工程水文地质(第三章地下水的循环)
第三章地下水PPT资料77页
地下水类型
总矿化度 （g/L）
淡水 ＜1
弱半咸水 强半咸水 咸水 盐水
1～3
3～10 10～50 ＞50
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按硬度分类
地下水的硬度——指水中所含钙、镁离子的 数量。
总硬度——水中所含钙、镁离子总量。
暂时硬度——可由煮沸去掉的钙、镁离子含 量。
永久硬度——煮沸后能保留下来的钙、镁离 子的含量。
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• （一）水在岩土中的存在状态
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气态水 吸着水（强结合水） 薄膜水（弱结合水） 毛细水 重力水（自由水） 固态水
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含水层 能够给出并透过 相当数量重力水 的岩土层。 如砂岩、灰岩
隔水层 不能给出并透过 水，或者透过的 水是微不足道的 岩土层。 如泥岩、粉砂岩
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• （二）岩土的主要水理性质
容水性 持水性 给水性 透水性
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பைடு நூலகம்
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容水性 ——指岩土能容纳一定水量的性能。
容水度
岩土容纳水的体积 岩土的总体积
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持水性
——依靠分子引力或毛细力，在岩土孔 隙、裂隙中能保持一定数量水体的性能。
持水度靠分
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四、河谷横断面及河流阶地
河谷纵剖面地貌：深潭、陡坎、 瀑布、深槽等。
河谷横断面：河床、河漫滩、河 谷斜坡、Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级阶地
河谷剖面形态：“V”形谷、“U” 形谷
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河流地貌：阶地。 阶地：河谷内河流侵蚀或沉积作用形成的阶梯状地形。 主要可分为侵蚀阶地、堆积阶地和基座阶地。
地下水动力学(第三章_地下水向完整井的稳定运动-1-专)
并得出如下认识； ① 当降深sw相同时，井 径增加同样的幅度，强透 水岩层中井的流量增加得 比弱透水层中的井多； ② 对于同一岩层，井 径增加同样的幅度，大降 深抽水的流量增加得多， 小降深抽水时流量增加得 少； ③ 对于同样的岩层和 降深，小井径时，由井径 增加所引起的流量增长率 大；中等井径时，增长率 减小；大井径时，流量随 井径的增加就不明显了。
2. 抽水时，地下水能达到稳定运动的水文地质条 件 (1) 在有侧向补给的有限含水层中，当降落漏斗扩 展到补给边界后，侧向补给量和抽水量平衡时，地 下水向井的运动便可达到稳定状态。 (2) 在有垂向补给的无限含水层中，随着降落漏斗 的扩大，垂向补给量不断增大。当它增大到与抽水 量相等时，将形成稳定的降落漏斗，地下水向井的 运动也进入稳是状态。 (3) 在没有补给的无限含水层中，随着抽水时间的 延长，水位降深的速率会越来越小，降落漏斗的扩 展越来越慢，在短时间内观测不到明显的水位下降， 这种情况称为似稳定状态，也称似稳定。
H hW Q 2 KM ln r rW
sw s ln 或 2 KM rW 同理得，有两个观测孔时
H 2 H1 Q 2 KM ln r2 r1
Q
r
或
s1 s 2
Q 2 KM
ln
r2 r1
此式为Thiem公式。
水头方程： 联立方程
H 0 hW Q 2 KM ln R rW
其他条件下，Dupuit公式的推广： (1) 巨厚含水层中的潜水井
这时井的降深仅是含水层厚度的一小部分，将Dupuit公 Q R 式改为：
H 0 h w H 0 h w
K
ln
rw
由于含水层比较厚，所以hw的微小变化（即Δ hw）相对于 H0+hw 很小，可忽略不计，H0+hw = 常数
地下水的循环
5、人工补给
一、地下水的补给来源
大气降水入渗机制
“活塞式”入渗 ——适用条件： 均匀的砂土层
地面
t1
t2
湿 锋 面
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潜水面
地下水的补给来源
大气降水入渗机制
“捷径式”下渗： 空隙大小极悬殊（黄土） 垂直裂隙
t1 t2
RETURN
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二、大气降水补给的影响因素
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地下水径流模数也称“地下径流率”，是1平方公里含 水层分布面积上地下水的径流量。表示一个地区以地下径 流形式存在的地下水量的大小。
