，地下水动态与均衡，孔隙水、裂隙水和岩溶水的基本特征等基础理论和方法。
水文地质学基础习题和答案
绪论(1)水文地质学的研究任务是什么?本课程是煤及煤层气工程专业/岩土工程专业的专业基础课，主要任务是为后续的专业课奠定有关现代水文地质学的基本概念、基本原理。
通过该课程的学习，学生能够正确理解水文地质学的基本概念、基本原理，在此基础上能够初步掌握解决工程/煤田水文地质问题的分析方法与思路。
(2)地下水的主要功能包括哪些?>>宝贵的资源①理想的供水水源②重要的矿水资源③良好的景观资源>>敏感的环境因子地下水是极其重要的环境因子。
地下水的变化往往会打破原有的环境平衡状态，使环境发生变化。
(人类活动主要通过三种方式干扰地下水，造成一系列不良后果(图14-1)：①过量开发与排除地下水→地下水位下降→地表径流衰减、沼泽湿地消失、土地沙化、海(咸)水入侵等；②过量补充地下水→地下水位升高→土地的次生盐渍化、次生沼泽化；③地下水位下降导致的粘土压密释水释放有害离子、化肥农药的不适当使用、废弃物的无序排放──地下水恶化、污染；④地下水位的变动会破坏其与周围岩土构成的统一的力学平衡，而产生某种效应──地面沉降与地裂缝、岩溶塌陷、地下洞室垮塌或突水、滑坡、岩崩、水库诱发地震、渗透变形。
)>>活跃的地质营力地下水的主要作用是传递应力、传输热量和化学组分、侵蚀(化学溶蚀、机械磨蚀和冲蚀)等。
>>重要的信息载体由于地下水是应力传递者，同时又是在流动，所以地下水水位，水量，水温，水化学等的变化或异常可以提供埋藏在地下的许多信息，如找矿、地震预报、地质演变。
(3)试分析我国地下水分区的特点，并探讨分区的自然背景。
略。
第一章地球上的水及其循环(1)试比较水文循环与地质循环。
水文循环与地质循环是很不相同的自然界水循环：>>水文循环通常发生于地球浅层圈中，是H2O分子态水的转换、更替较快；水文循环对地球的气候、水资源、生态环境等影响显著，与人类的生存环境有直接的密切联系；水文循环是水文学与水文地质学研究的重点。
水文地质学基础(第六版)第6章_包气带水
2 Pc r 4 Pc D
附加表面压强的讨论：
当液面为凸形时，附加表面压强为正，P = P0 + Pc；
当液面为凹形时，附加表面压强为负，P = P0 - Pc； 当为平液面时，不产生附加表面压强，P = P0 。
二、毛细负压及其测定方法
水在孔隙中经常形成凹形弯液面,产生的毛细
水文地质学基础 General Hydrogeology
第六章 包气带水
本章内容
6.1 毛细现象和毛细水
6.2 土壤水势及其组成 6.3 包气带水的分布与运动规律
6.4 涉及包气带水的主要领域
毛细现象：
6.1 毛细现象和毛细水
将细小的玻璃管插入水中,水会在管中上升到一定高度才停
止,这便是固、液、气三相界面上产生的毛细现象。
hc
根据茹林公式可知:最大毛细上升高度与毛 细管直径成反比。故土颗粒越细、孔径越小，最 大毛细上升高度越大。
表1 松散孔隙介质支持毛细水高度
悬挂毛细水弯液面：毛细力与重力的平衡：
在上层颗粒细而下层颗粒粗的层状细粒层中可形成悬挂毛细水。
悬挂毛细水上下端均出现弯液面，下端的弯液面可以是凸、平、
D —毛细管直径，单位为mm。
hc为毛细压力水
头，是一个负的
压力水头。
可以用张力计测
定包气带的毛细 压力水头。
从图可以看出它
是一个负的压力 水头,故称为毛
细负压。
在饱水带中（用水力学原理）：测量任一点的压力水头—用测压管（压力
计） H=Z+hp 在包气带中（测负压）：张力计是一端带有陶土多孔杯的充水弯管，多孔
H = Z - hc
式中:
水文地质学基础知识
水文地质学基础知识水文地质学是研究地下水活动及其与地质形态结构、岩石、土壤和水文过程之间的相互关系的学科。
它的研究对象主要是地下水的成因、分布、流动、质量及地下水与地表水之间的关系。
水文地质学对于水资源的合理利用和保护具有重要意义。
本文将介绍水文地质学的基础知识，包括地下水的形成、分布、流动及调查方法。
地下水形成的过程主要有两种，一种是通过大气降水渗入土壤和岩石中，并逐渐下渗形成地下水；另一种是通过地表水与地下水之间的相互渗透转化而来。
降水经过土壤和岩石的渗透作用，一部分被植物吸收，一部分在地表径流或蒸发散失，剩余的部分则渗透到地下形成地下水。
