水文循环

水文循环:（1）定义—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。

水文循环是在太阳辐射和重力共同作用下，以蒸发、降水和径流等方式周而复适进行的。

（2）水文循环的划分
1.循环路径不同：
大循环（海-陆）与小循环（海-海，陆-陆）
2.时空尺度不同：
全球水文循环，流域水文循环，水-土-生系统水文循环
（3）水文循环的运动规律
海洋的蒸发量大于降水量
陆地的降水量大于蒸发量
大陆输入水汽量与输出水量基本平衡
水文循环尺度——全球、流域（区域）、水-土-生
水文循环的作用：通过循环—水的质量得以净化、水的数量得以再生
水资源不断更新与再生，可以保证在其再生速度水平上的永续利用──也是可持续发展保证
地质循环：地球浅层圈和深层圈之间的相互转化过程称为地质循环。

大循环：海洋与大陆之间的水分交换为大循环。

小循环：海洋或大陆内部的水分交换称为小循环。

孔隙的分类：
孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标。

定义：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占的比例。

通常用n 表示.
包气带水的存在形式（多样）: 结合水、毛细水（各种）、重力水、气态水.
饱水带中水的存在形式:①重力水②结合水
容水度:岩石完全饱水时，所能容纳的最大水体积与岩石总体积之比。

含水量：岩石样实际保留水分的状况，（是某岩样某时的含水状态）又称岩石的天然含水量给水度:当地下水位下降一个单位高度时，单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释放出来的水体积，称为给水度。

透水性:岩石允许水透过的能力。

含水层：是能够透过并给出相当数量水的岩层—各类砂土，砂岩等
隔水层：不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层——裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密）
概念的相对性：1.从实际应用角度来看划分的相对性——相当水量满足需要即可。

2.从理论意义来看——微不足道微不足道，有时空尺度的制约。

潜水：饱水带中具有自由表面的稳定含水层中的重力水
承压水：充满于2个隔水层（或弱透水层）之间的含水层中的水，称之。

上层滞水：当包气袋存在局部隔水层（弱透水层）时，局部隔水层（弱透水层）上会积
聚具有自由水面的重力水，这便是上层滞水。

潜水与潜水含水层图：
承压水的示意图
水头：测压管高度与位置高度之和称为测压管水头。

测压水位: P/g表征某点处得相对压强高度，即测压管高度。

位置高度:Z表征流体中某点相对于基准面的位置高度。

地下水流动与水头的关系：
介质中：H=Z+P/g+aU2/2g
Z---表示单位重量流体相对于某基准面所具
有的位能（重力势能），位置水头；
P/g---表示单位重量流体所具有的压能（压
强势能），测压管高度；
aU2/2g---表示单位重量流体具有的动能，
流速水头
达西公式及公式中个字母的意义：
Q=Kwh/L=KwI
Q ——渗流量；ω——砂柱断面面积；h ——水头损失（m）；L ——渗流途径；K——与试样有关的比例常数。

库尔洛夫式中各字母数字的意义:
❖分式前：气体成分、特殊成分、矿化度M ，单位(g/L)
❖分式上下：阴、阳离子（毫克当量百分数≥10% ）
❖分式后：水温（oC)
总硬度：水中所含Ca2+，Mg2+的总量（mg/L），以毫克当量数总和来表示，当量数乘以2.8可换算成德国度。

暂时硬度：水煮沸后，会有部分Ca2+，Mg2+形成碳酸盐沉淀，水中Ca2+，Mg2+，浓度降低，失去的这部分Ca2+，Mg2+的重量。

永久硬度：水煮沸后，仍留在水中的Ca2+，Mg2+含量。

总硬度=暂时硬度+永久硬度
地下水化学成分的形成作用：
溶滤作用—水岩相互作用时发生
浓缩作用—蒸发排泄时发生
脱碳酸作用—在温度与压力发生变化时发生
脱硫酸作用—在还原环境下发生：SO42-→H2S↑
阳离子交替吸附作用—岩土表面吸附的阳离子与水中阳离子发生交换
混合作用— 2种不同类型地下水混合时发生
人类活动的作用——影响越来越大
溶滤作用的结果：长期、强烈溶滤作用的结果，地下水以低矿化度的难溶离子为
主，HCO3—Ca水或HCO3—Ca Mg
这是由溶滤作用的阶段性决定！在由多种盐类组成的岩石中：
早期，Cl盐最易溶于水中→随水带走，岩土贫Cl盐，继续作用，较易溶SO42-盐类被溶入中→随水带走，贫SO42-盐类，持续作用，岩土中只剩较难溶的碳酸盐类。

因此，分析溶滤作用及其地下水的成分特征：
①要从地质历史发展的眼光（角度）来理解—它是地质历史长期作用的结果
②地下水是不断运动的—溶解的组分会被带去（岩土组分变化）
前期溶滤作用—溶滤什么组分，水中获得相应组分
后期溶滤作用—长期强烈溶滤作用的结果是难溶成分的低矿化水
③溶滤作用还显示空间上的差异
大气降水补给地下水的因素：
▪P = Rs + E +ΔS + qs
▪气候因素（P，E）；
降水总量,降水强度,降水频率；
降水延续时间
总量大，强度适中，间隔短，时间长的绵绵细雨最有利。

