水文地质学基础练习 (答案)

q Kh
5
分离变量得：
q ds hdh k
由断面 1 到断面 2 对上式积分：
h2 q s2 ds h1 hdh k s1
得 令 S2-S1=L 得： q
2 h12 h2 q ( s2 s1 ) k 2
K
h1 h2 h1 h2 * 2 L
KB h1 h2 h1 h2 * 2 L
四 （1）如图示，有一潜水含水层由均质砂组成，隔水底板水平，在平面上水流呈 稳定平面流动，潜水面浸润曲线为一下降曲线。请推导该含水层流量公式。 （设 渗透系数为 K，渗透宽度为 B，其它数据如图示）
解：根据达西定律： I
dh ds dh ds
设含水层的厚度为 h，则单位宽度水流断面积为 1.h=h,单位宽度渗流量 q 为：
地厚 柱 界 系 统 组 层度 状
新第
126-303
含 隔 水 层
编 号
一 含 一 隔 二 含 二 隔 三 含
厚 度
水 文 地 质 特 征
上部为潜水含水层，水量较小，受大气降水补给，和地表水有直 6.30-24.60 接的水力联系。下部属潜水—弱承压含水 层，含水性中等，水化学类 17.06 型为重碳酸盐水，受地区径流和地区降水补给与第二含水层组混合。 5-30 14 20-52 34 7-36 17 6-64 45 为较好的隔水层。 薄层细粉砂层。 以棕黄～灰绿、黄色砂质粘土为主， 上部：为浅灰黄色细粉砂。下部：为黄色中砂，细砂层。q=1.417 ～2.594升/秒〃米，k=4.77～10.95米/日，水位标高23.29～23.7米，水 化学类型重碳酸或重碳酸硫酸盐水。受区域经流和区域大气降水补给. 为良好的隔水层。 以绿黄色砂质粘土及粘土为主，底部局部钙质富集， 上部：乳白色泥灰岩，呈破碎硬块。 下部：以浅肉红黄色细砂为主。 三含含水性不均。q=0.163～1.109升/秒〃米，k=1.52～3.90米/日，水 位标高10.40米，水化学类型为重碳酸盐水。 以灰绿青灰色粘土，钙质粘土为主，上部分布泥灰岩1～2层。第 三隔水层厚58～107米，平均厚80米。除孔庄井田东部受古地形影响显 变薄外，全区稳定。q=0.0000629升/秒〃米，k=0.000045米/日透水性 性极微，为本区重要隔水层。 四含上段：由土棕黄色砂性土和青灰白，棕红亚粘土，粘土组成。 四含下段：为含粘性土砂砾层，由不同砾径砾石，各种砾径的砂组成。 含水性弱中等 q=0.0011～0.156公升/秒米，k=0.00076～2.025米/日, 水位南：-58.9，北：15.05-41.45，水质为硫酸氯化物型。 中上部：为浅灰色～深灰色细粉砂岩，成分为石英。下部：为暗紫 成分主要为石灰岩，白云岩。本含水组 红色砾岩，分选差，钙质胶结。 主要分布在井田东北部，含水性强。K=0.326～6.834，q=0.029～4.378 升/秒〃日，水位标高-1.9～-45.40，水质类型为硫酸氯化物型，第五 含水层与第四含水层与煤系有直接联系。 P15以上：以浅灰，灰绿色粉砂岩、细砂岩为主，见中粗砂岩及少 量泥质岩，胶结物为泥质及砂质，为一弱含水层，局部地区构造裂隙发 育，曾发现泥浆漏失现象（如孔庄东北Ⅶ6孔等）
三、对以下四个表中数据，说明了水文地质学中的哪些理论？
岩石名称 孔隙度
松散岩石孔隙度数值表 砾石 砂 25～40 25～50 松散岩石持水度数值表
粉砂 35～50
粘土 40～70
泥炭 80
岩石名称 颗粒大小 mm 最大分子 水容度,%
粗砂 2～0.5 1.57
中砂 0.5～0.25 1.6
细砂 0.25～0.1 2.73
（2）B 区为
温带季风区海洋～大陆性气候
气候，四季分明。据气象站