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3-4 地下水的动态与均衡
一、地下水的动态
1. 概念：在与环境相互作用下，含水层（含水系统） 各要素（如水位、水量、水化学成分、水温等）随时 间的变化，称之为动态。
3-2 地下水的排泄
排泄：含水层或含水系统向外界排出水量的过程
地下水排泄的研究包括： –排泄方式、影响因素、排泄量的确定。 排泄方式： –泉（点状排泄） –向地表水体泄流（河流—线状） –相邻含水层的排泄 –蒸发（面状排泄） 前三种排泄方式称为径流排泄，与蒸发排泄的区别： –径流排泄：水分（盐分）呈液态排出,盐随水去； –蒸发排泄：水分呈气态排出，盐分积累下来，水去盐留
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济南的泉
了。岩浆岩上又覆盖着一层不透水的粘土层，地下水就不 能自由地流出地面。这些被拦阻的大量地下水凭着强大的 压力，从地下的裂隙中涌上地面，就形成了这些著名的泉 水，趵突泉就是其中最著名的一个。 趵突泉水分三股，昼夜喷涌，水盛时高达数尺。所谓 “趵突”，即跳跃奔突之意，反映了趵突泉三窟迸发，喷 涌不息的特点。趵突泉水从地下石灰岩溶洞中涌出，其最 大涌量达到24万立方米/日，出露标高可达26.49米。水清 澈见底，水质清醇甘洌，是理想的天然饮用水，可以直接 饮用。"趵突腾空"为明清时济南八景之首。
水文地质学基础第三章
水文地质学§3.1包气带与饱水带§3.1包气带与饱水带§3.1包气带与饱水带§3.2 含水层含水层、、隔水层与弱透水层区别区别：：含水层与透水层、隔水层与弱透水层含水层、§3.2 含水层含水层、、隔水层与弱透水层§3.2 含水层含水层、、隔水层与弱透水层§3.3地下水分类§3.3地下水分类§3.3地下水分类§3.3地下水分类表3－1 地下水分类表组成构造盆地、向斜构造或单斜断块的被掩覆的岩溶化岩层中的水组成构造盆地、向斜构造或单斜断块的被掩覆的各类裂隙岩层中水山间盆地及平原松散沉积物深部的水承压水裸露于地表的岩溶化岩层中的水裸露于地表各类裂隙岩层中的水各类松散沉积物浅部的水潜水裸露岩溶化岩层上部岩溶通道中季节性存在的重力水裂隙岩层潜部季节性存在的重力水及毛细水土壤水，局部粘性土隔水层上季节性存在的重力水（上层滞水）、过路重力水及悬留毛细水包气带水岩溶水裂隙水孔隙水含水介质类型埋藏条件§3.4上层滞水二、形成上层滞水的条件二、形成上层滞水的条件§3.4上层滞水§3.4上层滞水§3.5潜水潜水示意图§3.5潜水§3.5潜水§3.5潜水§3.5潜水§3.5潜水§3.5潜水§3.5潜水§3.6 承压水§3.6 承压水图3—6 基岩自流盆地中的承压水2005.5.3趵突泉胜景§3.6 承压水潜水和承压水对比潜水承压水1、基本定义在饱水带中第一个具有自由水面的含水层中的地下水的含水层中的地下水。
充满于两个隔水层之间含水层中的地下水的地下水。
2、要素一个隔水底板一个隔水底板一个隔水底板，，一个隔水顶板一个隔水顶板。
潜水面测压面潜水位测（承）压水位含水层厚度含水层厚度：：水面水面～～隔水底板含水层厚度含水层厚度：：隔水顶底板之间距离。
水文地质
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
例：含水层渗透 系数10m/d。（1） 宽500m的河岸流 向河流的潜水流 量；（2）确定离 河岸200m处的潜 水标高。
h1 h2 h1 h2 41 .32 38 2 qK 10 1.31m3 / d 2L L 2000
第三节
非线性渗透定律 紊流 混合流
v
vK i
v Ki
1 m
0 i
第二节
地下水在均质含水层中的稳定运动
一、均质承压含水层中地下水的运动 承压含水层均质各向同性、等厚、隔水底板 水平，地下水的流线为平行的水平直线。
1 2
dH Q K dx M B
单宽流量
M
dH q KM dx
H dx Q K 2M dy r x h
H2 H1
H1
0
H2
q dx KM dH
0
L
q KM
H1 H 2 L
含水层厚度改变
M 1 M 2 H1 H 2 qK 2 L
1
2
H2
M1
M2
H2
例：山前某平原含水层中，沿承压水流有两个钻孔 揭穿含水层，孔1的含水层厚24m，稳定水位170.6m； 孔2的含水层厚27m，稳定水位169.4m，两孔水平距 离为1000m，含水层渗透系数45m/d。求每公里宽度 上承压含水层的天然水量。
Ar n A
A > Ar Ar Q＝vA ＝ vrAr
v v vr n
适用条件 层流（线性流） 如：粗砂
Re vd
1 ~ 10
d 1mm
0.1m 2 / d
第三章 地下水的类型及特征.
图 3-10某坝址左岸枯水期等水位线图
1-地形等高线; 2-潜水等水位线; 3-潜水埋藏深度等值线; 4-小溪沟; 5-潜水流向
（3）潜水等水位线图的用途。
①确定地下水的流向(即地下水面坡度最大
的方向)。 ②确定潜水面的坡度(水力坡度)。 ③确定地下水的埋藏深度。 ④确定潜水与地表水的补给关系 ⑤确定含水层厚度及其变化情况。 厚度的变化及地下隐状构造。 ⑦确定地下水给水工程位置，及其它工程 施工是否需要采取排水措施。
上层滞水特征：
(1）最接近于地表，和气候、水文条件的变化密 切。接受大气降水与地表水的补给，补给区与分 布区一致（范围很小）,排泄体现蒸发和向下渗 透补给潜水。水量随季节变化，在补给量较多的 季节水量多，在干旱季节枯竭。
