水文地質(zhì)學基礎(chǔ)課后思考題(附答案)

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第1-2章思考題

1、試概括地下水的功能及其意義。

（1）寶貴的資源：地下水分布廣泛，變化穩(wěn)定，水質(zhì)良好，便于利用，是理想的飲用水源，也是工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水的重要供水水源。含水介質(zhì)儲能，夏儲冬用。地源熱泵。地下水景觀，如古井遺址、濕地等是良好的旅游資源。

（2）重要的地質(zhì)營力：地下水是物質(zhì)和熱量傳輸（溫泉）及應(yīng)力傳遞（水庫誘發(fā)地震，滑坡）的載體。地下水是良好溶劑，成礦、找礦發(fā)揮重要作用。

（3）不可忽視的致災(zāi)因子：地面沉降、地裂縫、巖溶塌陷、潛蝕管涌等。地方病，如甲狀腺病。

（4）活躍靈敏的生態(tài)環(huán)境因子：地下水是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中一個最為活躍靈敏的子系統(tǒng)。氣候、水、土壤和生物，處于相互作用的動平衡，人類活動干擾天然地下水，成為生態(tài)環(huán)境惡化的重要因素。如鹽漬化（干旱－半干旱地區(qū)）、沼澤化（濕潤地區(qū)）、石漠化（南方巖溶地區(qū)）、地下水污染等。

（5）極有價值的信息載體：地下水及其沉淀物、化學及微生物特征，可提供十分珍貴的環(huán)境變化信息?？深A(yù)測地震，提供不同時空尺度的環(huán)境信息，水文地質(zhì)找礦，可重塑歷史時期及地質(zhì)時期的氣候變化。

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2、試比較水文循環(huán)與地質(zhì)循環(huán)。

水文循環(huán)：大氣水、地表水、地殼淺表地下水之間的水分交換。

（1）是直接循環(huán)，淺部層圈水分子直接交換。

（2）循環(huán)速度快，途徑短，交替迅速。

（3）水文循環(huán)的驅(qū)動力是太陽輻射和重力。

（4）對于保障生態(tài)環(huán)境及人類的生存發(fā)展，至關(guān)重要。水質(zhì)持續(xù)凈化，水量持續(xù)更新再生。地質(zhì)循環(huán)：大氣圈到地幔之間發(fā)生的水分交換。

（1）是間接循環(huán)，與沉積巖、巖漿活動、巖石重結(jié)晶有關(guān)。

（2）循環(huán)途徑長，速度緩慢，周期長。

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（3）有助于分析地層淺表和深部各種地質(zhì)作用，對于尋找礦產(chǎn)資源、預(yù)測大尺度環(huán)境變化和深部地質(zhì)災(zāi)害等均有重大意義。

第3章討論題

1、孔隙度大和孔隙大有區(qū)別嗎

孔隙是松散巖層中顆粒及顆粒集合體之間的空隙；孔隙度是單位體積巖土（包括孔隙在內(nèi)）中孔隙所占的比例?？紫洞蟊硎舅缮r層中顆粒及顆粒集合體之間的空隙大，孔隙度大指的是巖體中孔隙的比例大。前者只是對孔隙的單一形態(tài)描述，后者為孔隙在巖土體的占比。2、粘性土孔隙度大，是含水層嗎

不是含水層。

粘性土的孔隙度大，但是孔隙很小，，并非好含水層，土粒表面有很多結(jié)合水，細小孔隙間有毛細水，這兩部分水都很難釋出，不具備含水條件，含水能力較弱。

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3、某巖土的給水度是一個確定值嗎

不是確定值。

給水度取決于顆粒大小、分選、土層結(jié)構(gòu)、地下水位初始埋深、地下水位下降速度等多方面因素的影響，這些因素不是確定和統(tǒng)一的。當其它條件相同情況下，初始水位深度大于支持毛細水高度時，其值與理論值接近；當初水深小于毛細水高度，隨著初水深下降，其值減小，直到初水深小于飽和毛細水高度，其值接近于零。水位下降速度越快，產(chǎn)生懸掛毛細水或孔角毛細水越多，其值越小。

4、為什么巖層裂隙是較好的地下水運移通道

在松散巖層中，孔縫分布連續(xù)均勻，構(gòu)成有統(tǒng)一水力聯(lián)系、水量分布均勻的層狀孔縫含水層。而對于堅硬基巖，由于裂縫在巖石中發(fā)育不均勻，從而導(dǎo)致儲存其間水的分布不均勻。裂縫發(fā)育的地方透水性強，含水量多，反之，透水性弱，含水量也少。因裂縫率比孔縫率小，加之裂縫發(fā)育不均勻且具方向性，在裂縫發(fā)育密集均勻且開啟性和連通性較好的情況下，裂縫水呈層狀分布，并且具有良好的水力聯(lián)系和統(tǒng)一的地下水面。在裂縫發(fā)育不均勻，連通條件較差時，通常只在巖石中某些局部范圍內(nèi)連通而構(gòu)成若干個互不聯(lián)系或聯(lián)系很差的脈狀含水系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間水力聯(lián)系很差，往往又無統(tǒng)一的地下水位。同時，裂縫水的分布和富集受地質(zhì)構(gòu)造條件控制明顯。所以說巖層裂隙是較好的地下水運移通道。

