水文地质学基础第六章地下水doc资料
有关地下水补给、径流、排泄等水文地质学基础知识
有关地下水补给、径流、排泄等水文地质学基础知识地下水，那可是大地的神秘宝藏，就像藏在地下的小金库，默默地滋养着大地万物。
今天咱们就来唠唠地下水的那些事儿，什么补给、径流、排泄之类的。
咱先说说地下水的补给。
这补给就像是给地下水这个大池子注水一样。
雨水是个很重要的角色呢。
每次下大雨的时候，雨滴就像一个个小信使，带着天空的馈赠冲向大地。
一部分雨水直接渗到地下，就像小偷悄悄溜进了一个秘密基地，慢慢地补充着地下水。
还有河流啊，它就像一个慷慨的邻居，有时候河水会偷偷地往地下渗，把自己的水分享给地下水。
山上的冰雪融化也不能小看，那融化的雪水就如同远方归来的游子，急切地投入大地的怀抱，成为地下水的一部分。
对了，灌溉用水有时候也会渗透下去，这就好比我们吃饭的时候不小心掉了些米粒到地上，虽然看起来不起眼，但积少成多也能给地下水加点料。
地下水可不会一直静止在那里，它也像个调皮的孩子到处跑，这就是径流。
它在地下岩石和土壤的孔隙里穿梭，就像小老鼠在地道里乱窜。
地下水径流的速度可不一样，就跟不同的人走路速度有快有慢一样。
如果地下的岩石和土壤孔隙比较大，像那种粗砂层，地下水就跑得欢快些，就像在宽阔的马路上跑步；要是遇到黏土这种孔隙小的，那就只能慢悠悠地挪了，仿佛走在狭窄的小巷子里。
而且地势也影响它的径流方向，水往低处流嘛，地下水也不例外，它总是朝着地势低的地方流去，就像球总是往坡下滚一样。
再讲讲排泄。
地下水也得有个出口释放自己，这就是排泄。
泉水就是地下水排泄的一种美丽呈现。
那泉水涌出来的时候，就像大地开了个口子在吐珍珠，清澈的泉水从地下冒出来，形成了一道亮丽的风景。
有些地方的湖泊也是靠地下水排泄来维持水量的，地下水就像一个默默支持的一直在背后给湖泊提供水源。
还有啊，人们打井取水，这也算是地下水的一种排泄方式。
地下水就像一个无私的供应者，满足人们的用水需求。
不过要是取太多，就像一个人不停地索取别人的东西，那地下水也会受不了的。
水文地质学基础.doc
水文地质学基础一、名词解释1、水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。
它研究地下水与岩石圈、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在时空上的变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利避害，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。
1、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。
水文循环的速度较快，途径较短，转换交替比较迅速。
2、地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
3、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。
1、孔隙度：松散岩土中，某一体积岩土中孔隙体积所占的比例。
2、裂隙：各种应力作用下，岩石破裂变形产生的空隙。
3、溶穴：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空洞。
4、结合水：受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水。
5、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。
6、毛细水：受毛细力作用保持在岩石空隙中的水。
7、容水度：岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积的比值。
8、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。
9、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。
1、包气带：地表以下一定深度的地下水面以上的部分称为包气带，其中存在气态水、结合水和毛细水。
2、饱水带：地表以下一定深度的地下水面以下的部分称为饱水带，其中的岩石空隙中充满了重力水。
3、含水层：能够透过并给出相当数量水的岩层。
4、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。
5、潜水：埋藏于饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水。
6、承压水：充满于两个隔水层之间的含水层中的水。
7、承压高度：揭穿隔水顶板的钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离。
8、测压水位：揭穿隔水顶板的井中静止水位的高程。
水文地质学基础
