水文地质学基础课件

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• 综上所述，地下水具有多方面的功能和作用， 与人类有着极其密切而复杂的关系，具有积极 和消极两方面的意义。我们的任务就是要在水 文地质学理论的指导下，搞清地下水的形成、 赋存、演化规律，合理有效的开发利用地下水 资源，发挥其积极作用；同时还要充分认识地 下水与环境的关系，合理干预他们之间的平衡， 使水文地质过程向着有益于人类生活和生产方 向发展。同时，还要对业已出现的有关地下水 的环境灾害问题——水资源枯竭，地面变形、 海水入侵、土壤盐碱化、沙化等，采取相应的 措施加以控制和解决，称之为兴利除害。
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松散岩石的孔隙度大小决定着它的储水能力，孔 隙度越大，储水越多。 * 孔隙度大小取决于下列因素： a.* 颗粒的大小和分选程度（均匀程度）； b. 颗粒的排列方式； c. 颗粒形状及胶结物充填情况。 其中颗粒的大小和分选性最为关键。一般， 颗粒越小、越均匀的松散岩石其孔隙度越大，储 水能力越强。之外，颗粒的松散排列、形状的不 规则、少胶结和少充填，都会使孔隙度加大，增 加储水能力。 粘性土由于会产生结构孔隙和次生空隙，其 孔隙度大小另当别论。
*地下水圈— 地表以下至地幔带，各个深度之间的水 具有一定的水力 联系，从而构成一个统 一的含水整体，即地下水圈 。
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*地下水——赋存在地表以下岩石空隙 中的水。 *** 水文地质学—— 是研究地下水的科学。它研究地下水 与周围环境（岩石圈、水圈、生 物圈、大 气圈）及人类 活动的相互作用下，其水质、 水量的时空变化规律；并研究如何运用这 些规律兴利除害，造福于人类。
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3、溶穴 —可溶岩在地下水作用下所产生的洞穴。 * 岩溶率（Kk)— 溶穴的体积Vk与包括溶穴在内 的岩石体积V之比。 (小数或百分数） Kk = Vk / V 岩石中的空隙是地下水赋存的场所和运移通道。 但这些空隙必须依一定形式连接起来构成网络， 才具有给水意义。空隙网络特征如下： a.松散岩石：连通性好、分布均匀、各向同性。 b.坚硬岩石: 宽窄不等、长短不一、分布不均、 方向性强、连续性差。 c.可溶岩 :溶穴大小悬殊、分布极不均匀。 * 按含水空隙介质类型，可将地下水分为： * 孔隙水；* 裂隙水；* 岩溶水。
* 地表水系— 汇注于同一干流的所有水道与干流一 起构成的地表径流系统。 * 流域 — 一个水系所分布的范围。 分水岭（分水线） — 两个流域间地形最高点线。 * 流量（Q) — 单位时间内通过河流某一 断面的水 量（m3 / s) 。 Q=F*V F— 过水断面面积
V — 水的平均流速
径流总量（W) — 某一时段内通过河流某一断 面的总水量（m3)。 W = Q *T * 径流摸数 (M) — 单位流域面积上产生的流量（L / s )。 M = Q / F *103 (1L = 10-3 m3 )
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* 径流深度（Y) — 计算时段内的径流总量 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（ mm) 。 -3 Y = W / F * 10 * 径流系数（a) — 同一时段内流域面积上 的径流深度（mm)与降 水量(mm)的比值。 a =Y / X • 我国水文循环概况 (自学)
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我国水文循环概况及特点( 2 ~ 1 )
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我国水文循环概况及特点 ( 2 ~ 2)
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我国水文循环概况及特点 ( 2 ~ 3 )
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第二章 岩石中的孔隙与水分
岩石的孔隙。 水在岩石中存在的形式：结合水、毛细水、重力水 等。 岩石的容水性、持水性、给水性、透水性。 有效应力原理与松散岩石的压密。 教学提示： 本章应着重阐明岩石的孔隙性与其对水的储容、 滞留、释出及透过能力的关系；利用太沙基有效应力 原理，解释地下水位下降引起地面沉降的基本机制
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• 三、水文地质学发展过程（自学）
• 此类问题的基本思路： • 任何一种学科的发展，都是由低级向高级 螺旋式的逐渐发展起来的。该过程一般都是伴 随着人类生活、生产以及生存的需要而出现的。 需要将成为各个学科发展的强大动力。
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四、水文地质学发展的趋势 1、由寻找地下水转为解决地下水资源问题； 2、研究范围由饱水带含水层到包气带及相对 隔水层在内的整个含水系统； 3、研究对象由饱水带岩石空隙中的水扩 展到地下水圈； 4、理论研究、实验研究与技术方法的应用相 结合， 使水文地质学由定性分析向严密的 定 量 分析方向发展； 5、水文地质学与环境科学相结合。
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一、岩石中的空隙 — 岩石中大小不等、形状各异的 空间。 * 岩石中的空隙 性— 岩石空隙的大小、多少、 形 状、连通情况和分布点。 岩石中的空隙按成因分为三大类： a.松散岩石中的孔隙； b.坚硬岩石中的裂隙； c.可溶岩中的溶穴（溶洞）。 1、孔隙 — 松散岩石中 颗粒或颗粒集合体 之 间 的空隙。 * 孔隙度（n)— 包括孔隙 在内的某一体积（V ） 岩石中孔隙体积（Vn）所占的比例。 n = Vn / V 或 n = Vn / V %
