水文地質期末復習重點

1、緒論1.水文地質學：水文地質學是研究地下水的科學。它研究與巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈以及人類活動相互作用下地下水水量和水質的時空變化規(guī)律，并研究如何運用這些規(guī)律興利除害，為人類服務的科學。2.研究對象：地下水3.研究內容：地下水的形成與轉化；地下水的類型與特征；飽水帶及包氣帶中水分和溶質的運動；地下水動態(tài)與水均衡；地下水資源計算與評價；地下水資源系統(tǒng)管理；4.地下水的功能：寶貴的自然資源；重要的生態(tài)環(huán)境因子；災害因子；活躍的地質營力；地球內部信息載體第一章 地球上的水及其循環(huán)1水循環(huán)：地球上各個層圈系統(tǒng)內的水相互聯(lián)系、相互轉化的過程。包括水文循環(huán)和地質循環(huán)。水文循環(huán)：是指發(fā)生于大氣水、地表水

2、和地下水之間的水循環(huán)水文循環(huán)分類：路徑不同：大循環(huán)（海-陸）和小循環(huán)（海-?；蜿?陸）；時空尺度：全球水文循環(huán)，流域水文循環(huán)，水-土-生系統(tǒng)2水系：是指匯流于某一干流的全部河流所構成的地表徑流系統(tǒng)。流域：是指一個水系的全部集水面積，亦即地表水或地下水的分水嶺所包圍的集水區(qū)域。分水嶺（分水線）：是指相鄰兩個流域之間地形最高點的連線。 3徑流模數(shù)：是流域內單位面積單位時間產(chǎn)生的徑流量，單位為L/s·km2，計算公式M=Q/F×103。徑流深度：是某一時段內的徑流總量均勻分布于整個流域面積上所得到的平均水層深度，單位為mm，計算公式R=W/F·10-3。徑流系數(shù)：是同一

3、時段內流域面積上的徑流深度R（mm）與降水量P（mm）的比值，表示為b=R/P。第二章 巖石中的空隙與水分1、空隙：巖石中沒有被固體顆粒占據(jù)的那部分空間，是地下水賦存場所和運移通道。類型：松散巖石中的孔隙；堅硬巖石中的裂隙；可溶巖石中的溶穴空隙特征的表征指標：孔隙-孔隙度（n）；裂隙-裂隙率（Kr）；溶穴（溶隙）-巖溶率（Kk）2、巖石的水理性質：是與水的儲容、運移及釋出有關的巖石性質的總稱。含水量：是巖石空隙中所保留的水分的多少。2.1給水度：是指地下水位下降一個單位深度、從地下水位延伸到地表面的單位面積巖石柱體在重力作用下所釋放出來的水的體積。常用小數(shù)表示，無量綱給水度的影響因素 巖性：顆

4、粒粗大的松散巖石，空隙寬大，重力釋水時持水性差，給水度大。 地層結構：含有細顆粒夾層時給水度較小。 空隙大小與性質：空隙寬大時給水度較大，而空隙狹小時，結合水與毛細水為主，持水性強，給水度小。 水位埋深（在毛細帶內）：埋深小于最大毛細上升高度時，給水度較小。 水位降速：抽水時降速過大時給水度偏小，降速很小時給水度較穩(wěn)定。2.2含水量：是巖石空隙中所保留的水分的多少。2.3持水度（Sr）：是指地下水位下降一個單位深度、單位水平面積巖石柱體中反抗重力而保持于巖石空隙中的水的體積。常用小數(shù)表示，無量綱。存在關系式：m + Sr = n 2.4巖石的滲透性：是指巖石允許重力水透過的能力。用滲透系數(shù)K表

5、征影響因素有：（1）孔隙直徑的大小。透水能力很大程度上取決于最小的孔隙直徑。（2）孔隙通道：形狀彎曲而變化時，滲透性較差。（3）顆粒分選性：比對孔隙度的影響要大。2.5空隙度、儲水系數(shù)第三章 地下水賦存1、包氣帶：是指地下水面以上至地表面之間的地帶。 包氣帶水的垂直分帶：土壤水帶、中間帶和毛細水帶2、飽水帶：是地下水面以下巖土空間全部或幾乎全部被水充滿的地帶。3、地下水存在形式4、含水層：是指飽水并能傳輸與給出相當數(shù)量水的巖層。構成含水層的三個條件是：（1）有儲存水的空間（儲水構造），（2）周圍有隔水巖石，（3）有水的來源，含有重力水為主。5、隔水層：是指不能傳輸與給出相當數(shù)量水、或者透過與給