地下水一般分布在岩石孔隙、裂隙和含水层中，形成了地下水系统。
地下水的分布主要受岩石性质、地形和降水条件等因素的影响。
岩石的孔隙度和渗透性是影响地下水分布的重要因素。
一般来说，孔隙度越大、渗透性越好的岩石，地下水分布越广泛。
地形也对地下水分布起着重要作用，一般来说，山地地下水资源丰富，而平原地区地下水资源较为匮乏。
地下水的流动是指地下水在地层中的运动。
地下水的流动速度受渗透性、渗透压、水头差和岩石压力等多种因素的综合影响。
一般来说，渗透性高的岩石地下水流动速度较快，而渗透性差的岩石地下水流动速度较慢。
渗透压是指地下水渗透的驱动力，它主要取决于水文梯度和水的分子运动能力。
地下水的流动方向一般是由高处向低处流动。
水文地质学对地下水资源的调查至关重要。
地下水调查包括地下水位、含水层厚度、地下水化学性质等指标的测定。
地下水位是指地下水面距离地表的高度，它反映了地下水的丰度。
含水层厚度是指地下水层的厚度，它是地下水资源的重要指标。
地下水化学性质是指地下水中溶解固体和溶解气体的性质，它对地下水的使用和利用具有重要影响。
地下水的有效开采和持续利用对于水资源的可持续发展具有重要意义。
为了合理利用地下水资源，需要进行有效的管理和保护。
合理的管理包括建立地下水观测网络，及时监测地下水资源的动态变化；制定科学合理的地下水开采方案，保证地下水资源的持续利用；加强地下水资源保护，防止地下水污染和过度开采等问题。
水文地质学基础
毛细水在岩土体中上升的最大高度，与岩 土体的颗粒大小、形状和排列有关。
毛细管水
存在于岩土体毛细孔隙中的水，对岩土体 的工程性质有重要影响。
04
地下水动态与均衡
地下水动态变化规律
季节性变化
01
受气候、降水等因素影响，地下水位和水量呈现季节性波动。
年际变化
02
受长期气候变化、地质构造运动等因素影响，地下水位和水量
地下水的运动与排泄
运动
地下水的运动遵循达西定律，受水力梯度控制，由高水位向低水位流动。
排泄
地下水的排泄方式主要有泉排泄、向河流泄流、蒸发排泄和人工排泄等。
03
岩土体水理性质
岩土体渗透性
渗透系数
表示岩土体渗透性能的重要指标，反映流 体通过岩土体的难易程度。
影响因素
岩土体的颗粒大小、形状、排列、孔隙度 等因素都会影响其渗水，包括地下水的赋存 条件、分布规律、物理性质、化学性 质以及地下水的运动、补给、排泄等 。
任务
评价地下水资源，预测地下水动态， 防治地下水害，为水资源的合理开发 利用和保护提供科学依据。
与其他学科的关联
水文学
水文学与水文地质学在研究对象上有重叠 ，但水文学更注重地表水的研究，而水文
加强跨流域调水和海水淡化等非常规水源 的开发利用研究，拓展水资源来源。
谢谢您的聆听
THANKS
02
地下水基本知识
地下水的定义及分类
定义
地下水是指存在于地下岩土层中的水分，包括土壤水和岩石 水。
分类
根据埋藏条件，地下水可分为包气带水、潜水和承压水；根 据含水介质类型，可分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。
地下水的来源与补给
来源
《水文地质学基础》完整版
第一章地球上的水及其循环一、名词解释：1．水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学.它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作业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. 2．地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。
3．矿水:含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，因而具有一定医疗与保健作用的地下水。
4．自然界的水循环:自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水相互联系、相互转化的过程。
