水文地质学基础第六版绪论
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:
第1章 绪论(水文)
1.2水文现象及其研究方法
1.2.1水文现象及其基本规律 （1)水文现象的确定性规律 水文现象同其他自然现象一样，具有必然性和偶然性两方面，在水文学中通常称必然性为
确定性，称偶然性为随机性。 河流每年都有洪水期和枯水的周期性交替；冰雪水源河流具有以日为周期的水量变化。产
01 水资源及其开发利用 02 水文学现象及其研究方法 03 课程主要任务与内容
PART 01
水资源及其开发利用
1.1水资源的涵义及特点
1.1.1水资源的涵义及特点 水资源是一种自然资源，是人类赖以生存和发展不可替代的一种资源。各时期对水资源的
含义存在着不同的见解，2012年联合国教科文组织和世界气象组织共同给出了水资源的涵义： “水资源是指可供利用或有可能被利用的水源，这个水源具有足够的数量和合适的质量，并满 足某一地方在一段时间内具体利用的需求”。
1.1水资源的涵义及特点
1.1.3我国水资源状况 据预测，2030年中国人口将达到16亿，届时人均水资源量仅有1750 m³ 。在充分考虑节
水情况下，预计用水总量为7000亿至8000亿m³ ，要求供水能力比现在增长1300亿至2300亿 m³ ，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，水资源开发难度极大。
1.1水资源的涵义及特点
1.1.2水资源的开发利用 水资源是一种动态资源，其特点主要表现为循环性、多用途性、有限性、分布的不均匀性
和利害两重性。人们在长期的生产、生活过程中，为了自身和环境的需要在不断地认识和开发 利用水资源，其开发利用包括兴水利、除水害和保护水环境。
兴水利主要指农田灌溉、水力发电、城乡给排水、水产养殖、航运等； 除水害主要是防止洪水泛滥成灾； 保护水环境主要是防治水污染，维护生态平衡，为子孙后代的可持续利用和发展留一片绿 水青山。
水文地质学基础第六版课程设计
水文地质学基础第六版课程设计
一、课程背景
水文地质学是地学和水利工程领域中的一门重要学科，它主要研究
地下水的分布、流动和水文地质条件对水资源开发、管理和环境保护
的影响。
本课程是一门基础课程，通过对水文地质学基本理论、方法
和应用进行系统讲解，旨在培养学生具备水文地质学的基本知识和能力，为从事相关工作打下坚实的基础。
本课程的第六版历经多年的教学实践和科学研究，已经在多所高校
得到广泛应用和好评。
因此，本次课程设计将以第六版的著作为基础，结合实际情况，进行具体应用和实践。
二、课程目标
1.理解水文地质学的概念、范畴和基本原理；
2.掌握水文地质学常用的调查、分析、计算和评价方法；
3.熟悉地下水的分布、流动、水质、水文地质条件和演化规
律；
4.能够应用水文地质学的理论和方法，对各种水文地质问题
进行分析、判断和解决。
三、教学安排
本课程设计共分为八个单元，每个单元包含一章或多章课程内容。
单元章节主要内容教学时间。
《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(第六版)第4章 地下水的赋存
中间带（过渡带） 支持毛细水带，毛 细饱和水带
包气带是饱水带中地下水参与水文循 环的一个重要通道；“重力水”通过 包气带获得降水、地表水的入渗补给 （补充），部分水又通过包气带将水 分传输，蒸发，消耗出去。
饱水带
岩石空隙被水完全充满 →→是二相介质（固相+液相水）
空隙中水的存在形式：
①重力水
②结合水
承压水埋藏类型：
承压水的形成主要取决于地质构造，不同的地质构造决定了承压水埋藏 类型的不同。这是与潜水形成的主要区别。 构成承压水的地质构造大体上可以分为：盆地或向斜构造和单斜构造
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动态特征：
承压水参与水循环不如潜水积极，气象、水文因素对于 承压水的影响较小，承压水动态比较稳定，资源不容易补 充和恢复，但是由于其含水层厚度通常较大，资源具有多 年调节性。
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可解决的问题：
潜水与地表水的相互关系：根据水位确定潜水与地表水的相互补给关系。
•
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可解决的问题：
潜水与地表水的相互关系：根据水位确定潜水与地表水的相互补给关系。
•