（2）与土壤水区别，底部有隔水层，作村民供水 水源；土壤水多以悬挂毛细水的状态存在于土壤 中，一般仅能作垂直方向运动(渗入和蒸发)，不 能保持重力水，无供水意义，仅对植物生长有作 用。
（一）承压水的概念：
承压水是充满在两隔水层或弱透水层之
间，含水层中的地下水。 当这种含水层中未被水充满时，其性质 与潜水相似，称为无压层间水。
补 给 区 承压区 排 泄 区
承压水埋藏分布图
承压水的特征：
①承压水具有承压性能 当钻孔揭露承压含水层时，在静水压力的 作用下，稳定水位高于初见水位。 ②承压水的补给区常小于分布区 因具有隔水顶板，大气降水、地表水不能 直接补给，补给区处于地形较高的含水层出露 位置，排泄区位于地形较低的位置。 ③承压水的水量、水质、水温等稳定 受气候影响较小，仅补给区有点影响。
②分布区与补给区一致： 潜水通过包气带与地表相联通。大气降水、凝结水、 地表水通过包气带渗入，直接补给潜水。 ③有季节性变化的特点：
水文地质学中的地下水循环过程
水文地质学中的地下水循环过程地下水循环是指水文地质学中地下水在地下环境中的循环过程。
地下水循环是地表水和大气水循环过程的延伸和补充，对维持地下水资源的供应与调控起着重要作用。
下面将对地下水循环的主要过程进行详细介绍。
地下水的形成：地下水的形成主要是通过大气降水和地表径流的入渗作用，将水分输送到地下，形成地下水。
地表径流主要是指雨水在地表流动，未被植物吸收和蒸发的水。
径流水通过渗透过程形成地下水。
地下水的补给：地下水的补给主要有两种方式：自然补给和人工补给。
自然补给主要通过大气降水和地表水的入渗作用补给地下水。
大气降水是地下水的重要补给源，是地下水循环的驱动力之一、而地表水的入渗作用是指地表水渗透到地下形成地下水而补给地下水。
人工补给是指人类活动产生的废水经过净化后引入地下层，增加地下水的含水量。
地下水的储存：地下水主要储存在地球表面以下一定深度的岩层中，这些岩层被称为含水层。
地下水的储存主要依赖于地下岩层的孔隙和裂隙中的水贮存。
地下岩层通常具有不同的透水性，透水性好的岩层被称为含水层。
地下岩层一般分为三种状态：饱和带、过渡带和不透水带。
饱和带是指岩石孔隙或裂隙中被水填充的区域，水饱和度为100%；过渡带是指饱和带上方逐渐由水饱和向气相逐渐过渡的区域；不透水带是指介于饱和带和地下水层以下，岩层中含水饱和度较低或完全无水的区域。
地下水的运动：地下水的运动是指地下水随着地表水和大气水进行水循环的运动。
地下水通过孔隙和裂隙的连通性进行流动，主要包括渗流和流通两种方式。
渗流是地下水通过水文岩层中的孔隙和裂隙，在重力的作用下，向下渗透并汇集到深层，形成水块或水冠。
流通是指地下水沿着相对连通的岩层间空隙或裂隙，由高压区流向低压区的过程。
地下水的排泄：地下水排泄通常通过泉水和井泉来实现。
泉水是地下水自然排出地表的方式，泉水包括冒泉、流泉和涌泉等形式。
井泉是人工开凿或钻探的地下水源，通过井泉可以将地下水抽取到地表供人们使用。
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 —。
《工程地质》第三章——地下水岩溶水库渗漏分析
2. 岩溶形态的垂直分带 位 置：地表以下、最高地下水位以上
岩溶垂直发育带 水流特征：垂直运动 岩溶特点：岩溶连同性差 位 置：地下水最高水位和最低水位之间
岩溶交替发育带 水流特征：水平、垂直两向流（分期） 岩溶特点：岩溶连通性较好
垂直发育带
最高地下水位
交替发育带 最低地下水位
岩溶水平
位 置：最低地下水位以下,下限为地方性侵蚀基准面 水流特征：水平方向为主
Ic 可—能陷临因，界近此水千导人力致疏坡土散度壤。据疏初松
分类
化学 潜蚀
Ic(G 1 )(1n )0 .5 nG
分为 发 展 型
n
非发展型
—引发步土塌分颗析陷粒，。密事度故原因可能 — 是陷土主。的下孔水隙道度爆裂(小引数发地)
渗流 渗流力 土颗粒被带走 潜蚀发生
管涌 形成 过程
岩土体渗透变形（结构变松、强度降低） 渗流出口处侵蚀成孔洞
指：由渗透水流的动水压力冲塌走陷细的，贫小民未颗区造粒突成然人发员生地伤陷亡，。
潜蚀
机械 潜蚀
产生 条件
单位动水压单力位≥动潜水蚀压处力的北的D细京工造深当小市作成度地w颗I一为一政人粒个家1污员0w的直三0 水说米L径口h浮处，的为被重污理塌当7度0水场系陷米坑淹、统处。
渗透水流的水力坡度＞产下生方死潜有，蚀另一的有污临2水0界多井间水渗房力水屋坡下，度
现象
渗透系数越小，排水性能越低，愈易形成流砂
危害
影响开挖工作面上的施工 影响开挖工作面附近地面建筑物的稳定
4. 砂土液化
均容易发生在饱水的粉倒细塌砂的土楼层房中位于上海
砂土液化
相同或 相似处
中山南路，这是正在 机理上均与土层的瞬时施排工水中不的畅地有铁关4号线 结果上均造成了地基土（层浦承东载南力路的至降南低浦大
水文地质学：地下水的循环_流动系统
>>系统的多级性： *多源系统中易产生多级多个地下水流动系统； *流动系统发育的规模与数目的控制因素： 介质的渗透性， 系统中不同源汇的势差有关(地形起伏)。
(4)在同一空间中，流动系统与所在的含水系统 的边界是相互交叠的。
(5)在人为活动影响下，地下水流动系统会发生 变化，但变化受到大的含水系统边界的制约，通 常不会越出大的含水系统边界(图8-4)。
(3)地下水流动系统的水动力特征
>>水头分布：