水文地质学基础一绪论1、地下水是指地面以下岩土空隙中的水2、水文地质学是研究地下水的学科对象：地下水主要对象：重力水3、地下水的功能可以概括为：资源、地质营力、致灾因子、生态环境因子和信息载体等二地球中水的分布与循环4、水文循环是大气水地表水和地壳浅表地下水之间的水分交换局限于地球浅表,交替迅速水的地质循环是发生于大气圈到地幔之间的水分交换发生于大气圈到地幔之间交替慢5、水资源的特点：1）降水少,年总降水量比全球平均降水量少22%2）人均水资源量低3）空间分布不均匀,东部丰富,西部贫乏4）季节及年际变化大,旱涝灾害多5）水质污染重地下水的优点：1）分布广泛 2）变化稳点 3）具有天然调节性 4）水质良好 5）易于开发利用三岩土中的空隙和水6、岩土空隙是地下水的储容空间和传输通道。
空隙的特征（多少、大小、形状、方向性、连通程度及其空间变化等）决定着岩土储容、滞留、释放以及传输水的性能。
7、颗粒及颗粒集合体之间的空隙称为孔隙8、岩土孔隙多少用孔隙度表示,孔隙度是单位体积岩土（包括孔隙在内）中孔隙所占的比例.粗粒土（砂砾）孔隙度的大小,与颗粒大小无关,与颗粒分选程度、排列状况、形状以及胶结物的多少9、裂隙按成因可以分为：成岩、构造、风化、卸荷10、结合水：固相表面引力大于自重力的水11、容水度是指岩土完全饱水时所容纳的水的体积和岩土体积的比值。
通常,容水度与孔隙度（裂隙率岩溶率）相等。
对于具有膨胀性的粘性土,容水度大于孔隙度。
12、含水量是松散岩土孔隙所包含的水与岩土的比值13、给水度是指地下水位下降单位体积时，释放水的体积和疏干体积的比值,给水度与颗粒大小、分选、粗细颗粒成层状况、以及地下水位下降速度有关14、岩土的渗透性是指岩体传输水或其他流体的性能四地下水的赋存15、越流是指相邻含水层通过其间的相对隔水层发生水量交换16、含水系统是由隔水或相对隔水边界圈周围的,内部具有统一水力联系的赋存地下水的岩系17、潜水：饱水带中第一个具有自由表面且有一定规模烦人含水层中的重力水潜水面以上不存在隔水层18、潜水等水位线图：1）确定潜水面的形状、潜水流向2）计算潜水的水力梯度3）确定潜水埋藏深度潜水4）确定与地表水的互补关系5）确定泉或沼泽位置6）推断含水层的岩性或厚度的变化7）确定给水和排水工程地位置19、充满于两个隔水层之间的含水层中的水，称为承压水20、包气带局部隔水层之上积聚的具有自由表面的重力水,称为上层滞水五地下水运动的基本规律21、地下水在岩土空隙中的运动称为渗流发生渗流的区域称为渗流场层流：水质点在做有序的,互不混杂的流动紊流：水质点在做无序的,互相混杂的流动稳定流：水在渗流场内运动,各个运动要素（水位、流速、流向等）不随时间改变非稳定流：运动要素随时间变化的水流运动自然界中地下水22、沿等水头面（线）法线方向（水头降低方向）的水头变化率称为水力梯度 I=等水头面（线）：渗流场中水头相等的各点连成的面(线)23、在渗流场中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称为流网六包气带水24、松散沉积物的包气带自上而下可划分为：土壤水带、中间带和毛细水带25、包气带水和饱水带相比,不同点：1)包气带存在毛细负压或基质势,但饱水带不存在2)包气带任一点的压力水头是含水量的函数,但稳定流条件下饱水带任一点的压力水头是定值3）包气带的渗流系数随含水量的降低急剧变小,但饱水带的渗流系数一般可看做定值七地下水的化学组分及其演变26、地下水中含有各种气体、离子、胶体、有机质以及微生物27、地下水中常见的气体成分有：O2 N2 CO2 CH4 H2S等一方面：气体成分能够说明地下水所处的地球化学环境;另一方面：有些气体会增加地下水溶解某些矿物组分的能力28、溶解性总固体：指溶解在水中的无机盐和有机物的总称（不包括悬浮物和溶解气体等非固体组分）29、地下水中分布最广、含量较多的离子：氯离子、硫酸根离子、重碳酸钙离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子30、地下水中的微生物,有以下作用：1）参与地下水化学形成作用,改变地下水组分2)生物修复地下水污染3）改变含水介质特征4）参与成岩作用5）参与成矿31、地壳表层两个热能李来源：1）太阳的辐射2)地球内部带的热流地壳表层可以分：变温带、常温度带及增温带增温带中的地温变化用地温梯度表示,地温梯度是指每增加单位深度是时地温的增值32、地下水化学成分形成作用1）溶滤作用：水与岩土相互作用,使岩土中一部分物质转入地下水中岩土的组分转入水中,取决于一系列因素：1）组成岩土的矿物的溶解度2）岩土的空隙特征是影响溶滤作用的另一因素3）水的溶解能力决定着溶滤作用强度4）水中溶解气体CO2、O2等的含量决定着某些盐类的溶解能力5）水的流动状况是影响其溶解能力的关键因素地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用最活跃、最关键的因素2）浓缩作用具备条件：干旱或半干旱的气候,有利于毛细作用的颗粒细小的松散岩土,低平地势下地下水位埋深较浅的排泄区浓缩作用的规模,取决于地下水流系统的空间尺度及其持续的时间尺度3）脱碳酸作用 