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承压水的水质取决于埋藏条件及其与外界联系的程度。 与外界联系紧密，参加水循环积极，承压水的水质就越接 近入渗的大气降水和地表水，通常为含盐量低的淡水；如 果与外界联系差，水循环缓慢，水的含盐量就越高。
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水压面特征：
概念：测压水位即测压水的水压面，非实际存在，只是一个
可解决的问题：
合理布设取水井和排水沟：根据水位合理布设取水井和排水沟。
•
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4.3.4 承压水
水文地质学基础第六版教学设计
水文地质学基础第六版教学设计课程背景水文地质学是研究地下水的成因、分布、流动和水文地质条件对水资源、环境和地质灾害的影响等问题的学科。
本课程面向地质学、水文学等相关专业学生，旨在培养学生掌握水文地质学的基本概念、理论和方法，在实践中解决地下水资源开发、保护和管理中的问题。
教学目标1.掌握水文地质学的基本概念、理论和方法；2.熟悉地下水的形成、分布、运动和保护等基本内容；3.能够使用水文地质学的方法解决地下水资源开发、保护和管理中的问题；4.培养学生的实践能力和团队合作精神。
教学安排第一周教学内容1.课程介绍和教学安排；2.水文地质学的概念和历史发展。
教学方式1.授课；2.PPT课件演示。
作业要求1.阅读教材第一章，理解水文地质学的概念和历史背景；2.组建小组，并完成小组自我介绍。
第二周教学内容1.地下水的分布和类型；2.水文地质学的地质基础和水文循环。
教学方式1.授课；2.PPT课件演示。
作业要求1.阅读教材第二、三章，并理解地下水分布和类型、水文地质学的地质基础和水文循环；2.完成小组作业：调查当地地下水的分布和类型，并撰写一份报告。
第三周教学内容1.地下水的运动和流域水文；2.地下水资源的评价和保护。
教学方式1.授课；2.PPT课件演示。
作业要求1.阅读教材第四、五章，并理解地下水的运动和流域水文、地下水资源的评价和保护；2.完成小组作业：对当地地下水资源进行评价和保护措施的提出建议。
第四周教学内容1.地下水的开采和利用；2.地质灾害与地下水。
教学方式1.授课；2.PPT课件演示。
作业要求1.阅读教材第六、七章，并理解地下水的开采和利用、地质灾害与地下水；2.完成小组作业：撰写一个地区水文地质学案例分析报告。
第五周教学内容1.重温课程主要内容；2.总结本课程的收获和不足。
教学方式1.授课；2.小组讨论。
作业要求1.复习本课程的主要内容；2.回顾学习过程，总结收获和不足，并提出建议和意见。
教学成果在本课程的授课过程中，预计可以达到以下教学成果：1.学生掌握水文地质学的基本概念、理论和方法；2.学生了解地下水的形成、分布、运动和保护等基本内容；3.学生能够使用水文地质学的方法解决地下水资源开发、保护和管理中的问题；4.学生培养实践能力和团队合作精神。
《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(第六版)岩石中的空隙与水分
静电引力受2到021距/8/2离0 的影响，结合水的自由不同。
24
3、类型及特征：按牢固程度划分：
强结合水：
密度大于1，平均2g/cm3左右
冰点： -78 ℃
类似固体，不能流动。在温度105℃上才能以气态的形式脱离颗粒表面 溶解盐类能力弱、不能为植物吸收 有较大的粘滞性、弹性和抗剪强度 。
多少：裂隙率。线裂隙率：与裂隙走向垂直方向上单位长度内裂隙所 占的比例。 面裂隙率，体裂隙率。野外研究裂隙时应注意测定裂隙的方15 向、 宽度、延伸长度、充填情况等，这些影响水的运动。
各种岩石裂隙率数值表（变化范围）
岩石 名称
碎屑岩 化学岩 岩浆岩 变质岩 玄武岩 凝灰岩 现代火山岩
裂隙率 %
3-30 ＜1-30
持水性：岩石在重力释水后能在空隙中保持一定数量水的
性质。用持水度表示。
透水性：岩石允许让水通过的性质。用渗透系数或单位吸水
量表示。
2021/8/20
30
容水度（Mc） 岩土完全饱水时所能容纳的水的体积与岩土体积的比值。若
以重量计，则称容水量。 容水度与孔隙度（裂隙率、岩溶率）相等。
Mc
(Vm V
毛细水 固态水 气态水
水文地质学 的重点研究
对象 23
一、结合水
1、概念：分布在颗粒表面受静电引力大于重力，而不能
在自身重力作用下发生运动的那部分水。
2、成因：
➢ 带电荷的颗粒表面，一般带负电，主要存在于细小空隙、裂隙； ➢ 极性分子水，水分子是偶极体，被吸入； ➢ 岩石颗粒周围水分子受到库仑力（静电引力）的作用。
四、地下水分类
按含水介质（空隙特征）分： 孔/t8w/2a0 sh sand and gravel in a gravel pit
水文地质学基础(第六版) 第1章_绪论
.