*地形高处，为高势区(势源)；地形低处，为低势区(势汇)。 *垂向运动中，由上至下，势能除克服摩擦消耗部分能量外， 势能向压能转化；由下至上，部分储存的压能释放转化为势能。 *水平运动中，由于上游的水头高度总要比下游高一些，因而 也是通过水的体积膨胀释放势能的。
二、研究意义 >>突破了把单个含水层作为功能单元的传统思维，力求
以系统的观点去考察、分析与处理地下水体： *地下水流动系统摆脱了传统的地质边界的制约，而以
地下水流作为研究实体。 >>揭示了地下水赋存与运动的整体性： *地下水流动系统的整体性体现于它具有统一的水流，
沿着水流方向，盐量、热量与水量发生有规律的演变，呈 现统一的时空有序结构，可用水流动系统的特点：
(1)区域水力连续性，从较长的时间尺度与较大的空间尺度 来考察问题，广大范围内的地下水存在着水力联系。
(2)地下水在流动中必须消耗机械能以克服摩擦。地下水的 补给提供了重力势能，驱动水运动。重力势能来源于地下水 的补给。地形控制着重力势能的分布，而不是地质条件。 Toth认为：从水力学角度看，地下水体的天然单元是地形盆 地，而不是地质盆地，驱动水流的势来自区域地形高处，水 从地形高处向地形低处运动(图8-7)。
水文地质学中的地下水循环过程
水文地质学中的地下水循环过程地下水是指在地层内以不流动状态存在着的水，是重要的自然资源之一。
地下水的形成、分布与运动是水文地质学的研究对象之一。
地下水循环过程是水文地质学中的一个重要概念，是指地下水在不同地质介质间的循环流动过程。
阐述地下水循环过程对于我们了解地下水的分布、物质的运移、水文地质环境演化等方面都有重要的学术价值。
历史上，曾出现过“地下河”的概念，指地下有河流般流动的水。
但严谨的地质学研究发现，地下水的运动是个高度复杂的过程，存在多种形式。
受地形、地质结构和地下水的特性等因素影响，成为多源、多周期、多路径和多储层的复杂水系。
因此，明确和了解地下水的循环过程对地下水开发和保护有着重要的意义。
地下水循环过程可以大致分为地表水入渗地下水、地下水浸出水源、地下水径流、地下水补给等过程。
下面本文将分别介绍这四个环节的地下水循环机制。
一、地表水入渗地下水地表水入渗地下水是地下水循环中阶段性的重要过程，通俗的形容就是通常所说的砂漏作用。
地表水经历一系列的物理、化学及生物变化后，大部分进入地面，其中大部分水分析出现在生物体和土壤中，少部分则在地表下逐渐下渗渗入地下水系。
流入地下水系统的降水量称为地下水补给量，地下水是许多生态系统的重要组成部分，也是海洋的重要水源之一。
地表水入渗地下水的物质和能量转移是通过多种途径和作用进行的，如大气降水直接入渗地下水，也有部分通过地表蒸发沉默为大气湿度，再经导致地面或水体蒸发为地下水起到一定的供水作用。
总之，地表水入渗地下水是漫长的历程中的阶段性重要过程。
二、地下水浸出水源地下水浸出水源是一个复杂的过程，它是由地下水中的物质在不同介质之间运移和还原来实现，通俗而言，就是地下水的物质运动和迁移。
地下水在地下储层中经过数年乃至几百年的时间，不断与地下储层中的矿物和流场相互作用，使储层中的细小孔隙、裂隙和缝隙不断变化、发生运移，从而形成复杂的地下水流动通道。
这些通道深入地下，连接着各种水体，受地质构造的影响，构成了地下水系统。
《水文地质》课件
● 06
第六章 总结与展望
水文地质的基本 概念
水文地质是研究地下水运动规律和地下水与地质环境关系 的学科，通过对地下水系统的深入了解，可以更好地应用 于环境保护和工程建设中。地下水的开发利用也是未来的 重要方向。
地下水运动规律
地下水循环
描述地下水在地球 中的循环方式
地下水排泄
解释地下水的排泄 方式
01 矿区地下水的运动规律
地下水在矿区中的流动特点
02 矿产开采影响
矿产开采对地下水资源的影响
03
矿产开采对地下水的影 响
矿产开采活动可能导致矿区地下水位下降，地下水紧缺，地 下水质污染等问题。矿产开采对周边环境和生态系统的影响 较大，需要进行科学评估和合理控制，以保护地下水资源的 可持续利用。
学习方法
结合理论与实 践
多进行案例分析
加强动手能力
多进行田野调查和 实验
评估方式
课堂测验
考察学生对课程内容的掌握程 度
作业与实验报告
加强学生的实践能力和独立思 考能力
参考书目
《水文地质学》
深入了解水文地质 领域的理论知识
《水文地质与 水文地质工程》
应用水文地质知识 解决实际工程问题
● 02
第2章 地下水的形成与分布
● 04
第4章 地下水与地质环境
岩溶地质特点
岩溶地质是一种特殊的地质构造，其特点包括岩溶溶蚀作用 强烈、地下水流动通道复杂等。岩溶地质景观丰富多样，例 如溶洞、溶岩地貌等，对地下水运动有重要影响。
岩溶地下水运动规律
溶蚀作用影响
溶蚀作用形成的裂 隙是地下水流动通
道
水文特性
地下水水位波动大， 水质多变
能够运用水文地质知识解决实际问题
C.考研-水文地质学基础(3-4)
6．潜水主要接受大气降水和地表水的补给。 （ √ ）
7．潜水位是指由含水层底板到潜水面的高度。 （ × ）
8．潜水的流向是垂直等水位线由高水位到低水位。 （ √ ）
9．潜水积极参与水循环，资源易于补充恢复。 （ √ ）
(4)包气带水的运移受毛细力和重力的共同影响。
2．简述饱水带特征？
(1) 饱水带一般含有重力水和结合水。
(2) 饱水带的水体是连续分布的，能传递静水压力。
(3) 饱水带水在水头差的作用下可以发生连续运动。
3．潜水的水位动态一般随季节如何变化？
丰水季节或年份，潜水接受的补给量大于排泄量，潜水面上升、含水层厚度增大、水位埋深变浅。干旱季节排泄量大于补给量，潜水面下降、含水层厚度变小、水位埋深变大。