5．水文循环: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.6．地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
7．大循环:海洋与大陆之间的水分交换。
8．小循环：海洋或大陆内部的水分交换。
9．绝对湿度：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。
10．相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比.11．饱和差：某一温度下,饱和水汽含量与绝对湿度之差。
12．露点：空气中水汽达到饱和时的气温。
13．蒸发：在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。
14．降水：当空气中水汽含量达饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面。
14．径流:降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流.15．水系：汇注于某一干流的全部河流的总体构成的一个地表径流系统.16．水系的流域：一个水系的全部集水区域。
17．分水岭:相邻两个流域之间地形最高点的连线.18．流量:单位时间内通过河流某一断面的水量。
19．径流总量：某一时间段内，通过河流某一断面的水量.20．径流模数：单位流域面积上平均产生的流量.21．径流深度：计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。
22．径流系数：同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值。
二、填空1．水文地质学是研究地下水的科学.它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈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。
2．地下水的功能主要包括:资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力、或信息载体。
水文地质学基础
附件2
2012年度省级精品课程建设项目申报书
（本科）
推荐单位长安大学
课程学校长安大学
课程名称水文地质学基础
课程类型专业基础课
所属一级学科名称水利工程
所属二级学科名称水文与水资源工程
课程负责人马致远
填报日期2012.11.05
陕西省教育厅制二○一二年九月
填写要求
一、以word文档格式如实填写各项。
二、表格文本中外文名词第一次出现时，要写清全称和
缩写，再次出现时可以使用缩写。
三、有可能涉密和不宜大范围公开的内容不可作为申
报内容填写。
四、课程团队的每个成员都须在“2．课程团队”表格中
签字。
五、“8．承诺与责任”需要课程负责人本人签字，课程
建设学校盖章。
1．课程负责人情况
2．课程团队
3．课程建设
4．课程内容
8．承诺与责任
9．学校推荐意见
—21 —。
01542 水文地质学基础 考试大纲
湖北省高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：水文地质学基础课程代码：01542第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点《水文地质学基础》是测绘与地质工程技术本科专业的专业基础课。
该课程的性质特点是：基础知识性和实践能力性并重的专业课程，课程内容是构建学生专业知识体系的基础框架，在教学过程中要突出理论联系实际的基本原则，注重培养学生分析与解决问题能力，形成科学的思维方式。
二、课程目标与基本要求课程目标：建立水文地质学的基本概念、原理和初步分析方法，为后续专业课奠定坚实的专业基础；基本要求：本课程要求深入理解地下水赋存空间与特征、地下水的存在形式、与地下水有关的岩土水理性质（参数）、岩层含水性的划分、地下水的埋藏与分类、地下水资源与分类等基本概念（术语）的基础上，重点掌握地下水运动定律、地下水化学成分与形成作用理论、地下水系统概念与方法、地下水补给与排泄基本方式、地下水均衡原理等基本理论（原理）；初步学会从微观到全局的水文地质条件分析方法，运用地下水系统理论综合分析地下水运动和水化学特征的方法。