4）脱硫酸作用5）阳离子交替吸附作用粘土及粘土岩类最容易发生交替吸附作用6）混合作用：成分不同的两种水绘合在一起，形成化学成分不同的地下水八地下水的补给与排泄33、地下水补给：饱水带获得水量的过程，水量增加地同时,盐量等也随之增加地下水排泄：饱水带减少水量的过程, 减少水量的同时,盐量和能量等也随之减少去路包括：溢流地表成泉,向地表水排泄,土面蒸发及植物蒸膀等34、降水入渗存在两种方式：活塞式入渗及捷径式入渗35、影响入渗系数的因素：年降水量的大小、降水强度及其时间发布、包气带岩性、地下水埋藏深度36、地表水补给地下水必须具备两个条件：1）地表水水位高于地下水2）两者之间存在水力联系37、根据达西定律,河水补给地下水时,补给量取决于以下因素：河床渗透性、透水河床湿周与长度的乘积、河水位与地下水位高差以及河流过水时间大气降水和河水补给地下水的特点不同：大气降水在空间上是面状补给源,在时间上是非连续补给源.河水在空间上是线状补给源,在时间上是较为连续的,或经常性的补给源38、人工补给地下水具有多种目的:1)利用含水层作为地下水库,调蓄其他水源,增加可利用水资源量2)维护和改善生态环境3）防治某些地质灾害4）利用含水层调蓄热能等39、地下水排泄 1）天然排泄：泉、向地表水泄流、土面蒸发、叶面蒸膀等2）人工排泄：井孔、排水渠道等设施泉按出露原因分：侵蚀、接触、溢流、断层、接触带泉的作用：判断含水层和隔水层、判断岩层富水性、判断断层导水性、根据泉水温度判断地下水循环深度、根据泉水化学成分找矿40、影响地下水蒸发的主要因素：气候、潜水埋藏深度及包气带岩性41、常见的含水层（含水系统）之间水力联系的方式：1）含水层之间通过叠加接触部分发生补给（排泄）2）含水层之间通过导水断裂发生补给(排泄)3）含水层通过穿越其间的井孔发生补给（排泄）九地下水系统42、含水系统（地下含水系统）是由隔水或相对隔水边界圈周围的、由含水层和相对隔水层组合而成的,内部具有一定水力联系的赋存地下水的岩系地下水流系统（地下水流动系统）：指从源到汇的流面群构成，且具有统一时空演变过程的地下水体地下含水系统的整体性,体现于统一的水力联系地下水流系统的整体性,体现于统一有序的水流含水系统与水流系统都具有级次性,任一含水系统或水流系统都可能包含级次的子系统十地下水动态与均衡43、地下水动态：地下水各种因素（水位、水量、化学组分、气体成分、温度、微生物等）随时间的变化；地下水均衡：某一时段、某一范围内地下水水量（盐量、热量等）的收支状况十一孔隙水44、孔隙水是赋存于松散沉积物中的地下水其特征：1）空间分布连续性好、相对均匀2）层状分布,与岩层分布一样3）水力联系紧密,具有统一地下水面十二裂隙水45、裂隙水：赋存于裂隙基岩中的地下水十三岩溶水46、岩溶：水与可溶岩发生化学作用和机械破坏作用而产生的各种现象的总称47、岩溶水：赋存并流动于岩溶化岩层中的水48、岩溶发育的四个基本条件：可岩溶的存在、可溶岩必须是透水的、具有侵蚀性的水、水的流动49、地下水资源特性：系统性、可再生性、变动性及调节性50、地下水引起的岩土体变形与位移：地裂缝、岩溶塌陷、滑坡、水库诱发地震、潜蚀与管涌。
水文地质学基础：地下水的存在形式-结合水
1.3.2水在岩石中存在的形式岩石空隙中的水可以分为两大类，岩土骨架中的水以及岩土空隙中的水。
存在于岩石空隙中的水按其物理性状的不同，有结合水、重力水、毛细水、气态水、固态水。
岩石骨架中尚有矿物中的水。
水文地质学着重研究的是岩石空隙中的水。
1. 结合水松散岩石中的颗粒表面及坚硬岩石空隙壁面均带有电荷。
水分子是偶极体，由于静电吸引，固相表面具有吸附水分子的能力。
因此，离固相表面很近的水分子，受到强大的吸力，排列十分紧密。
随着距离增大，吸引力减弱，水分子排列较稀疏。
受到固相表面的吸引力大于其自身重力的那部分水便是结合水（图1-12）。
它束缚于颗粒表面及裂隙壁上，不能在自身重力影响下运动。
根据固相表面对水分子吸引作用的强弱，把结合水分为强结合水（或吸着水）和弱结合水（或薄膜水）。
a b图1-12 结合水与重力水a—椭圆形小颗粒代表水分子，结合水部分的水分子带正电荷一端朝向颗粒。
b—箭头代表水分子所受合力方向最接近固相表面的水称为强结合水。
根据不同研究者的说法，其厚度相当于几个、几十个或上百个水分子直径，其吸引力可相当于101325×104Pa，，密度平均为2g/cm3左右，不能流动，但可以转化为气态水而移动。
结合水的外层，称作弱结合水。
其厚度说法不一，相当于几十、几百或上千个水分子直径。
固相表面对它吸引力减弱，水分子排列不如强结合水规则和紧密，溶解盐类的能力较低。
弱结合水的外层水膜能被植物的根系吸收。
结合水与普通液态水的最大区别就是具有抗剪强度，即必须施一定的力方能使其发生变形。
结合水的抗剪强度由内层向外层减弱。
当施加的外力超过其抗剪强度时，外层结合水可发生流动。
《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 第六章 地下水的化学成分及其形成作用.