15．流线是渗透场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。 （ × ）
16．在均质各向同性介质中，流线与等水头线构成正交网格。 （ √ ）
17．在隔水边界附近，平行隔水边界为流线。 （ √ ）
18．地下水分水岭是一条流线。 （ √ )
19．如果我们规定相邻两条流线之间通过的流量相等，则流线的疏密可以反映地下径流强度，等水头线的疏密则说明水力梯度的大小。 （ √ ）
4．地下水运动时的有效孔隙度等于给水度。 （ × ）
5．渗透流速是指水流通过岩石空隙所具有的速度。 （ × ）
6．实际流速等于渗透流速乘以有效空隙度。 （ × ）
7．水力坡度是指两点间的水头差与两点间的水平距离之比。 （ × ）
8．决定地下水流向的是水头的大小。 （ √ ）
9．符合达西定律的地下水流，其渗透速度与水力坡度呈直线关系，所以渗透系数或渗透系数的倒数是该直线的斜率。 （ √ ）
工程地质与水文地质-第3章 水的地质作用--地下水
纯水无臭味，但当水中含有某些气体或有机质时就有了某种气味 （5）口味
主要决定于水中化学成分
三 地下水的物理性质和化学性质
（6）比重
地下水比重决定于水温和溶解盐类。溶解的盐分越多，比重就 越大。地下淡水比重常常接近于1 盐水的比重可用波美度来表示，即一升水含有10克氯化钠，则 盐度相当于1波美度。波美度与地下水比重之间的关系如下表：
量）
Vg
V
4 透水性
定义：透水性是岩石允许水透过的性能。
影响透水性的因素
孔隙大小的影响：当孔隙度一定而孔隙直径愈大，则圆管通道的数量愈 少，但有效渗流断面愈大，透水能力就愈强；
理想圆管状空隙中重力水流速分布 （阴线部分代表结合水，箭头长度代表重力水质点实际流速）
理想化孔隙介质
4 透水性
影响透水性的因素
水的波美度与比重的关系
三 地下水的物理性质和化学性质
（7）导电性 地下水的导电性取决于溶解于地下水中的盐量 Ke=1/R Ke为水的导电率； R为水的电阻率。 地下淡水的导电率为33×10-5至33×10-3之间
（8）放射性 由地下水中的气态镭射气（氡）及少量放射性盐量引起的
三 地下水的物理性质和化学性质
5 包气带
包气带分三带 中间带 过渡带，介于土壤水带和 毛细水带之间。厚度变化 大，从零米到几百米不等。 •中间带的土壤含水量，随 深度逐步降低。
5 包气带
包气带分三带
毛细带 由于空气和水界面上的表
面张力作用，水可沿地下水 面上升形成支持毛细水，在 包气带底部构成毛细水带。 毛细带内颗粒物大小不同， 毛细上升高度也各不相同， 因此毛细水带上缘常成不规 则形状。
水文地质第三、四章
最大涌水 量 /m3.min-1 24.4 225 320 60.5 75.25 17.4
安阳矿区 鹤壁矿区 焦作矿区 荥巩矿区 新密矿区 朝川矿区
（2）地质条件 a.含水层厚度：厚度变大，径流 减慢；反之，径流加快。 b.含水层渗透性：渗透性变好， 径流减慢；反之，径流加快。 （3）边界条件 a.开放性边界 ： 地下水补给河流-由补给区至排 泄区径流加快，潜水面呈上凸 抛物线。 河流补给地下水-由补给区至排 泄区径流减慢，潜水面呈上凹 抛物线。 b.闭合性边界 潜水湖-径流条件差 潜水流-径流条件好
特征： 空隙分布极不均匀 地下水水头高，运移复杂 排泄集中，排泄量大。 水质简单，为重碳酸型水（HCO3-）
溶隙与溶孔
溶沟
落水洞与溶洞（石笋石钟乳）
石柱
石峰与石林
石笋
石牙与地下河
3.3地下水的循环
水文地质单元-由补给区、径流区和排泄区构成的完整空间区域。 一、地下水补给条件 1.补给源-大气降水、地表水和地下水 2.控制条件 （1）.地形条件-地形切割强烈，则补给条件差。 （2）.植被条件-植被茂密，则补给条件好。 （3）.气象条件-暴风骤雨，补给条件差。 （4）.水文条件-地表水发育地带补给条件好 （5）.地质条件-含水层渗透性好，厚度大， 倾角缓，则开启度大，补给条件好。 二、地下水径流条件 1.潜水 特征：水头小但分布不均匀，径流简单，流线大致平行，方向单一 控制条件 （1）地形条件 山区地形-地形起伏大，水头梯度亦大。因而埋藏深、径流快 平原地形-地形起伏小，水头梯度亦小。因而埋藏浅、径流慢
河南省岩溶矿区补给条件与地质条件关系表
（据李栋臣，1996）
矿区名称
裸露区 /km2 289 545 1073 264.8 168.5 15
地质学与水文地质学探索地下水的流动
地质学与水文地质学探索地下水的流动地质学和水文地质学是研究地球上地质过程及其与水文过程相互关系的学科。
地下水是地壳中储存和流动的重要水资源，对于人类的生产生活有着至关重要的作用。
本文将围绕地质学和水文地质学的概念、地下水的形成与循环、地下水的流动特征、地下水的利用以及地质学与水文地质学的应用等方面展开论述。
一、地质学和水文地质学的概念与关系地质学是研究地球构造、地球历史演化、岩石、地壳变动和矿产资源等方面的学科。
而水文地质学是研究地下水的形成、分布、流动和利用等方面的学科。
二者密切相关，地质学对水文地质学提供了基础知识和方法论，水文地质学则为地质学提供了实践应用和发展方向。
两者相互交融，共同推动着地下水研究的发展。
二、地下水的形成与循环地下水的形成主要是通过降水入渗或冰雪融化渗入地下，经过渗透和补给后形成储备。
