水文地質(zhì)學(xué)總復(fù)習(xí)-課件

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)王大純張人權(quán)等編著地質(zhì)出版社水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)王大純張人權(quán)等編著1緒言

水文地質(zhì)學(xué)是研究地下水的科學(xué)。

地下水即是賦存于地面以下巖石空隙中的水。

研究的內(nèi)容與巖石圈、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(zhì)的時空變化規(guī)律，并研究如何運用這些規(guī)律去興利除害，為人類服務(wù)。

一、水文地質(zhì)學(xué)及其研究內(nèi)容緒言水文地質(zhì)學(xué)是研究地下水的科學(xué)。一、水文地質(zhì)2資源

供水水源、液體礦產(chǎn)（

礦泉水）、熱水（熱能，冷能）地下水是極其重要的生態(tài)環(huán)境因子、水位抬升：土壤次生鹽漬化、原生或次生的土壤沼澤化水位下降：沼澤濕地面積減少、沙漠化：地面沉降、海水入侵、巖土力學(xué)平衡破壞：滑坡、巖崩、巖溶地面坍陷地下水與人類健康

地下水是一種地質(zhì)營力（能量、物質(zhì)的傳輸者）、信息載體

二、水文地質(zhì)學(xué)在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用資源二、水文地質(zhì)學(xué)在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用3結(jié)合你的家鄉(xiāng)實際情況或接觸聽到談到的消息，試分析地下水的某種功能。

為什么說“水資源”是可再生的資源？為什么說“水資源”既有自然屬性，又有社會屬性。思考題結(jié)合你的家鄉(xiāng)實際情況或接觸聽到談到的消息，為什么說“水資源”4第一章地球上的水及其循環(huán)1.1地球上的水地球上的水淺部層圈水（大氣圈到地殼上半部）：分布大氣水、地表水、地下水以及生物體中的水。這些水均以自由態(tài)H2O分子形式存在，以液態(tài)為主，也呈氣態(tài)與固態(tài)存在。13.86×108km3，水深約為2718m；97.47%，2.53%淡水體的比例：約68.8%為冰川與積雪，0.3%為河湖，30%為地下水，其他淡水占0.9%。深部層圈水（地殼下部直到下地幔）：地球深層圈中特殊高壓高溫下的離解狀態(tài)的水，以及地殼礦物內(nèi)部的結(jié)合水，均是以非自由狀態(tài)存在的水。氣水溶液第一章地球上的水及其循環(huán)廣義的水圈應(yīng)當(dāng)包括地球各層圈中以各種不同狀態(tài)存在且相互轉(zhuǎn)化的所有的水。第一章地球上的水及其循環(huán)1.1地球上的水地球上的5第一章地球上的水及其循環(huán)

1.2自然界的水循環(huán)：地球上各層圈的水相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化過程稱為水循環(huán)。水文循環(huán)是發(fā)生于大氣水、地表水和地殼巖石空隙中的地下水之間的水循環(huán)。水文循環(huán)是在太陽輻射和重力共同作用下，蒸發(fā)、水汽輸送、降水和徑流，通過四個環(huán)節(jié)水文循環(huán)周而復(fù)始的進行。海洋與大陸之間的水分交換為大循環(huán)。海洋或大陸內(nèi)部的水分交換稱為小循環(huán)。水文循環(huán)的作用：水通過不斷轉(zhuǎn)化水質(zhì)得以凈化，水通過不斷循環(huán)水量得以更新再生。

水文循環(huán)的資源意義：水作為資源不斷更新再生，可以保證在其再生速度水平上的永續(xù)利用。第一章地球上的水及其循環(huán)1.2自然界的水循環(huán)：6水文循環(huán)：是發(fā)生于地球表層圈的水，即大氣水、地表水和地殼巖石空隙的地下水之間的相互交替與轉(zhuǎn)化，H2O分子態(tài)水的轉(zhuǎn)換

特點：水文循環(huán)的速度較快，途徑較短，轉(zhuǎn)換交替比較迅速。地質(zhì)循環(huán)：地球淺層圈和深層圈之間水的相互轉(zhuǎn)化過程，常伴有水分子的分解和合成；轉(zhuǎn)換速度緩慢。水文循環(huán)：是發(fā)生于地球表層圈的水，即大氣水、地表水和地殼71.3與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素主要包括氣溫、氣壓、濕度、蒸發(fā)和降水

1、氣溫：時間（季節(jié)等）、空間（緯度、高度）2、氣壓水平變化（全球氣壓帶，地表熱力狀況的差異）；地表覆蓋狀況不同（季風(fēng)）。3、濕度

絕對濕度：m,g/m3；e,mmHg柱。

飽和水汽含量：M；E。

相對濕度：絕對濕度和飽和水汽含量之比。第一章地球上的水及其循環(huán)

一、氣象因素1.3與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素主要包括氣溫、氣壓、8

4、蒸發(fā)

空氣中的水汽主要來自地表水、地下水、土壤和植物的蒸發(fā)。有了蒸發(fā)作用，水循環(huán)才得以不斷進行。

水面蒸發(fā)的速度和量取決于氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速等因素。主要決定于氣溫和飽和差（飽和差＝飽和水汽的含量－絕對濕度）飽和差愈大，蒸發(fā)速度也愈大。風(fēng)速是影響水面蒸發(fā)的另一重要因素。蒸發(fā)包括水面蒸發(fā)、土面蒸發(fā)、葉面蒸發(fā)等。通常用水面蒸發(fā)量的大小表征一個地區(qū)蒸發(fā)的強度。第一章地球上的水及其循環(huán)4、蒸發(fā)第一章地球上的水及其循環(huán)9

5、降水氣象部門用雨量計測定降水量，

降水的影響:降水是水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)之一。一個地區(qū)降水量的大小，決定了該地區(qū)水資源的豐富程度，對地下水資源的形成具有重要影響。蒸發(fā)與降水對水文循環(huán)特別是地下水資源的形成與分布影響重大，后續(xù)課程還會涉及。第一章地球上的水及其循環(huán)5、降水第一章地球上的水及其循環(huán)10

徑流是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)和水均衡的基本要素。

定義：指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流動的水流。

分類：

降落到地表的水通過下滲環(huán)節(jié)，對降水進行地表與地下徑流的分配。徑流可分為地表徑流和地下徑流，兩者具有密切聯(lián)系，并經(jīng)常相互轉(zhuǎn)化。

徑流具有系統(tǒng)分布的特點。匯注于某一干流的全部河流的總體構(gòu)成一個地表徑流系統(tǒng)，稱為水系。水系的集水區(qū)域稱為流域。相鄰兩個流域之間地形最高點的連線稱分水嶺。地表徑流的表示方法：在水文學(xué)中常用流量、徑流總量、徑流深度、徑流模數(shù)和徑流系數(shù)等特征值說明地表徑流。第一章地球上的水及其循環(huán)二、水文因素（徑流）徑流是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)和水均衡的基本要素。11(1)一個地區(qū)的年降水量，是用什么表示的，包括哪些組成部分？答：以雨量計降雨量，以某一地區(qū)某一時期的降水總量平鋪于地面得到的水層高度mm數(shù)表示。(2)某山區(qū)的地表水系如下圖所示，由分水嶺圈閉的流域面積為24km2,在8月份觀測到出山口A點的平均流量為8.0104m3/d，而8月份這個地區(qū)的總降水量是700mm。試求出該流域8月份的徑流深度和徑流系數(shù)，并思考以下問題：為什么徑流系數(shù)小于1.0；A點的平均流量中是否包括地下徑流。A分水嶺A分水嶺解：Q=8.0104m3/d,F=24km2,X=700mm(1)一個地區(qū)的年降水量，是用什么表示的，包括哪些組成部分？12(3)空氣濕度和風(fēng)速如何影響蒸發(fā)量？(4)地球上水的循環(huán)包括水文循環(huán)和地質(zhì)循環(huán)，它們有哪些區(qū)別？水循環(huán)的大氣過程屬于其中哪一種？(4)地下徑流與地表徑流的特征有哪些不同點？(5)沙漠地區(qū)降雨量很少，但是也能發(fā)現(xiàn)大量的地下水或者泉水，為什么？(P14)它們或者是從周圍高山冰雪融水獲得補充，實際仍是固他體降水的轉(zhuǎn)化補給；或者是在長期地質(zhì)歷史時期積聚起來的，是多年水文循環(huán)的積累。（6）為什么稱水資源為再生資源，可再生的水資源是取之不盡的嗎？(3)空氣濕度和風(fēng)速如何影響蒸發(fā)量？13水文地質(zhì)學(xué)總復(fù)習(xí)-課件14巖石中的空隙：巖石中水的存在形式與水的儲容及運移有關(guān)的巖石性質(zhì)有效應(yīng)力原理與松散巖土壓密孔隙、裂隙、溶穴結(jié)合水、重力水、毛細(xì)水，氣態(tài)水、固態(tài)水及礦物中的水容水度、含水量、給水度持水度、透水性第二章巖石中的孔隙和水分重難點：巖土中空隙的三種類型，以及影響孔隙的大小、多少（空隙率）的因素（也是難點）；空隙中水的存在形式及其特征；重點掌握巖土孔隙度、給水度（也是難點）和持水度的概念以及他們的關(guān)系。巖石中的空隙：孔隙、裂隙、溶穴結(jié)合水、重力水、毛細(xì)水，容水度15空隙依據(jù)成因分為三類，即：松散巖石中的孔隙，堅硬巖石中的裂隙和可溶巖石中的溶穴研究空隙的意義：空隙是地下水的賦存場所（places）和運移通道（conduits）?？障兜亩嗌佟⒋笮?、形狀、連通情況和分布規(guī)律，對地下水的分布和運動具有重要影響。

