第二章 地下水的储存与循环
第二章 地下流体及其基本特征(1)
张性断裂带内带：
储水能力取决于脉岩或外来物质充填程度及脉张裂程度较 大，富水性较强，可以成为地下水储存的良好场所。
张性断裂内带被外来物质或脉岩所充填时其富水 性与充填物及脉岩的性质有关。当充填完好、胶结 紧密或脉岩及充填物为非可溶性物质时，可起到隔 水作用。
火成岩
（1）孔隙水
孔隙水：赋存于松散沉积物中的地下水。
按含水层埋藏条件，孔隙水可分为孔隙潜水和孔隙承压水
特点：
1.层状分布，空间上均匀连续 2.含水层内部水力联系较好 3.垂向渗透性差，顺层渗透性好 4 、由于沉积物的类型、地质结构、地貌形态以及所处的地形 部位不同，孔隙水的分布、补给、径流、排泄都有一定的差 异性。
B、承 压 水
承压水：充满在两个稳定隔水层之间的含水层中的地下水。
基本要素与特征： 4.5.2 基本要素
① 承压含水层；② 隔水顶板；③ 隔水底板； ④ 承压含水层厚度（M）；⑤ 埋深（D） ⑥ 测压水位：井孔中静止水位的高程 ⑦ 测压水位线（面）：测压水位的连线 （面）——虚拟线（面） ⑧ 承压（测压）高度（H）：作用于含水层的 附加压强。 ⑨ 补给区；承压区；排泄区 ⑩ 自溢区—测压水位线与地形等高线的交点连 接区
基本要素
潜水面(water table)
潜水位(water level )
潜水含水层
含水层厚度
潜水埋深
潜水的特点：
潜水之上不存在稳定的隔水层，直接和大气相通； 可通过包气带接受大气降水、地表水等补给； 水位、水量、水质受气象、水文、等因素的控制； 丰水期水位抬升，枯水期水位下降； 潜水水位与地形的起伏相一致； 水的矿化度与地形、水的交替有关，地形切害强烈 的地区，矿化度低，水交替强烈的地区矿化度低； 潜水不适合做为地下水动态观测水点。
水文地质学基础共40页PPT课件
某地潜水等水位线图（平面）
河
河
流
流
由于潜水在重力作用下由高处向低处流动，一般情况下，潜水面不水平，是一个向排泄区微微倾斜的曲面 。 该曲面往往与地表面一致，但起伏比较平缓 。 潜水面首先受地表水文网密度和切割深度的控制。 在地形切割强烈地区，地下水补给河水，潜水面向河道倾斜；在河流的下游，河床往往高于地面，河水位高于潜水位，河水补给潜水，则潜水面向河流外侧倾斜。 潜水面形状还受含水层岩性及过水断面大小影响 含水介质透水性越强，其中潜水水面越缓；介质透水性越差，潜水面越陡。在均质的介质中，当潜水流经较大的过水断面时，其水力坡度变缓。
3.3 地下水分类
孔隙水
裂隙水
岩溶水
包气带
上层滞水
上层滞水
上层滞水
潜水
孔隙潜水
裂隙潜水
岩溶潜水
承压水
孔隙承压水
裂隙承压水
岩溶承压水
上层滞水(a) 、潜水(b)、承压水(c)
a
b
c
一、潜水与潜水含水层概念 潜水：饱水带中第一个具有自由表面的稳定含水层中的水。 自由表面—没有隔水顶板或只有局部隔水顶板，与大气直接相通，除大气压强外不受其它任何附加压强。 稳定—具有一定的空间连续性（范围），以与上层滞水区分。 潜水含水层：赋存潜水的岩层。 建筑房屋时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水）
3.1 包气带与饱水带
3.2 含水层 隔水层 弱透水层
一、基本概念 饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力而进行的划分： 含水层（Aquifer）： 是能够透过并给出相当数量水的岩层—各类砂土，砂岩等 隔水层（Aquifuge)： 不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层——裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密） 弱透水层（Aquitard）： 渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层——各种粘土，泥质粉砂岩、砂质页岩
第二章水资源的概念和特点及水循环转化规律
南注入太平洋。
其次是印度洋水汽随西南季风进入我国西南、中 南、华北以至河套地带，成为夏秋季降水的主要 源泉之一，径流的一部分自西南一些河流注入印 度洋，另一部分流入太平洋。
我国水文循环的路径
大西洋的少量水汽随盛行的西风环流和气旋东移，
也能参加我国内陆腹地的水分循环。
表集水区和地下集水区不一致。
专业术语
4、地下水：赋存于地下岩土体空隙中的水。 根据埋藏条件，地下水可划分为潜水、承压水； 按岩土空隙的形态分为孔隙水、裂隙水、岩溶水。
5、含水层（透水层）、隔水层：含水的岩层称为
