地下水水文学
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。
地下水水文学
4.含有特殊矿物的地下水有很好的医疗性能。
5.地下水赋存在“地下水库”中，具有多年调 节性，可保障枯水季节和枯水年份的供水。
地下水储存
地下水定义：
埋藏于土壤岩石（岩土）的孔隙、裂隙 和溶隙（统称空隙）中各种不同形态的水， 统称为地下水。
可见，毛细水 在地下水与大气水、 地表水相互转化过
毛细管 悬着水
地表
包 气 带
程中起着重要的作 用和影响。
支持 毛管带
地下水
重力水：
是受重力作用而能自由运动的那一部分 水，具有一般液态水性质，如可以在重力作 用下产生水流运动，能传递压力等，因此， 重力水不易保持在土壤上层，是形成地下水 的重要来源。
孔隙度（％） 45－55 40－50 35－40 30－40 30－35 30－40 20－35 1－10
2）裂隙
主要存在固结的坚硬岩石中。固结的坚 硬的岩石，一般不存在或只保留一部分颗粒 间的空隙，而发育各种成因形成的裂缝状空 隙，称为裂隙。
裂隙按其成因可分为三种类型：
风化裂隙 成岩裂隙 构造裂隙
地下水水文学
Groundwater
各国饮用水中地下水的比例
美国 50% 欧洲 65% 墨西哥 75 % 中国 70%
丹麦 100% 荷兰 59% 西班牙 24 % 日本 22%
相对于其它水源，地下水有许多优点
1.地下水在形成的过程中， 受到包气带和含水 层的过滤、净化，水质一般较好。
2.地下水的水温受气温的影响很小，年内变化 幅度小。
颗粒尺度 （mm）
2~5 1~2 0.5~1 0.2~0.5 0.1~0.2 0.05~0.1
《地下水水文学实验》课件
2 应用前景
随着科技的发展，地下水水文学实验在未来的应用前景仍然广阔，值得广大科学家去深 入研究和探讨。
参考文献
管理地下水水源可持续利用的环境政策建构：
肖雷, 金光杰
潜水泵在地下水排水治理中的应用：
地下水水文学实验的目的
定义
地下水水文学实验是通过实 地或室内实验，来检验和确 定地下水源、成因、补给、 流动、贮存等水文特征的试 验研究。
研究对象
地下水水文学实验的研究对 象以及实验内容相对比较具 体，包括取样、水位观测、 水质分析等。
意义
地下水水文学实验不仅能为 地下水的开采利用提供依据， 同时也可以为工程建设提供 可靠的基础数据。
地下水水文学实验的流程
实验前准备
实验过程
地下水水文学实验前的准备比较 重要，包括取样点的确定、钻孔、 顶管等设备准备等。
地下水水文学实验包括取样、水 位观测、水质分析等等，整个流 程需要按照规范进行。
数据处理及分析
地下水水文学实验的结果需要进 行一系列的统计分析和数据处理， 以得到更为准确的数据，并通过 多个数据进行对比。
《地下水水文学实验》 PPT课件
本课程详细介绍了地下水的基础知识以及地下水水文学实验的方法、流程、 结果及应用。让你轻松掌握地下水水文学实验的核心知识。
地下水基础知识介绍
1
概念
地下水是指地表下面的水分。
2
分类
根据埋深、成因、水文特征分类等多个角度，地下水可分为不同类型。
3
分布
地下水分布广泛，随时随地都可能存在。
唐卫, 程德武, 郑煜曜
地下水水文学研究及其环境影响评价
地下水水文学研究及其环境影响评价地下水是一种生态系统中至关重要的自然资源，与陆地表层流域水文过程密切相关。
地下水受降雨、蒸发、渗漏等因素的影响，由地层及地形特征所限制，具有较高的自举性和延迟性。
此外，人为干预也会对地下水的水文形态产生重大影响。
因此，地下水水文学研究及其环境影响评价显得尤为重要。