6、出的水量微不足道的巖層。具有相對性，以含有結合水為主。弱透水層：是指本身不能給出水量、但垂直層面方向能夠傳輸水量的巖層6、潛水：是指飽水帶中第一個具有自由表面且有一定規(guī)模的含水層中的重力水。亦即地表以下第一個穩(wěn)定隔水層以上具有自由水面的地下水。潛水的特點:1水位易受氣象水文因素影響； 2與大氣水、地表水聯(lián)系密切，積極參與水循環(huán)，對氣象、水文響應敏感，水資源易得到補充，含水層厚度有限，缺乏多年調節(jié)性；3水質受氣候地形條件影響。另外潛水的補給區(qū)通常與排泄區(qū)是一致的。7、承壓水：是指充滿于兩個隔水層（弱透水層）之間的含水層中的水，具有承壓性質。承壓水的特點：因受上部隔水層的影響，1承壓性2與大氣圈、

7、地表水圈的聯(lián)系較差，不易受氣象水文影響3水循環(huán)緩慢，4水資源不易補充5不易污染，但污染后不易恢復6水質受埋藏和與外界聯(lián)系的限制。8、潛水等水位線圖：潛水位相等的各點連線。作用：1 判斷地下水流向；2計算水利坡度；3地形圖與等水位線儀器計算水位埋深；4確定潛水與地表水補排關系9、將某一承壓含水層測壓水位相等的各點連線得到等水位線圖，可用于確定承壓水流向和水力梯度。等水壓線圖：1判定地下水流向；2水力坡度3溢流區(qū) 第四章 地下水運動的基本規(guī)律1、滲流具有實際水流的運動特點（流量、水頭、壓力、滲透阻力），并連續(xù)充滿整個含水層空間的一種虛擬水流，是用以代替真實地下水流的一種假想水流。2、層流運動：水質

8、點做有秩序的、互不混雜的流動。紊流運動：水質點做無秩序的、互相混雜的流動。3、穩(wěn)定流：是指水在滲流場內運動過程中各個運動要素（水位、流速、流量、流向等）不隨時間改變的水流運動。非穩(wěn)定流：是指水在滲流場內運動過程中各個運動要素（水位、流速、流量、流向等）隨時間變化的水流運動。4、達西定律又稱為線性滲透定律：是指流體在多孔介質中遵循滲透速度（v）與水力梯度（I）呈線性關系的運動規(guī)律，是法國H. Darcy于1856年通過砂柱滲透實驗而得到的線性滲透定律。1）達西定律的數(shù)學表達式為： 其中Q-為滲透流量（出口處流量），亦即通過過水斷面（砂柱各斷面）A的流量(m3/d)； K-多孔介質的滲透系數(shù)(m/

9、d)；是水力梯度等于1時的滲透流速，它是描述含水層介質透水能力的重要水文地質參數(shù)。A,w-過水斷面面積(m2) ；h水頭損失（h=H1-H2，為上下游過水斷面的水頭差）； L滲透途徑；I-為水力梯度（I = h/L），等于兩個計算斷面之間的水頭差除以滲透途徑，亦即滲透路徑中單位長度上的水頭損失2）滲流速度（v）是假想滲流的速度，是假設水流通過包括骨架與空隙在內的斷面（A）上的平均流速，等于通過實際過水斷面的實際流速u與巖石的有效孔隙度之積。3、滲透4、流網(wǎng)：是指在滲流場的某一典型剖面或切面上，由一系列等水頭線和流線所組成的網(wǎng)絡。特點：a、在各項同性介質中，流線與等水頭線正交；在各向異性介質中，

10、流線與等水頭線斜交；b、是按一定規(guī)則繪制的，等水頭線（等水頭差繪制），流線（等流量寬，單寬流量相等）5、流線：是滲流場中某一瞬時的一條線，線上各個水質點在此時刻的流向均與此線相切。跡線：是滲流場中某一時間段內某一水質點的運動軌跡。 流線可看作水質點運動的攝影，跡線則是對水質點運動所拍的電影。在穩(wěn)定流條件下，兩者重合。 6、均質巖層：滲流場中所有點都具有相同參數(shù)（K）的巖層。非均質巖層：滲流場中所有點不都具有相同參數(shù)的巖層，滲透系數(shù)K=K(x,y,z)，為坐標的函數(shù)。7、各向同性巖層：滲流場中某一點的滲透系數(shù)不取決于方向，即不管滲流方向如何都具有相同滲透系數(shù)的巖層。各向異性巖層：滲流場中某一點的