5. K＋ ◆ 地下水中K＋的含量只有Na＋含量的4％～10％。 ◆ 一般将K＋归并到Na＋中进行分析，不另区分。
如Na＋（+ K＋ ）
6. Ca2＋（低矿化水的主要阳离子） ◆ 含量一般不超过数百mg/L ◆来源： ☆碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解； ☆岩浆岩及变质岩中含钙矿物的风化溶解。 7. Mg2＋ ◆ 化学性质及来源与Ca2 ＋相近，但地壳组成中 Mg2＋比较少，因此含量通常较Ca2 ＋少。
化合物的当量=化合物分子量 / 阴（阳）离子价 meg/L＝mg/L /离子的当量
☆德国度（H°） ：相当于1L水中含10mgCa2＋或 7.2mgMg2＋的量。
1 meg/L＝2.8 H°
4.地下水按硬度分类：
地下水类型 极软水 软 水 弱硬水 硬 水 极硬水
硬度（mg/L，以 CaCO3计）
＜75
◆专项分析：
只分析一个或少数几个成分，分析项目根据具体任务确 定。
如：在对地下水质作动态观测时，可只选有代表性的离 子作定期分析；
为判明含水层之间是否有联系时，只需要作个别离子的 分析；
在为寻找饮用水源进行地下水调查时，需进行水中有毒 成分如As（砷）、Pb（铅）、F（氟）等项目的分析。
三、水化学分析资料整理
如：CO2可促进碳酸盐类的溶解。
二、地下水中主要离子成分
◆主要离子共7种： Cl－、SO42－、HCO3－、Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋
◆占主要地位离子随矿化度（含盐量）的变化： ☆低矿化水以HCO3－及Ca2＋ ，Mg2＋为主； ☆中等矿化水以SO42－及Na＋为主，阳离子也可以
是Ca2＋ ； ☆高矿化水以Cl－及Na＋为主。
水文地质学基础(课件)-中国地质大学(武汉)06_地下水的物理性质与化学性质
6.2 地下水的物理性质
6.2.2 温度
埋藏在不同深度的地下水，其温度变化规律不同。根据受热 源影响的不同，地壳表层可分为变温带、常温带及增温带。
变温带——受太阳辐射影响的地表极薄的带。近地表的地下水温 度受气温的影响较大，具有周期性的昼夜变化和季节变化：
温度具有昼夜变化的地下水，其埋藏深度一般在3-5m (1-2m)以内，
一个地区地下水的化学面貌，反映了该地区地下水的历史演变。
人类活动对地下水物理性质和化学性质的影响，在时间上虽然非 常短，然而，在许多情况下这种影响已经深刻地改变了地下水的 面貌！
在实际生产和科研工作中，对地下水的物理性质 和化学性质的研究，有着重要意义：
阐明地下水的起源与形成； 揭示许多地质过程； 水质评价。 研究地下水中化学元素的时空分布特征和迁移转化 规律的学科是——水文地球化学。
度最小；钙的硫酸盐，特别是钙、镁 的碳酸盐的溶解度最小。
盐类 NaCl
溶解度 (0℃，g/L)
350
随着矿化度的增加，钙镁的碳 酸盐首先达到饱和析出，继续增大时， 钙的硫酸盐也饱和析出，因此，高矿 化水中便以易溶的氯和钠占优势了， 由于氯化钙的溶解度更大，因此在矿
KCl 290
MgCl2 CaCl2 Na2SO4 MgSO4 CaSO4
6.2.3 颜色
地下水的颜色主要由其成分和悬浮于其中的杂质所决定： 一般的地下水为无色； 含硫化氢气体的水，在氧化后由于有硫磺胶体产生，故常呈翠绿色； 硬度大的水为浅蓝色，含氧化亚铁的水呈浅蓝绿色，含氧化铁的水 呈褐红色；
含腐殖质的水多呈暗黄褐色。
含有悬浮杂质的水，其颜色决定于悬浮物的颜色，颜色深浅则取 决于悬浮物的多少。
分级
说
明
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 —。
水文地质学基础讲义
水文地质学基础讲义（地质工程专业适用）总学时：40学分：2.5江西理工大学何书2010年主讲内容及学时分配（讲课学时：38学时）第0章绪言 2学时第1章自然界的水循环 2学时第2章地下水的赋存 6学时第3章地下水运动的基本规律 6学时第4章地下水的化学成分及其形成作用 4学时第5章地下水的补给、排泄与径流 4学时第6章地下水的动态与均衡 4学时第7章孔隙水 2学时第8章裂隙水 2学时第9章岩溶水 2学时第10章特殊类型地下水 2学时第11章地下水资源分析及其开发管理1学时第12章地下水调查概要 1学时教材：《水文地质学基础》，章至洁，中国矿业大学出版社，2004. 参考教材：绪论➢与水文地质学相关的学科：1. 