空隙依據(jù)成因分為三類，即：松散巖石中的孔隙，堅硬巖石中的裂隙16一、孔隙

孔隙:松散巖石中顆粒（顆粒集合體）間的空隙.土體孔隙特征主要描述孔隙的大小、多少、形狀、連通性與膠結(jié)等。（1）砂礫石孔隙大小及其影響因素用孔喉（d）和孔腹（d`）來定量表征。

①顆粒大小：與構(gòu)成砂礫石土的顆粒粒徑成正比

②顆粒排列：立方體排列，d=0.414D，四面體排列，d=0.155D。③試樣的分選：樣品分選較差時，孔隙大小取決于充填大孔隙中實際構(gòu)成孔隙的細(xì)小顆粒的直徑④顆粒形狀及膠結(jié)充填情況等。

第二章巖石中的孔隙與水分一、孔隙孔隙:松散巖石中顆粒（顆粒集合體）間的空隙.土體孔17（2）砂礫石的孔隙度（porosity）及其影響因素孔隙度是描述松散巖石中孔隙多少的指標(biāo)，常用n表示。

孔隙度是指某一體積巖土(包括孔隙在內(nèi))中孔隙體積所占的比例。式中：為孔隙度，為孔隙體積，為巖石總體積。

空隙比(ε,隙比）：是指某一巖石內(nèi)孔隙的體積（Vn）與固體巖石體積（Vs）的比值。

第二章巖石中的孔隙與水分（2）砂礫石的孔隙度（porosity）及其影響因素第二章18a.與排列有關(guān)：

立方體排列，孔隙度為47.64%；四面體排列，25.95%。自然界中松散巖石的孔隙度大多介于此兩者之間。

b.與分選有關(guān)：分選程度越差，顆粒大小越懸殊，孔隙度便越小

理想情況下礫石與砂石混合的試樣孔隙度：

n混合=n礫石×n沙石c.與顆粒形狀、膠結(jié)充填情況有關(guān)：

顆粒越不規(guī)則，孔隙度越大；顆粒間發(fā)生膠結(jié)或孔隙被充填，直接減少孔隙數(shù)量，使孔隙度減小。

第二章巖石中的孔隙與水分

砂礫類土的孔隙度大小與什么有關(guān)？

a.與排列有關(guān)：第二章巖石中的孔隙與水分

砂礫類土19

思考表2-1給出的孔隙度數(shù)值與上述分析影響孔隙度大小的因素是否不一致？

請總結(jié)有哪些不同？為什么會不同。

不同：（1）在表2-1中，自然界中松散巖石的孔隙度與粒徑大小有關(guān)，粒徑小孔隙度大。（2）孔隙度超過最疏松排列的47.64%？粘性土孔隙度高達70%-80%。對于粘性土，決定孔隙大小的不僅是顆粒大小及排列，結(jié)構(gòu)孔隙及次生空隙的影響是不可忽視的。

第二章巖石中的孔隙與水分思考表2-1給出的孔隙度數(shù)值與上述分析影響孔隙度大20

固結(jié)的堅硬巖石中，一般僅殘存很小部分孔隙，而存在有各種應(yīng)力作用下巖石破裂變形產(chǎn)生的裂隙。裂隙必須是多組發(fā)育，構(gòu)成裂隙網(wǎng)絡(luò)，才有水文地質(zhì)意義成因分類：

成巖裂隙是巖石在成巖過程中由于冷凝收縮(巖漿巖)或固結(jié)(沉積巖)而產(chǎn)生的。巖漿巖中成巖裂隙比較發(fā)育，尤以玄武巖中柱狀節(jié)理最有意義。

構(gòu)造裂隙是巖石在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂隙，具有方向性，大小懸殊，分布不均一。風(fēng)化裂隙是風(fēng)化營力作用下，巖石破壞產(chǎn)生的裂隙,主要分布在地表附近。裂隙的描述包括：

a.裂隙的連通性

b.張開性（寬度）

c.裂隙率

d.充填情況等

第二章巖石中的孔隙與水分二、裂隙

固結(jié)的堅硬巖石中，一般僅殘存很小部分21

溶穴(隙)可溶的沉積巖（巖鹽、石膏、石灰?guī)r、白云巖等）在地下水溶蝕下產(chǎn)生的空洞。巖溶率：溶穴的體積與巖石總體積比值

第二章巖石中的孔隙與水分三、溶穴（solutioncavity）四、巖石空隙發(fā)育的多樣性及空隙特征的比較（孔隙、裂隙、溶穴）p18

松散巖石以孔隙為主，但粘土干縮后可產(chǎn)生裂隙，而這些超過其原有的孔隙。固結(jié)程度不高的沉積巖，往往既有孔隙，又有裂隙。可溶巖石，有的部分發(fā)育溶穴，有的部分則為裂隙，有時還可保留原生的孔隙與裂縫。溶穴(隙)可溶的沉積巖（巖鹽、石膏、石灰?guī)r、白云巖等）22

空隙特點與地下水類型空隙特點：連通性、空間分布（均勻性）空隙比率（大?。⒖障稘B透性（大小、方向）巖石中的空隙，連接成網(wǎng)絡(luò)，成為地下水有效的儲容空間和運移通道。

孔隙連通良好，分布均勻，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少很接近。地下水分布與流動都比較均勻。裂隙：寬窄不等、長度有限的線狀縫隙，具有一定的方向性，連通性較差。地下水分布不均勻，水力聯(lián)系差。

溶穴：空隙大小懸殊且分布極不均勻。地下水分布與流動通常極不均勻。

第二章巖石中的孔隙與水分空隙特點與地下水類型第二章巖石中的孔隙與水分23結(jié)合水：（抗剪強度，固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì)；當(dāng)孔隙直徑小于2倍結(jié)合水厚度時，孔隙中只存在不能運動的結(jié)合水（此時的孔隙被視為無效空間）。重力水：自由運動（層流，紊流）；泉，或井流出；重力水是水文地質(zhì)學(xué)研究的主要對象。

毛細(xì)水：

①支持毛細(xì)水；②懸掛毛細(xì)水；③孔角毛細(xì)水2.2巖石中水的存在形式結(jié)合水：（抗剪強度，固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì)；當(dāng)孔隙直徑小于2242.3與水的儲容及運移有關(guān)的巖石性質(zhì)本課程主要涉及的是與水分儲容、釋出與運移有關(guān)的巖石水理性質(zhì)。

主要包括：容水度、給水度、持水度和透水性。一、容水度

反映巖石的最大含水能力，與水分儲容

定義：容水度是指巖石完全飽水時，所能容納的最大水體積與巖石總體積之比。

與孔隙度的關(guān)系：一般說來容水度在數(shù)值上與孔隙度（裂隙率、巖溶率）相當(dāng)。但是對于具有膨脹性的粘土，充水后體積擴大，容水度可大于孔隙度。

第二章巖石中的孔隙與水分2.3與水的儲容及運移有關(guān)的巖石性質(zhì)25

反映巖石實際保留水分的狀況，含水狀態(tài)的劃分：飽和含水量：孔隙充分飽水時的含水量。

飽和差:飽和含水量與實際含水量之間的差值。

飽和度:實際含水量與飽和含水量之比第二章巖石中的孔隙與水分二、含水量（重量含水量，體積含水量）反映巖石實際保留水分的狀況，第二章巖石中的孔隙26

定義：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水平面積巖石柱體，在重力作用下釋出的水的體積，稱為給水度（μ）。影響給水度μ值的因素：巖性：空隙大的樣品，重力釋水后，結(jié)合水與孔角毛細(xì)水較少，給水度大，μ≈n，礫>粗砂>…>粉砂；孔隙細(xì)?。ㄕ承酝粒o水度小。