一、地下水水文学研究地下水水文学研究的核心是对地下水的数量和分布规律，以及在不同地质条件下的水文过程进行深入的分析和研究。
地下水水文学的研究对象涉及到自然界和人类生活中几乎所有的领域，例如水源地的保护、水资源的合理利用、地下水矿产资源的开发等等。
在地下水水文学研究中，进行水文测量是必不可少的步骤。
通过许多不同的技术手段，如探井法、电极法、可控源法等等，可以获得地下水深度、渗透率、水位变化等关键参数。
此外，采用遥感技术也可以帮助人们获取地下水水文信息。
例如，通过卫星遥感图像对地表温度进行监测，可以揭示地下水运动的水文特征。
二、地下水水文学的环境影响评价地下水水文学的研究不仅涉及到科学和技术领域，还具有社会和环境领域的重要意义。
随着人口和经济的增长，地下水资源也不断受到污染和过度挖掘的威胁，加强对其环境影响的评价显得尤为重要。
地下水水文学的环境影响评价可以从水源保护、水文过程调控、水资源管理等层面进行分析。
对于水源保护，应该注重人类活动对地下水质量的影响，例如工业废水的排放、农业面源污染等等。
在水文过程调控方面，需要考虑工程控制对地下水运动的影响，例如地下水补给系统的设计、地下水开发对地表水流和生态环境的影响等等。
在水资源管理方面，应该综合考虑地下水与地表水的互动关系，明确适当地调控地下水开发和利用的总量和速率。
三、结论地下水水文学是生态系统中非常重要的一个分支，促进其研究对于维护生态环境、合理利用水资源具有重要意义。
从水文学角度出发，对地下水进行科学、系统的研究有助于了解其运动特征及分布规律，进而推动其保护和管理。
学科是水文地质学,也称地下水水文学。
学科是水文地质学，也称地下水水文学。
水文地质学，也称地下水水文学，是研究地下水在地球系统中的循环和分布规律以及与地下水有关的地质现象的学科。
它主要研究地下水的形成、储存、运动和补给，以及地下水与地质构造、地下水污染、地下水与地表水之间的相互作用等问题。
水文地质学的主要研究内容包括以下几个方面：
1. 地下水循环：研究地下水的形成、补给和排泄过程，以及地下水与大气、地表水和土壤水之间的相互作用关系。
2. 地下水储存：研究地下水在不透水层和含水层中的储存形式、储量和分布规律，以及地下水库的形成和演化过程。
3. 地下水运动：研究地下水的流动原理、流速和流向，以及地下水流动对地质构造和地表地貌的影响。
4. 地下水补给：研究地下水的补给源、补给途径和补给量，以及补给过程对地下水质量的影响。
5. 地下水污染：研究地下水受到污染的原因、途径和影响，以及地下水污染治理和保护的方法和技术。
水文地质学在水资源开发利用、环境保护和地质工程等方面具有重要的应用价值，对于维护地球上的水资源安全和生态环境的平衡起着重要作用。
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。
地下水水文学原理
地下水水文学原理地下水水文学原理是研究地下水运动规律和地下水系统特征的学科，它是地下水水文学的基础。
地下水是地壳中的一种重要水体，它以独特的方式在地下流动，对地球的水循环起着至关重要的作用。
地下水水文学原理主要包括地下水的形成、补给、运动、贮存和排泄等方面。
首先，地下水是由地表降水、地下渗漏和地下水补给等因素共同作用形成的。
地球上的降水经过渗透、入渗等过程，逐渐渗入地下，形成地下水。
其次，地下水的运动是由水头差驱动的，即水从高压区向低压区流动。
地下水的运动速度相对较慢，通常为米/年或厘米/年级别。
地下水的运动路径主要受到岩石裂隙、孔隙度、渗透性等因素的影响。
地下水的贮存主要以含水层为主，它是地下水的主要贮存介质。