从水文循环来看，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《地质学（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2. 与工程应用角度《水资源开发工程》、《土质土力学》、《岩体力学》、工程地质学等3. 后续课程《地下水动力学》《水文地球化学》《水资源开发与保护》、《专门水文地质学》等基础类、应用类和技术方法类课程§0.1 地球上的水与水资源地球上的水及所占比例：●海洋水：占96.54%●淡水占全球水量的2.527%●地下水占淡水资源的30%一、利用自然资源有两种方式：1.不可再生资源：如果某种资源的存量大到足以保证上百年的需要，而且在资源耗竭以后，可以开发替代资源。
——————矿产资源是典型的不可再生资源2.可再生资源：如果某种资源的再生速率高于人们的消费速率，就可以保证永续利用。
可再生资源是永远不会耗竭的——————淡水资源的主体是可再生的二、地球上的水与水资源的重要性1. 水——自然界存在，自然属性●不断循环运动●良好的溶剂，重要载体●水具有能量2.水——人类生存、社会经济发展不可或缺，社会属性●生命之源，是地球系统的“血液”●旱灾、水灾、水污染，对人类发展不协调●水资源可再生，但水资源有价值（价值规律）●水资源管理不当，成为社会不稳定因素之一三、地球上的水与水资源：我国水资源概括➢中国的大气降水与水资源分带➢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13个国家之一人均水资源占有量仅为世界平均值的1/4§0.2地下水的功能（作用）⏹概念：水文地质学简言之──研究地下水的科学➢水对人类生活与生产起着不可或缺的重大影响➢地下水是水资源组成部分➢其主要功能（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一、地下水是一种宝贵的资源1. 供水水源——优点：分布广，动态变小，洁净，不易污染据报道：陆地一半为干旱、半干旱地区1/3耕地，2/3牧区水源不足城市供水不足，近来更有增加趋势世界上，阿拉伯国家-进口雨水，中东的长期摩擦一是石油，二是水80年代以来，我国城市缺水总体也愈来愈严重，很显然：水资源的欠缺严重制约着国民经济的可持续发展。
水文地质学基础：地下水化学成分的形成作用
二、 浓缩作用
• 定义：当水分蒸发时，盐分仍保留在余下的地下水中，则 其矿化度相对增大，这种作用称为浓缩作用。
• 结果：高矿化度、以易溶离子为主的地下水（Cl-—Na+为主） • 发生条件：
– 干旱或半干旱的气候，地势低平且地下水位埋藏较浅的排泄区，有利 于毛细作用的颗粒细小的松散土层。
– 浓缩作用十分强烈的地区，可以形成矿化度大于300 g／L的地下咸水。
①阳离子被岩土吸附的能力不同：
➢ 阳离子被吸附能力强弱：
H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+ （H+是个例外） ➢ 如：
CaSO4 (MgSO4 ) 2Na Na2SO4 Ca2 (Mg 2 )
水
土
水
土
四 、阳离子交替吸附作用-影响因素
② 与地下水中离子浓度有关，某种离子的相对浓度增大， 则该种离子的交替吸附能也随之增大。
– 不产生明显的化学反应
– 高矿化的氯化钠型海水混入低矿化的重碳酸钙镁型地下水，不 产定义：岩土颗粒的表面常带有负电荷， 能够吸附某些阳离子，而将其原来吸 附的阳离子转为地下水中的组分，这 就是为阳离子交替吸附作用。
结果：某种阳离子减少，另一种阳离 子增多
四 、阳离子交替吸附作用-影响因素
地下水化学成分的形成作用
1 溶滤作用 2 浓缩作用
目录
3 脱碳酸作用 4 脱硫酸作用
CONTENTS
5 阳离子交替吸附作用
6 混合作用 7 人类活动的影响
地下水化学成分的形成作用
定义：使地下水化学成分发生变化的各种 作用，称为地下水化学成分的形成作用。
水文地质学基础：地下水化学成分的形成作用
2.3地下水化学成分的形成作用地下水主要来源于大气降水，其次是地表水（河、湖、彻等）。
这些水在进人含水层之前，已经含有某些物质，与岩土接触后再进一步发生各种物理化学及生物作用，使地下水的化学成分发生进一步变化。
使地下水化学成分发生变化的各种作用，称为地下水化学成分的形成作用。
2.3.1溶滤作用在水与岩土相互作用下，岩土中一部分物质转入地下水中，这就是溶滤作用。
溶滤作用的结果，使岩土土失去一部分可溶物质，地下水则补充了新的组分。
实际上，当矿物岩类与水溶液接触时，同时发生两种方向相反的作用：溶解作用与结晶作用。