三、与本专业其他课程的关系该课程是专业基础课。
该课程以“地质学”等课程为基础，又是后续的“工程检测技术”“工程地质勘查技术”等课程的基础。
第二部分考核内容与考核目标第一章绪论一、学习目的与要求了解水文地质学的研究对象，掌握地下水的功能，了解水文地质学的发展历史。
二、考核知识点与考核目标（一）、水文地质学的概念（重点）识记：水文地质学的研究对象及研究内容理解：地下水的功能（二）水文地质学的发展史（一般）识记：水文地质学的发展历史及当代水文地质学的特点第二章地球中水的分布与循环一、学习目的与要求了解地球上的水与量的分布；掌握水循环的概念，重点掌握水文循环的概念；了解我国的水资源概况尤其是地下水概况。
二、考核知识点与考核目标（一）、地球中水的分布（一般）识记：地球浅部水的分布；（二）、地球中水的循环（重点）识记：地质循环的概念及研究意义，地质循环与水文循环的比较理解：水文循环的概念、过程、特点及其意义第三章岩土中的空隙与水一、学习目的与要求了解岩土中空隙的三种类型孔隙、裂隙和溶穴；掌握空隙的大小、多少和空隙率及其影响因素；理解不同空隙的特征及差异。
包气带水文地质学
该压力差对土壤水分所做的功，称为该点的压
力势。
• 对于非饱和土壤，考虑空隙的连通性，各点承
14
受的大气压力变化较小，都近似为大气压，压
溶质势（solute potential)
• 溶质势是土壤水溶液中所有溶质离子和水分子之间存在吸引
力引起的，以不含溶质的纯水作为标准参考状态，即溶质势
化量为：
x
y
z
t
t
根据质量守恒原理有
vy
v
v
x
z
t
x
y
z
k()H
t
即
H
H
H
k
) k
) k
)
x(
y(
y(
t
x
x
y
y
z
z
31
根据达西定律
示，则：
H=h+Z
17
思考题
如图所示，A、B两点用负压计测量负压（单位为cm），计
算A、B两点土壤基质势、重力势和总水势，并分析土壤水
的运动方向。
B
A
60
120
90
A
60
B
30
10
18
1.3 土壤含水量及测定方法
• 称重烘干法（重量含水量）
• 中子仪
• 时域反射仪TDR
• MP406
水文地质学基础--6包气带水
m
PA
W
Hg W
ZHg Z
PA
13.6ZHg Z
图示条件下,当陶土杯在水银柱顶面之上,基质势m=？
A Z Z0
m 13.6ZHg Z
ZHg
负压计的野外安装
1. 负压计陶瓷头 2. 观测板 3. 观测室
压力势(pressure potential)
它是由于压力场中压力差的存在而引起的； 对于非饱和土壤，考虑空隙的连通性，各点承受
➢ 以上各势能，如用单位重量土壤水势能表示，单位为 Bar,Pa,atm,cmH2O,mmHg。
1.01Bar=1.01× 105Pa=1atm=760mmHg=1033.4cmH2O
重力势(geopotential)
由于重力场的存在引起的,其大小取决于所论土壤水在重力场 的位置。
定义：单位重量土壤水所具有的位置势能。
溶质势是土壤水溶液中所有溶质离子和水分子之间存在吸引力引起的，以不 含溶质的纯水作为标准参考状态，即溶质势为零。
在移动过程中，必须克服土壤水溶液中溶质离子和水分子之间的引力，对土
壤水做功，所以溶质势s<0。
在植物根系吸水时，水分吸入根内 要通过半透性的根膜，土壤溶液的 势能必须高于根内势能，否则植物 根系将不能吸水，甚至根茎内水分 还被土壤吸取。
的大气压力变化较小，都近似为大气压，压力差 为零，故在非饱和土壤水运动的研究中，一般忽 略压力势。
对于饱和土壤，单位重量土壤水压力势p=h。
温度势
它是由温度场的温度差引起的，土壤中某一点土壤水分的温度势是 由该点与标准参照状态的温度差所决定的。
目前在分析土壤水分运动时，温度势作用常被忽略。
溶质势（solute potential)
地质大水文地质学课件第6章 包气带水
>>在饱水带中，水势大于参照状态的水势；在包气带中，包气 带水受毛细作用和吸附力的限制，水势低于参照状态的水势。包 气带水势是由各分势组成的：
式中：ψw—总水势，即包气带水的总势能； ψg--重力势； ψp—压力势，包括基质势ψc(或称基膜势)和气压势ψa； ψs--溶质势(渗透压势)； ψT—温度势。