含水层，相对不含水的（或透水能力较差）的岩层 称为隔水层。
自流水盆地动画
潜水：饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的地下水。潜水 没有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板。 潜水的表面为自由水面，称作潜水面。 潜水面到地面的距离称为潜水埋藏深度。
地表以下一定深度上， 松散沉积物（或岩石） 中的空隙被重力水所充
满，形成地下水面。
地下水面以上的地层部
分称为包气带；地下水
面以下的饱含水的地层
部分称为饱水带。
地表水及地下水的特点
水源 地 下 水 江 河 水 水质 水温 杂质 少，含 盐量较 地表水 高 污染 不易被污染； 一旦受到污染， 恢复期较长或 很难恢复 开采利用 开采受地 形和地质 条件的限 制
水资源的概念
1988年联合国将水资源定义为： 作为资源的水应当是可供利用或有可能 被利用，具有足够数量和可用质量，并可适 合对某地用水的需求而能长期供应的水源。
水资源的概念
水资源包括：水质和水量 质和量是不可分隔的两个方面，人们利用水资 源，既要求有一定的量，又要求水质符合标准，两 者缺一不可，否则将会失去其经济价值。 我们所指的质：矿化度<1g/L 淡水
工程地质基础—地下水
孔隙
岩石中的各种空隙 1.分选良好，排列疏松 的砂；2.分选良好，排 列紧密的砂
3.分选不良的，含泥、 砂的砾石；4.经过部分 胶结的砂岩
5.具有结构性孔隙的 粘土
6.经过压密的粘土
7.具有裂隙的岩石
8.具有溶隙及溶穴的可 溶岩
影响孔隙度大小的因素主要有：
颗粒排列方式 分选程度 胶结充填程度 结构及次生孔隙 分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大； 反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。
3.地貌条件：在不同的地貌部位对地下水的形成关系密切。 一般在平原、山前区易于储存地下水，形成良好的含水层； 在山区一般很难储存大量的地下水。
4.人为因素：大量抽取地下水，会引起地下水位大幅下降； 修建水库，可促使地下水位上升。
(2)水循环的类型 根据水分循环的路径和规模，可分为两种：
◆大循环——海陆之间的水分交换过程，也称为海 陆间循环。 ◆小循环——水仅在海洋或陆地内完成的循环过程。
潜水与地表水补给的关系
(a) 潜水补给河流 (b)河流补给潜水
(c)单侧补给
潜水与地表水之间的关系
练习题一
1.某地区潜水等水位线图见下图。试确定
①河水与潜水之间的补排关系；
②A、B两点间的平均水力坡降
（A、B两点距离近似为60m）
③若在C点处凿井，多深可见
潜水面？
承压水
充满两个隔水层之间的含水层中的重力水。 含水层分区：补给区、承压区、排泄区、自流区、隔水顶板、隔水底板
H2S ： 一般存在于深部地下水中，在微生物作用下由硫 酸盐还原而形成。局部浅层地下水含有较多的H2S，并呈酸 性，对混凝土具有侵蚀性。
CO2 ：主要来源于土壤中有机质氧化产生的CO2，还有大 气中的CO2。深层地下水的CO2含量较高。含CO2较高的地下 水具有侵蚀性，能腐蚀混凝土。
地下水科学概论[整理版]
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《地下水科学概论》一、名词解释。
第一章地下水分布1. 地下水：分布在地下岩石空隙之中的水。
2．岩石的透水性：岩石允许水透过的能力。
3. 结合水：由于固体颗粒表面的静电作用而吸附在颗粒表面的水。
4. 重力水：重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力，因而能在自身重力作影响下运动的那部分水。
5. ★☆毛细水：在毛细力作用，水从地下水面沿着细小空隙上升到一定高度，形成一个毛细水带6. 支持毛细水：由于毛细力的作用，水从地下水面沿孔隙上升形成一个毛细水带，此带中的毛细水下部有地下水面支持。
7．孔角毛细水：在包气带中颗粒接点上由毛细力作用而保持的水。
8. 悬挂毛细水：由于上下弯液面毛细力的作用，在细土层会保留与地下水面不相联接的毛细水。
9. 空隙：地下岩石中没有被固体颗粒或固体骨架占据的那一部分空间。
10. 多孔介质：含有空隙的固体称为多孔介质。
11．孔隙：松散的（或未固结的）固体颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙。
12．★孔隙度：某一体积的孔隙介质中孔隙体积与孔隙介质体积之比。