（7）多技术手段的应用 计算机硬件与软件、遥感技术、同位素方法、地理信息系统
的引入，以及向工程方向扩展，增强了水文地质学解决实际与理 论问题的能力
.
（2） 研究视野扩展
含水层的局部→整个含水层→地下水系统→水文系统→生态 环境系统→技术—社会系统
找水水文地质学，只关心水井周围含水层的局部——“影响半径”。 泰斯公式的应用，扩展到整个含水层。 越流概念的提出，使得包括含水层与弱透水层在内的地下水含水系统，成 为研究的基本单元。 托特的地下水流动系统理论，指出一定条件下地下水可以穿越“隔水层” 而形成统一的地下水流动系统。 英格伦提出将区域地表水和地下水整合在一起的水文系统的概念 。 人为活动对地下水造成一系列复杂的物理、化学与生态效应，形成地下水 生态系统。 人们进行地下水管理，认为地下水纯粹的自然科学技术问题，实际上，其 管理涉及人们的价值判断活动，产生了技术—社会系统。
.
（4）加强包括软科学在内的多学科跨部门研究 加强水文地质学与社会人文科学的结合，其重要性如何强调也 不为过。任何自然科学技术问题的解决，都无法回避人们的价值判 断与利益协调，因此自然科学技术成果，需要借助于社会人文学科 的支撑，逾越种种利益门槛，才有可能被社会所接受，否则，只能 停留在纸面上，无法转化为实实在在的生产力。
.
二、地下水的功能
2.重要的地质营力
地下水承受载荷，应力传递者，热量、化学组分的传输 者——水是良好的溶剂与润滑剂
水库诱发地震
指在原来没有或很少地震的地 方，由于水库蓄水引发的地震 称水库地震，是诱发地震的一 种类型。水库蓄水是引起岩体 中应力集中和能量释放而产生 地震的直接原因。水库地震一 般是在水库蓄水达一定时间后 发生，多分布在水库下游或水 库区，有时在大坝附近
水文地质学基础教程
自然界的水循环
2019/10/1
自然界的水循环
2019/10/1
第二章 岩土中的空隙和水 2.1 岩土中的空隙
（a）分选好的高孔隙度沉积 （b）分选差的低孔隙度沉积 （c）分选好的高孔隙度卵石沉积 （d）分选好的矿物充填沉积
2019/10/1
第一章 绪 论
1.1 地球上的水与水资源：存在形式
• 水存在于：
• 江、河、湖、海、渠、库、塘等洼地—地表水 水圈
•
大气层
—大气水 大气圈
•
生物体内
—生物水 生物圈
• 地壳浅部（十几km，主要1～2km） —地下水 岩石圈
•
矿物结晶格架
—地下水 岩石圈
•
岩浆源
—地下水
岩石圈
•
地幔带
赋存于地面以下岩石空隙中的水(包气带、饱水带中的水)
狭义地下水：地表以下饱水带岩层空隙中的水—重力水 地下水分类：
主要依据——含水介质的类型（赋存空间） 、 埋藏条件（赋存部位）
1.3 水文地质学的发展——趋势
核心课题转移：找水水文地质学→资源…→生态环境… 视野扩展：含水层→地下水系统→水文-生态环境→技术-社 会系统。 目标改变：由当前的问题转向长期的可持续发展… 内容扩展：从地下水的水量为主，转向水量与水质的研究并 重；从狭义地下水，扩大到广义地下水,乃至地下水圈… 思路的改变：从成生角度，加强过程与机理研究… 多学科交叉渗透成为主流：地下水科学与其它自然科学以及 社会科学交叉渗透，以多学科方式研究与处理问题
2019/10/1
水文地质学基础--1.绪论
四个时期：1856年前的萌芽时期，1856年至20世纪中叶的奠 基时期，20世纪中叶至末的发展时期， 21世纪的转变时期。
萌芽时期：由逐水而居到凿井取水——重大转折；
奠基时期：1856年，达西定律，标志可进行地下水渗流的 定量计算—— 奠定了水文地质学的基础；
信息，可以重塑历史时期及地质历史时期的气候变化，是全 球变化的新方向。
1.2 研究内容
研究地下水的形成、演化、分布及运移规律，掌握地下水水量 和水质的时空变化特征； 研究地下水在自然状态及人工干扰下对周围环境的影响及其变 化趋势，并运用所发现的规律合理调控地下水，达到兴利除害， 为人类服务的目的。