地下水位初始埋深（H0）：當(dāng)?shù)叵滤怀跏悸裆钚∮谥С置?xì)水帶高度時，當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r，原重力水大多轉(zhuǎn)化為支持毛細(xì)水而保留于地下水面之上，從而使μ變小。第二章巖石中的孔隙與水分三、給水度（μ）：反映巖石最大釋水能力的指標(biāo)

定義：地下水位下降一個單位深度，從地下水位延伸到地表27與地下水位下降速度有關(guān)：當(dāng)?shù)叵滤幌陆邓俾蚀髸r，給水度偏小，此點對于細(xì)粒松散巖石尤為明顯?？赡艿脑颍褐亓︶屗⒎撬查g完成，而往往滯后于水位下降；此外，迅速失水時大小孔道失水不同步，在小孔道形成懸掛毛細(xì)水而不能釋出。土層結(jié)構(gòu)：均質(zhì)土特征與上述討論一致，巖土層為層狀非均質(zhì)土?xí)r，往往會影響μ值，多層狀土的特征而言，上粗下細(xì)，上細(xì)下粗產(chǎn)生不同影響給水度。

第二章巖石中的孔隙與水分與地下水位下降速度有關(guān)：第二章巖石中的孔隙與水分28給水度小結(jié)（影響給水度的因素）：

均值土、地下水位初始埋深大于支持毛細(xì)水高度（hc)、水位降速慢時，給水度最接近理論值。

水位初始埋深小于支持毛細(xì)水高度時，埋深愈淺，μ越小。

水位降速愈快，μ偏小。一般而言，層狀土的給水度μ小于均值土層。

第二章巖石中的孔隙與水分給水度小結(jié)（影響給水度的因素）：第二章巖石中的29

定義：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量。

給水度、持水度與孔隙度的關(guān)系是：影響因素給水度的因素與影響持水度的相同。殘留含水量（W0):

包氣帶充分重力釋水而又未受到蒸發(fā)、蒸騰消耗時的含水量。數(shù)值上相當(dāng)于最大的持水度。第二章巖石中的孔隙與水分4、持水度（Sr）：反映巖石最小含水能力的指標(biāo)

定義：地下水位下降一個單位深度，單位水平面積巖石柱體中反30

孔隙大小及孔隙度當(dāng)孔隙度一定而孔隙直徑越大，則圓管通道的數(shù)量越少，但有效滲流斷面越大，透水能力就越強；反之，孔隙直徑越小，透水能力就越弱。由此可見，決定透水性好壞的主要因素是孔隙大?。恢挥性诳紫洞笮∵_到一定程度，孔隙度才對巖石的透水性起作用，孔隙度越大，透水性越好。第二章巖石中的孔隙與水分

孔隙通道變化與曲折性：很大程度上取決于最小的孔隙直徑；孔隙通道愈彎曲，水質(zhì)點實際流程就愈長，克服摩擦阻力所消耗的能量就愈大。

顆粒分選性，除了影響孔隙大小，還決定著孔隙通道沿程直徑的變化和曲折性，因此，分選程度對于松散巖石透水性的影響，往往要超過孔隙度。

五、透水性：巖石允許水透過的能力，滲透系數(shù)孔隙大小及孔隙度第二章巖石中的孔隙與水分孔隙31

習(xí)題對比以下概念：空隙和孔隙；孔隙度和孔隙比；孔隙和裂隙；在一個孔隙度為30%的礫石堆積體中，充填了孔隙度為60%的粉質(zhì)粘土，試估算該堆積體的實際孔隙度。請對以下陳述作出辨析：地層介質(zhì)的固體顆粒越粗大，孔隙度就越大；不一定分布有裂隙的巖石中，一般不發(fā)育孔隙；對p17毛細(xì)水不受重力作用，只受表面張力作用；錯松散巖層的給水度雖然經(jīng)驗上被認(rèn)為是固定的參數(shù)，但實際上也隨時間變化，并且總是小于孔隙度；對習(xí)題對比以下概324潛水含水層的給水度和承壓含水層的給水度存在很大的區(qū)別，你知道為什么嗎？概念不同：承壓含水層的儲水系數(shù)（彈性給水度）是指測壓水位下降（或上升）一個單位深度，單位水平面積含水層釋出（或儲存）的水的體積。潛水位的抬高或降低，含水層厚度加大或變??；承壓含水層測壓水位下降（上升），不改變含水層厚度。測壓水位上升，含水層水密度加大及含水介質(zhì)空隙增加；測壓水位下降，含水層水密度變小及含水介質(zhì)空隙縮減。釋出（儲存）水機理不同：水位下降時潛水含水層所釋出的水來自部分空隙的排水；測壓水位下降時承壓含水層所釋出的水來自含水層體積的膨脹及含水介質(zhì)的壓密（從而與含水層厚度無關(guān)）。數(shù)量及不同：承壓含水層的出水系數(shù)為0.00500.00005,常較潛水含水層小1-3個數(shù)量級。4潛水含水層的給水度和承壓含水層的給水度存在很大的區(qū)別，你33(5)某巖石的裂隙中，有的充填了細(xì)砂，有的充填了粘土，有的沒有充填，試分析各種情況下巖石的透水性；(6)當(dāng)潛水的水位下降時，水面下巖石的固體骨架有效應(yīng)力將如何變化？而水面上的巖石含水量如何變化？(7)對于上海市的地面沉降，有人認(rèn)為是抽取地下水引起的，也有人認(rèn)為是高層建筑不斷興建引起的，試分析這些論斷所依據(jù)的原理和可能的論證方法。有效應(yīng)力原理與松散巖土壓密(8)請分析一下孔隙度與飽和體積含水量之間的關(guān)系？相等(5)某巖石的裂隙中，有的充填了細(xì)砂，有的充填了粘土，有的34水井土壤水帶中間帶毛細(xì)水帶飽水帶SaturatedZone包氣帶VadoseZone地下水面第三章地下水的賦存包氣帶：地表以下到地下水面之上，巖石中的空隙未被重力水所充滿。

毛細(xì)水帶：包氣帶底部由地下水面支持的毛細(xì)水構(gòu)成毛細(xì)水帶。

飽水帶：地下水面以下，巖石中的空隙被重力水所充滿的帶。3.1包氣帶與飽水帶結(jié)合水；孔角毛細(xì)水、懸掛毛細(xì)水、支持毛細(xì)水；空隙空氣中的氣態(tài)水；局部滯留重力水水井土壤水帶中間帶毛細(xì)水帶飽水帶包氣帶地下水面第三章353.2含水層，隔水層與弱透水層

劃分原則：在地下水位以下，飽水巖層中，根據(jù)巖層給水與透水能力而進行劃分

含水層：是能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層，如各類砂土、砂巖等。

隔水層：不能透過與給出水或透過與給出的水量微不足道的巖層，如裂隙不發(fā)育的基巖、頁巖、板巖、粘土（致密）

弱透水層：滲透性很差，給出的水量微不足道，但在較大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的巖層（驅(qū)動），如各種粘土，泥質(zhì)粉砂巖。時間尺度足夠長，任何巖層可視為可滲透的。第三章地下水的賦存3.2含水層，隔水層與弱透水層

劃分原則：在地下水363.3地下水分類廣義地下水：賦存于地面以下巖土空隙中的水：包氣帶及飽水帶中所有含于巖石空隙中的液態(tài)水和氣態(tài)水。狹義地下水：賦存于飽水帶巖土空隙中的液態(tài)水（飽水帶中重力水）。

地下水分類依據(jù)

含水介質(zhì)的類型（賦存空間）：孔隙水、裂隙水和巖溶水埋藏條件（賦存部位）：包氣帶（上層滯水）、飽水帶（潛水和承壓水）第三章地下水的賦存3.3地下水分類廣義地下水：賦存于地面以下巖土空373.4潛水

潛水（PhreaticWater）：地表以下，第一個具有自由表面（潛水面）的穩(wěn)定（具有一定的空間連續(xù)性）含水層（潛水含水層）中的水。第三章地下水的賦存一、潛水與潛水含水層概念潛水面(phreaticsurface)。潛水位（waterlevel)潛水含水層含水層厚度潛水埋深潛水的基本要素3.4潛水

潛水（PhreaticWate38承壓水的基本特征：是由于上部受到隔水層或弱透水層的隔離，承壓水與大氣圈、地表水圈的聯(lián)系較差，水循環(huán)也緩慢得多。承壓水不像潛水那樣容易污染，但是一旦污染后則很難使其凈化。