溶滤作用的强度，即岩土中的组分转入水中的速率，取决于一系列因素。
首先，取决于组成岩土的矿物盐类的溶解度。
显然，含岩盐沉积物中的NaCl将迅速转入地下水中，而以SiO2为主要成分的石英岩，是很难溶于水的。
其次，岩土的空隙特征是影响溶滤作用的另一因素。
缺乏裂隙的致密基岩，水难以与矿物盐类接触，溶滤作用也便无从发生。
第三，水的溶解能力决定着溶滤作用的强度。
水对某种盐类的溶解能力随该盐类浓度增加而减弱。
某一盐类的浓度达到其溶解度时，水对此盐类便失去了溶解能力。
因此，总的来说低矿化水溶解能力强而高矿化水溶解能力弱。
第四，水中CO2、O2等气体成分的含量决定着某些盐类的溶解能力。
水中CO2含量愈高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强。
水中O2的含量愈高，溶解硫化物的能力愈强。
最后，水的流动状况是影响其溶解能力的一个关键因素。
流动停滞的地下水，随着时间的推移，水中溶解盐类增多，CO2、O2等气体耗失，最终将失去溶解能力，溶滤作用便告终止。
地下水流动迅速时，含有大量CO2和O2的低矿化度的大气降水和地表水，不断入渗更新含水层中原有的溶解能力降低了的水，地下水便经常保持强的溶解能力，岩土中的组分不断向水中转移，溶滤作用便持续地进行。
由此可知，地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用强度的最活跃、最关键的因素。
溶滤作用是一种与一定的自然地理与地质环境相联系的历史过程。
工程地质地下水
固态水 气态水
图 6.2 结合水与重力水
工程地质地下水
第一节 地下水的概念
（二）地下水运动的条件
透水层——能够透过地下水的岩层。主要有： 砂岩层、砂砾岩层以及裂隙、洞穴发育的其它岩石。 其中储满地下水的部分称为含水层。
不透水层——不能透过地下水（但可含水）的岩 层。主要有：粘土、页岩、致密的岩浆岩和变质岩 等。
小及其分布规律
及运动特点
空隙度：是指一定体积岩石中空隙体积所占的 比例 。地下水的分布、储量及运动均受岩石空隙的
多少（空隙度）支配 。以n表示空隙度，VP表示空
隙体积，V表示岩石体积，则n=VP/V 。
工程地质地下水
第一节 地下水的概念
水在（岩土）空隙中的存在形式
结合水： 强结合水
弱结合水
非结合水：液态水 毛细水
第二节 地下水的物理性质与化学成分
二、地下水化学成分
1.地下水常见的化学成分
气体成分 O2 N2 H2S CO2
离子成分 胶体成分
Cl-
有机胶体
SO42HCO3Na+
无机胶体
Fe2O3 Al2O3
K+ Ca2+
H2SIO4
次生矿物 水矾土
Mg2+
叶蜡石
工程地质地下水
有机成分 细菌成分
生物体分解 病源菌
2.气候条件：气候条件对地下水的形成有着重要的影响，如 大气降水、地表径流、蒸发等方面的变化将影响到地下水 的水量。
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。
第六章_地下水的地质作用——普通地质学课件
6.1
二、 地下水的类型 地下水按照埋藏条件分为包气带水、潜水、承压水。 1.包气带水（土壤水）
地 下 水 概 述
（ 类 型 ）
6.1
——从地面到地下水面（潜水面）之间的地带（包气带、 不饱和带）所含的非重力地下水，以气态水、吸着水、薄膜 水和毛细水等状态存在。 2 .潜水 ——埋藏在地面以下，在第一个隔水层之上，具 有自由表面的重力水，称为潜水。 潜水的表面称为潜 水面，随地形起伏 而变化，具有潜水 流。同时因季节变 化而升降，雨季、 旱季潜水面的不同 而形成一个暂时饱 和带。
影 视 ： 地 下 水 地 质 作 用
影视：地下水地质作用
本章学习要求
本 章 学 习 要 求 与 习 题
了解地下水、泉、地下热水的一般概念；掌 握地下水的赋存、运动及类型；初步掌握地下 水的潜蚀作用、沉积作用的基本原理及特征。
学习重点：
重点是地下水的赋存、运动及类型和地下 水的潜蚀作用、溶蚀现象
（ 溶 蚀 、 岩 溶 ）
（一）岩溶现象 1.岩溶（喀斯特）—是指可溶性岩石 在地下水和地表水的共同破坏作用下， 所形成的特殊地貌和水文网的总称。
2.典型的岩溶地貌有： ①溶沟与石芽（婆婆脸）；②漏 斗与落水洞；③溶洞与地下河； ④岩溶谷地与天生桥；⑤峰林。
地 下 水 的 潜 蚀 作 用
（ 溶 蚀 、 岩 溶 ）
（ 机 械 潜 蚀 作 用 ）
地下水对岩石的冲刷破 坏作用称为机械潜蚀作用。