普查勘探水文地质学
专门水文地质学
水 文 地 质 学 基 础
地水 下文 水地 动球 力化 学学
区 域 水 文 地 质 学
物
钻
制
遥
同
农
探
探
图
感
位
业
水 文 地 质
水 文 地 质
水 文 地 质
水 文 地 质
素 水 文 地 质
水 文 地 质
学
学
学
学
学
学
城 市 水 文 地 质 学
矿 区 水 文 地 质 学
水资源水文地质学
➢ 利用地下水水位、水温、水化学、气体等的变化或异常，可 以预测地震；
➢ 地下水及其沉淀物的化学组分（常量组分、微量组分、痕量 组分、同位素组分、气体组分、现代元素等），能够提供不 同时空尺度的环境信息，重塑一个地区的水文地质历史；
➢ 水文地球化学找矿； ➢ 利用同位素和现代元素对地下水及其沉淀物测年并提取气候
第1章 绪言(Preface)
水文地质学(1)
水文地质学基础要点总结第一章绪论1.1 水文地质学的研究对象水文地质学是研究地下水的科学，它是研究地下水在与岩石圈、地幔、水圈、大气圈、生物圈和人类活动相互作用下，其水量与水质在时间和空间上的变化以及对各个圈层产生的影响，从而服务于人与自然相互协调的可持续发展。
1.2 地下水的功能功能：资源、地质营力、致灾因子、生态环境因子和信息载体等。
1.2.1 宝贵的资源富集某些盐类和元素的地下水，称工业矿水。
含有某些特殊组分、具有某些特殊性质，因而具有一定医疗保健作用的地下水，称为矿（质）水。
利用含水介储能途径：冬季向井灌注冷水，夏季抽取用于降温1.2.2 重要的地质营力地球内部的水是物质和热量传输及应力传递的载体，是各种地质作用的积极参与者，所有的地下水都是溶液。
1.2.3 不可忽视的致灾因子地下水既是地质营力，又是致灾因子，地下水可以引发地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷、潜蚀管涌、矿坑与隧道突水、海水入侵含水层、石窟文物损坏等。
平原地区开采深层地下水，随着地下水位下降，随着地下水下降，空隙水压力降低，粘性土骨架会发生不可逆转的塑性压缩，引起地面沉降。
在沉积厚度急剧变化的边界，开采地下水使其两侧发生差异地面沉降，会产生地裂缝。
当土质堤坝两侧的水位差较大时，含水层中颗粒被水流带出，在堤坝中形成管涌通道，导致堤坝溃决。
在松散沉积物分布区开采疏干岩溶水，随着岩溶水水位降低产生地面塌陷。
1.2.4 活跃灵敏的生态环境因子生态环境是复杂的巨系统，地下水则是生态环境系统中一个最为活跃的子系统。
一般情况下，气候、水、土壤与生物，处于相互作用的和谐动平衡状态，但在特定的自然环境下，会形成不良的生态环境；人类活动不恰当的干扰天然地下水，已经成为生态环境恶化的祸根个。
不良的生态环境有：土地沙化、盐渍化、沼泽化、湿地退化、石漠化、动土退化、湖泊咸化、地表水基流减少或断流以及天然地下水质不良，地下水污染等。
并进而导致植被退化、枯萎、动物消失，危及生物多样性与人类存在。
水文地质学基础(第六版)第6章_包气带水
表面张力的作用：
表面张力使弯曲的液面将对液 面以内的液体产生附加表面压 强；
附加表面压强的方向：总
是指向液体表面的曲率中心方 向：
凸的弯液面,对液面内侧的液 体,附加一个正表面压强；
凹的弯液面,对液面内侧的液 体,附加一个负表面压强。
H=Z + hp = 0 （Z=0，hp =0） B点（包气带支持毛细水 的弯液面位于潜水面B 处），该点上支持毛细 水的水头值： H=Z–hc=0–hc= -hc （Z=0，hp=-hc） 即比周围潜水面水头低hc。
c点：因B点比周围 潜水面水头低hc， 在此水头差驱动下， 毛细水将上升。毛 细水弯液面上升到 hc处时，弯液面处 c点的水头：
一、毛细现象的实质
毛细实验：
松散颗粒中毛细上升高度