图5-7 均质包气带水分分布
>>由此往下，进入支持毛 细水带，土壤含水量随着接 近潜水面而增大。支持毛细 水带是在毛细力作用下，水 分从潜水面上升形成的(图 5-7)。因此，它与潜水面有 密切的水力联系，随潜水面 的变动而变动。
>>在潜水面之上有一个含 水量饱和(体积含水量等于 孔隙度)的带，称为毛细饱 和带。
6.4 包气带渗透系数与含水量的关系
>>在饱水带中，任一特定的均质岩层，渗透系数K是常数。
>>溶质势的产生是由于可溶性物质(例如盐类)，溶解于土 壤溶液中，降低了土壤溶液的势能所致。
>>当包气带土-水系统中，存在半透膜(只允许水流通过而 不允许盐类等溶质通过的材料)时，水将通过半透膜扩散到溶 液中去，这种溶液与纯水之间存在的势能差为溶质势，也常 称为渗透压势。
>>当包气带土-水系统中，不存在半透膜时，这一现象并不 明显影响整个包气带水的流动，一般可以不考虑。但在植物 根系吸水时，水分吸入根内要通过半透性的根膜，土壤溶液 的势能必须高于根内势能，否则植物根系将不能吸水，甚至 根茎内水分还被土壤吸取。
具有的重力势能ψg=Z；反之，在基准面以下Z时，重力势能为 ψg=-Z。
6.1.2 压力势
相对于大气压力所存在的势能差为压力势，包括气压势和基 质势(或称基膜势)。
第六章包气带水水文地质学基础
附加表面压强的产生：
设想切取一个半径为R 的半圆球形液面。 显然,在液面的圆周状 边线上都存在着指向液层 内部的表面张力；其合力 为α·2πR,垂直于面积为 πR2的投影圆面。
表面张力引起的附加表面压强为：
2R 2 Pc 2 R R
弯液面下的液体实际承受到的表面压强（实际 表面压强）等于大气压强P0与附加表面压强Pc之和 ，即： P = P 0 + Pc
与毛细势；
• 饱水带任一点的压力水头是个定值,包气带的 压力水头是含水量的函数；
• 饱水带的渗透系数是个定值,包气带的渗透系
数随含水量的降低而迅速变小的函数。
降水入渗补给包气带分为：
• 活塞式入渗——piston infiltration/
diffusion infiltration，即下渗水流犹如
R1=R2=r，则得：
2 Pc r 4 Pc D
二、毛细负压及其测定方法
凹形弯液面产生的附加压强Pc，是个负压强, 称为毛细负压。 凹形弯液面的水,由于表面张力的作用,要比
平的液面小一个相当于Pc的压强；或者说,凹形弯
液面下的水存在一个相当于Pc的真空值。
• 简单实验:
使两个玻璃圆 球保持一定间隙,然 后向此间隙滴水,可 看到两个圆球在接
6.2 土壤水势及其组成
• 3.基质势：是由非饱和基质对水的吸附力和毛细力 产生的。此力将水束缚在土壤中，使土壤水的势能 低于自由水。 只存在于包气带固、气、液三相并存时存在； 大小与岩性、含水量状况有关； 饱和带的基质势为零。
6.2 土壤水势及其组成
• 4.溶质势：溶质势是由于溶质溶于水后，因溶质对 水分子的吸引力，降低了土壤溶液的势能，当土-水 系统中存在半透膜（只允许水通过不允许盐类通过 ）时，水将通过半透膜扩散到溶液中去，这种溶液 与纯水之间存在的势能差即溶质势（也称渗透势） 。它恒为负，只有在半透膜存在情况下才起作用， 但土壤中一般不存在半透膜，因此溶质势不显著影 响水分运动。植物根系存在不完全半透膜，因此考 虑植物根系吸水问题是必须考虑溶质势，且只有当 土壤溶液的势能高于根内势能时，植物根系才能吸 收土壤水，否则不能吸水甚至反被土壤吸水。
水文地质学基础 毛细现象与包气带水运动
本节小结
毛细现象 毛细负压及其计算、测量 包气带水运动的特点
思考题
毛细现象的实质 包气带水的运动与饱水带的区别
谢谢！敬请批评指正！
在包气带中，毛细负压是含水率的函数 毛细负压随含水量的变小而负值变大
在包气带中，K 也是含水量的函数 渗透系数与含水量呈非线性关系 随含水量降低而迅速变小
包气带水运动的描述
包气带水的运动与饱水带的区别
包气带水的运动，同样可以用达西定律描述，但与饱水带的运动相比，有 三点不同： 饱水带只存在重力势，包气带同时存在重力势与毛细势 饱水带任一点的压力水头是个定值，包气带压力水头则是含水量的函数 饱水带的渗透系数是个定值，包气带的渗透系数随含水量的降低而变小