11、滲透系數(shù)取決于方向，滲透系數(shù)隨滲流方向不同而不同的巖層。8、層狀非均質介質是指介質場內各巖層內部滲透性為均質各向同性，但不同層介質的滲透性不同。第五章地下水的理化性質及其形成作用1、地下水中氣體： O2、N2、 H2S 、CH4、 CO2、Rn等；離子：H+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Fe2+ , OH-, Cl-, SO42-, NO2-, HCO3-, CO32-, SiO32-, PO42-；2、氧(O2)和氮(N2)來源： 主要起源于大氣：（大氣降水+地表水入滲補給）；生物：水生植物的光和作用釋放氧氣；生物化學作用：微生物分解有機物與礦物鹽類 ；變質作用：巖石在高溫高

12、壓下影響下可生成 O2 主要來源于大氣； N2 三個來源：大氣、生物成因、變質成因。 CH4和H2S 封閉、還原環(huán)境，在有機質與微生物參與的生物化學過程中形成，其中H2S為SO42-的還原產(chǎn)物。H2S來源：硫酸鹽還原； 硫化礦物分解； 火山噴發(fā) CO2 來源：(1) 大氣 (2)生物 (3)變質 (4)人類活動3、溶解性總固體(TDS):溶解在水中的無機鹽和有機物的總稱。mg/L、g/L礦化度（M）：是指地下水中各種離子、分子與化合物的總量，單位g/l。地下水中主要離子成分隨總溶解固體的變化而變化。溶解度由大而小的順序是Cl->SO42->HCO3-。 低礦化水（<1）中HC

13、O3-, Ca2+, Mg2+為主； 高礦化水（10-30）中Cl-, Na+為主； 中等礦化水（1-10）中陰離子SO42-為主，陽離子以Na+, Ca2+為主。 鹵水中以CaCl2為主。硬度：總硬度 暫時硬度 永久硬度4、地下水化學成分的形成作用類型：溶濾作用、濃縮作用、脫碳酸作用、脫硫酸作用、陽離子交替吸附作用 、混合作用。SO22- + 2C + 2H2O H2S + 2HCO3-5、簡分析：物理性質（溫度、顏色、透明度、嗅味、味道等）、HCO3-, SO42-, Cl-, CO32-；Ca2+, Mg2+, Na+, K+；總硬度、pH值；NO3-, NO2-, NH4+, Fe2+

14、, Fe3+, H2S、耗氧量、礦化度。單位為mg/l, mmol/l。全分析：化學成分HCO3-, SO42-, Cl-, CO32-, NO3-, NO2-；Ca2+, Mg2+, Na+, K+ , NH4+, Fe2+, Fe3+, Mn2+；H2S、CO2、耗氧量；總硬度、pH值、干涸殘余物。某些微量元素、有毒組分；研究水的侵蝕性時需分水的侵蝕性CO2。單位為mg/l, mmol/l6、庫爾洛夫式7、地下水化學成分的表示：TDS/M；含鹽量；酸堿度；硬 度 8、地下水化學類型的表示方法（一）單項組分的表示 1.重量濃度單位%，g/g，ppm（10-6g/g），ppt（10-9g/g）

15、 2.體積濃度單位g/L，mg/L，ug/L 3. 離子毫克當量/升（mgN/L）表示單位 4. 離子毫克當量百分數(shù) （二）庫爾洛夫式表示第六章 地下的補給與排泄1、補給：含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程，水量增加的同時，鹽量、能量等也隨之增加2、排泄：含水層或含水系統(tǒng)向外界排出水量的過程，減少水量的同時，鹽量和能量等也隨之減少。3、地下水徑流的特點：（1）地下水徑流首先取決于水力梯度，地下水流向總是水力梯度最大的方向。（2）徑流受巖石透水性的制約。（3）水流長城層流運動，流速很小，動能通常不考慮。（4）邊界對流速影響小，除非邊界明顯改變了地下水流向和過水斷面面積。徑流速度影響因素（1）含