隔水層承壓水潛水

第三章地下水的賦存圖3-6基巖自流盆地中的承壓水承壓含水層：②隔水頂板：③隔水底板：④承壓含水層厚度（H）

⑥測壓水位線（面）：⑦承壓高度：

⑧補給區(qū)：⑨承壓區(qū)：⑩排泄區(qū)：⑾自溢區(qū)充滿于兩個隔水層（或弱透水層）之間的含水層的水。承壓水的基本特征：是由于上部受到隔水層或弱透水層的隔離，承壓39當(dāng)包氣帶存在局部隔水層(弱透水層)時，局部隔水層(弱透水層)上會積聚具有自由水面的重力水，為上層滯水。

上層滯水是包氣帶中有實際利用價值的重力水。

特點：最接近地表，接受大氣降水的補給，通過蒸發(fā)或向隔水底板（弱透水層底板）的邊緣下滲排泄。雨季積存一定水量，旱季逐漸耗失；不能終年保持有水；動態(tài)變化顯著。作用：只有在缺水地區(qū)才能成為小型供水水源或暫時性供水水源。上層滯水極易受污染，利用其作為飲用水源時要格外注意衛(wèi)生防護。上層滯水當(dāng)包氣帶存在局部隔水層(弱透水層)40

習(xí)題1.對比以下概念：毛細(xì)水帶與包氣帶；隔水層與弱透水層；排泄區(qū)與補給區(qū)；上層滯水與潛水；2.請對以下陳述作出辨析：在排泄區(qū)，地下水不接受大氣降水的補給；不一定只有測壓水位高于地面的地下水才叫承壓水；錯地面的污染物可以通過包氣帶擴散到潛水中，但不會影響承壓水；錯包氣帶中有結(jié)合水，而飽水帶沒有結(jié)合水。錯3.在地下水的補給、徑流、排泄上，承壓含水層具有哪些特點?結(jié)合水與重力水的最根本的區(qū)別是結(jié)合水（）。a.不能轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水；b.具有抗剪強度；c.不能運動；d.結(jié)合水層薄。習(xí)題1.對比以下概念：414.當(dāng)潛水水位下降時，支持毛細(xì)水和懸掛毛細(xì)水的運動有什么不同特點？5.在無入滲補給而有蒸發(fā)排泄的條件下，如果潛水含水層地下水水位逐漸下降，其上部包氣帶的含水量將減小，而地下水蒸發(fā)強度將增加，這時潛水面否（填“是”或者“否”）還可以看作流面。4.當(dāng)潛水水位下降時，支持毛細(xì)水和懸掛毛細(xì)水的運動有什么不同42主要內(nèi)容：掌握達西定律及其表示方法，并理解滲透流速、過水?dāng)嗝?、水力梯度、滲透系數(shù)的概念和物理含義；掌握均質(zhì)各向同性介質(zhì)中定性流網(wǎng)的繪制方法，學(xué)習(xí)流網(wǎng)在水文地質(zhì)問題分析中的應(yīng)用。

重難點：達西定律及其表示方法，并理解各項的物理含義；掌握均質(zhì)各向同性介質(zhì)中定性流網(wǎng)的繪制方法；流網(wǎng)在水文地質(zhì)問題分析中的應(yīng)用。

第4章地下水運動的基本規(guī)律主要內(nèi)容：掌握達西定律及其表示方法，并理解滲透流速、過水?dāng)嗝?3總水頭位頭壓頭速度頭測壓管水頭

在滲流場中，

飽水帶中的水包括重力水與結(jié)合水，本章主要討論穩(wěn)定流條件下重力水的運動規(guī)律。第4章地下水運動的基本規(guī)律水頭：水流中空間上某點所具有的總勢能。根據(jù)水動力學(xué)原理，水流運動中任意點總水頭（總勢能）可表示為：總水頭位頭壓頭速度頭測壓管水頭

在滲流場中，第444達西定律:

式中：Q—滲透流量；ω—過水?dāng)嗝?/p>

h—水頭損失

L—滲透途徑

K—滲透系數(shù)4-1重力水運動的基本規(guī)律V=KI

(4-3)式中：V稱作滲透流速由（4—1）達西公式表明：滲透流量（Q）與滲透系數(shù)（K）、過水?dāng)嗝妫é兀┘八μ荻龋↖）成正比。由（4-3）式表明：滲透流速與水力梯度一次方成正比關(guān)系，故達西定律又稱為線性滲透定律。

(4-1)達西試驗條件與達西定律的應(yīng)用條件：均質(zhì)各向同性介質(zhì)，穩(wěn)定流，一維流；應(yīng)用條件：Re<1~10的層流達西定律:452滲透流速（V）

Q=ωV=ω′.

UV=ne.

u第4章地下水運動的基本規(guī)律3.水力梯度（I）即單位滲透途徑上的機械能損失，也即機械能的損失率。

根據(jù)（4-3）式V=KI，可知，當(dāng)巖石性質(zhì)一定時，K為常數(shù)，I大，V也大；說明滲透水流流動速度越大，沿滲流途徑的機械能損耗越大；換言之，I越大，驅(qū)動水流運動的速度越大。

4滲透系數(shù)滲透系數(shù)K在數(shù)值上是當(dāng)I=1時的滲透流速,m/d,cm/s。當(dāng)I一定時，K大，則V也大，Q也大，因此，滲透系數(shù)K是表征巖石透水性的定量指標(biāo)。K愈大，表明巖石的透水能力愈強。2滲透流速（V）第4章地下水運動的基本規(guī)律464-2流網(wǎng)流網(wǎng)概念：在滲流場中，由一系列等水頭線與流線組成的網(wǎng)格，稱為流網(wǎng)。等水頭線：在某時刻，滲流場中水頭相等的各點的連線（水勢場的分布）。

流線：某時刻在滲流場中畫出的一條空間曲線，該曲線上各個水質(zhì)點的流速方向都與這條曲線相切（某時刻各點流向的連線）。流網(wǎng)的基本要求

a）在各向同性介質(zhì)中，流線與等水頭線正交；在各向異性介質(zhì)中，流線與等水頭線斜交；

b）相鄰兩條等水位線的水頭差相等，相鄰兩條流線間流量相等。

4-2流網(wǎng)流網(wǎng)概念：在滲流場中，由一系列等47a.邊界性質(zhì)分析

定水頭邊界：地表水體的斷面（如河渠的濕周)

隔水邊界：潛水含水層底板、承壓含水層隔水頂?shù)装澹?/p>

無入滲、無蒸發(fā)穩(wěn)定流動條件下潛水面；

分流線是水力零通量面——虛擬的隔水邊界。

地下水面邊界：

當(dāng)無入滲及蒸發(fā)，有側(cè)向補給，穩(wěn)定流動時是一條流線;

當(dāng)有入滲補給時，它既不是流線，也不是等水頭線。

均勻各向同性介質(zhì)流網(wǎng)a.邊界性質(zhì)分析均勻各向同性介質(zhì)流網(wǎng)48

圖4—3等水頭線、流線與各類邊界的關(guān)系1—含水層；2—隔水層；3—潛水面；4—等水頭線；5—流線；6—河渠水面；7—降水入滲圖4—3等水頭線、流線與各類邊界的關(guān)系49b.繪制步驟（參見河間地塊流網(wǎng)圖P40，圖4-4）：

尋找已知邊界（濕周，隔水邊界，水位線）；

分水線、源、匯的確定；流線總是由源指向匯；

畫出滲流場周邊流線，按照邊界性質(zhì)將流線或等水頭線與邊界相連；

中間內(nèi)插其它流線，等單寬流量控制流線根數(shù)；

確定等水頭差間隔，根據(jù)流線與等水頭線正交的規(guī)則，畫出等水頭線。b.繪制步驟（參見河間地塊流網(wǎng)圖P40，圖4-4）：50

1—流線；2—等水頭線；3—分流線；4—潛水面；5—河水位；6—井、涂蘭部分有水；7—代表礦化度大小的符號，圓圈愈多，礦化度愈大；8—降水入滲；9—繪制流網(wǎng)的大致順序圖4-4河間地塊流網(wǎng)圖

1—流線；2—等水頭線；3—分流線；4—潛水面；5—河水位51（5）流網(wǎng)圖的信息與應(yīng)用

流網(wǎng)它反映了滲流場中地下水的流動狀況，同時也是介質(zhì)場與勢場的綜合反映。從圖4-4河間地塊流網(wǎng)圖可以獲得以下信息：（1）由分水嶺到河谷，流向從由上向下到接近水平再向上；（2）在分水嶺地帶打井，井中水位隨井深加大而降低，河谷地帶井水位則隨井深加大而抬升；（3）由分水嶺到河谷，流線愈來愈密集，流量增大，地下徑流加強；（4）由地表向深部，地下徑流減弱；（5）由分水嶺出發(fā)的流線，滲透途徑最長，平均水力梯度最小，地下水徑流交替最弱，近流線末端河谷下方，地下水的礦化度最高。