13. ★孔隙比：某一体积孔隙介质内孔隙体积与固体颗粒体积之比14. 有效空隙：相互连通而能使水流通过的孔隙称为有效空隙。
15. 孔隙介质的比表面积：一定体积的孔隙介质中所有颗粒的总面积与孔隙介质体积之比。
16．裂隙：固结的和坚硬的岩石在成岩过程中或成岩以后由于受到一些地质营力的作用而形成的沿一定平面方向展布的空隙。
17．★裂隙率：一定体积的裂隙介质内裂隙的体积与裂隙介质体积之比。
18．溶穴：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空洞。
19．岩溶率：一定体积的岩溶介质内溶穴的体积与岩溶介质体积之比。
20. ☆容水度：一定体积的多孔介质完全被水饱和时所能容纳的水的体积与多孔介质体积之比。
21．★持水度：地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。
22. ★☆给水度：一定体积的饱水多孔介质在重力作用下释放出的水体积与多孔介质体积之比（重力给水度：地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积）。
ch2 地下水的储存与循环2011
岩石名称 各种砂岩 石英岩 各种片岩 片麻岩 花岗岩
裂隙的体积 100% 岩石的总体积
裂隙率（%） 岩石名称 裂隙率（%） 3.2--15.2 正长岩 0.5--2.8 0.008--3.4 辉长岩 0.6--2.0 0.5--1 玢岩 0.4--6.7 0--2.4 玄武岩 0.6--1.3 0.02--1.9 玄武岩流 4.4--5.6
• 3.溶隙
可溶性岩石在水流的溶蚀作用下形成的空隙。 反映岩石储存地下水的能力的指标。 可溶性的岩石：石灰岩、白云岩、石膏、硬 石膏、盐层等。 溶隙：溶洞、地下暗河、竖井、落水洞 衡量指标：岩溶率 特点： 溶隙的体积 岩溶率( K K ) 100% 岩石的总体积 • 连通性好 • 岩溶率变化大
指岩石排出（给出）水的能力（在重力作用下自由排出） 衡量指标：给水度
μ
岩石在重力作用下流出 水的体积Vg 岩石的总体积V
100%
μ最大 Wn Wm
最大给水度等于岩石的容水度减去持水度
给水度与颗粒大小的关系：颗粒越粗，给水度越大；反之， 越小。
4.透水性
指岩石透过水的能力（由于有相互连通的空隙） 透水性取决于：岩石空隙的大小；孔隙的多少及形状；颗 粒的分选程度。 颗粒越大，分选性越好，透水性越强；反之，越差。 衡量指标：渗透系数K（重要的水文地质参数） • 透水岩石----砂、砾石、卵石、裂隙和溶隙发育的坚硬岩石 • 半透水岩石----粉质粘土、粉土、黄土、裂隙和溶隙不太发 育的坚硬岩石 • 不透水岩石----粘土、淤泥、裂隙和溶隙不发育的坚硬岩石 透水性的相对性
（二）地下水的存在形式
两种形式
• 岩石“骨架”中的水（矿物结合水）：如沸石水、结 晶水和结构水。例如石膏 (Gypsum) Ca[SO4]· 2H2O， 其中H2O占 20.93%；方沸石Na2[AlSi2O6]2· 2H2O ， 其中H2O占 8.17% 。
第二章地球上的水循环
地球上的水分循环 和水量平衡
一、水分循环
（一）水分循环及其成因
地表水、地下水和生物有机体内的水，不断蒸发和蒸 腾，化为水汽，上升至空中，冷却凝结成水滴或冰晶， 在一定的条件下，以降水的形式落到地球表面。降落于 地表的水又重新产生蒸发、凝结、降水和径流等变化。 水的这种不断地蒸发、输送、凝结、降落的往复运动过 程称为水分循环。
水循环
陆地上地表水总量约360000km3，生物水量约2000km3。 陆地上的大气降水与冰雪融水消耗于蒸发、生物吸收和 渗透到地下，另有约36000km3通过径流返回海洋。陆地 上水体的自然更新一次的时间长短不一，河流约需10-20 天，土壤水约需280天，淡水湖约需1-100年，盐湖和内 海约需10-1000年。
1．大循环
从海洋表面蒸发的水汽，被气流带到大陆上空，在适 当的条件下，以降水的形式降落到地面后，其中一部分蒸 发到空中，另一部分经过地表和地下径流又流到海洋，这 种海陆之间的水分交换过程，称为大循环，也称海陆间循 环。它是由许多小循环组成的复杂的水分循环过程。
2．小循环
小循环是指水仅在局部地区（海洋或陆地）内完成 的循环过程。小循环可分为海洋小循环和陆地小循环。 海洋小循环就是从海洋表面蒸发的水汽，在空中 凝结，以降水形式降落海洋上的循环过程。
水循环
全球水分循环中各主要贮水库的总水量以及各主要贮水库之间水 分交换通量，在地质历史时期曾发生过重大变化。如白垩纪中晚期 地球表面没有冰盖，没有冰雪的贮水。再如第四纪冰期鼎盛时期，