在地下水循环过程中，一部分水分会通过蒸发和蒸腾作用回归到大气中，另一部分则通过地下水埋藏层中的裂隙、孔隙和介质流动，最终汇集到河流、湖泊和海洋中。
三、地下水的流动特征地下水具有以下几个重要的流动特征：1. 垂直流动：地下水会沿着地下的渗透面或介质孔隙中的斜向移动，形成垂直流动。
2. 水平流动：地下水在地下水层中会沿着流向较平坦的方向流动，形成水平流动。
3. 断层影响：地下水流动会受到地质断层的影响，断层处常常成为地下水流动的通道或屏障。
4. 孔隙流动与裂隙流动：地下水可以通过岩石中的孔隙和裂隙流动，孔隙和裂隙的连通性对地下水运移有重要影响。
四、地下水的利用地下水作为重要的水资源，广泛应用于农业灌溉、城市供水、工业生产和生活用水等方面。
通过合理的地下水利用可以满足不同领域的用水需求，提高水资源的利用效率，但同时也需要注意地下水资源的可持续利用，避免过度开采导致地下水位下降或水质恶化等问题。
五、地质学与水文地质学的应用地质学和水文地质学在各个领域具有广泛的应用价值。
在工程建设方面，地质学和水文地质学可以用于勘察与设计，预测地质灾害风险，保证工程的安全可靠。
地下水动力学第三章
1. 当W0,q1
Wl K2h12h22
2l
a
x
,该式为无入渗补给潜水剖面二维稳
定流动，此时河间地段呈图 单3向-1-流8 动河间 。地段潜水流动剖面图
h1h2时q， 10,水由 1向 河 2河 流动
h1h2时q， 10,水由 2向 河 1河 流动
2. 当W 0,且 h 1h2,q1 W 2 l,q2W 2 l,存在a分 2 l, 水 向两侧岭 河
H1 H1
h1
2
H H2
h2
整理课件
z1
0
z
X l
z2
0
12
流量方程和水头线方程推导
根据裘布依假定
q Kh dH dx
q 1 dx dH Kh
l q 1 dx H 2 dH
0K h
H1
q和K沿程不变
整理课件
13
运用积分中值定理近似求解
l 1dx l
0 h hm
hm
h1 h2 2
对（1）式两次不定积分，代入已知条件得：
h
h12
(h12
h22)
x l
整理课件
h2 (h22 h12)xh12 2 2l 2l 2
三、无入渗潜水向河渠二维稳定运动 ------(二)隔水底板倾斜
沿水平方向取x轴,它和底 板夹角为 ；H轴和井轴一 致。基准面可取在底板以下 任意高度水平（0－0）。当 <20o，渗流长度可以用以 水平孔距l来近似表示，水 力坡度 dH 。即引入裘布 依假设。dx
Q KA dH dx
A Bh
B
B1
B1
l
B2
x
底板水平，含 z 0 , 故 dH dh dx dx
水文地质学基础试题库及参考答案
第一章地球上的水及其循环一、名词解释：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。
3．自然界的水循环分为水文循环和地质循环。
4．水文循环分为大循环和小循环。
5．水循环是在太阳辐射和重力作用下，以蒸发、降水和径流等方式周而复始进行的。
南京工业大学工程水文地质学全书知识点
第一章地下水自然界的水包括大气水地表水和地下水，彼此密切联系，经常不断相互转化，这种彼此转化的过程就是自然界的水循环。
水在自然界中的循环反映了地球水分不断转化的过程，蒸发、降水和径流是这一过程的主要环节根据岩石空隙的成因不同，可分文：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶隙。
颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。
岩石中的空隙是地下水储存的场所和运输的通道。
孔隙度（n）是孔隙的体积（V n）与包括孔隙在内的岩石体积（V）的比值。
岩石孔隙度的大小主要取决于岩石颗粒的大小，岩石的密实程度即分选型裂隙主要指固结的坚硬岩石（沉积岩、岩浆岩和变质岩）受力破裂形成的空隙。
岩石中的地下水分为孔隙水、裂隙水和熔岩水可溶性岩石（石灰岩、白云岩等）中的裂隙经水流长期溶蚀扩展而形成的空隙，称为溶隙。
岩石中的水的赋存形式：气态水、结合水、毛细水、重力水、固态水。
气态水:水汽存在于未饱和的岩石空隙中。
结合水：在岩石颗粒的静电吸附能力的作用下，水分子能牢固地吸附在颗粒表面，形成水分子薄膜。
毛细水：赋存在地下水面以上毛细空隙中的水。
重力水：岩石颗粒表面的水分子增厚到一定程度，重力对它的影响大于颗粒表面对它的吸引力，因而能在自身重力影响下运动。
固态水：当岩石的温度低于水的冰点时，储存于岩石空隙中的水便冻结成冰，从而形成固态水。
岩石的水理性质：容水性，持水性，给水性，透水性，含水层和隔水层。
含水层：指能够给出并透过相当数量水的岩层。
含水层不但储存有水，而且水可以在其中运移。
隔水层：指那些不能给出并透过水的岩层，或者这些岩层给出与透过的水的数量是微不足道的。
透水性的大小跟孔隙的大小有关。
岩石颗粒排列越松散越均匀岩石颗粒的空隙直径便越大，地下水受阻力较小，水从中透过的能力越强。
细颗粒土由于结合水占据了大部分空隙，粒间孔隙极小，地下水流动阻力极大，所以透水能力差。
第二章地下水类型地下水按埋藏条件分为上层滞水，潜水和承压水。
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第三章
一、降水入渗补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
第三章
二、地表水的补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