最后，地下水排泄主要是通过泉水、井水和地下水渗漏等方式将地下水排泄到地表。
地下水水文学原理的研究对于水资源的合理利用和地下水环境的保护具有重要意义。
通过对地下水的水文学原理的研究，可以预测地下水资源的分布和变化规律，为地下水开发利用提供科学依据。
同时，地下水水文学原理的研究还可以揭示地下水与地表水之间的相互作用关系，为水资源的综合管理和保护提供科学依据。
地下水水文学原理的研究方法主要包括野外观测和实验室试验两种。
野外观测是通过建立地下水观测井和监测站等设施，定期对地下水位、水质、渗漏量等进行观测和记录。
实验室试验则是通过模拟实验室条件，模拟地下水运动和贮存等过程，研究地下水的水文学原理。
这些研究方法的应用可以提供大量的实地观测数据和实验数据，为地下水水文学原理的研究提供可靠的依据。
地下水水文学原理的研究还涉及到一些重要的概念和参数。
其中，水头是地下水水文学中的关键概念之一，它是指地下水的势能。
水头差是地下水运动的驱动力，水头差越大，地下水运动越快。
另外，渗透率是衡量岩石渗透性的重要参数，它反映了地下水在岩石中传导的能力。
孔隙度则是衡量岩石中含水空间的能力，它是地下水贮存的重要因素。
地下水水文学原理是研究地下水运动规律和地下水系统特征的学科。
地下水水文学课件
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。
毛细管 悬着水
地表
包 气 带
支持 毛管带
地下水
第十九页，本课件共有139页
松散岩土毛细管上升高度
岩土名称
细砂砾岩 极粗砂 粗砂 中砂 细砂 淤泥
颗粒尺度 （mm）
2~5 1~2 0.5~1 0.2~0.5 0.1~0.2 0.05~0.1
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
H
承压含水层
第三十五页，本课件共有139页
P ’
P ’
（1）空隙度发生变化 由于上复的荷载没有变化，则原来由水压力承
毛细管 悬着水
地表
包 气 带
支持 毛管带
地下水
第二十一页，本课件共有139页
重力水：
是受重力作用而能自由运动的那一部分水， 具有一般液态水性质，如可以在重力作用下产生 水流运动，能传递压力等，因此，重力水不易保 持在土壤上层，是形成地下水的重要来源。
第二十二页，本课件共有139页
2）气态水 气态水指以水蒸气状态存在于非饱和含水岩
岩土允许水体透过本身的性能称为透水性。
岩土的透水性主要取决于岩土空隙的大小、形状 、数量及联通性。
度量岩土透水性的指标是渗透系数。渗透系数愈
大，表明岩土的透水性愈强；反之，则愈弱。 （后 述）
第三十七页，本课件共有139页
4．含水层及隔水层
1）含水层：
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地下⽔⽂学地下⽔⽔⽂学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(Y)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：Z 0=X 0 + Y在陆地：Z c =X c - Y全球： Z 0 + Z c = X 0 + X c⽔在岩⼟中的赋存形式液态⽔结合⽔：受到固相表⾯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，在⽑细⼒的作⽤下，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θ：单位体积岩⼟中所含⽔的体积(water content; mositure content)容⽔度(water capacity) C w ：岩⼟完全饱和时所容纳的最⼤⽔体积与岩⼟总体积之⽐。