以距今18000年末次冰期鼎盛时期为例，当时的全球平均气温要比
现代低6-7℃，全球陆上冰体总量要比现代多约50.72×106km3， 世界海洋水位要比现代低约130m，海面蒸发量要比现代少约
第二章 地球上的水循环1
1 概述 2 水量平衡 3 蒸发 4 水汽扩散与输送 5 降水 6 下渗 7 径流
1
1 概述
1.1 水循环基本过程 1.2 水循环的类型与层次结构 1.3 水体的更替周期 1.4 水循环的作用与效应
2
1.1 水循环基本过程
水循环：指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下， 通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断发生 相态转换和周而复始运动的过程。
c.陆地水量平衡方程
(P外 P内) (E外 E内) R
如以 P陆 P外 P内 ； E陆 P外 E外代入上式，则有：
P陆 - E陆 R
各大洲水量收支
大洲
欧洲 亚洲 非洲 北美洲 南美洲 大洋洲 南极洲 全球陆地 内流区 外流区
面积 (×104km2)
1050 43475 3012 2420 1780
水汽分子的垂向扩散
垂
水
向 扩
汽
散
水平面
水
68
大气垂向对流运动
使蒸发 面水汽 不断送 入空中
水平面
水
上空的 干空气 下沉到 蒸发面
69
空气紊动扩散作用 影响蒸发面的蒸发速度
水平面
水平运动
涡
流
水
70
3.1 蒸发的物理机制——土壤蒸发
71
3.1 蒸发的物理机制——土壤蒸发
克服水分子的内聚力和土壤颗粒对水分子的吸附力 本质：土壤干化过程
36
第二章 地球上的水循环
1 概述 2 水量平衡 3 蒸发 4 水汽扩散与输送 5 降水 6 下渗 7 径流
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2 水量平衡
2.1 概述 2.2 通用水量平衡方程式 2.3 全球水量平衡方程式
第二章 地下水资源量
水量成为河道排泄量。其计算方法为河道渗漏补给量的反 运算。 （3）其他排泄量
侧向流出量 越流排泄量
人工开采净消耗量
资源与环境学院
三、山丘区地下水资源量计算
根据水均衡法原理，用地下水排泄量近似作为补给量。 – 山丘区地下水总排泄量，包括：
山丘区地下水的总排泄量
W g山
河川基流量
河川潜流量
资源与环境学院
二、平原区地下水资源量计算
1. 以补给量的地下水资源估算 •平原区补给量是指天然或人工开采条件下，由大气降水及 地表水体渗入、山前侧向径流及越流补给等流入含水层的水 量。计算公式为：
W g平 =U p +U s +U 侧山 +U 越补
U s =U 河渗 +U 渠渗 +U 渠灌 +U 库渗 +U 人工
Rg山
U潜 U泉
山前侧向流出量 U侧山
未计入河川径流的山前泉水出露量
山间盆地潜水蒸发量
Eg山
浅层地下水开采的净消耗量 g山
W g山=Rg山+U潜 +U侧山+U 泉+ Eg山+g山
资源与环境学院
三、山丘区地下水资源量计算 1.河川基流量的计算
（1）河川基流量的概念
河川基流量(又称地下径流量)是指河川径流量中由地下水
• 计算各均衡区的平均基流模数，可用各区代表站基流模数按 代表面积加权平均求得。
资源与环境学院
三、山丘区地下水资源量计算 1.河川基流量的计算
（5）区域河川基流量的计算
等值线法
在水文地质条件下比较单一的区域，可以用等值线图法计算区 域河川基流量，其步骤如下： • 将各代表站的多年平均河川基流深点绘在地形图上各站流域面 积形心处 • 参照地形、地貌和水文地质图勾绘多年平均基流深等直线图； • 用面积加权平均法计算区域多年平均河川基流量：
供水水文地质整理
供水水文地质整理供水水文地质整理By Guo Xinzhang绪论1、地下水：埋藏在地表以下岩石空隙中的水称之为地下水。
2、与地表水相比地下水供水水源具有优势：P11）地下水在地层中渗透经过天然过滤，水质良好，一般不需净化处理2）地下水（特别是深层地下水）因有上部岩层作为天然保障，一般不易受到污染，卫生条件较好3）地下水水温较低，常年变化不大，特别适宜于冷却和空调用水4）地下水取水构筑物可适当地靠近用水户，输水管道较短，构筑物较简单，基建费用较低，占地面积也小5）水量、水质受气候影响较小，一般能保持较稳定的供水能力，因此在很多缺少地表水的地区（如干旱半干旱的山前地区、沙漠、岩溶山地），地下水常常是唯一的供水水源6）可以利用含水层调蓄多余的地表水，增加有效水资源总量，工业上还可以利用含水层的保温盒隔热效应，开展地面水的回灌循环，达到节能、储水、节水的目的3、我国总人口的75%引用地