毛细负压的测定
毛细上升高度与悬挂毛细水
最大毛细上升高度与毛细管直径成反比。颗粒细小的土，最大毛细上升高中，细粒层中可形成悬挂毛细水 悬挂毛细水的上下端均出现弯液面
包气带水分分布及运动
由地表向下某一深度内含水量为一定值，相当于残留含水量（ cW ），为反抗 重力保持于土中的最大持水度。与其下的支持毛细水及潜水不发生水力联系 支持毛细水带：含水量随着接近潜水面而增高 毛细饱和带（张力饱和带）：在潜水面之上，含水量饱和（体积含水量等于孔 隙度）的带
表面张力公式： α：表面张力系数，单位dyn/cm（1dyn=10−5 N）
因表面张力的作用，弯曲的液面将对液面以内的液体产生附加表面压强，指 向液体表面的曲率中心方向 凸起的弯液面，对液面内侧的液体，附加一个正的表面压强 凹进的弯液面，对液面内侧的液体，附加一个负的表面压强 实际表面压强：弯液面内液体实际承受的表面压强 附加压强（毛细压强）：弯液面产生的附加压强
提纲
毛细现象的实质 毛细负压 毛细上升高度与悬挂毛细水 包气带水分分布及运动
《水文地质学基础》试题库及参考答案
第一章地球上的水及其循环一、名词解释：2．地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。
3．矿水：含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，因而具有一定医疗与保健作用的地下水。
4．自然界的水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水相互联系、相互转化的过程。
5．水文循环：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。
6．地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
7．大循环：海洋与大陆之间的水分交换。
8．小循环：海洋或大陆内部的水分交换。
9．绝对湿度：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。
10．相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。
11．饱和差：某一温度下，饱和水汽含量与绝对湿度之差。
12．露点：空气中水汽达到饱和时的气温。
13．蒸发：在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。
14．降水：当空气中水汽含量达饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面。
14．径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。
15．水系：汇注于某一干流的全部河流的总体构成的一个地表径流系统。
16．水系的流域：一个水系的全部集水区域。
17．分水岭：相邻两个流域之间地形最高点的连线。
18．流量：单位时间内通过河流某一断面的水量。
19．径流总量：某一时间段内，通过河流某一断面的水量。
20．径流模数：单位流域面积上平均产生的流量。
21．径流深度：计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。
22．径流系数：同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值。
二、填空1．水文地质学是研究地下水的科学。
它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈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。
2．地下水的功能主要包括：资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力、或信息载体。
3．自然界的水循环分为水文循环和地质循环。
4．水文循环分为大循环和小循环。
5．水循环是在太阳辐射和重力作用下，以蒸发、降水和径流等方式周而复始进行的。