在数值上，⼀般与孔隙度(裂隙率、溶隙率)相等，但对于有膨胀性的岩⼟，由于充⽔后体积扩⼤，其容⽔度可⼤于孔隙度饱和度(saturation) S ：含⽔率与容⽔度的⽐值。
S =1表⽰饱和，0== 式中—体积含⽔率--含⽔体积 —包括孔隙在内的岩⼟总体积 --重量含⽔率--含⽔的重量 --⼲燥岩⼟的重量持⽔性(moisture retention)：含⽔岩⼟在重⼒作⽤下释⽔时，由于固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R e ：指饱⽔岩⼟在重⼒作⽤下，经过2—3天释⽔后，岩⼟空隙中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
4．含水层及隔水层
1）含水层：
是指能够透过并给出相当数量水的岩层。 故符合含水层定义的有二个条件： 储存有水； 水可以在其中运移。
2）隔水层（不透水层）：
可以储存有水但是不能透过和给出水，或 透过和给出水的数量很小的岩层。
划分含水层和隔水层的标志并不在于岩 层是否含水，关健在于所含水的运动性质。
薄膜水的特点：
薄膜水主要受分子引力和静电引力作用（为 31～6.25大气压），与液态水的性质基本相似，
在引力作用下能以湿润的方式，从水膜厚处向水
膜薄处缓慢移动，即从土壤湿润的地方向干燥的 地方运移，属于非饱和土壤水运动研究的范畴。
当薄膜水达到最大厚度时的土壤含水量成为
最大薄膜水含水量。多余的水分子在重力和毛细
2）裂隙
主要存在固结的坚硬岩石中。固结的坚 硬的岩石，一般不存在或只保留一部分颗粒 间的空隙，而发育各种成因形成的裂缝状空 隙，称为裂隙。 裂隙按其成因可分为三种类型：
风化裂隙
成岩裂隙
构造裂隙
衡量裂隙的体积多少的指标以裂隙率 nf 表示， 即
nf
Vf V
100%
式中，Vf ~ 岩石中裂隙的体积； V ~ 岩石总体积（包括裂隙在内）。
V
VP n 100% V
式中，n ~ 岩土的孔隙度； V ~ 包括孔隙在内的岩土体积； VP ~ 岩土中孔隙的体积。
VP
Ma
Mw
M
Vs
Ms
土壤三相图
常见岩土的孔隙度
岩土名称 粘土 粉土 中、粗粒混合砂 均匀砂 细、中粒混合砂 砾石 砾石与砂 页岩 孔隙度（％） 45－55 40－50 35－40 30－40 30－35 30－40 20－35 1－10
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
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。
地下水水文学重点
1、地下水水文学：研究地下水的形成与转化、分布与运动、动态预报与资源评价，以及系统规划与系统管理的学科2、自然界水循环的大循环、小循环，水循环三要素大循环：海陆之间一一全球性气候控制小循环：海洋内或陆地内一一局部气象因素控制水循环三要素蒸发、降水和径流3、岩土的空隙分类，液态水的三种存在形式分类：孔隙裂隙溶隙根据分子受力状况分为结合水、重力水和毛细水4、容水性（容水度）、持水性（田间持水量）、给水性（给水度）三者定义及关系容水度：岩土完全饱和是所容纳的最大水体积与岩土总体积之比田间持水率：饱和岩土在重力作用下，经过2-3天释水后，岩土空隙中尚能保持的水体积与岩土总体积之比，此时含水率称为田间持水率。
给水度：饱水岩土在重力作用下所释出的水体积与岩土总体积之比。