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• 4、地下水是重要的环境要素
• 没有地下水植物则不能生长；水缺了旱，水多了涝。 • 地下水位高了会引起土壤盐渍化、沼泽化。 • 地下水位降低了会导致土壤沙化或沙漠化、草场退化、 地面变形（地面沉降、地裂缝、地面塌陷）。 • 劣质水变坏饮之伤身 ：缺碘会引起甲状腺肿大，高氟 使骨质疏松、变脆、牙齿变黄；含盐过多不能饮用，甚 至不能灌溉农田。 * 地下水污染 —— 在人类作用下使地下水水质向着不利 于人的生存和发展方面变化的现象。
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三、影响水文循环的气象、水文因素
（一）、气象因素 大气中主要由氮（78%）、氧（21%）和少量的 二氧化碳、臭氧、水汽和尘埃构成大气质量。 1、大气圈结构 2、大气的热源 3、主要气象要素：a、气温；b、气压； c、 湿度；d、*蒸发；e、*降水。 （二）、径流 。（地表径流和地下径流，两者都 是 在重力作用下，水沿地表或地下的流动过程 . 它们都是按系统分布的，该系统称之为水系） 20
2、裂隙 — 坚硬岩石中由破裂变形而产生的裂缝 式空隙。 （按成因可分为三种） a. 成岩裂隙 — 岩石在形成过程中产生的裂隙。 b.构造裂隙 — 岩石在构造运动中受力破坏所产 生的裂隙。 C.风化裂隙 — 岩石在风化作用下破坏而产生 的裂隙。 * 裂隙率(Kr) —岩石中裂隙的体积Vr与包括 裂隙在内的岩石体积V之比。 体积裂隙率 —（同上）。 面积裂隙率 — 单位面积岩石上裂隙面积 所占的比例。 线裂隙率 — 在垂直于裂隙方向上单位 长度内裂隙所占比例。
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• 二、《水文地质学基础》与其他学科的关系
• 地下水活动的复杂性与广泛性，决定了水文地质 学学科的综合性，它与许多学科相互渗透，共同 发展。如： • 水质的变化——水文地球化学及水分析技术。 • 水量问题——地下水动力学及计算技术、大气降 水及地表水方面的知识。 • 水与环境的关系——环境水文地质学、生态学、 植被学、土壤学等。 • 地下水的赋存 ——地层岩石、地质构造、第四纪 地质、地貌。
《水文地质学基础》
授 课 人：刘金峰 教 材：王大纯等《水文地质学基础》/ 地质 出 版 社 / 1995 实验讲义：周淑敏等《水文地质学基础实验讲义》 /经济学院 /1999 参考教材：于开宁等《水文地质学》/经济学院 /1998 课 时：理论课与课堂练习50，实验课：4
工程学院
2005、3
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绪 言
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第一章 地球上的水及其循环
自然界中水的形成。 自然界中水的分布。 自然界中水的循环。 影响水循环的因素—气象、水文、地质等因 素。 教学提示：本章从自然界水的分布及其统一 性来认识地下水，重点阐明地下水资源是地 球水资源的一部分。
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• 一、地球上的水
• 地球各层圈（地核、地幔、地壳、水圈、生物圈、 大气圈）都有水，但不同层圈中水的含量、分布、 物化状态差别甚大。 • 地壳上部（<15km)[岩石圈、生物圈、水圈、大 气圈]不受高温、高压影响，以H2O的 形式存在（液态、固态、气态） ，含 量很大， 为14亿km3，占地球水的 99.98%。 压密的汽水溶胶。 3 • 地壳下部（15~35km ):------- + H+ 上地幔 : H O ---------------OH 2 • -+ • 下地幔、地核 : OH ------ H + O
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自然界的水循环
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二、自然界的水循环
* 自然界的水循环 — 地球各层圈之间水的相互联系相 转化的过程。 1、地质循环 — 地球深部层圈与浅部层圈之间 水分的相 互转化过程。 2、* 水文循环 — 大气水、地表水和地壳浅部 水之间的 相互转化过程。 • 在太阳热和重力的作用下，水文循环以蒸发、降水、 径流等方式周而复始的进行着，保持着天然的水分平 衡。根据水文循环中水的运动途径不同，水文循环又 分为大循环和小循环。 （1）大循环 — 发生在海洋与大陆之间的水分交换过程。 （2）小循环 — 发生在海洋或陆地内部的水分交换过程。
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• 3、地下水是传递地球内部信息的载体
• 地下水在环境介质中运动，二者相互作用的结 果，双方都被改造，都“扑获”了对方的某些 物质和信息（如成分、温度、压力等） • 水化学找矿。 • 地热异常。 • 人们可象诊脉看病一样，根据地下水的某些异 常现象来判断地球内部的某些变化。如地应力、 地热、地球化学等方面的变化，都可以通过地 下水水位、水温、水质等的异常情况加以研究 判断。
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岩石中水的存在形式
* 岩石空隙中的水 * 按水的物理状态分为：气态水、液态水、固态水； * 按水的受力状态分为：结合水 { 强结合水（吸着 水）、 弱结合水（薄 膜水）}、毛细水、 重力水。
水文地质学的概念、研究对象、内容； 水文地质学在经济建设中的作用； 地下水的功能； 水文地质学的发展概况。
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水存在于：江、河、湖、海、渠、坑、塘等洼地 ——地表水 大气层 ——大气水 生物体内 ——生物水 地壳浅部（十几公里，主要1～2公里） —地下水 矿物结晶格架 — 地下水 岩浆源 ——地下水 地幔带 ——地下水