下水第一章地质基础知识一、地球的构造与形态1、地球赤道半径6378.16km，极半径6356.755km，两者相差约21.4km2、地球内圈特征：地壳（莫霍面）地幔（古登堡面）地核P33、外圈特征：大气圈、水圈、生物圈P44、地壳表面特征：最高：喜马拉雅山的珠穆朗玛峰，海拔8844.43m最深：太平洋的马里亚纳海沟，海平面以下11034m5、陆地地形：山地，丘陵，平原，高原，盆地，洼地P56、海底地形：大陆架，大陆坡，大陆基，海沟，岛弧，深海（大洋）盆地，洋中脊等7、地壳中的主要成分的硅、铝的氧化物二、矿物与岩石1、矿物的主要物理性质：晶形、颜色、光泽、条痕、硬度、解理和断口、相对密度等详见P8表格2、岩石的分类：P9岩石是在各种地质条件下由一种或几种矿物组成的集合体。
1）岩浆岩：P9岩浆沿着地壳岩石的裂隙上升到地壳范围内或喷出地表，热量逐渐散失，最后冷却凝固而成的岩石就叫岩浆岩，又称火成岩。
岩浆上升侵入周围岩层中所形成的岩石称为侵入岩，侵入岩又可分为深成岩和浅成岩两大类。
第二章水资源计算(2)
二、地下水资源的计算
（二）平原区地下水总补给量和总排泄量的计算 1.降水入渗补给量
U p＝ P α F P − 多年平均降水量
α − 多年增均降水入渗补给
F − 接受降水入渗补给的计
二、地下水资源的计算
（一）山丘地下水总补给量和总排泄量的计 算 山丘多年平均总补给量等于多年平均总排泄 量，因此常用总排泄量近似为总补给量 总排泄量包括：河川基流量、河床潜流量、 山前侧向流出量、未计入河川径流的山前泉 水出露量、山间盆地潜水蒸发量、浅层地下 水实际开采净消耗量
二、地下水资源的计算
二、地下水资源的计算
（一）山丘地下水总补给量和总排泄量的计算 6.浅层地下水实际开采净消耗量：
q = q1 (1 − β 1 ) + q 2 (1 + β 2 ) q1 − 农田灌溉水量
β 1 − 井灌加归系数
q 2 − 工业及城市生活地下水 实际开采量
β 2 − 工业用水回归系数
二、地下水资源的计算
P = R + E + U g = Rs + Rg + Es + E g + U g P − 降水量 R − 河川径流量 U g − 地下潜流量 Rs − 地表径流量 Rg − 河川基流量 Es − 地表蒸发量 E g − 潜水蒸发量
一、水资源总量概念
地下水多年平均补给量与多年平均排泄量相等，
U p = Rg + E g + U g U p − 地下水的降水入渗补给量 Rg − 河川基流量 E g − 潜水蒸发量
地下水的基本知识(最新整理)
地下水的基本知识1. 地下水的概念地下水是指以各种形式埋藏在地壳空隙中的水，包括包气带和饱水带中的水。
地下水也是参于自然界水循环过程中处于地下隐伏径流阶段的循环水。
地下水是储存和运动于岩石和土壤空隙中的水，那么地下水必然要受到地质条件的控制。
地质条件包括岩石性质、空隙类型与连通性、地质地貌特征、地质历史等。
地下水环境是地质环境的组成部分，它是指地下水的物理性质、化学成分和贮存空间及其由于自然地质作用和人类工程——经济活动作用下所形成的状态总和。
2. 地下水的埋藏条件岩石和土体空隙既是地下水的储存场所，又是运移通道。
空隙的大小、多少、连通性、充填程度及其分布规律决定着地下水埋藏条件。
根据成因可把空隙区分为孔隙、裂隙与溶隙三种，并可把岩层划分为孔隙岩层(松散沉积物、砂岩等)、裂隙岩层(非可溶性的坚硬岩层)与可溶岩层(可溶性的坚硬岩石)。
孔隙岩层中的空隙分布比裂隙可溶岩层均匀，溶隙一般比孔隙、裂隙岩层中的空隙规模大。
这三种空隙的大小分别以孔隙度、裂隙率与岩溶率表示，即某一体积岩石中孔隙、裂隙和溶隙体积与岩石总体积之比，以百分数表示。
岩石空隙中存在着各种形式的水，按其物理性质可分为气态水、吸着水、薄膜水、毛细水、重力水和固态水。
此外，还有存在于矿物晶体内部及其间的沸石水、结晶水与结构水。
水文地质学所研究的主要对象是饱和带的重力水，即在重力作用支配下运动的地下水。
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，对地下水的分布和运动具有重要影响。
将岩石空隙作为地下水储存场所和运动通道研究时，可分为三类，即：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴。
(1) 孔隙。
松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。
颗粒或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。
岩石中孔隙体积的多少是影响其储容地下水能力大小的重要因素。