（5）流網(wǎng)圖的信息與應(yīng)用52（6）層狀非均質(zhì)介質(zhì)中的流網(wǎng)（自學(xué)內(nèi)容）

層狀非均質(zhì)：指介質(zhì)場內(nèi)各巖層內(nèi)部滲透性均為均質(zhì)各向同性的，但不同層介質(zhì)的滲透性不同。

以兩層含水介質(zhì)，剖面二維流（圖4-5）為例分析。

設(shè)兩巖層滲透系數(shù)分別為K1及K2，而且K2=3K1。

圖4—5層狀非均質(zhì)介質(zhì)中兩種條件下的流網(wǎng)

1—隔水層；2—弱透水層；3—強透水層；4—等水頭線；5—流線；6—測壓水位線（6）層狀非均質(zhì)介質(zhì)中的流網(wǎng)（自學(xué)內(nèi)容）53當(dāng)含水層中存在強滲透性透鏡體時，流線將向其匯聚；存在弱滲透性透鏡體時，流線將繞流。第4章地下水運動的基本規(guī)律當(dāng)含水層中存在強滲透性透鏡體時，流線將向其匯聚；存在弱滲透性54習(xí)題請對比以下概念滲透流速與實際流速；滲透系數(shù)與滲透率；水頭與水位請對以下陳述作出辨析：潛水面如果不是流線，則流線可能向下穿越潛水面，也可能向上穿越潛水面；地下水總是從高處往低處流；含水層孔隙度越大，則滲透系數(shù)越大；均質(zhì)包氣帶中巖石的滲透系數(shù)隨著巖石含水量的增加而增大，所以滲透系數(shù)是含水量的函數(shù)；當(dāng)有入滲補給或蒸發(fā)排泄時，潛水面可以看作一個流面；請思考一下穿越多個含水層且無襯砌的水井中井水位的含義。習(xí)題請對554.畫流網(wǎng)（包括流線和等水頭線）4.畫流網(wǎng)（包括流線和等水頭線）565.畫流網(wǎng)（包括流線和等水頭線）5.畫流網(wǎng)（包括流線和等水頭線）576.一般情況下，可以用滲透流速除以孔隙度得到實際流速，這個實際流速與水質(zhì)點的流動速度有什么聯(lián)系？7.達西定律有哪些適用條件，分析一下該定律在裂隙含水層中應(yīng)用時需注意哪些問題？均質(zhì)各向同性介質(zhì)，穩(wěn)定流，一維流；應(yīng)用條件：Re<1~10的層流6.一般情況下，可以用滲透流速除以孔隙度得到實際流速，這個實58以下圖（a）、（b）、（c）所示為三個含水層剖面示意圖，假定地下水為穩(wěn)定運動，試?yán)L出各自的地下水位（水頭）曲線示意圖。以下圖（a）、（b）、（c）所示為三個含水層剖面59

某土柱滲流試驗如下圖所示，土樣A和B被透水石隔開，土柱頂部水位保持恒定，當(dāng)?shù)撞颗潘髁糠€(wěn)定為Q時，所測得的測壓管水位H已經(jīng)在圖中標(biāo)出，用KA和KB分別表示A和B的滲透系數(shù)，則KB是KA的4倍。ABL2LH=70cmH=60cmH=53cmH=23cmQ某土柱滲流試驗如下圖所示，土樣A和B被透水石隔開60畫出下面降雨入滲條件下河間地塊剖面的流網(wǎng)（畫出流線、等水頭線，標(biāo)出鉆孔中的水位）畫出下面降雨入滲條件下河間地塊剖面的流網(wǎng)（畫出流線、等水頭線61

地表水（河、渠等）的橫斷面的濕周必定是一條（）。a.等水頭線；b.流線；c.零通量線；d.最大通量線。地表水（河、渠等）的橫斷面的濕周必定是一條（62水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)王大純張人權(quán)等編著地質(zhì)出版社水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)王大純張人權(quán)等編著63緒言

水文地質(zhì)學(xué)是研究地下水的科學(xué)。

地下水即是賦存于地面以下巖石空隙中的水。

研究的內(nèi)容與巖石圈、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(zhì)的時空變化規(guī)律，并研究如何運用這些規(guī)律去興利除害，為人類服務(wù)。

一、水文地質(zhì)學(xué)及其研究內(nèi)容緒言水文地質(zhì)學(xué)是研究地下水的科學(xué)。一、水文地質(zhì)64資源

供水水源、液體礦產(chǎn)（

礦泉水）、熱水（熱能，冷能）地下水是極其重要的生態(tài)環(huán)境因子、水位抬升：土壤次生鹽漬化、原生或次生的土壤沼澤化水位下降：沼澤濕地面積減少、沙漠化：地面沉降、海水入侵、巖土力學(xué)平衡破壞：滑坡、巖崩、巖溶地面坍陷地下水與人類健康

地下水是一種地質(zhì)營力（能量、物質(zhì)的傳輸者）、信息載體

二、水文地質(zhì)學(xué)在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用資源二、水文地質(zhì)學(xué)在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用65結(jié)合你的家鄉(xiāng)實際情況或接觸聽到談到的消息，試分析地下水的某種功能。

為什么說“水資源”是可再生的資源？為什么說“水資源”既有自然屬性，又有社會屬性。思考題結(jié)合你的家鄉(xiāng)實際情況或接觸聽到談到的消息，為什么說“水資源”66第一章地球上的水及其循環(huán)1.1地球上的水地球上的水淺部層圈水（大氣圈到地殼上半部）：分布大氣水、地表水、地下水以及生物體中的水。這些水均以自由態(tài)H2O分子形式存在，以液態(tài)為主，也呈氣態(tài)與固態(tài)存在。13.86×108km3，水深約為2718m；97.47%，2.53%淡水體的比例：約68.8%為冰川與積雪，0.3%為河湖，30%為地下水，其他淡水占0.9%。深部層圈水（地殼下部直到下地幔）：地球深層圈中特殊高壓高溫下的離解狀態(tài)的水，以及地殼礦物內(nèi)部的結(jié)合水，均是以非自由狀態(tài)存在的水。氣水溶液第一章地球上的水及其循環(huán)廣義的水圈應(yīng)當(dāng)包括地球各層圈中以各種不同狀態(tài)存在且相互轉(zhuǎn)化的所有的水。第一章地球上的水及其循環(huán)1.1地球上的水地球上的67第一章地球上的水及其循環(huán)

1.2自然界的水循環(huán)：地球上各層圈的水相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化過程稱為水循環(huán)。水文循環(huán)是發(fā)生于大氣水、地表水和地殼巖石空隙中的地下水之間的水循環(huán)。水文循環(huán)是在太陽輻射和重力共同作用下，蒸發(fā)、水汽輸送、降水和徑流，通過四個環(huán)節(jié)水文循環(huán)周而復(fù)始的進行。海洋與大陸之間的水分交換為大循環(huán)。海洋或大陸內(nèi)部的水分交換稱為小循環(huán)。水文循環(huán)的作用：水通過不斷轉(zhuǎn)化水質(zhì)得以凈化，水通過不斷循環(huán)水量得以更新再生。

水文循環(huán)的資源意義：水作為資源不斷更新再生，可以保證在其再生速度水平上的永續(xù)利用。第一章地球上的水及其循環(huán)1.2自然界的水循環(huán)：68水文循環(huán)：是發(fā)生于地球表層圈的水，即大氣水、地表水和地殼巖石空隙的地下水之間的相互交替與轉(zhuǎn)化，H2O分子態(tài)水的轉(zhuǎn)換

特點：水文循環(huán)的速度較快，途徑較短，轉(zhuǎn)換交替比較迅速。地質(zhì)循環(huán)：地球淺層圈和深層圈之間水的相互轉(zhuǎn)化過程，常伴有水分子的分解和合成；轉(zhuǎn)換速度緩慢。水文循環(huán)：是發(fā)生于地球表層圈的水，即大氣水、地表水和地殼691.3與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素主要包括氣溫、氣壓、濕度、蒸發(fā)和降水

1、氣溫：時間（季節(jié)等）、空間（緯度、高度）2、氣壓水平變化（全球氣壓帶，地表熱力狀況的差異）；地表覆蓋狀況不同（季風(fēng)）。3、濕度

絕對濕度：m,g/m3；e,mmHg柱。

飽和水汽含量：M；E。

相對濕度：絕對濕度和飽和水汽含量之比。第一章地球上的水及其循環(huán)

一、氣象因素1.3與水文循環(huán)有關(guān)的氣象、水文因素主要包括氣溫、氣壓、70

4、蒸發(fā)

