第一章绪言水文地质学基础

地球上的水与水资源：量的概念
地球上的水及所占比例
水体种类
海洋水 地表水 地下水 土壤水 大气水
淡水占全球水量的2.528%
%
96.54 1.75 1.71 0.001 0.0009
亿 km3
13.38 0.2425 0.2370 0.00016 0.000129
淡水 亿 km3
0 0.2417 0.1083 0.000165 0.000129

潜蚀管涌 主要发生在土质堤坝，当堤坝两侧水
位差较大时，颗粒被水流带出，形成管涌通道， 最终堤坝溃决。

石窟文物损坏 主要是水携带的大量盐类积于
石雕表面，然后风化从而损坏石雕。目前主要通 过排除与堵截地下水解决。

冻土区的保温与冷却 主要是在季节性冻土融
冻区损坏公共设施和路基路面。冻土区的保温与 冷却是以后研究的热点！！！
b)农业生产资源 在半干旱的华北平原，进行灌溉才能保 证稳产高产。我国北方17省市自治区，每年开采用于灌溉 的地下水体相当于黄河全年的总水量（1986）。 c)工业资源 在缺乏地表水的城市，地下水资源丰富与否影 响工业与城市的发展。 对于作为供水水源的地下水，必须评价其水质水量，查明 其分布规律——供水水文地质学。 d)储能 利用含水介质储能(冬天向井灌注冷水供夏天使用， 夏天向井灌注温水供冬天使用)。
%
0 69.0 30.92 0.05 0.04
生物水
总储量
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0.000011
0.00001
0.000011
0.003
13.8598
100
0.3503
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地球上的水与水资源：淡水
生物 水 0.1%
淡水 2.5%
咸水
冰冻\积雪
地下水
大气水
■
油气勘测
在油气二次迁移形成油气藏，地下 水起着关键作用。应用地下水流动系统理论寻找 与勘查油气田。

储存废料 利用极弱渗透性的岩层储存废料。 开采金属矿床 通过灌注—抽汲井组以地下浸
滤的方式开采某些金属矿床已经付诸实施。

改善污染水的水质 利用包气带与饱水带进行
渗滤循环以改善污染水的水质。
二、地下水的功能


良好的溶剂 进入地下后，与周围岩土相互作用， 获得各种化学组分，所以地下水是良好溶剂。 是板块活动的前提 在板块处起到润滑、浮托
作用，减小阻力，板块才能大范围运移。

水岩的力学平衡体系
空隙水压力增大时，岩 土体结构面有效应力和抗剪强度降低，岩土失稳， 从而变性破坏。例如滑坡。

水库诱发地震
是由美国深井灌注废液所引起， 导致库水渗入断裂带，空隙水压力增大，使断裂 锁固能力降低，发生滑移。现在变废为宝，在强 震区的活动断裂带钻进注水，释放能量，避免地 震的发生。
水文地质学



学时数：56学时 学 分： 3.5学分 属性：必修 专业基础课 内容：水文地质学的基础概念、基本原理及基本 分析方法，体现当代水文地质学的概念、理论和 方法体系。 教材： 水文地质学基础（第六版） 王大纯 张人权 梁杏等编著 地质出版社 考核方式：闭卷考试（80%） 平时成绩（20%）
4、水文地球化学方向研究：水文地球化学显然早已形 成独立的分支，并在某些方向成功地解决了实际问题； 但是，在完善现有理论上解决一般水文地质问题方面， 还有许多工作要做。
5、地下水运动基本理论的发展：以往地下水动力学实 际上主要研究了地下水水量的传递规律。为了解决地下 水污染预测、含水层蓄能、水文地球化学找矿等问题， 提出了水所携带的物质或热量与水同步或不同步迁移的 问题；因此，今后需要进一步研究水质点运动机理。
土壤盐渍化
土壤盐渍化
地下水开采利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重
地下水开采利用产生的环境问题：地下水污染

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Company Logo 地下水污染主要分布在城区附近和地表水污染严重的地区
二、地下水的功能
5、极有价值的信息载体





反映应力变化 例如地震前的地下水位、水化学、气体和 温度都可能产生突变。 反映地热情况 地下水露头出现高温异常。 提供时空环境信息 由于流经区域很大，携带了沿途物质 的许多成分信息，所以最终的沉积物能反映时空环境信息。 重塑地质历史 利用同位素在地下水排泄区采样，可提供 地球深部圈层的珍贵信息。如气候演变、冰川、动植物等 的演变规律。 提供地质时期的信息 由于地下水参与了地质作用，那么 必留下活动痕迹，通过地下水及其沉淀物、矿物包裹体中 的水，都可以提供来自地球深部的悠久地质信息。
滑坡 地下水与其周围岩土构成统一的力学平衡 系统。地下水位变化会破坏原有的平衡导致滑坡、 地震等。
岩崩 裂隙岩体中地下水位抬升，会推动岩体向 临空面位移，触发岩崩。
岩溶坍陷 岩溶区地下水位下降时，覆盖于强烈 岩溶化岩层之上的松散沉积物发生地面塌陷。 地裂缝 主要在沉积厚度急剧变化的边界开采地 下水导致两侧发生差异性地面沉降。例如西安市。