16、水層的滲透性；（2）水力梯度；（3）過水斷面面積； （4）溫度；（5）含鹽量。徑流的強弱，影響著含水層水量與水質的形成過程。4、影響地下水補給的因素5、地下水的補給源及其計算方法地下水的補給來源有：天然：大氣降水、地表水、凝結水及相鄰含水層的補給等；人類活動有關的：灌溉水入滲、水庫滲漏及人工回灌6、泉的成因類型根據(jù)出露成因將上升泉可分為：侵蝕（上升）泉、斷層泉和接觸帶泉。根據(jù)出露條件又將下降泉分為：侵蝕泉、接觸泉、溢流泉泉的水文地質意義判明地下水的排泄條件； 判明含水層特征環(huán)境； 說明地下水補給條件，圈定富水區(qū)； 判定山區(qū)泉域的含水性、導水性； 判定泉所在含水層的化學特征。7、地下水蒸發(fā)排泄的

17、影響因素及其計算a.氣候因素：干燥，氣溫高，蒸發(fā)量愈大b.地下水位埋深：超過蒸發(fā)極限深度則蒸發(fā)0c.包氣帶巖性：8、地下水徑流方向、徑流強度與徑流量；第七章 地下水的動態(tài)與均衡1、地下水動態(tài)：地下水各要素（如水位、水量、水化學成分、水溫等）隨時間的變化。1）地下水動態(tài)的形成機制與環(huán)境的相互作用v 降水補給地下水系統(tǒng)水位上升 (出現(xiàn)變化）§ 激勵脈沖式的降水 § 響應波狀信號的信息v 地下水水位對外界輸入（降水）響應的特點：§ （1）滯后和延遲現(xiàn)象§ （2）有疊加現(xiàn)象v 因外界激勵（或輸入）而引起的系統(tǒng)響應（或輸出）的變化幅度是含水系統(tǒng)內部結構作用的結果&

18、#167; 某要素（水位）隨時間的變化程度用穩(wěn)定性來恒量§ 動態(tài)穩(wěn)定變化幅度小§ 動態(tài)不穩(wěn)定變化幅度大2）影響因素1、氣象（氣候）因素決定動態(tài)總輪廓v 特點：大面積，普遍產(chǎn)生影響 (主要有降水與蒸發(fā)因素)v 降水的影響因素：降水量、降水強度、延續(xù)時間 蒸發(fā)的影響因素：氣溫、濕度、風速v 氣象因素表現(xiàn)：§ 降水的晝夜變化§ 降水的年內季節(jié)性變化§ 降水的多年變化（如11年周期的太陽黑子變化）v 與此相對應，地下水動態(tài)也有這三種周期性變化§ 晝夜變化 -在許多地區(qū)不明顯§ 年內變化 -最突出§ 多年變化 -研究周期長2

19、、水文因素 v 指地表水體的變化對地下水動態(tài)的影響3、地質因素v 氣候與水文因素決定了一個地區(qū)地下水動態(tài)的總輪廓v 地質因素起修飾作用，濾波或削峰填谷的作用§ 潛水位的埋深：埋深的大小，對滯后-延遲時和變幅的影響§ 包氣帶巖性：K起作用；§ 飽水帶巖性：K和均起作用§ 地下水所處的空間部位：補給區(qū)，排泄區(qū)。一般而言，補給區(qū)較排泄區(qū)更不穩(wěn)定 4、人為因素§ 包括開采、人工回灌、灌溉、庫渠滲漏、污水排放等 3、地下水動態(tài)天然類型4、潛水、承壓水的動態(tài)類型1、潛水的動態(tài)類型三種類型v 蒸發(fā)型§ 主要出現(xiàn)在干旱半干旱地區(qū)地形切割微弱的平原或盆

20、地。v 徑流型§ 廣泛分布于山區(qū)及山前v 弱徑流型§ 氣候濕潤的平原與盆地，蒸發(fā)排泄有限，徑流排泄為主，但徑流微弱。 2、承壓水v 徑流型動態(tài)變化的程度取決于構造封閉條件。構造開啟程度愈好，水交替愈強烈，動態(tài)變化愈強烈，水質的淡化趨勢愈明顯。 5、地下水均衡：某一時段、某一范圍內，地下水水量（熱量、鹽量、能量）的收支狀況。均衡期：均衡計算的時間段 均衡區(qū)：均衡計算所選定的地區(qū)正均衡：某均衡區(qū)某均衡期內地下水水量(鹽量、熱量)的收入大于支出，表現(xiàn)為地下水儲存量(熱量、鹽量)增加。 負均衡：某均衡區(qū)某均衡期內地下水水量(鹽量、熱量)的收入小于支出，表現(xiàn)為地下水儲存量(熱量、鹽量