由黄土、砂岩组成的 地壳表层，经地下水（还 有地表水）长期机械潜蚀 作用，形成与下面将要阐 述的“岩溶”地区相似的 地质发展过程，如黄土湿 陷、丹霞地貌。称为“假 岩溶”作用过程
二、化学溶蚀作用与岩溶现象 —地下水对可溶性岩石的溶解破坏作用，称为化学溶蚀作用。 6.2 地 下 水 的 潜 蚀 作 用
水文地质学基础——地下水的补给与排泄
水文地质学基础Fundamenta Is of Hydrogeo logy本章内容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地下水是通过补给与排泄两个环节参与自然界的水循环。
补给：含水层或含水系统从外界获得水量的过程，水量增加的同时，盐量、能量等也随之增加。
排泄：含水层或含UJ水系统向外界排出水量的过程，减少水量的同时，盐量和能量等也随之减少。
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。
＞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。
＞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。
抽水井隔水层补给区IE饱和帯非承斥含水层承压含水层排泄区隔水层世紀承压含水层亿年7.1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•:•思考：补给获得水量后，含水层或含水系统会发生什么变化？・地下水位上升，增加了势能，使地下水保持不停的流动。
■由于构造封闭或气候干旱，得不到补给，地下水的流动将停滞。
O补给的研究包括：补给来源、补给机制、影响因素、补给量O地下水的补给来源有:■天然：大气降水、地表水、凝结水及相邻含水层的补给等■人类活动有关的：灌溉水入渗、水库渗漏及人工回灌7.1.1大气降水对地下水的补给讨论：入渗机制？影响因素？？补给量的确定？？？1.大气降水入渗机制・包气带是降水对地下水补给的枢纽，包气带的岩性结构和含水量状况对降水人渗补给起着决定性作用・目前认为，松散沉积物的降水入渗有两种方式: 降水入渗的现象一两类空隙的入渗过程——总结：均匀砂土层--- 活塞式(piston/diffuse)含裂隙的土层--- 径式(bypass)7.1.1大气降水对地下水的补给1.大气降水入渗机制• “活塞式”入渗——适用条件：均匀的砂土层土层干燥，吸水能力很强,雨水下渗快-渗润阶段降水延续t2 :土层达到一走的含水量，毛细力与重力共同作用,下渗趋于稳走——渗漏与渗透阶段降水再持续：当土层湿锋面推进到支持毛细水带时, 含水量获得补给，潜水位上升活塞式下渗:入渗水的湿锋面整体向下推进, 犹如活塞的运移。
地下水的化学成分及其形成作用
总之，地下水的化学成份是地下水与环境以及 人类活动长期相互作用的产物。
第二节 地下水的化学特征
一、地下水中的主要气体成份
常见 O2 , N2 , CO2 , CH 4 , H2S 等，尤以前三种为 主。气体成份一方面能说明地下水所处的地球化 学环境；另一方面，有些气体能够增强水溶解盐 类的能力，促进某些化学反应。
有微生物参与了生物化学反应， （三）CO₂ 主要来源于土壤。 1、有机残骸发酵作用与植物呼吸作用使土壤
中不断产生CO₂溶入径流土壤的地下水中； 2、含碳酸盐类的岩石，在深部高温下，也可
变质生成CO₂：
CaCO3 400℃ CaO CO2
地下水中CO₂愈多，其溶解碳酸盐的能力越强。
其化学成分受岩性、气候、地形等因素的影响。 绝大部分地下水属于溶滤水。 二、沉积水 指与沉积物大体同时生成的古地下水。 河、湖、海相沉积物中的水具有不同的原始成份，
在漫长的地质年代中水质又经历了一系列复杂变化， 通常是一些高矿化的咸水。
三、内生水
20世纪初，曾把岩浆看作温泉分异的产物， 后来发现，在大多数情况下，温泉是大气降水 渗入到深部加热后重新升到地表形成的。近年 来，某些学者通过对地热系统的热均衡分析得 出，仅靠水渗入深部获得的热量无法解释某些 高温水的出现，认为应有10%—30%的水来自 地球深部圈层的高热流体的加入，这样，源自 地球深部圈层的内生水又逐渐为人们所重视。 但内生水的研究，至今尚不成熟。
（2）含钠矿物的风化溶解；
5、K⁺
来源：（1）含钾盐类沉积岩的溶解；
（2）变质岩、岩浆岩盐中含钾矿物的风化溶解。
6、Ca⁺²
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2.影响因素--（水岩作用）?