1959 年 1 月到 1998 年 11 月的观测资料： 年平均气温 13.5℃，月平均最高气温 34.3℃(1957 年 7 月)，日最高气温 41.6℃(1960 年 6 月 21 日)，月平均最低气温-9.8℃(1963 年 1 月)，日最低气温 -19.4℃(1964 年 2 月 18 日)，多年来最低平均气温月为 1 月，平均气温-2℃，平 均最高气温月为 7 月，平均 29℃。 年平均降雨量 677.17mm，年最大降雨量为 1186.0mm(1964 年)，年最小降 雨量为 347.90mm(1988 年)，日最大降雨量 177.1mm(1965 年 7 月 9 日)，降雨多 集中于每年的 7、 8 月份。 一般春季雨量少， 时有春早。 年平均蒸发量 1728.27mm， 年最大蒸发量 2228.2mm(1960 年)， 年最低蒸发量 1493.0mm(1984 年)。 春夏两季 多东及东南风， 冬季多西北风， 最大风力 8 级，平均风速为 2.3m／s。历年最 大积雪厚度 0.15m，最大冻土深度 0.3lm。
四
生 系 新 近 系 界 古 近 系 中侏上 统 生罗 下 界系 统 上 二 石
106 0-198.2 92.6 0-100.6 39.23
96-155 0-100 55
三 隔
58-107 80
四 含
0-51.97 25
五 含
上
中 盒 迭 古 子
544 六 含
P15～P14:以灰绿、紫红色粉砂岩，泥岩为主，砂岩次之，夹1～2 层中、细粒砂岩。以泥质，砂质胶结，局部节理裂隙发育，在孔庄井田 曾发生泥浆漏失现象，消耗量为1.34～1.7立方米/时，含水性不均。 P14～P13：以粉砂岩，泥质岩为主，夹有中粒砂岩，偶见粗粒砂岩 ，为泥质和砂质胶结。为一弱含水层。局部裂隙发育地段，有泥浆漏失 现象，漏量1.42～321立方米/时。 90 P13～P11：为暗色等杂色泥质岩，次之粉砂岩及中细砂岩等。泥 质岩隔水性良好。深部岩性致密完整裂隙较少，个别地段（如Ⅳ6）裂 隙发育，钙质胶结的砂岩，裂隙有溶蚀现象，泥浆漏失量较大。 P11～P10：以暗灰紫色泥质岩为主。下段以粉砂岩为主，岩性较 完整，节理、裂隙不发育，个别地点裂隙发育，造成泥浆漏失现象，漏 水量1.5～2.33立方米/时，一般情况下属隔水性能较好的岩层。 第六含水层段的含水性一般很弱。q=0.000423～0.00342升/秒〃米， 补给条件不良，易被疏干。 k=0.0016～0.0046米/日，为重碳酸氯化物水。
渗透系数,m/d 5.0～20.0 20.0～50.0 50.0～150.0 100.0～500.0
4
说明： （1） 松散岩土的孔隙度与岩土颗粒大小有关，粒径越小，孔隙度越大； （2） 岩土的持水度主要是结合水持水度，与颗粒的比表面积有关，颗粒粒径越小， 比表面积越小，持水性越强。 （3） 给水度主要与岩土的孔隙大小有关，岩土的颗粒粒径越大，孔隙越大，给水度 越高。 （4） 渗透系数主要也与岩土的孔隙大小有关，岩土的颗粒粒径越大，孔隙越大，渗 透系数越大。 （5）渗透系数主要与给水度关系较大，与持水度负相关。
3
本 中溪 统 群 下 奥 马 古 家 生 陶 沟 界 系 组
600 米 以 上
中厚层白云质石灰岩，岩性致密，坚硬。风化露头带喀斯特裂隙溶 洞较发育，含水性较好，往下逐渐减弱。抽水结果：q=0.019～0.897升 /秒〃米，k=0.015～4.68米/日，水位标高6.8米，水化学类型为重碳酸 硫酸盐水。永久硬度30°H
解：根据条件，本例可用上题单宽流量公式计算
h1=30m，h2=15m，L=1000m、K=10m/d 代入计算得：
《水 文 地 质 学 基 础》 能力拓展练习
班级： 学号： 姓名：Biblioteka Baidu
1
一、阅读以下材料，分别说明 A、B 两区的气候类型并比较两种气候类型对地下 水的影响。
（ 1 ） A 区处于黄土高原地带，气候变化显著，属
温带大陆季风气候
气候。年平均气温 9.9℃，最高气温 35℃，最低气温-19.8℃。年降水量分配极不 均匀，多集中在六、七、八三个月，多年平均降水量为 567.2mm，最大年降水 量 767.4mm （2003 年） ，最小年降水量 385.4mm （2004 年） 。最大年蒸发量 2346.4mm，最大冻土深度 61cm。全年风向夏季多东南风，冬季多西北风。