空氣中的水汽主要來自地表水、地下水、土壤和植物的蒸發(fā)。有了蒸發(fā)作用，水循環(huán)才得以不斷進行。

水面蒸發(fā)的速度和量取決于氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速等因素。主要決定于氣溫和飽和差（飽和差＝飽和水汽的含量－絕對濕度）飽和差愈大，蒸發(fā)速度也愈大。風(fēng)速是影響水面蒸發(fā)的另一重要因素。蒸發(fā)包括水面蒸發(fā)、土面蒸發(fā)、葉面蒸發(fā)等。通常用水面蒸發(fā)量的大小表征一個地區(qū)蒸發(fā)的強度。第一章地球上的水及其循環(huán)4、蒸發(fā)第一章地球上的水及其循環(huán)71

5、降水氣象部門用雨量計測定降水量，

降水的影響:降水是水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)之一。一個地區(qū)降水量的大小，決定了該地區(qū)水資源的豐富程度，對地下水資源的形成具有重要影響。蒸發(fā)與降水對水文循環(huán)特別是地下水資源的形成與分布影響重大，后續(xù)課程還會涉及。第一章地球上的水及其循環(huán)5、降水第一章地球上的水及其循環(huán)72

徑流是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)和水均衡的基本要素。

定義：指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流動的水流。

分類：

降落到地表的水通過下滲環(huán)節(jié)，對降水進行地表與地下徑流的分配。徑流可分為地表徑流和地下徑流，兩者具有密切聯(lián)系，并經(jīng)常相互轉(zhuǎn)化。

徑流具有系統(tǒng)分布的特點。匯注于某一干流的全部河流的總體構(gòu)成一個地表徑流系統(tǒng)，稱為水系。水系的集水區(qū)域稱為流域。相鄰兩個流域之間地形最高點的連線稱分水嶺。地表徑流的表示方法：在水文學(xué)中常用流量、徑流總量、徑流深度、徑流模數(shù)和徑流系數(shù)等特征值說明地表徑流。第一章地球上的水及其循環(huán)二、水文因素（徑流）徑流是水文循環(huán)的重要環(huán)節(jié)和水均衡的基本要素。73(1)一個地區(qū)的年降水量，是用什么表示的，包括哪些組成部分？答：以雨量計降雨量，以某一地區(qū)某一時期的降水總量平鋪于地面得到的水層高度mm數(shù)表示。(2)某山區(qū)的地表水系如下圖所示，由分水嶺圈閉的流域面積為24km2,在8月份觀測到出山口A點的平均流量為8.0104m3/d，而8月份這個地區(qū)的總降水量是700mm。試求出該流域8月份的徑流深度和徑流系數(shù)，并思考以下問題：為什么徑流系數(shù)小于1.0；A點的平均流量中是否包括地下徑流。A分水嶺A分水嶺解：Q=8.0104m3/d,F=24km2,X=700mm(1)一個地區(qū)的年降水量，是用什么表示的，包括哪些組成部分？74(3)空氣濕度和風(fēng)速如何影響蒸發(fā)量？(4)地球上水的循環(huán)包括水文循環(huán)和地質(zhì)循環(huán)，它們有哪些區(qū)別？水循環(huán)的大氣過程屬于其中哪一種？(4)地下徑流與地表徑流的特征有哪些不同點？(5)沙漠地區(qū)降雨量很少，但是也能發(fā)現(xiàn)大量的地下水或者泉水，為什么？(P14)它們或者是從周圍高山冰雪融水獲得補充，實際仍是固他體降水的轉(zhuǎn)化補給；或者是在長期地質(zhì)歷史時期積聚起來的，是多年水文循環(huán)的積累。（6）為什么稱水資源為再生資源，可再生的水資源是取之不盡的嗎？(3)空氣濕度和風(fēng)速如何影響蒸發(fā)量？75水文地質(zhì)學(xué)總復(fù)習(xí)-課件76巖石中的空隙：巖石中水的存在形式與水的儲容及運移有關(guān)的巖石性質(zhì)有效應(yīng)力原理與松散巖土壓密孔隙、裂隙、溶穴結(jié)合水、重力水、毛細(xì)水，氣態(tài)水、固態(tài)水及礦物中的水容水度、含水量、給水度持水度、透水性第二章巖石中的孔隙和水分重難點：巖土中空隙的三種類型，以及影響孔隙的大小、多少（空隙率）的因素（也是難點）；空隙中水的存在形式及其特征；重點掌握巖土孔隙度、給水度（也是難點）和持水度的概念以及他們的關(guān)系。巖石中的空隙：孔隙、裂隙、溶穴結(jié)合水、重力水、毛細(xì)水，容水度77空隙依據(jù)成因分為三類，即：松散巖石中的孔隙，堅硬巖石中的裂隙和可溶巖石中的溶穴研究空隙的意義：空隙是地下水的賦存場所（places）和運移通道（conduits）?？障兜亩嗌?、大小、形狀、連通情況和分布規(guī)律，對地下水的分布和運動具有重要影響。

空隙依據(jù)成因分為三類，即：松散巖石中的孔隙，堅硬巖石中的裂隙78一、孔隙

孔隙:松散巖石中顆粒（顆粒集合體）間的空隙.土體孔隙特征主要描述孔隙的大小、多少、形狀、連通性與膠結(jié)等。（1）砂礫石孔隙大小及其影響因素用孔喉（d）和孔腹（d`）來定量表征。

①顆粒大?。号c構(gòu)成砂礫石土的顆粒粒徑成正比

②顆粒排列：立方體排列，d=0.414D，四面體排列，d=0.155D。③試樣的分選：樣品分選較差時，孔隙大小取決于充填大孔隙中實際構(gòu)成孔隙的細(xì)小顆粒的直徑④顆粒形狀及膠結(jié)充填情況等。

第二章巖石中的孔隙與水分一、孔隙孔隙:松散巖石中顆粒（顆粒集合體）間的空隙.土體孔79（2）砂礫石的孔隙度（porosity）及其影響因素孔隙度是描述松散巖石中孔隙多少的指標(biāo)，常用n表示。

孔隙度是指某一體積巖土(包括孔隙在內(nèi))中孔隙體積所占的比例。式中：為孔隙度，為孔隙體積，為巖石總體積。

空隙比(ε,隙比）：是指某一巖石內(nèi)孔隙的體積（Vn）與固體巖石體積（Vs）的比值。

第二章巖石中的孔隙與水分（2）砂礫石的孔隙度（porosity）及其影響因素第二章80a.與排列有關(guān)：

立方體排列，孔隙度為47.64%；四面體排列，25.95%。自然界中松散巖石的孔隙度大多介于此兩者之間。

b.與分選有關(guān)：分選程度越差，顆粒大小越懸殊，孔隙度便越小

理想情況下礫石與砂石混合的試樣孔隙度：

n混合=n礫石×n沙石c.與顆粒形狀、膠結(jié)充填情況有關(guān)：

顆粒越不規(guī)則，孔隙度越大；顆粒間發(fā)生膠結(jié)或孔隙被充填，直接減少孔隙數(shù)量，使孔隙度減小。

第二章巖石中的孔隙與水分

砂礫類土的孔隙度大小與什么有關(guān)？

a.與排列有關(guān)：第二章巖石中的孔隙與水分

砂礫類土81

思考表2-1給出的孔隙度數(shù)值與上述分析影響孔隙度大小的因素是否不一致？

請總結(jié)有哪些不同？為什么會不同。

不同：（1）在表2-1中，自然界中松散巖石的孔隙度與粒徑大小有關(guān)，粒徑小孔隙度大。（2）孔隙度超過最疏松排列的47.64%？粘性土孔隙度高達70%-80%。對于粘性土，決定孔隙大小的不僅是顆粒大小及排列，結(jié)構(gòu)孔隙及次生空隙的影響是不可忽視的。

第二章巖石中的孔隙與水分思考表2-1給出的孔隙度數(shù)值與上述分析影響孔隙度大82

固結(jié)的堅硬巖石中，一般僅殘存很小部分孔隙，而存在有各種應(yīng)力作用下巖石破裂變形產(chǎn)生的裂隙。裂隙必須是多組發(fā)育，構(gòu)成裂隙網(wǎng)絡(luò)，才有水文地質(zhì)意義成因分類：

成巖裂隙是巖石在成巖過程中由于冷凝收縮(巖漿巖)或固結(jié)(沉積巖)而產(chǎn)生的。巖漿巖中成巖裂隙比較發(fā)育，尤以玄武巖中柱狀節(jié)理最有意義。