给水度=容水度--持水度，给水度=饱和含水率--田间持水率5、含水层，隔水层，含水系统含水层——能透过并给出相当数量水的岩层隔水层一一不能透过和给出水，或透过和给出水的数量很小的岩层含水系统一一松散岩土中，地下水呈连续均匀的层状分布，但坚硬岩石中的裂隙及可溶岩石中的溶隙，地下水非为层状分布，将这样的含水岩体称之为含水系统。
6、包气带水、上层滞水的定义；潜水、承压水的定义及特征包气带水——地下水面以上，岩土空隙未充满液态水，与大气相连通，称为包气带，赋存其中的水，称之为包气带水。
上层滞水一一包气带局部隔水层上部积聚具有自由水面的重力水潜水——地表以下埋藏在饱水带中第一个具有自由水面的重力水承压水一一充满于两个隔水层之间的含水层中具有静水压力的重力水。
7、根据等水压线图确定承压水头、埋藏深度，判断成井的适宜性8洪积扇分带及洪积物分布规律（洪积扇分为三带砂砾石带粗粒沉积交错过渡带粘性细土带）从山前到平原：地形坡度由陡变缓，岩性由粗变细，透水性由强变弱赋存其间的地下水：含水量由多变少，潜水埋深由大变小，承压水水头由小变大水化学：含盐量低的HC03 含盐量高的S04、Cl9、黄土湿陷性，不同黄土地貌的富水性能黄土是干燥气候下的产物，见水后往往下沉，称为黄土的湿陷性黄土塬：地下水丰富10、裂隙水分类：风化裂隙水成岩裂隙水构造裂隙水构造裂隙主要影响因素：主要受岩性和构造应力控制导水断层的意义：①贮水空间②集水廊道③导水通道的作用。
地下水水文学重点
地下水水文学重点1、地下水水文学:研究地下水的形成与转化、分布与运动、动态预报与资源评价，以及系统规划与系统管理的学科2、自然界水循环的大循环、小循环，水循环三要素大循环：海陆之间——全球性气候控制小循环：海洋内或陆地内——局部气象因素控制水循环三要素蒸发、降水和径流3、岩土的空隙分类，液态水的三种存在形式分类：孔隙裂隙溶隙根据分子受力状况分为结合水、重力水和毛细水4、容水性（容水度）、持水性（田间持水量）、给水性（给水度）三者定义及关系容水度：岩土完全饱和是所容纳的最大水体积与岩土总体积之比田间持水率：饱和岩土在重力作用下，经过2-3天释水后，岩土空隙中尚能保持的水体积与岩土总体积之比，此时含水率称为田间持水率。
给水度：饱水岩土在重力作用下所释出的水体积与岩土总体积之比。
给水度=容水度--持水度，给水度=饱和含水率--田间持水率5、含水层，隔水层，含水系统含水层——能透过并给出相当数量水的岩层隔水层——不能透过和给出水，或透过和给出水的数量很小的岩层含水系统——松散岩土中，地下水呈连续均匀的层状分布，但坚硬岩石中的裂隙及可溶岩石中的溶隙，地下水非为层状分布，将这样的含水岩体称之为含水系统。
6、包气带水、上层滞水的定义；潜水、承压水的定义及特征包气带水——地下水面以上，岩土空隙未充满液态水，与大气相连通，称为包气带，赋存其中的水，称之为包气带水。
上层滞水——包气带局部隔水层上部积聚具有自由水面的重力水.潜水——地表以下埋藏在饱水带中第一个具有自由水面的重力水承压水——充满于两个隔水层之间的含水层中具有静水压力的重力水。
7、根据等水压线图确定承压水头、埋藏深度，判断成井的适宜性8洪积扇分带及洪积物分布规律(洪积扇分为三带砂砾石带粗粒沉积交错过渡带粘性细土带)从山前到平原：地形坡度由陡变缓，岩性由粗变细，透水性由强变弱赋存其间的地下水：含水量由多变少，潜水埋深由大变小，承压水水头由小变大水化学：含盐量低的HCO3 含盐量高的SO4、Cl9、黄土湿陷性，不同黄土地貌的富水性能黄土是干燥气候下的产物，见水后往往下沉，称为黄土的湿陷性黄土塬：地下水丰富10、裂隙水分类：风化裂隙水成岩裂隙水构造裂隙水构造裂隙主要影响因素：主要受岩性和构造应力控制导水断层的意义：①贮水空间②集水廊道③导水通道的作用。