(1)装样：选择一种砂样,均匀密实 地装入玻璃管内。
(2)观测毛细上升速度：将装有试 样的玻璃管放入水槽内的透水 石上,使玻璃管的下端紧贴水面。 准确记录对应不同毛细上升高 度的时间。也可记录对应不同 时刻的毛细上升高度。
毛细上升高度测定装置图
1-铜丝网 2-透水石 3-玻璃管 4-砂样 5-水槽 6-进水管
悬挂毛细水：
细粒层与粗粒层 交互成层时，在一
定条件下，由于上 下弯液面毛细力的
作用，在细土层中 会保留与地下水面 不相连接的毛细 水—悬挂毛细水。
孔角毛细水：
在包气带中颗粒接 触点上悬留孔角毛细 水（触点毛细水）。
颗粒接触处孔隙总 可以达到毛细管的程 度而形成弯液面，将 水滞留在孔角上。
毛细现象的实质： 毛细现象的产生与表面张力有关。
三、毛细上升高度与悬挂毛细水
水文地质学基础-绪论
3.研究趋势 综观水文地质学的发展，其研究趋势为： 1）从研究天然状态下的地下水—更重视研究 人类活动影响下的地下水； 2）从局限于研究饱水带的含水层—扩展到包 气带及隔水层的研究； 3）由只研究地壳表层地下水—扩展到研究地 球深部圈层中的地下水。 理论研究、实验研究与技术方法的应用是水文 地质学赖以发展的三个重要方面，尤其要重视 加强理论指导下的实验研究。
水文学——研究液体平衡与运动规律的应用科学，其研究对象是 以水为主的液体。
广义地说： 两者都是研究地球与水的科学，具体：研究地球上各 种水体的形成、循环和分布，探讨水体的化学和物理性质以及它 们对环境的反应，与生物的关系。 广义水文学分支——基础理论、应用。 基础理论——水文学原理。 研究对象——河流、湖泊、河口海岸、冰川，地下水文学等 应用——工程水文学，农业、森林、城市、环境水文学等
综上所述，地下水一方面作为宝贵的自 然资源，要充分合理地加以利用，另一 方面，在很多工农业生产和建设上又是 不利因素，要有效防治它，因此，必须 对地下水进行研究，这是水文地质学基 础课程的研究目的。
四.水文地质学的发展与展望
1.水文地质学的发展（四个时期） 1）1856年以前的萌芽时期：由逐水而居到凿井取水----一大转 折：远古人类逐水而居，开始时只是利用地表水与泉水作为供水 水源，后来才打井取用地下水。由逐水而居到凿井取水是人类文 明史的一大转折，从此人类活动的范围更为广阔。 a.我国发现最古老的水井是浙江余姚河姆渡井，成井距今约5700 年。河姆渡井虽然深度只有1.35m，但却用200多根圆木支撑保护， 结构精巧。可以推知，更原始的井出现得还要更早些。 b.在公元前7 世纪，亚美尼亚就有了坎儿井。坎儿井是一种规模 宏大的截取地下水流并将其传输到用水地点的地下水平廊道，并 有竖井通向地面。修建坎儿井之前必须对地下水的赋存条件有清 晰的概念。 c.在公元前约200 年的我国汉代，在四川为开采卤水，在坚硬基 岩中开凿了深逾百米的自流井。 由此可见，水文地质学是作为一门实用性的技术科学而萌芽的。
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第一章地球上的水及其循环一、名词解释：I •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。
&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。
II •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。
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第一章地球上的水及其循环一、名词解释:1.水文地质学:水文地质学就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与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:地下水就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、地表水与地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。