孔隙体积的多少可用孔隙度表示。
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。
《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。
地下水动力学第二章
2.1.3 渗流连续性方程
连续性方程就是质量守恒方程，也称为水均衡方程 水均衡的基本思想：
对某一研究对象，流入－ 流出＝V 研究对象可以是大区域的，也可以是微分单元体
大区域的水均衡计算经常用于区域的水资源评价 本课程基于微分单元体做水均衡，推导渗流连续性方程。
为反映含水层地下水运动的普遍规律，我们选定在各向 异性多孔介质中建立地下三维不稳定流动连续性方程。
vx
K xx
H x
vy
K yy
H y
vz
K zz
H z
(vx )
x
x
(K xx
H x
)
[
x
K xx
H x
x
(K xx
H x
)]
由于在一般情况下，水的密度变化很小，可视近似不变，故
x
K xx
H x
x
K
xx
H x
(vx )
x
x
(K xx
H x
)
渗流连续
性方程化 简
(v
x
x
)
( v y
d 1 dVb Vb
dp 1 dVb 1 dVv 1 de
Vb Vb 1 e
e (1 e)
p
如果取出水平面积为1个单位，高度为 m的岩土柱体(其体积Vb=m×１)来 分析，而且近似认为该柱体不发生侧向变形,体积的变形直接反映在该柱体 的高度m的变化 .
dp 1 dm
m
对此式积分 m m0 (1 p)
p
t p t
t
根据 d 和dp dH ,得 p H
dp
t p t
t
(nz) z [(1 e) H e H ]
水文地质学地下水储存与循环
补给区
承压区
排泄区
负水头
承压水 层厚度
正水头
承压水等水压线图
700 350 600
A B
C
400 350
A点与B点水力坡度？ C点和D点水头？
250 350
500
等水压线 等高线
人为因素，多种工程活动，如修建水库、农填灌溉、 矿坑排水、深井注水、抽取地下水等，影响地下水 的径流。
地下水的补给、径流、排泄之间转化
地下水的补给、径流、排泄之间密切联系、相互 转化，形成地下水循环的完整过程。
当自然条件发生改变时，地下水的径流方向与流 量、补给区与排泄区、补给量与排泄量等，可以 发生转化，甚至补给区变成排泄区、排泄区变成 补给区。
A点与B点水力坡度？ C点潜水位埋深？
250 350
500
等水位线 等高线
700
600 450
500
350
250 400
承压水
承压水：位于相邻两个隔水层之间且承受一定压 力的地下水【非重力水】，也称为自流水。
含水层的透水性愈好，压力愈大，人工开凿后能 够自流到地表。
承压水不受气候影响，动态较稳定，不易被污染。 承压水的形成与地质构造、沉积条件关系密切。 适宜形成承压水的地质构造大致有两种：一是构
上层滞水：包气带中位于局部隔水层上的地 下水，主要补给源为地表径流、次之为潜水 及沉积物夹带水，随季节变化且易被污染。
饱和带水：潜水面以下且直接与大气连通地 带的地下水，含水层饱和，主要补给源为地 表径流、次之为承压水及沉积物夹带水，随 季节变化且易被污染。
第二章 地下水的储存与循环1
4 各种空隙之间的关系
孔隙、裂隙和溶隙可同时存在 必须构成空隙网络，才能成为地下水有效的储容空间和运移 通道。 不同的空隙，其空隙网络的特点不同： １）松散岩石－孔隙：其中的地下水的分布和流动性比较 均匀 ２）坚硬岩石－裂隙：不均匀（原因：裂隙连通性差） ３）可溶岩石－溶隙：不均匀（原因：溶隙大小 分布极不均匀） 悬殊、
包 气 带 与 饱 水 带
地下水位
2.1.2 岩石的水理性质
一、定义 指岩石与水接触过程中,由于不同的岩石空隙的数量 指岩石与水接触过程中 由于不同的岩石空隙的数量 和大小不同而表现出来的控制水分活动的各种性质。 和大小不同而表现出来的控制水分活动的各种性质。 包括：容水性、持水性、给水性、 包括：容水性、持水性、给水性、透水性 二、水理性质 容水性:指岩石容纳一定水量的性能, 1、容水性:指岩石容纳一定水量的性能,用容水度表 示. 容水度:岩石完全饱水时 ， 容水度 岩石完全饱水时， 所能容纳的最大水体 岩石完全饱水时 积与岩石总体积之比 （反映岩石最大含水能力） 反映岩石最大含水能力）
3
重力水（ 重力水（gravitational water; bulk water） ）
（１）定义：存在于岩石空隙中在自身重力影响下可以自由运 定义：