構(gòu)造裂隙是巖石在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂隙，具有方向性，大小懸殊，分布不均一。風(fēng)化裂隙是風(fēng)化營力作用下，巖石破壞產(chǎn)生的裂隙,主要分布在地表附近。裂隙的描述包括：

a.裂隙的連通性

b.張開性（寬度）

c.裂隙率

d.充填情況等

第二章巖石中的孔隙與水分二、裂隙

固結(jié)的堅硬巖石中，一般僅殘存很小部分83

溶穴(隙)可溶的沉積巖（巖鹽、石膏、石灰?guī)r、白云巖等）在地下水溶蝕下產(chǎn)生的空洞。巖溶率：溶穴的體積與巖石總體積比值

第二章巖石中的孔隙與水分三、溶穴（solutioncavity）四、巖石空隙發(fā)育的多樣性及空隙特征的比較（孔隙、裂隙、溶穴）p18

松散巖石以孔隙為主，但粘土干縮后可產(chǎn)生裂隙，而這些超過其原有的孔隙。固結(jié)程度不高的沉積巖，往往既有孔隙，又有裂隙?？扇軒r石，有的部分發(fā)育溶穴，有的部分則為裂隙，有時還可保留原生的孔隙與裂縫。溶穴(隙)可溶的沉積巖（巖鹽、石膏、石灰?guī)r、白云巖等）84

空隙特點與地下水類型空隙特點：連通性、空間分布（均勻性）空隙比率（大?。?、空隙滲透性（大小、方向）巖石中的空隙，連接成網(wǎng)絡(luò)，成為地下水有效的儲容空間和運移通道。

孔隙連通良好，分布均勻，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少很接近。地下水分布與流動都比較均勻。裂隙：寬窄不等、長度有限的線狀縫隙，具有一定的方向性，連通性較差。地下水分布不均勻，水力聯(lián)系差。

溶穴：空隙大小懸殊且分布極不均勻。地下水分布與流動通常極不均勻。

第二章巖石中的孔隙與水分空隙特點與地下水類型第二章巖石中的孔隙與水分85結(jié)合水：（抗剪強度，固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì)；當(dāng)孔隙直徑小于2倍結(jié)合水厚度時，孔隙中只存在不能運動的結(jié)合水（此時的孔隙被視為無效空間）。重力水：自由運動（層流，紊流）；泉，或井流出；重力水是水文地質(zhì)學(xué)研究的主要對象。

毛細(xì)水：

①支持毛細(xì)水；②懸掛毛細(xì)水；③孔角毛細(xì)水2.2巖石中水的存在形式結(jié)合水：（抗剪強度，固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì)；當(dāng)孔隙直徑小于2862.3與水的儲容及運移有關(guān)的巖石性質(zhì)本課程主要涉及的是與水分儲容、釋出與運移有關(guān)的巖石水理性質(zhì)。

主要包括：容水度、給水度、持水度和透水性。一、容水度

反映巖石的最大含水能力，與水分儲容

定義：容水度是指巖石完全飽水時，所能容納的最大水體積與巖石總體積之比。

與孔隙度的關(guān)系：一般說來容水度在數(shù)值上與孔隙度（裂隙率、巖溶率）相當(dāng)。但是對于具有膨脹性的粘土，充水后體積擴大，容水度可大于孔隙度。

第二章巖石中的孔隙與水分2.3與水的儲容及運移有關(guān)的巖石性質(zhì)87

反映巖石實際保留水分的狀況，含水狀態(tài)的劃分：飽和含水量：孔隙充分飽水時的含水量。

飽和差:飽和含水量與實際含水量之間的差值。

飽和度:實際含水量與飽和含水量之比第二章巖石中的孔隙與水分二、含水量（重量含水量，體積含水量）反映巖石實際保留水分的狀況，第二章巖石中的孔隙88

定義：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水平面積巖石柱體，在重力作用下釋出的水的體積，稱為給水度（μ）。影響給水度μ值的因素：巖性：空隙大的樣品，重力釋水后，結(jié)合水與孔角毛細(xì)水較少，給水度大，μ≈n，礫>粗砂>…>粉砂；孔隙細(xì)?。ㄕ承酝粒o水度小。

地下水位初始埋深（H0）：當(dāng)?shù)叵滤怀跏悸裆钚∮谥С置?xì)水帶高度時，當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r，原重力水大多轉(zhuǎn)化為支持毛細(xì)水而保留于地下水面之上，從而使μ變小。第二章巖石中的孔隙與水分三、給水度（μ）：反映巖石最大釋水能力的指標(biāo)

定義：地下水位下降一個單位深度，從地下水位延伸到地表89與地下水位下降速度有關(guān)：當(dāng)?shù)叵滤幌陆邓俾蚀髸r，給水度偏小，此點對于細(xì)粒松散巖石尤為明顯?？赡艿脑颍褐亓︶屗⒎撬查g完成，而往往滯后于水位下降；此外，迅速失水時大小孔道失水不同步，在小孔道形成懸掛毛細(xì)水而不能釋出。土層結(jié)構(gòu)：均質(zhì)土特征與上述討論一致，巖土層為層狀非均質(zhì)土?xí)r，往往會影響μ值，多層狀土的特征而言，上粗下細(xì)，上細(xì)下粗產(chǎn)生不同影響給水度。

第二章巖石中的孔隙與水分與地下水位下降速度有關(guān)：第二章巖石中的孔隙與水分90給水度小結(jié)（影響給水度的因素）：

均值土、地下水位初始埋深大于支持毛細(xì)水高度（hc)、水位降速慢時，給水度最接近理論值。

水位初始埋深小于支持毛細(xì)水高度時，埋深愈淺，μ越小。

水位降速愈快，μ偏小。一般而言，層狀土的給水度μ小于均值土層。

第二章巖石中的孔隙與水分給水度小結(jié)（影響給水度的因素）：第二章巖石中的91

定義：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量。

給水度、持水度與孔隙度的關(guān)系是：影響因素給水度的因素與影響持水度的相同。殘留含水量（W0):

包氣帶充分重力釋水而又未受到蒸發(fā)、蒸騰消耗時的含水量。數(shù)值上相當(dāng)于最大的持水度。第二章巖石中的孔隙與水分4、持水度（Sr）：反映巖石最小含水能力的指標(biāo)

定義：地下水位下降一個單位深度，單位水平面積巖石柱體中反92

孔隙大小及孔隙度當(dāng)孔隙度一定而孔隙直徑越大，則圓管通道的數(shù)量越少，但有效滲流斷面越大，透水能力就越強；反之，孔隙直徑越小，透水能力就越弱。由此可見，決定透水性好壞的主要因素是孔隙大小；只有在孔隙大小達到一定程度，孔隙度才對巖石的透水性起作用，孔隙度越大，透水性越好。第二章巖石中的孔隙與水分

孔隙通道變化與曲折性：很大程度上取決于最小的孔隙直徑；孔隙通道愈彎曲，水質(zhì)點實際流程就愈長，克服摩擦阻力所消耗的能量就愈大。

顆粒分選性，除了影響孔隙大小，還決定著孔隙通道沿程直徑的變化和曲折性，因此，分選程度對于松散巖石透水性的影響，往往要超過孔隙度。

五、透水性：巖石允許水透過的能力，滲透系數(shù)孔隙大小及孔隙度第二章巖石中的孔隙與水分孔隙93

習(xí)題對比以下概念：空隙和孔隙；孔隙度和孔隙比；孔隙和裂隙；在一個孔隙度為30%的礫石堆積體中，充填了孔隙度為60%的粉質(zhì)粘土，試估算該堆積體的實際孔隙度。請對以下陳述作出辨析：地層介質(zhì)的固體顆粒越粗大，孔隙度就越大；不一定分布有裂隙的巖石中，一般不發(fā)育孔隙；對p17毛細(xì)水不受重力作用，只受表面張力作用；錯松散巖層的給水度雖然經(jīng)驗上被認(rèn)為是固定的參數(shù)，但實際上也隨時間變化，并且總是小于孔隙度；對習(xí)題對比以下概944潛水含水層的給水度和承壓含水層的給水度存在很大的區(qū)別，你知道為什么嗎？概念不同：承壓含水層的儲水系數(shù)（彈性給水度）是指測壓水位下降（或上升）一個單位深度，單位水平面積含水層釋出（或儲存）的水的體積。潛水位的抬高或降低，含水層厚度加大或變?。怀袎汉畬訙y壓水位下降（上升），不改變含水層厚度。測壓水位上升，含水層水密度加大及含水介質(zhì)空隙增加；測壓水位下降，含水層水密度變小及含水介質(zhì)空隙縮減。釋出（儲存）水機理不同：水位下降時潛水含水層所釋出的水來自部分空隙的排水；測壓水位下降時承壓含水層所釋出的水來自含水層體積的膨脹及含水介質(zhì)的壓密（從而與含水層厚度無關(guān)）。數(shù)量及不同：承壓含水層的出水系數(shù)為0.00500.00005,常較潛水含水層小1-3個數(shù)量級。4潛水含水層的給水度和承壓含水層的給水度存在很大的區(qū)別，你95(5)某巖石的裂隙中，有的充填了細(xì)砂，有的充填了粘土，有的沒有充填，試分析各種情況下巖石的透水性；(6)當(dāng)潛水的水位下降時，水面下巖石的固體骨架有效應(yīng)力將如何變化？而水面上的巖石含水量如何變化？(7)對于上海市的地面沉降，有人認(rèn)為是抽取地下水引起的，也有人認(rèn)為是高層建筑不斷興建引起的，試分析這些論斷所依據(jù)的原理和可能的論證方法。有效應(yīng)力原理與松散巖土壓密(8)請分析一下孔隙度與飽和體積含水量之間的關(guān)系？相等(5)某巖石的裂隙中，有的充填了細(xì)砂，有的充填了粘土，有的96水井土壤水帶中間帶毛細(xì)水帶飽水帶SaturatedZone包氣帶VadoseZone地下水面第三章地下水的賦存包氣帶：地表以下到地下水面之上，巖石中的空隙未被重力水所充滿。