6.地质循环:地球浅层圈与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:绝对湿度与饱与水汽含量之比。
11.饱与差:某一温度下,饱与水汽含量与绝对湿度之差。
12.露点:空气中水汽达到饱与时的气温。
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与状态时,超过饱与限度的水汽便凝结,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.水文地质学就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与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。
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四、开发利用地下水资源的未来
国内：
1）实现地下水资源的可持续开发； 2）加强地下水资源的科学管理； 3）加强与地下水资源开发有关的环境保护；（当今世界 面临的三大问题：人口、资源、环境） 4）一些重大研究课题：
地下水过量开采的对策； 地下水污染防治； 相关的环境质量评价； 研究水资源的管理模式。
（2） 研究视野扩展
含水层的局部→整个含水层→地下水系统→水文系统→生 态环境系统→技术—社会系统
找水水文地质学，只关心水井周围含水层的局部——“影响半径”。 泰斯公式的应用，扩展到整个含水层。 越流概念的提出，使得包括含水层与弱透水层在内的地下水含水系统，成 为研究的基本单元。 托特的地下水流动系统理论，指出一定条件下地下水可以穿越“隔水层” 而形成统一的地下水流动系统。 英格伦提出将区域地表水和地下水整合在一起的水文系统的概念 。 人为活动对地下水造成一系列复杂的物理、化学与生态效应，形成地下水 生态系统。 人们进行地下水管理，认为地下水纯粹的自然科学技术问题，实际上，其 管理涉及人们的价值判断活动，产生了技术—社会系统。
二、地下水的功能
2.重要的地质营力
地下水承受载荷，应力传递者，热量、化学组分的传输 者——水是良好的溶剂与润滑剂
水库诱发地震
指在原来没有或很少地震的地 方，由于水库蓄水引发的地震 称水库地震，是诱发地震的一 种类型。水库蓄水是引起岩体 中应力集中和能量释放而产生 地震的直接原因。水库地震一 般是在水库蓄水达一定时间后 发生，多分布在水库下游或水 库区，有时在大坝附近
五、水文地质学的特点及发展趋势
（1）核心课题转移 找水水文地质学→资源水文地质学→生态环境水文地质学
初期的水文地质学实际上是找水水文地质学，只关心水井周围含 水层的局部——“影响半径”；20世纪初叶，随着取用地下水的规模增 大，发觉某一范围内可供利用的地下水的数量是有限的，探明地下水 资源成为核心课题，进入了资源水文地质学阶段。随着人类活动对包 括地下水在内的自然环境的改造异常强烈，产生了一系列生态环境问 题，水文地质学进入了生态环境水文地质学的阶段。
1863年，法国裘布依Dupuit提出了地下水稳定井流公式。
1935年，美国泰斯(Theis)得出了地下水非稳定井流方程— —泰斯公式。
20世纪30年代起，马斯卡特(Muskat)提出用电流模拟连续 介质中地下水的运动。
20世纪中叶，地下水赋存、运动、补给、排泄、起源、水 化学以及水量评价等方面，已有了一套比较完整的理论与研 究方法，水文地质学已经为一门成熟的学科（形成时期）。