动的水叫重力水。 动的水叫重力水。 （２）性质： 性质： １）只受重力的影响 ２）可以传递静水压力 ３）重力作用下可以运动 ４）供水来源 重力水是供水水文地质学研究的主要对象， 重力水是供水水文地质学研究的主要对象，也是勘察的 主要对象
持水性： 在重力作用下， 2 、 持水性 ： 在重力作用下 ， 岩石依靠分 子引力和毛细力在其空隙中能保持一定水 量的性能。用持水度表示 量的性能。
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 岩石的持水能力 持水度：饱水岩石在重力作用下释水， 持水度：饱水岩石在重力作用下释水，岩石中 保持住的水体积与饱水岩石总体积之比。 保持住的水体积与饱水岩石总体积之比。 持水度包括毛细持水度、 持水度包括毛细持水度、分子持水度 毛细持水度 颗粒越细， 颗粒越细，持水度越大
地下水的循环与储存
地下水的储存与循环李文涛土木三班20090110010340引言：地下水，是贮存于包气带以下地层空隙，包括岩石孔隙、裂隙和溶洞之中的水。
地下水是水资源的重要组成部分,由于水量稳定,水质好，是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。
但在一定条件下，地下水的变化也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利自然现象。
摘要：地下水循环:指地下水的一个完整的补、径、排过程，补则是指地下水形成，地下水形成是由地表水或大降水入渗地下形成的，称之为补给源，径则是指地下水形成后在地下含水层系统中的运移，称之为径流，排则是指地下水通过种种方式又转化为地表水或大气水的过程，称之为排泄.正文：在了解地下水的储存与循环之前，我们应该先明白地下水如何分类。
地下水的分类原则有一种是根据地下水的某一特征进行分类；另一种则是综合考虑地下水的若干特征进行分类。
1、按起源不同,可将地下水分为渗入水、凝结水、初生水和埋藏水。
渗入水：降水渗入地下形成渗入水。
凝结水：水汽凝结形成的地下水称为凝结水。
当地面的温度低于空气的温度时，空气中的水汽便要进入土壤和岩石的空隙中，在颗粒和岩石表面凝结形成地下水。
初生水：既不是降水渗入，也不是水汽凝结形成的，而是由岩浆中分离出来的气体冷凝形成，这种水是岩浆作用的结果，成为初生水。
埋藏水：与沉积物同时生成或海水渗入到原生沉积物的孔隙中而形成的地下水成为埋藏水。
2、按矿化程度不同，可分为淡水、微咸水、咸水、盐水、卤水。
3、按含水层性质分类，可分为孔隙水、裂隙水、岩溶水。
4、按埋藏条件不同，可分为上层滞水、潜水、承压水。
地下水的补给在潜水面浅的地区，补给可以是由单次降雨引起的。
相反，估计早在12 万年之前，某些沙漠地区包气带的水就已渗入到土壤表面。
内华达州Yucca 山准备用作高放废物处置场地，要对其适用性做出评估，可能没有哪个地方对补给进行估计的重要性和难度比这里更加明显了。
为了估计在该场地过去、现在和未来的气候条件下穿过厚破碎火山凝灰岩补给的速率和位置，已花费了15 年多的时间和数千万美元。
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地下水的循环
• 自然界水的循环：地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作 用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗和径流等环节，不断地 发生相态转换和周而复始运动的过程。 • 地下水的循环：地下水经常不断地参与自然界的水循环。含水层或含 水系统通过补给从外界获得水量，径流过程中水分由补给处输送到排 泄处然后向外界排出。补给、径流与排泄决定着含水层或含水系统的 水量与水质在空间和时间上的变化。这种补给、径流、排泄无限往复 进行构成了地下水的循环。
• 容水性，含水性 ，持水性，给水性 ，透水性
含水层和隔水层
• 含水层 定义：饱含水的透水层，或能够透过并给出相当数量水的岩层。 辨异：饱含水的弱透水层（粘土、沿粘土等）；不含水的透水层（沙 漠、被疏干的含水层等） • 隔水层 定义：不透水的岩层，或不能透过并给出一定水量的岩层。 辨异：隔水层的相对性，并非完全隔水－弱透水层 • 构成含水层的基本条件： 岩层要具有能容纳重力水的空隙，有储存和 聚集地下水的地质条件 • 透水层不等于含水层，下部赋存有隔水层的透水层才可以成为含水层。
地下水:埋藏在地表以下岩石孔隙、裂隙、溶隙中的水称之为地下水。 孔隙：松散岩石是由大小不等的颗粒组成的，颗粒或颗粒集合体之 空隙（松散岩层） 裂隙：固结的岩石受地壳运动及其它内外地质应力作用下岩石破裂 变形产生的空隙（坚硬岩石 ） 溶隙：可溶岩中各种裂隙，被水流溶蚀扩大成为各种形态的溶隙（ 可溶性岩石 ）