《水文地质学基础》试题库及参考答案
第一章地球上的水及其循环一、名词解释：2．地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。
3．矿水：含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，因而具有一定医疗与保健作用的地下水。
4．自然界的水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水相互联系、相互转化的过程。
5．水文循环：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。
6．地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
7．大循环：海洋与大陆之间的水分交换。
8．小循环：海洋或大陆内部的水分交换。
9．绝对湿度：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。
10．相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。
11．饱和差：某一温度下，饱和水汽含量与绝对湿度之差。
12．露点：空气中水汽达到饱和时的气温。
13．蒸发：在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。
14．降水：当空气中水汽含量达饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面。
14．径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。
15．水系：汇注于某一干流的全部河流的总体构成的一个地表径流系统。
16．水系的流域：一个水系的全部集水区域。
17．分水岭：相邻两个流域之间地形最高点的连线。
18．流量：单位时间内通过河流某一断面的水量。
19．径流总量：某一时间段内，通过河流某一断面的水量。
20．径流模数：单位流域面积上平均产生的流量。
21．径流深度：计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。
22．径流系数：同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值。
二、填空1．水文地质学是研究地下水的科学。
它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈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。
2．地下水的功能主要包括：资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力、或信息载体。
3．自然界的水循环分为水文循环和地质循环。
4．水文循环分为大循环和小循环。
5．水循环是在太阳辐射和重力作用下，以蒸发、降水和径流等方式周而复始进行的。
第六章包气带水解读
f=αL
α为液体表面张力系数。
6.2 毛细水和毛细现象
弯液面产生的附加压强，称为毛 细压强，记为PC。
PC大小 设想切取一个半径为R的半圆球 形液面（右图）。在此液面的圆 周状边线上都存在着指向液层内 部的表面张力；表面张力合力f 为α*2πR ，作用于垂直于面积为 πR2 的投影圆面。表面张力所引 起的附加表面压强PC为：
❖水的存在形式（多样） 结合水、毛细水（支持、悬挂和孔角毛细水）、气态 水、（过路）重力水
❖包气带的垂直分带 土壤水带 毛细水带（支持毛细水带、毛细饱和水带） 中间带（过渡带）
❖包气带水的来源 大气降水的入渗、地表水体的渗漏、饱水带水分上移（ 毛细水进入包气带、地下水蒸发进入包气带）
6.2 毛细水和毛细现象
思考题： 1、毛细现象的实质？ 2、毛细力的计算及如何测定？ 3、包气带水和饱水带水的差异？
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