湿地退化 沼泽湿地过量开采导致地下水位大幅
度下降后，水生植物与水禽等随之消失。

石漠化 南方岩溶地区由于山高坡陡，降水易于
渗漏，地下水埋藏较深，不利于土壤发育与保持。


湖泊咸化 主要在我国西北地区，降水少而 蒸发强，导致冰雪融水大量蒸发形成盐湖。 除此之外还有水基流减少和断流，水污染 等问题。
水文地质学已经形成了若干分支学科。水文 地质学基础、地下水动力学、水文地球化学、水 文地质调查方法、区域水文地质学等。供水水文 地质学、矿床水文地质学、古水文地质学、同位 素水文地质学等。
四、当代水文地质学的特点



1、核心课程转移 2、研究视野扩展 3、研究目标改变 4、研究内容扩展 5、研究思路改变 6、多学科交叉渗透成为主流 7、多技术手段应用 8、学科性质发生转变
成形时期 上世纪中叶，地下水赋存、运动、补 给、排泄、起源、水比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。
发展时期 二战后，出现地下水水位深降、水资 源枯竭、地面沉降、海水与咸水入涅淡含水层、 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。
三、水文地质学发展的四个阶段
1856年以前的萌芽时期，1856年至上世纪中叶的奠基 时期，上世纪中叶的成形时期，二战后至今的发展时期。
萌芽时期 远古人类由逐水而居到凿井。我国发现最古老 的水井是浙江余姚河姆渡井。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。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。
g)旅游资源 地下水景观如泉水、温泉、间歇泉、古井遗址 和湿地等都是良好的旅游资源。
我国西北缺水剪影
我国耕地与农村用水
全国60%的耕地 全部或部分使用地下水灌 溉
Biblioteka Baidu60%
地下水灌溉面积 其它灌溉面积
全国95％以上的农 村饮用地下水
95%
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农村饮用地下水
饮用其它水
二、地下水的功能 2、重要的地质营力 生态环境系统中重要 的影响因子。地下水的变化往往影响生态 环境系统——生态水文学、生态水文地质 学。例如地下水的流动性，板块间的润滑、 浮托作用，溶剂，水岩的力学平衡体系， 水库诱发地震等。
3、不可忽视的致灾因子 地面沉降与海水入侵 过量开采松散沉积物中地下水，造 成地面沉降。滨海地带开采地下水，海水入侵破坏淡水资 源。 化学元素与人类健康 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不宜饮用。缺碘的地下水引起甲状 腺肥大；饮用高氟地下水使人骨质疏松、易折。 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。
地下水开采利用产生的环境问题：上海地面沉降
外滩防洪挡水墙越筑越高
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二、地下水的功能
4、活跃灵敏的生态环境因子
盐渍化（农业蓄水） 地下水位抬升，蒸发加强，土壤次 生盐渍化。在干旱半干旱的平原盆地中地下水位浅，也会 发育原生的土壤盐渍化。 沼泽化 湿润地区的平原与盆地，地下水位过浅，会产生 原生或次生的土壤沼泽化。过高的地下水位，使土壤处于 嫌氧不透气环境，产生一系列生物化学作用，造成农作物 减产。 沙漠化 沼泽湿地过量开采导致地下水位大幅度下降后， 水生植物与水禽等随之消失。在干旱地区浅层地下水位大 幅度下降，原有的绿洲会沙漠化。
五、 水文地质学的发展趋势
1、裂隙水及岩溶水供水机制研究：渗流理论是在研 究空隙水的基础上发展起来的，对于裂隙水及岩溶水 是否完全适用，还有待研究。在此基础上要进一步弄 清这两种水的供水机制。 2、粘性土的渗透机制研究：对于松散沉积物，以往 集中于研究沙质含水层，而忽视了认为是隔水层的粘 性土。越流、地面沉降等，均与粘性土渗透机制有关。 这将进—步了解结合水的特性与运动规律。 3、包气带水盐运移机制研究：地下水的补给，地下 水污染防治以及土壤改良等问题都涉及包气带水。这 将促使水文地质学家注意这方面的研究。有关毛细水 的研究也将因此而加强。
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。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。
上世纪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。
二、地下水的功能
1、宝贵的资源
a) 供水水源—— 优点： 分布广泛，水质良好、不易污 染，变化稳定，便于利用。
水是人们赖以生存的不可缺少的宝贵资源，作为水
资源重要组成的地下水，由于其水质良好、分布广泛、 变化稳定、便于利用而成为理想的供水水源，有时为 唯一的供水水源。地球含有地下热能资源，热水、热 蒸汽为载热流体。
水文地质学基础
王大纯 张人权 等编著 地质出版社
第一章
绪 论
一、水文地质学的研究对象和内容 对象 水文地质学是研究地下水的科学。↑
地下水即是赋存于地面以下岩土空隙中的水。↑
研究的内容 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。
e)工业矿水 地下水中富集某些盐类与元素(如溴、碘、锶、 钡等)时，便成为有工业价值的液体矿产。 矿水 含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，具有一定 医疗与保健作用的地下水。矿水是建立矿泉疗养地与生产 瓶装矿泉水的必要资源。 勘查与评价工业矿水与医疗矿水——矿水水文地质学。 f)地下热能资源 地球是一个巨大的热库，热水、热蒸汽是 主要的载热流体，可以发电、建温室等。