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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10章孔隙水
提要
要求掌握冲洪积扇中的地下水、冲积平原（特别是河谷冲积平原）中的地下水埋藏分布特征及供水意义，了解湖积物中的地下水和黄土高原中的地下水埋藏分布特征及供水意义，能够进行含水系统实例分析。
第10章孔隙水
孔隙水（pore water ），是指赋存于松散沉积物颗粒或集合体构成的孔隙网络中的地下水。
按含水层埋藏条件，孔隙水可分为孔隙潜水和孔隙承压水。
10.1 冲洪积扇中的地下水10.2 冲积平原中的地下水10.3 湖积物中的地下水10.4 黄土高原的地下水10.5 孔隙含水系流实例分析
第10章孔隙水
中国地势图
第10章孔隙水
中国地貌图
10.1 冲洪积扇中的地下水
典型的冲洪积扇（alluvial and pluvial fan ）形成于干旱半干旱地区的山前地带。
洪流所携带的物质以山口为中心堆积成扇形，故称扇形地；多在山前成群分布，构成扇群，扇间为洼地。
洪积扇由山口向平原具有明显的分带性：
（1）地形地貌分带：由山口向平原（盆地），地貌上由扇顶→扇中→扇前缘，地形由高→低，地面坡度由陡→缓；岩性由粗→细。
（2）水动力条件与沉积作用分带：集中的洪流→辫状散流，水流速度和搬运能力由大→小，沉积作用由弱→强；水流携带的物质随地势和流速的变化而依次堆积，先堆积粗粒物质，后堆积细粒物质。
10.1 冲洪积扇中的地下水
（3）岩性分带：扇顶多为砾石、卵石、漂石等，沉积物不显层理，或仅在所夹细粒中显示层理；向外过渡为砾及砂为主，出现粘性土夹层，层理明显；没入平原部分为砂及粘性土夹层。
（4）地下水分带：扇顶物质颗粒粗大，多直接出露于地表，地势高，潜水埋藏深，岩石透水性好，补给充沛，地下径流强烈，蒸发微弱，形成低矿化水，属潜水深埋带或
盐分溶滤带，多为HCO
3－Ca、CaNa、CaMg型水，水位变化
大；向下游，地形变缓，颗粒变细，透水性变差，地下水流受阻，潜水位壅高接近地表，形成泉和沼泽，蒸发增强，水的矿化度增高，为地下水溢出带或盐分过路带，地下水位动态变化小。
此带向下游进入平原区，地势变平，颗粒变细，潜水埋深不大，蒸发强烈，土壤常发生盐渍化，为潜水下沉带或盐分堆积带。
10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇剖面图
10.1 冲洪积扇中的地下水
扇形地中地下水特点，由扇顶至前缘：
①含水层物质：颗粒由粗变细，透水性由强变弱。
②水位埋深：由大变小；水位变化由大变小。
③地下水径流：由强变弱，渗透速度由大变小。
④水化学作用：由单一（溶滤作用为主）变多样（溶滤、
蒸发浓缩、阳离子交替吸附等），水化学类型由单一变复
杂。
⑤水质：由好变差，矿化度由低增高。
城镇应分布于溢出带以上最有利于取用地下水地带。
10.1 冲洪积扇中的地下水
10.1 冲洪积扇中的地下水
扇型地地层剖面图
10.2冲积平原中的地下水
冲积平原（Alluvial plain）以黄河下游平原为
例，郑州市以上黄河以侵蚀搬运作用为主，以下进入
华北平原，坡降变小，堆积作用为主，河床抬高而成
为地上河。
现代河道与近期运动古河道地势高，岩性粗，渗透
性好，利于降水，地表水入渗补给，水位埋深大，蒸
发作用弱，溶滤作用为主，水质良好，自两侧向河间
洼地、地势渐低、岩石变细，渗透性变差，水位变浅，