21、)減少。地下水均衡方程：表示地下水均衡收入項和支出項關系的方程。在研究區(qū)內某一時段內某一含水層地下水各補給量總和(Qr)與各消耗量總和(Qd)之差值等于均衡期始末的地下水貯存量的變化量Q的關系式。即 Q= Qr - Qd。地下水貯存量變化量：均衡區(qū)內在均衡期起止兩時刻水位變動帶內重力水量。通常以水層厚度(h) 計算，其中是變動帶內巖石的給水度；h是均衡期水位變化的平均值。6、水量均衡計算與均衡分析第八章 不同介質中的地下水的基本特征1、孔隙水、裂隙水、巖溶水、礦床水的基本概念；孔隙水：賦存于松散沉積物中的地下水裂隙水是指賦存并運移于堅硬基巖裂隙中的地下水巖溶水(喀斯特水)：賦存并運移于巖溶化巖

22、層中的水礦床水2、沖洪積扇中地下水的分帶特征扇形地中地下水特點(由扇頂至前緣)： 含水層介質：顆粒由粗變細，透水性由強變弱。 水位埋深：由大變??；水位變化由大變小。 地下水徑流：由強變弱，滲透速度由大變小。 水化學作用：由單一（溶濾作用為主）變多樣（溶濾、蒸發(fā)濃縮、陽離子交替吸附等），水化學類型由單一變復雜。 水質：由好變差， 礦化度由低增高。地下水分帶1）賦存條件： 巖性：顆粒粗大顆粒變細 水位埋深：深淺 潛水深埋帶潛水溢出帶潛水下沉帶 滲透性：好差2）補、徑、排條件： 補給：充沛差 徑流：強烈受阻，v 快慢 排泄：徑流排泄蒸發(fā)排泄3）動態(tài)和均衡： 動態(tài)：水位動態(tài)變化 大小 均衡：統(tǒng)一的地下

23、水系統(tǒng)4）水化學： 水化學作用：溶濾蒸發(fā)濃縮 礦化度：低中高 鹽分溶濾帶鹽分過路帶鹽分積聚帶 水化學類型： HCO3SO4Cl3、河流沖積物中地下水特征1）地上河沖積物中的地下水（從河谷向兩側）： 巖性：從河谷向兩側，顆粒逐漸變細，滲透性：滲透性由好變差，補徑排：補給方式由降水入滲補給變?yōu)榻邓霛B補給和側向徑流補給。徑流條件由好變差，徑流由強變弱，排泄由徑流排泄轉為蒸發(fā)排泄。水化學：由溶濾作用變?yōu)檎舭l(fā)作用為主，平面上形成多個含水條帶，垂向上可能相互交疊形成天窗。2）河谷沖積平原中的地下水：含水層顆粒較粗大，沿江河成條帶狀有規(guī)律地分布，與地表水水力聯(lián)系密切，補給充分，水循環(huán)條件好，水質較好，開采

24、技術條件好，一般可構成良好的地下水水源地。 4、裂隙水的類型與特征裂隙潛水和裂隙承壓水（承壓裂隙水） 成巖裂隙水、風化裂隙水、構造裂隙水裂隙水特點：1）各裂隙含水系統(tǒng)內部具有統(tǒng)一的水力聯(lián)系，各個系統(tǒng)與系統(tǒng)之間沒有或僅有微弱的水力聯(lián)系。2） 補徑排、動態(tài)特征及其水量的大小取決于自身的規(guī)模。3） 裂隙水的分布不均勻、各向異性5、巖溶發(fā)育的基本條件四個基本條件（1）巖層具有可溶性 ： 可溶巖的存在、可溶巖必須是透水的（2）地下水具有侵蝕能力 ： 具有侵蝕能力的水、水是流動的巖溶水的基本特征A巖溶含水介質的特征(1) 巖溶含水介質具有很大的不均勻性 (2) 廣泛分布的細小孔隙與裂隙 (3) 巖溶水量分布極不均勻B、巖溶水的運動特征(1) 通常為層流、紊流共存， (2) 在巖溶水系統(tǒng)中，局部流向與整體流向常常是不一致的。（3) 巖溶可以是潛水，也可以是承壓水。C、巖溶水的補、徑、排與動態(tài)特征- 補給：大氣降水入滲面狀補給，補給強度較大。 排泄