地表上的江河、湖泊、水库以及海洋，皆可成为地下水的补给 水源。现以河流为例，说明地表水的入渗补给的一般规律。 河流对于地下水的补给，主要取决于河水位与地下水位的相对 关系。这种关系对于大江大河来说，在不同河段往往存在明显 的差别。 ①通常上游山区河段，河流深切，河水水位常年低于地下水位， 河水无法补给地下水，地下水补给河水； ②进入山前地带，地下水为埋藏较深，河水位高于地下水位， 发生补给地下水的现象。
第三章
二、蒸发排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
河北省石家庄的实验观测数据显示潜水埋藏深度对蒸发量的影 响。当埋深大于5米时，潜水蒸发近于零，埋深愈浅，岩土中水 分蒸发愈大。因为地下水埋藏浅，包气带则薄，水分交换运移 路程短，水分扩散迅速，所以水量损耗多。若潜水位埋深近于 地表，潜水面上毛管水上升可直达地面，水汽输送通畅，供水 条件好，地下水蒸发强度可达到甚至超过水面蒸发强度，所以 可用水面蒸发量（Eo）近似代替埋深为零的潜发量，即为陆面 蒸发能力的表征。当潜水埋深超出土壤毛管上升高度及植物根 系吸水深度时，则潜水蒸发量趋于零。此时的潜水埋深称为潜 水蒸发的极限埋深。
第三章
一、降水入渗补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
在平原地区，降水入渗补给量可根据降水入渗系数进行估算。 所谓降水入渗系数，即是在同一面积上降水入渗量占降水量的 百分数。即= qx/X。 qx为年降水入渗补给含水层的量mm。 X为年降水量mm。 降水入渗补给量计算公式： Q=1000XF 式中F为补给面积km2。
第三章
五、人工补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
在我国水资源供需矛盾比较突出的一些北方省区，以及过量开 采地下水的大中城市，也开展了这方面的工作。如河北省的南 宫“地下水库”回灌工程，设计总蓄水量达4.8亿米3，可调蓄 水量达1亿米3以上。上海市采用人工回灌方法，控制由于过量 开采深层地下水而引起的地面沉降，取得了举世瞩目的成就。 人工补给地下水还可以储冷（冬灌夏用），储热（夏灌冬用）。 回灌方式主要有地面、河渠、坑池蓄水，井孔灌注。
第三章
地下水的循环
第三节、 地下水的径流
（一）地下水径流方向与径流强度 地下水的径流方向与地表上河川径流总是沿着固定的河床汇流 不同，呈现复杂多变的特点，具体形式则视沿程的地形，含水 层的条件而定。当含水层分布面积广，大致水平，地下径流可 呈平面式的运动；在山前洪积扇中的地下水则呈现放射式的流 动，具有分散多方向的特点；在带状分布的向斜、单斜含水层 中的地下水，如遇断层或横沟切割，则可形成纵向或横向的径 流。但这种复杂多变性，总离不开地下水从补给区向排泄区汇 集，并沿着路径中阻力最小方向前进，即自势能高处向势能较 低处运动，反映在平面上，地下水流方向，总是垂直于等水位 线的方向。
第三章
一、降水入渗补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
大气降水是地下水最主要的补给来源。其补给的一般过程是： 如雨前土壤相当干燥，则到达地面的降水先被土壤颗粒表面吸 附力所吸引，形成薄膜水，可称薄膜下渗。当土壤吸附的薄膜 水达最大持水量时，继续下渗的雨水将被吸入细小的毛管孔隙， 形成毛管悬着水，形成毛管下渗，当包气带土层中的结合水、 毛管悬着水达到极限以后，后续的雨水将在重力作用下，通过 静水压力的传递，不断而稳定地补给地下水。在地下水埋藏较 深的地方，这一过程需要很长时间才能完成。
第三章
二、蒸发排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
河北省石家庄的实验观测数据显示潜水埋藏深度对蒸发量的影 响。当埋深大于5米时，潜水蒸发近于零，埋深愈浅，岩土中水 分蒸发愈大。因为地下水埋藏浅，包气带则薄，水分交换运移 路程短，水分扩散迅速，所以水量损耗多。若潜水位埋深近于 地表，潜水面上毛管水上升可直达地面，水汽输送通畅，供水 条件好，地下水蒸发强度可达到甚至超过水面蒸发强度，所以 可用水面蒸发量（Eo）近似代替埋深为零的潜发量，即为陆面 蒸发能力的表征。当潜水埋深超出土壤毛管上升高度及植物根 系吸水深度时，则潜水蒸发量趋于零。此时的潜水埋深称为潜 水蒸发的极限埋深。
第三章
二、地表水的补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
补给量的大小除了与河床的透水性能，河床的周界有关外，主 要决定于江河水位高低以及高水位持续时间的长短。江河对地 下水的补给与降水入渗补给还存在明显的不同点：前者的补给 局限于河槽边界，呈线状补给，补给面比较窄；而降水补给呈 面状，在一次降水期间普遍而均匀，但雨停后，降水补给亦很 快停止，所以时间上断断续续；江河的补给，只要河水位高于 两岸地下水位，就可持续进行。
第三章
一、降水入渗补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
由此可见，降水的入渗过程是在分子力、毛管力以及重力的综 合作用下进行的。而地下水自降水获得的补给量除了与降水本 身的强度、降水总量等有关外，还与土层蓄水能力有关。只有 降水入渗量超过土层的蓄水能力，多余的降水才能补给潜水。