如渗透宽度为 B，则： Q
（2） 某水库区经过水文地质工作后， 得到如图-1 所示的水文地质剖面图(均 质、稳定的二维流)，已知河 1 水位 H1 =40m,河 2 水位 H 2 =35 m，水平隔水底板的 标高 Z=20m， 河间地段长度 L=1000m， 如在河 1 修建水库并蓄水至库水位 H1 =50m， K=10m/d，如无入渗补给，请问蓄水后水库会不会向河 2 渗漏，渗漏量是多大？
极细砂 0.1～0.05 4.75
亚粘土 0.05～0.002 10.8
粘土 ＜0.002 44.85
常见松散岩石的给水度 岩石 名称 平均 给水 度% 粘土 2 亚砂 7 粉砂 8 细砂 21 中砂 26 粗砂 27 砾砂 25 细砂 25 中砾 23 粗砾 22
岩性 亚粘土 亚砂土 粉砂 细砂
松散岩石渗透系数经验值 渗透系数，m/d 岩性 0.001～0.10 中砂 0.1～0.50 粗砂 0.50～1.0 砾石 1～5.0 卵石
说明：本题通过实际材料向学生说明气候因素对地下水的影响。 本题主要从降水量、蒸发量等要素说 B 区比 A 区降水量丰富，蒸发量小， 更有利于地下水形成。 本题中 A 区实际是山西省潞安矿区，B 区实际是山东省济宁矿区。
2
二、下图为某地综合柱状图，请分析各含水层的介质类型，这些含水层是否 可以划分含水层组。
说明：本题主要通过一个实际水文地质柱状图，让学生了解实际情况中含水 层和隔水层是如何划分的，并了解孔隙、裂隙、溶隙三种不同类型的含水层。 本例中，从上到下共划分了 8 个含水层，可向学生逐一介绍。本例中，一含 到四含为孔隙含水层，也可划分为一个含水层组，为第四系松散含水层组；五、 六、七含为裂隙含水层，其中六、七含可划分为一个含水层组，为煤系砂岩含水 层组。八含为岩溶含水层，其下奥灰也不岩溶含水层。
组
下 统 石 系 生 下 山
96-126 111
盒 256 子 组
七 含
70
P10～P8：以砂岩，粉砂岩等组成。岩性完整，节理裂隙不发育， 泥浆漏失量一般在0.25立方米/时。 裂隙发育，漏失量1.2～3.86立方米。 P8～P6：为灰白色细中粒石英砂岩，富含菱铁质，浅部裂隙较发育。 并在个别地段发生泥浆漏失现象（如I10孔消耗量为6立方米/时）。 P6～P3：为各种粒度砂岩，粉砂岩为主。P6煤层下部发育，有紫色铝 质泥岩，露头构造附近，裂隙较发育，个别地段泥浆漏失量0.25～0.50 立方米/时。第七含水层富水性很弱，Ⅳ线以南，q=0.00012～0.00035 公升/秒〃米，k=0.00023～0.00058米/日，Ⅳ线以北，q=0.000418～0. 000893升/秒〃米，k=0.00054～0.001米/日，为重碳酸硫酸性水。 个别地点的微弱充水，因补给 条件不良和水量很小，易被疏干。 以灰～暗灰色细砂岩为主，并与叶片状薄层粉砂岩组成互层，层位 比较稳定，岩性较致密完整，厚度一般在60米以下，抽水结果：q=0.00 0122～0.000418公升/秒〃米，k=0.00023～0.00054米/日，透水性极弱， 是P3～C3间的一层极良好的隔水层。
西 统 石 组
上
太
150-170
界 炭 统 系
原
八 含
62
群
2-16
太原统地层总厚约达160余米，共夹灰岩11～13层，厚约60余米，有 酸性浅成流纹岩侵入。上部地层厚约50米，以灰～灰黑色中粒砂岩为主 。中部地层厚约80米，以灰白～灰黑石灰岩为主。共7层，总厚48米左右， 为本统主要含水层。上部地层厚37米余，以灰黑、灰绿色粉砂岩，砂岩 为主。灰岩在露头和浅部喀斯特裂隙溶洞发育，向深部逐渐减弱。浅部 含水较富，抽水结果：q=0.392～0.73升/秒〃米，k=1.14～1.69米/日， 深部q=0.0121～0.0132升/秒〃米，k=0.021～0.059米/日，水位标高20. 90～22.62米，水化学类型为硫酸氯化物水。正常情况下对二迭系煤层不 能造成直接充水关系，仅在灰岩含水层与煤层成断层接触时，才能造成 对矿井的直接充水。