毛細(xì)水帶：包氣帶底部由地下水面支持的毛細(xì)水構(gòu)成毛細(xì)水帶。

飽水帶：地下水面以下，巖石中的空隙被重力水所充滿的帶。3.1包氣帶與飽水帶結(jié)合水；孔角毛細(xì)水、懸掛毛細(xì)水、支持毛細(xì)水；空隙空氣中的氣態(tài)水；局部滯留重力水水井土壤水帶中間帶毛細(xì)水帶飽水帶包氣帶地下水面第三章973.2含水層，隔水層與弱透水層

劃分原則：在地下水位以下，飽水巖層中，根據(jù)巖層給水與透水能力而進行劃分

含水層：是能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層，如各類砂土、砂巖等。

隔水層：不能透過與給出水或透過與給出的水量微不足道的巖層，如裂隙不發(fā)育的基巖、頁巖、板巖、粘土（致密）

弱透水層：滲透性很差，給出的水量微不足道，但在較大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的巖層（驅(qū)動），如各種粘土，泥質(zhì)粉砂巖。時間尺度足夠長，任何巖層可視為可滲透的。第三章地下水的賦存3.2含水層，隔水層與弱透水層

劃分原則：在地下水983.3地下水分類廣義地下水：賦存于地面以下巖土空隙中的水：包氣帶及飽水帶中所有含于巖石空隙中的液態(tài)水和氣態(tài)水。狹義地下水：賦存于飽水帶巖土空隙中的液態(tài)水（飽水帶中重力水）。

地下水分類依據(jù)

含水介質(zhì)的類型（賦存空間）：孔隙水、裂隙水和巖溶水埋藏條件（賦存部位）：包氣帶（上層滯水）、飽水帶（潛水和承壓水）第三章地下水的賦存3.3地下水分類廣義地下水：賦存于地面以下巖土空993.4潛水

潛水（PhreaticWater）：地表以下，第一個具有自由表面（潛水面）的穩(wěn)定（具有一定的空間連續(xù)性）含水層（潛水含水層）中的水。第三章地下水的賦存一、潛水與潛水含水層概念潛水面(phreaticsurface)。潛水位（waterlevel)潛水含水層含水層厚度潛水埋深潛水的基本要素3.4潛水

潛水（PhreaticWate100承壓水的基本特征：是由于上部受到隔水層或弱透水層的隔離，承壓水與大氣圈、地表水圈的聯(lián)系較差，水循環(huán)也緩慢得多。承壓水不像潛水那樣容易污染，但是一旦污染后則很難使其凈化。

隔水層承壓水潛水

第三章地下水的賦存圖3-6基巖自流盆地中的承壓水承壓含水層：②隔水頂板：③隔水底板：④承壓含水層厚度（H）

⑥測壓水位線（面）：⑦承壓高度：

⑧補給區(qū)：⑨承壓區(qū)：⑩排泄區(qū)：⑾自溢區(qū)充滿于兩個隔水層（或弱透水層）之間的含水層的水。承壓水的基本特征：是由于上部受到隔水層或弱透水層的隔離，承壓101當(dāng)包氣帶存在局部隔水層(弱透水層)時，局部隔水層(弱透水層)上會積聚具有自由水面的重力水，為上層滯水。

上層滯水是包氣帶中有實際利用價值的重力水。

特點：最接近地表，接受大氣降水的補給，通過蒸發(fā)或向隔水底板（弱透水層底板）的邊緣下滲排泄。雨季積存一定水量，旱季逐漸耗失；不能終年保持有水；動態(tài)變化顯著。作用：只有在缺水地區(qū)才能成為小型供水水源或暫時性供水水源。上層滯水極易受污染，利用其作為飲用水源時要格外注意衛(wèi)生防護。上層滯水當(dāng)包氣帶存在局部隔水層(弱透水層)102

習(xí)題1.對比以下概念：毛細(xì)水帶與包氣帶；隔水層與弱透水層；排泄區(qū)與補給區(qū)；上層滯水與潛水；2.請對以下陳述作出辨析：在排泄區(qū)，地下水不接受大氣降水的補給；不一定只有測壓水位高于地面的地下水才叫承壓水；錯地面的污染物可以通過包氣帶擴散到潛水中，但不會影響承壓水；錯包氣帶中有結(jié)合水，而飽水帶沒有結(jié)合水。錯3.在地下水的補給、徑流、排泄上，承壓含水層具有哪些特點?結(jié)合水與重力水的最根本的區(qū)別是結(jié)合水（）。a.不能轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水；b.具有抗剪強度；c.不能運動；d.結(jié)合水層薄。習(xí)題1.對比以下概念：1034.當(dāng)潛水水位下降時，支持毛細(xì)水和懸掛毛細(xì)水的運動有什么不同特點？5.在無入滲補給而有蒸發(fā)排泄的條件下，如果潛水含水層地下水水位逐漸下降，其上部包氣帶的含水量將減小，而地下水蒸發(fā)強度將增加，這時潛水面否（填“是”或者“否”）還可以看作流面。4.當(dāng)潛水水位下降時，支持毛細(xì)水和懸掛毛細(xì)水的運動有什么不同104主要內(nèi)容：掌握達西定律及其表示方法，并理解滲透流速、過水?dāng)嗝?、水力梯度、滲透系數(shù)的概念和物理含義；掌握均質(zhì)各向同性介質(zhì)中定性流網(wǎng)的繪制方法，學(xué)習(xí)流網(wǎng)在水文地質(zhì)問題分析中的應(yīng)用。

重難點：達西定律及其表示方法，并理解各項的物理含義；掌握均質(zhì)各向同性介質(zhì)中定性流網(wǎng)的繪制方法；流網(wǎng)在水文地質(zhì)問題分析中的應(yīng)用。

第4章地下水運動的基本規(guī)律主要內(nèi)容：掌握達西定律及其表示方法，并理解滲透流速、過水?dāng)嗝?05總水頭位頭壓頭速度頭測壓管水頭

在滲流場中，

飽水帶中的水包括重力水與結(jié)合水，本章主要討論穩(wěn)定流條件下重力水的運動規(guī)律。第4章地下水運動的基本規(guī)律水頭：水流中空間上某點所具有的總勢能。根據(jù)水動力學(xué)原理，水流運動中任意點總水頭（總勢能）可表示為：總水頭位頭壓頭速度頭測壓管水頭

在滲流場中，第4106達西定律:

式中：Q—滲透流量；ω—過水?dāng)嗝?/p>

h—水頭損失

L—滲透途徑

K—滲透系數(shù)4-1重力水運動的基本規(guī)律V=KI

(4-3)式中：V稱作滲透流速由（4—1）達西公式表明：滲透流量（Q）與滲透系數(shù)（K）、過水?dāng)嗝妫é兀┘八μ荻龋↖）成正比。由（4-3）式表明：滲透流速與水力梯度一次方成正比關(guān)系，故達西定律又稱為線性滲透定律。

(4-1)達西試驗條件與達西定律的應(yīng)用條件：均質(zhì)各向同性介質(zhì)，穩(wěn)定流，一維流；應(yīng)用條件：Re<1~10的層流達西定律:1072滲透流速（V）

Q=ωV=ω′.

UV=ne.

u第4章地下水運動的基本規(guī)律3.水力梯度（I）即單位滲透途徑上的機械能損失，也即機械能的損失率。

根據(jù)（4-3）式V=KI，可知，當(dāng)巖石性質(zhì)一定時，K為常數(shù)，I大，V也大；說明滲