此外，地形、植被等对大气降水的补给也有影响
第三章
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
四、含水层之间的排泄 五、人工排泄 抽取地下水作为供水水源，基坑开挖抽水降低地下水位，北京、 西安等许多大中城市，地下水是主要供水水源。
第三章
一、地下水的动态
地下水的循环
第三节、 地下水的径流
地下水径流是地下水循环系统的重要环节，它将地下水的补给 区与排泄区紧密地联系在一起，形成统一的整体。径流的强弱 影响着含水层的水量与水质的形成过程。 （一）地下水径流方向与径流强度 （二）地下水径流类型
第三章
二、地表水的补给
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
③进入中下游地区，堆积作用加强，河床抬高，河水位一旦高 于地下水位，即可发生补给地下水的现象。但河水为低于地下 水位时，则地下水补给河水。河水与地下水之间的关系常层季 节性变化。
④黄河的下游，由于强烈的堆积作用，河床高出地表，形成 “地上悬河”。河水总是补给地下水。第三章地下水的环第三节、 地下水的径流
（一）地下水径流方向与径流强度 至于地下水的径流强度，也就是地下水的流动速度基本上与含 水层的透水性，补给区与排泄区之间水力坡度成正比，对承压 水来说，还与蓄水构造的开启与封闭程度有关。 地下径流强度不仅沿程上有差别，在垂直方向上也不同，一般 规律是从地表向下随着深度增加，地下径流强度逐渐减弱，至 侵蚀基准面，地下水基本处于停滞状态。
第三章
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
地下水失去水量的过程，就是地下水的排泄。其排泄方式有点 状排泄（泉）、线状排泄（向河流泄流）及面状排泄（蒸发）3 种。在排泄过程中，地下水的水量、水质及水位均相应的发生 变化。其中蒸发排泄仅消耗水分，盐分仍留在地下水中，所以 蒸发排泄强烈地区的地下水，水的矿化度比较高。
第三章
地下水的循环
地下水作为水圈的重要组成部分，一方面积极地参与了全球的 水循环过程，同时在一定的环境条件下，一定区域范围内的地 下水自身通过不断地获得补给、产生径流而后排泄等环节，发 生周而复始的运动，形成相对独立的地下水循环系统。循环系 统的强度规模主要决定于补给与排泄这一对矛盾。如果补给充 足、排泄畅通，地下水径流过程就强烈；如果补给来源充足， 但排泄不畅，必然促使地下水位抬升，甚至溢出地表，并在一 定的环境条件下使地表沼泽化。反之排泄通畅，但补给水源不 足，迫使含水层中的地下水逐渐减少，甚至形成枯竭，地下水 循环受到抑制，以至中断。由此可见，地下水补给和排泄，是 决定地下水循环的两个基本环节，是地下径流形成的基本因素， 补给来源和排泄方式的不同，以及补给量和排泄量的时空变化， 直接影响到地下径流过程以及水量、水质的动态变化。
第三章
地下水的循环
第三节、 地下水的径流
（二）地下水径流类型 地下水是通过补给，径流与排泄3个环节来实现交替循环的。根 据水的交替循环途径的不同，可区分为垂向交替、侧向交替和 混合交替。其中垂向交替以内陆盆地为最典型，自降水或地表 水入渗得到补给，而后以蒸发方式垂直排泄，径流过程微弱； 侧向交替类型的补给来源多样，地下水的交替基本上在水平方 向上进行，径流比较发育；混合交替是介于上述两类之间的过 渡类型，自然界中实际交替现象，大都属这一类。
第三章
一、泉排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
2、按泉的成因，可分为接触泉、侵蚀泉、溢出泉和断层泉；
第三章
一、泉排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
泉可以单个出现，亦可在特定的地质、地貌条件下，呈泉群出 现，泉水流量则相差悬殊。我国山东省济南市是著名的泉城， 在市区2.6平方公里范围内，分布有大小106个泉，总涌水量达8， 333米3/秒，成为济南市区的供水水源之一。 一些泉水温度较高（南京汤山温泉） 一些泉水含有某些特殊的化学物质，可用来做饮料。 另外一些泉本身就是旅游景点。
第三章
一、泉排泄
地下水的循环
第二节、 地下水的排泄
泉是地下水的天然露头，是含水层或含水通道出露地表发生地 下水涌出之现象。通常山区及山前地带泉水出露较多，这是与 这些地区流水切割作用比较强烈、蓄水构造类型多样及断层切 割比较普遍等因素的影响有关。 泉的分类方法有多种，1、按泉水出露时水动力学性质可将泉水 分为上升泉和下降泉两大类。上升泉一般是承压含水层排泄承 压水的一种方式，泉水在静水压力的作用下，呈上升运动，相 对来说这种泉水的流量比较稳定，水温年变化较小；下降泉是 无压含水层排泄地下水的一种方式，地下水在重力作用下溢出 地表，水量、水温等往往呈现明显的季节性变化。
第三章
地下水的循环
第一节、 地下水的补给
含水层自外界获得水量的过程称为补给，补给按来源的不同可 分为：降水入渗补给、地表水补给、凝结水补给、来自其他含 水层的补给以及人工补给等。 在以上各种补给来源中，凝结水的补给量有限，但对降水量稀 少、昼夜温差大的沙漠干旱地区，凝结水的补给具有重要意义； 至于来自其他含水层的补给，则是发生在地下水内部的一种水 量交换过程。 所以从整体上说，地下水的主要来源，还是大气降水和地表水 的入渗补给，而人工补给则随着人类活动日益扩展，其重要性 与日俱增。