6.2.1 溶滤作用—影响因素
■岩土--
• 化学组分（如：石灰岩HCO3-Ca水、花岗岩HCO3-Na水) • 组分的可溶性（溶解度、溶解速度） 盐分溶解度的差异导致易溶的先进入水中，难溶的后进入水中
■ 水---
• 水的溶解能力（TDS，O2、CO2气体组分） • 水的流动性
①元素的丰度(克拉克值)：某元素在地壳化学成分中的重量百分比； ②元素组成的化合物在水中的溶解度
■地壳中主要元素有哪些？
地壳中丰度较高的元素：Si、Al、Fe （地下水中低） 地壳中丰度较低的元素：Cl、S、C （地下水中高）
■地下水中主要离子有：
● Anion 阴离子：HCO3-、SO42-、Cl● Cation 阳离子：Ca2+、Mg2+、K+、Na+
化溶解能力愈强！
6.1.1 气体成分——研究意义
地下水中气体成分的意义：
■气体成分——指示地下水所处的地球化学环境
氧化环境—oxidation 还原环境—deoxidation
■气体成分—可以增加水对盐类的溶解能力
促进水→岩的化学反应，相互作用
6.1.2 主要离子成分
地下水中的主要离子成分
■水中离子成分主要取决于：
6.1.1 气体成分
地下水中常见的气体成分
1、氧（oxygen, O2）、氮（nitrogen, N2）
■起源：大气圈随降水入渗进入含水层中，如富含O2与N2 — 说明地下水是大气起源的，氮还有生物起源与变质起源
■环境：在封闭环境下，氧被耗尽只剩下N2，指示水是大气起源且 处于封闭环境
2、硫化氢（H2S）、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
参与的生物化学过程中形成。还原环境下：
■SO42- → H2S，成煤过程，煤田水 成油过程，油气藏，油田水
6.1.1 气体成分
3、二氧化碳（CO2）
大气降水中的CO2含量较低，地下水中CO2主要源于： ■土壤层（入渗过程溶于水中）：有机质残骸发酵产生、 植物呼吸作用产生 ■碳酸盐岩地层：在深部高温下，也可变质生成CO2 ■人类活动：在化石燃料（煤、石油、天然气），导致 大气中的CO2增加，（增长20%） 地下水中CO2增加，水对碳酸盐岩的溶解与对结晶岩风
6.1.2 主要离子成分
这与主要离子构成的盐类溶解度有关（参见52页表6-1）：
碳酸盐类< 硫酸盐类< 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
（TDS）—或矿化度有关：
■ 矿化度(g/L) : 低(<1) 中(1-10) 高(10-30)
■ 阴 离 子: HCO3-
SO42-
阳 离 子: Ca2+ Ca2+,Mg2+
●该地区地下水中的水质--矿化度是高（TDS）？还是低？水中以 哪种阴、阳离子为主？
6.2.1 溶滤作用—结果
（钠盐、钾盐）的溶解、变质岩风化溶解，海水影响
■中等矿化度的常见离子： SO42-，沉积盐类溶解、金
属硫化物的氧化、火山喷发H2S 气体氧化、人类活动—燃 烧煤产生大量SO2，SO2氧化后形成之，大气中SO42-过高 时，降“酸雨”
6.2 地下水化学成分形成作用
■溶滤作用—水岩相互作用时发生 ■浓缩作用—蒸发排泄时发生 ■脱碳酸作用—在温度与压力发生变化时发生 ■脱硫酸作用—在还原环境下发生：SO42-→ H2S↑ ■阳离子交替吸附作用—岩土表面吸附的阳离子与水中阳离
子发生交换 ■混合作用—.2.1 溶滤作用
1.定义：
水与岩土相互作用下，岩土中某些组分向地下水中转移的 过程。其结果是：岩土失去部分可溶物质，地下水中获得 相应的化学成分使水中TDS↑。
CaCO3 + H2O + CO2 → 2HCO3- + Ca2+
6.1 地下水的化学成分
一、地下水中常见的气体成分
■ 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
二、地下水中主要离子成分
■地下水中含量多的有七种离子 ● 阴离子： HCO3-、 SO42- 、 Cl阳离子： Ca2+ 、 Mg2+ 、 K+ 、 Na+
a.水中已溶组分的多少—水中盐份含量增高，溶解能力降低 b.水中某些气体组分-- O2—增加硫化物的…，CO2—增加碳酸盐 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的运移， 不断有新的盐份溶解到水中，水中TDS↑，水的溶解能力下降，最终 水的溶解能力→0，溶滤作用将会停止？是否会？
ClNa+,K+
水中阴离子在地下水水流过程的（分布）变化
地下水水流过程的阴离子变化
6.1.2 主要离子成分
地下水中主要离子成分来源(自学P52-53)
■低矿化度水中的常见离子： HCO3-、Ca2+、Mg2+，
常来源于沉积盐岩、岩浆岩、变质岩的风化溶解
■高矿化度水中的常见离子：Cl-、Na+、K+，沉积盐岩
地下水是如何保持它的溶解能力的？
地下水的流动（交替）性：
■ 地下水的径流速度和交替强度（ V 与Q ）
●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。
●水如果流动速度快，水交替（更新）迅速，CO2，O2不断被补 充，低TDS水不断更新—溶解能力已降低的水
■如果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？
水文地质学基础第六章地下水
■地下水不是纯的H2O，而是天然溶液，含有各种组分。 ■水是良好的溶剂，在空隙中运移时，可溶解岩石中的成分。在自然界
水循环过程中，地下水与大气圈、水圈与生物圈同时发生着水量和化 学成分的交换。 ■ 物理性质：温度、颜色、嗅、味、密度、导电性、放射性。 ■ 化学性质：气体成分、离子成分、胶体物 质、有机质等。 ■ 水是岩石中元素迁移、分散与富集的载体。研究许多地质作用时都不 能不涉及地下水的化学作用。 ■ 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） ■ 研究地下水的化学成分与作用必须与地下水的流动条件结合