4.活跃灵敏的生态环境因子 土壤盐渍化，沼泽化，沙化，咸水入侵； 地下水位下降引起地面沉降。
地下水利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重
地下水利用产生的环境问题：地下水污染
5.信息载体 通过剖析地下水水位、水质变化来预报地震，寻找矿床。
• 地下水是（地球内部地质演变的）信息载体 由于是应力传递者，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。
二、地下水的功能
1. 地下水是一种宝贵的资源。
供水水源：生活用水、工农业生产用水，找水； 矿产资源：地下水含有某些盐类和元素——液体矿产； 矿水：具有医疗保健作用的地下水，矿泉水； 地热资源：地下水本身不是，但它是一种载体，将深层热 带到上层。
地源热泵
2. 生态环境因子
土壤盐渍化，沼泽化，沙化，咸水入侵； 地下水位下降引起地面沉降。
水文地质学基础 General Hydrogeology
第1章 绪 论
一、水文地质学概念
水文地质学(Hydrogeology)是研究地下水的科学。 地下水(Groundwater)即是赋存于地面以下岩土体空 隙（孔隙、裂隙、溶隙）中的水—存储空间。 包气带、饱水带—存储形式。 研究内容：地下水与岩石圈、地幔、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 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。
二、地下水的功能
3. 不可忽视的致灾因子
地方病：天然地下水缺乏某种人体必需元素或过量富集某 种元素而导致；
矿坑水：采矿或地下工程，地下水涌入，造成施工困难， 甚至造成事故——矿床水文地质学；
滑坡，岩崩，岩溶塌陷，基础及边坡的地质稳定问题
地面沉降
全球地裂缝分布
美国
美国
埃塞俄比亚
沙特Leabharlann 墨西哥 泰国我国大华北和华东地区地裂缝“遍地开花”,达1000余条， 造成数百亿元的经济损失。
• 强的溶剂：在地质循环和水文循环中化学组分 溶解，传递到适宜的部位沉淀（沉积）：成矿 如找矿、找油、地震预报、地质演变
三、水文地质学的发展的三个阶段
1856年以前的萌芽时期，1856 年至20世纪中叶的奠 基时期，20世纪中叶至今的发展时期。
萌芽时期 远古人类由“逐水而居”到“凿井取水”。 我国发现最古老的水井是浙江余姚河姆渡井。
天津市首个大规模集中 的供热地源热泵项目2013年 12月在宝坻经济开发区正式 投入使用。跟传统燃煤、燃 气供热相比，新的供热项目 综合节能可达到一半以上。
该地源热泵项目将地下 水热量提取出来并通过压缩 机升温到60℃后，通过管道 将热量传导到用户端进行制 热。
过去采用燃煤锅炉，满 足5000户家庭一年的取暖需 求，要烧一万吨煤，花费 800万元；现在采用地源热 泵系统，只需要300万元电 费，费用省了，污染物排放 少了。
公元前7世纪，亚美尼亚就有了坎儿井。修建坎儿井对 地下水的赋存条件有清晰的概念。
公元前约200年的我国汉代，在四川为开采卤水，在坚
硬基岩中开凿了深逾百米的自流井。
地下水的利用——坎儿井，近3000年历史
余姚河姆渡井
奠基时期
1856年，法国达西Darcy，进行了水透过砂试验，得出著 名的达西定律。
发展阶段 二战后，出现地下水水位深降、水资源枯竭、 地面沉降、海水与咸水入侵淡含水层、地下水污染等问题。人 们意识到，正确地评价、开发、管理与保护地下水资源及保护 生态环境。
水文地质学已形成了若干分支学科，其学科体系可分为： ➢ 基础学科
水文地质学基础，地下水动力学，水文地球化学 ➢ 应用学科
供水水文地质学，矿床水文地质学，农田供水水文地 质学，油田水文地质学，工程水文地质学…… ➢ 技术学科