蒸发增强，矿化度增大。
地下分布有咸水层，其厚度50~200m，矿化度
M>2g/l，为Q
2晚期干旱气候下大陆盐化的产物。
咸水
层发生过运移。
第10章孔隙水黄河冲积平原剖面图第10章孔隙水
吉林省西部
低平原地层结构图
10.2冲积平原中的地下水10.2冲积平原中的地下水
河谷冲积平原中的地下水：含水层颗粒较粗大，沿江河成
条带状有规律地分布，与地表水水力联系密切，补给充分，水
循环条件好，水质较好，开采技术条件好，一般可构成良好的
地下水水源地。
10.2冲积平原中的地下水10.3湖积物中的地下水
湖积物（lacustrine deposits）属于静水沉积，颗粒分选
良好，层理细密，岸边浅水处沉积砂砾等粗粒物质，向湖心
过渡为粘土，与气候、构造及是否有河流进入或穿越有关。
气候的周期性干湿交替，或构造下降与停顿交替，可造成砂
砾层与粘土层交替堆积，形成多个被粘土分隔的含水砂层。
我国第四纪初期湖泊众多，湖积物发育，后期湖泊萎缩，
湖积物多被冲积物所覆盖。
侧向分布广泛的粗粒湖积含水砂
砾层主要通过进入湖泊的冲积物~砂层与外界联系，而垂向
上有粘土层分布越流补给比较困难。
湖积物通常有规模大的
含水砂砾层，因其与外界联系差，补给困难，地下水资源一
般并不丰富。
10.4黄土高原的地下水
我国西部黄土高原（loessial plateau）普遍分布黄土
（loess），其粉粒（silt）含量大于60%，富含钙质，结构较为疏松。
Q
1+2
黄土，多为粉质亚粘土，呈棕黄色，局部微显红色，厚度最大200m，形成10余层深棕色、黑色的古土
壤层，层下为钙质结核层。
Q
3
黄土呈淡黄色，厚数n~n×10m，主要为粉质亚粘土，结构格外疏松。
黄土均发育垂直节理（vertical joint），且多虫孔、根孔
等以垂向为主的大孔隙(macro pore)，其K
v 比K
h
大许多。
甘
肃黄土，K
v = 0.19~0.37 m/d，K
h
= 0.002~ 0.003 m/d (张宗祜，
1966)。
随深度（h）加大，Kv 明显变小。
10.4黄土高原的地下水黄土高原地下水
10.4黄土高原的地下水
黄土高原地下水水量不丰富，地下水埋深大，水质较差。
为岩性、地貌、气候综合作用的结果。
黄土塬为在流水侵蚀下原始地貌保持较好的规模较大的黄土平台。
黄土梁指长条带的黄土垅岗，黄土峁指深圆形的黄土土丘。
黄土塬有利于降水入渗（α＝0.05～0.10），地下水较丰，由中心向四周地下水散流，中心水位浅，边缘水位深，矿化度向四周增大，至沟谷成泉、泄流。
黄土梁、峁切割强烈，不利于降水入渗（α<0.01），水量贫乏，水质较差，水位浅埋。
10.5孔隙含水系流实例分析
甘肃省河西走廊石羊河流域，面积3000km2，石羊河全长100km，流出南部祁连山有古浪、黄羊等8条河，年总径流量14.4亿m3/a，到洪积扇（厚100~ 400m的巨大卵砾石）渗入地下为6.5亿m3/a（占45%），到武威盆地中部，沿河槽的泉水溢出量3.2亿m3/a，后汇成石羊河，占河川径流的94.5~95.7%。
入民勤盆地后，被引入田间，最后排入北部的湖沼中，蒸发消耗。
10.5孔隙含水系流实例分析武威盆地
水系图10.5孔隙含水系流实例分析地表-地下水转化图
10.5孔隙含水系流实例分析
启示：
含孔隙水的沉积物成因类型的变化是地形和水流状态改变的结果，其变化是连续的，水是连续的，上游的取水量会影响到下游的用水。
开发利用地下水，要充分考虑本区地下水与邻区地下水之间、地下水与地表水之间、地下水与生态环境之间的关系，正确认识地下水系统、水资源系统和生态环境系统的关系。