包气带是水文循环的重要环节，水文学家和水文地质学家通常研究大 气降水-地表水-土壤水-地下水的相互转化关系。 环境科学与工程领域研究包气带，主要是查明污染物在包气带的输运、 转化与归宿机理。
岩土工程领域研究包气带，主要是研究非饱和土的物理力学和物理化 学性质，为岩土工程建设服务。
水文地质学
水文地质学第三章地下水的赋存§3.1包气带与饱水带一、包气带、饱水带定义二、包气带与饱水带界面的划分标准以初见地下水水位为依据。
三、包气带形态、分带以及研究意义1、形态：不同部位、不同时间运动方向、速度都在变化，是x、y、t的函数，受到气象因素影响严重。
2、分带：1）土壤水带2）中间带3）毛细水带§3.1包气带与饱水带3、研究意义：1）降水要经过包气带下渗，地下水蒸发排泄也必然经过包气带。
2）包气带水盐的形成及其运动规律对饱水带水的形成有重要意义。
4、包气带中水的几种形式：结合水、毛细水、气态水、过路重力水§3.1包气带与饱水带四、饱水带的特征1、饱水带中岩石的空隙完全被液态水充满。
2、饱水带中水是连续分布的，可以传递静水压力，在水头差的作用下可以发生连续运动。
这也是打井一定要打到饱水带的重要原因。
饱水带中的重力水是开发利用或排除的主要对象。
§3.2 含水层、隔水层与弱透水层一、含水层、隔水层的定义。
1、按照渗透性可以分为透水层和不透水层。
2、含水层：能够透过并给出相当数量水的饱水岩层。
3、隔水层：不能透过与给出水，或者透过与给出的水量微不足道的岩层。
不透水层通常称为隔水层。
4、弱透水层：在越流场很有意义。
区别：含水层与透水层§3.2 含水层、隔水层与弱透水层二、含水层的构成条件（三个）1、岩土体必须具备饱含重力水的空隙——空间问题。
2、具有有利于地下水聚集和储存的地质构造。
1）含水层下要有隔水层，使得水不能向下渗漏；2）在地下水流动方向上要有阻水构造，使得水不能排空。
3、要有充足的补给来源。
§3.2 含水层、隔水层与弱透水层三、含水层和隔水层的相对性1、隔水层的相对性1）没有绝对隔水的岩层；2）粘土层也可以含水；3）石英岩在多数地区是富水的，但是在华北震旦系的石英岩又是隔水的。
4）不同岩性组合时，隔水层是相对的。
如细砂层。
§3.2 含水层、隔水层与弱透水层2、含水层划分的相对性1）释出多少水就是含水层并无定量绝对指标。
6第六章 包气带水
第六章 包气带水参考书：1）雷志栋、杨诗秀、谢森传，《土壤水动力学》，北京：清华大学出版社，1988。
2）张蔚榛，《地下水与土壤水动力学》，北京：中国水利水电出版社，1996。
3）张瑜芳，土壤水动力学，武汉水利电力大学研究生教材，1987。
6．1 毛细现象和毛细水毛细现象：将细小的玻璃管插入水中，水会在管中上升一定的高度才停止，这便是固、液、气三相界面上产生的毛细现象。
按毛管理论，毛管负压为：DP c α4=，换算为负压水头（水柱高度）： DgD g P h c c 03.04≈==ραρ 式中：ρ––––水的密度，等于1g/cm 3； g ––––重力加速度，等于981cm/s 2；α––––表面张力系数，取74dyn/cm （74×10-3N/m ）； D ––––毛管直径，单位为mm ；h c ––––毛管负压水头，以水柱高度表示，单位为m 。
最大毛细上升高度与毛细管直径成反比，颗粒细小的土，最大毛细上升高度也大。
自然界中的物体都具有能量，而且普遍的趋势是自发地由能量高的状态向能量低的状态运动或转化，最终达到能量平衡状态。
经典物理学认为，任一物体所具有的能量由动能和势能组成。
由于水分在土壤孔隙中运动的很慢，其动能一般可忽略不计，因此：土水势––––土壤水分所具有的势能，在决定土壤水分的能态和运动上就变的极为重要。
任两点之间土壤水势能之差，即土水势差，是水分在这两点之间运动的驱动力。
有关土壤水分的运动有两种理论：1）毛管理论：将土壤看成均匀的或不同管径的毛细管，将土壤水在土壤孔隙中的运动简化为在毛管中的运动进行研究。
毛管理论清楚易懂，20世纪50年代以前应用比较广泛，目前仍有一定的实际意义，适用于对简单问题的分析。
2）势能理论：用在土壤水势基础上推导出的土壤水运动方程，研究土壤水的运动。
该理论比较严谨，可适用于各种边界条件，特别是随着计算机和数值计算的应用，使得土壤水运动的研究取得很大的进展。