地下水分类表
一、上层滞水
• • 定义：包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水. 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。
二、潜水
• 定义:潜水是埋藏在地面以下第—个稳定隔水层以上具有自由水面的地 下水。 • 特征：与大气相通，具自由水面，补给区与分布区一致，动态受气候 影响较大。潜水面形状受地形影响。 • 潜水等水位线可用于 • 1. 确定潜水流向；2. 确定潜水的水力坡度; • 3. 确定潜水的埋藏深度；4. 提供合理的取水位置；5. 推断含水层岩性 或厚度的变化；6. 确定潜水与地表水的相互补给关系；
地下水的径流
• • • • • • • • • • • • 地下水在岩石空隙中的流动过程称为径流。 1．地下水径流的产生及影响因素 地下水径流的方向、速度、类型、径流量的主要影响因素 （1）含水层的空隙性 （2）地下水的埋藏条件 （3）补给量 （4）地形 （5）地下水的化学成分 （6）人为因素 2．地下径流量的表示方法 地下水补给、径流、排泄条件的转化 地下水补给、径流、排泄条件的转化，可分为两类
影响地下水变化的原因
• • • • • • • 1．自然条件改变引起的变化 （1）河水位的变化 （2）地下水分水岭的改变 2．人类活动引起的变化 （1）修建水库 （2）人工开采和矿区排水 （3）农田灌溉与人工回灌
• 毛细现象：液体表面张力作用下在毛细管中水位上升一定高度的现象。 毛细上升高度与毛管直径成反比。 • 岩石孔隙：等效于弯曲的毛细管－在地下水面以上必然有毛细水。 • 结论：松散岩层的颗粒越粗，孔隙越大，则毛细上升高度越小。
岩石的水理性质
• 岩石的水理性质：空隙大小和数量不同的岩石与水作用，所表现出的 岩石的容纳、保持、给水和透水性质称为岩石的水理性质。
• 水循环是地球上一切水文现象产生的根源
地下水的补给
• • • • • • • 定义：含水层自外界获得水量的作用称为补给。 来源 1 大气降水的补给 2 地表水的补给 3. 凝结水的补给 4 含水层之间的补给 5. 人工补给
地下水的排泄
• • • • • 含水层失去水量的过程称为排泄。 1．泉水排泄 2．向地表水的排泄 3. 蒸发排泄 4．不同类型含水层之间的排泄作用
水的存在形式
• • • • • • • 大气水（气态） 陆地地表水（江河、湖） 冰川水（固态） 海洋水 地下水 土壤水（包气带水） 地下水（狭义，饱和带水）
自然界水循环的基本过程
• • • • • • 蒸发 水汽输送 凝结 降水 入渗 径流（地表径流, 地下径流）
水循环的作用与效应
• • • • 影响气候变化 水循环形成各种地貌形态 水循环是环境的主要控制因素 水文循环为人类提供了巨大的水资源和能源
地下水的成因
• 一、渗入成因 大气降水成因，溶滤水，渗入水 • 二、沉积成因 沉积物在盆地堆积成岩的过程中保存的一些水 • 三、内生成因 源自地球深部，或火山作用中的岩浆；变质作用
地下水的储存与岩石的水理性质
• 地下水的储存空间：岩石的空隙 （孔隙 ，裂隙 ，溶隙 ） • 孔隙与粒径关系：三种颗粒直径不同的等粒岩石，排列方式相同时， 孔隙度完全相同 空隙性：指岩石空隙的大小、多少、形状、分布特点以及连通情况等。 孔隙率：一定体积岩石（包括孔隙）中孔隙体积所占的比例。 岩石空隙的特性：均匀性、方向性、连通性 • 地壳岩石中存在着以下各种形式的水： （1）岩石“骨架”中的水：亦称之为矿物结合水，其主要形式为沸 石水、结晶水和结构水； （2）岩石空隙中的水：主要形式为结合水（吸着水、薄膜水）、重 力水、毛细水、固态水和气态水。
三ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ承压水
• 定义：充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水。 • 特征：不具自由水面，并承受一定的水头压力；分布区和补给区不一 致；动态变化较稳定；不易受地面污染。 • 承压水的形成条件 ：与地质构造有密切关系（斜构造和单斜构造） • 含水层分类：补给区、承压区及排泄区
泉
• 泉：地下水在地表的天然出露。泉的出露多在山麓、河谷、冲沟等地 面切割强烈的地方 。 • 按照补给源性质分类：上升泉、下降泉，或者分为上层滞水泉、潜水 泉、承压水泉。 • 按照出露原因分类 ：侵蚀泉、接触泉、溢出泉、断层泉 • 根据泉水温度分类：冷泉、温泉