温度适中，温差较小，相对湿度大，蒸发强度小。

地形: 高或低，陡或缓——平缓低洼
地质: 渗透性愈大则愈有利
地下水位埋深：
植被等：
地下水与地表水发生水力联系的条件：
*平原区大气降水入渗补给量如何确定；
据补给泉的含水层类型可将泉划分为上升泉、下降泉。

1.下降泉(出露潜水含水层中的泉）—
根据出露条件又将下降泉分为：
侵蚀泉：地形切割到潜水面
接触泉：地形切割至隔水底板
溢流泉：水流在前方受阻，水位抬升，而溢流成泉
2. 上升泉（出露于承压含水层中的泉）
上升泉根据出露条件分为：侵蚀泉，断层泉，接触带泉
地下水含水系统是指有隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系
地下水流动系统是指从源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体
地下水动态的影响因素：
1.气象（气候）因素—决定动态总轮廓
特点：大面积，普遍产生影响(主要有降水与蒸发因素)
气象因素表现：
–降水的年内季节性变化
–降水的多年变化（如11年周期）
–降水的昼夜变化
与此相对应，地下水动态也有这三种周期性变化
–昼夜变化--在许多地区不明显
–多年变化--研究周期长
–年内变化--最突出
2.水文因素
❖指地表水体的变化对地下水动态的影响
3.地质因素
❖地质因素是间接因素（相当于滤波器）
❖气候与水文因素决定了一个地区地下水动态的总轮廓
❖地质因素起修饰作用，滤波或削峰填谷的作用
▪潜水位的埋深：埋深的大小，对滞后-延迟时和变幅的影响
▪包气带岩性：K起作用；
▪饱水带岩性：K和μ均起作用
▪地下水所处的空间部位：补给区，排泄区。

一般而言，补给区较排泄区更不稳定
4、人为因素：
包括开采、人工回灌、灌溉、库渠渗漏、污水排放等
潜水均衡方程式：
Xf + Yf + Zc + Wu1 + Qt - ( Zu+Qd+Wu2 ) = μΔh
几种条件下的潜水均衡方程式：
干旱半干旱平原区：忽略Zc ；地形切割微弱Qd→0；
无越流时Qt =0；径流滞缓Wu1 ≈ Wu2 →0；
Xf + Yf - Zu =μΔh
多年均衡条件下：μΔh =0，则
Xf + Yf = Zu
湿润山区潜水均衡Zu =0
Xf + Yf = Qd
强烈开采区Xf + Yf = Q开
典型地区洪积扇沉积物的分带性：
沉积物粒度粗（砾，粗砂）→中砂细→极细、粘土
沉积特征分选差→中等→好
透水性（K）好→−差水位埋深深→浅→渐深（或承压）补给好→−差流动交替V大，交替快→−V小，交替慢
排泄径流排泄→−蒸发排泄
赋存（深埋区）→（溢流区）→（下沉区）
形成作用溶滤作用→−浓缩作用
矿化度（TDS）低→中→高成分与类型HCO3 →SO4 →Cl 动态变幅大→−小均衡整体、统一的均衡区
景观（环境）缺水区→泉，沼泽→盐渍化区
裂隙水的特点：坚硬基岩受各种应力作用，产生不同类型的裂隙
❖成岩裂隙（original fracture 如玄武岩的柱状节理）
❖构造裂隙（tectonic fracture 断层裂带）
❖风化裂隙（weathering fracture ）
分布较广的构造裂隙水的特点：
▪分布不均匀——有的地方打井有水，有的地方无水
▪水力联系不统一性，水量分布不均匀
▪渗透的各向异性——KX≠KY
导水断层带的水文地质意义：贮水空间作用集水廓道作用导水通道作用
隔水屏障作用---阻水作用（隔水边界）
岩溶发育的基本条件：
1、可溶岩层的存在：
碳酸盐岩：灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩；
结构：豹皮灰岩，生物碎屑灰岩，厚层状，薄层状
2、可溶岩必须透水
——裂隙发育（初始裂隙）→岩溶系统
断层发育决定了→溶洞形成
3、水具侵蚀性——第一条途径（水与气）增加H+
⏹第二条途径则产生CO32-
结果：增加Ca2+ HCO3-
4. 水的流动性→
地下水的循环交替是岩溶发育的充分必要条件
其作用：不断更替补充具侵蚀性的水；将溶解与侵蚀的物质带走----留下空洞（岩溶）南北方岩溶及岩溶水差异
1.发育程度：南方充分典型；
2.含水介质：南方高度管道化强烈不均质，北方较均匀；
3.动态：南方岩溶水动态更加不稳定；
原因
1. 岩层：南方多分布大套巨厚到块状纯净碳酸盐岩，构造应力作用下易形成稀疏宽大
裂隙；北方碳酸盐岩多薄层、夹层、互层，构造应力作用下裂隙短小密集；
2. 构造：南方岩溶含水系统多属较紧密褶皱，尤其向斜构造汇水；北方多宽缓的向斜
单斜，不利于汇水；
3. 气候：南方湿热，雨量大，植被土壤发育；。