第四章

1、為什么承壓含水層的彈性給水度遠小于潛水含水層的重力給水度

…

因為在承壓含水層中，彈性給水度是當承壓含水層中測壓水位升降一個單位，單位水平面積含水層柱體釋放或儲存的水量。潛水含水層的重力給水度是指在潛水含水層中，當水位下降一個單位時，從單位面積含水層存貯體中，由于重力疏干釋放地下水的體積。開采承壓含水層時，釋出的水量主要是由于減壓水體積發(fā)生彈性膨脹。但由于水的膨脹系數(shù)很小，所以這一部分釋出水量很小，由于水壓下降導(dǎo)致的有效應(yīng)力增加量很小，這一部分釋出水量很小，還有有效應(yīng)力增大而導(dǎo)致含水層微量壓密。承壓含水層能釋出的水量遠小于潛水含水層。下降單位面積單位水位時，承壓含水層釋出的水量要比潛水含水層小1-3個數(shù)量級。

2、如何理解“自然界中并不存在絕對的隔水層”

含水層與隔水層的劃分具有相對性，取決于應(yīng)用場合及涉及的時空尺度。同一巖層，在不同場合下，可歸為含水層，亦可歸為隔水層。如：作為大型供水水源，供水能力強的巖層才是含水層；滲透性較差的巖層，只能看做隔水層。但對于小型供水水源，滲透性較差的巖層也可以看做含水層。再如，裂隙極不發(fā)育的基巖，無論對于供水還是礦坑排水，都是典型的隔水層；但是對于核廢料處置，就必須看做含水層。同時，從較大時間尺度考察，所有巖層都是可以滲透的

3、在實際劃分含水層和隔水層時要考慮哪些因素

從時空尺度、供水（給水能力）、排水、需求等角度來考慮。比如供水時出水量是否發(fā)到理想供水量；建大壩時水庫是否滲透等；在核廢料的處置等重要的工程選址時，對含水層滲透性的要求和標準更高，在考慮巖層的滲透性時，不只考慮透不透水，還要考慮通道中釋放氣體的濕度。

4、為什么弱透水層不能給出水，卻能發(fā)生越流

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弱透水層一般為粘土層，其滲透能力低，但是在垂直層面方向上，由于滲透斷面大，水力梯度大，通過垂直層面越流，與相鄰的含水層發(fā)生水量交換。

第5章討論題

1.滲流的驅(qū)動力是什么

能態(tài)差異是地下水滲流的驅(qū)動力。

2.地下水的質(zhì)點流速、實際流速、滲透流速有何關(guān)系

滲透流速：假想的流速，相當于滲流包括骨架與孔隙內(nèi)的斷面上的平均流速，也稱作“達西流速”或比流量。

實際流速：水通過實際過水斷面上的平均流速。此過水斷面不包括骨架、不連通的死孔隙和不流動的結(jié)合水膜。

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質(zhì)點流速：水質(zhì)點在滲流過程中某個時刻的實際流速。

三種速度的關(guān)系：滲流流速總小于實際流速，而質(zhì)點流速和實際流速大小關(guān)系不一定。實際流速是各個水質(zhì)點流速的再平均，滲透流速是假想的流速，質(zhì)點流速才是真正意義上的地下水的流速。

3.達西公式的應(yīng)用條件是什么

達西公式的適用范圍的上限是雷諾數(shù)小于1至10的層流。適用下限暫無定論。但目前我們認為粘性土中的滲流，只有在一定（較大）的水力梯度作用下，才有滲流發(fā)生，滲流速度與水力梯度呈線性關(guān)系。

4.下圖為河間地塊剖面二維地下水穩(wěn)定流動，兩河水位相等、均勻穩(wěn)定入滲。試在剖面圖上示意畫出潛水位線與流網(wǎng)，標明地下分水嶺，并用達西定律簡述理由

第4題圖非均質(zhì)河間地塊含水層

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答：由達西定律Q＝KIA可知，因為粗砂礫的滲透系數(shù)大于細砂的滲透系數(shù)，且是均勻穩(wěn)定等流量下滲，滲透面積相等，所以只有I變化。因為粗砂礫的水力梯度小于細砂的水力梯度，反映在潛水面上就是左側(cè)潛水面坡度較緩，右側(cè)較陡；在圖上就是相較于均質(zhì)土層，分水嶺發(fā)生右移。

第6章討論題

1.從下表可以看出，土的顆粒越細、孔徑越小、毛細上升高度越大；是否顆粒越細，毛細水上升速度也越大為什么

不一定。因為根據(jù)線性滲透定律V＝KI，可以知道毛細上升速度取決于滲透系數(shù)和水力梯度。

再取潛水面為基準面分析，可知V＝k（hc/Zc－1）。顆粒越細小，其毛細上升高度雖然越大，但同時它的滲透系數(shù)也越小，二者的相乘后，毛細水上升速度不一定很大。

2.給水度與土壤水分特征曲線有關(guān)嗎為什么

給水度與土壤水分特征曲線有關(guān)。在飽和土壤中施加負壓，當負壓絕對值較小時，土壤中無水排出，土壤含水量維持飽和值；當負壓絕對值超過某一臨界值時，土壤最大孔隙中的水分開始向外排出，隨著負壓絕對值的增大，較小孔隙中的水被排出。不同土質(zhì)的土壤進氣值不同，一般輕質(zhì)土（如砂土）的土壤進氣值較小，重質(zhì)黏性土壤進氣值較大。

3.怎樣才能使測定的給水度接近理論最大值

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使地下水位盡可能緩慢勻速下降時，測出的給水度接近理論值。

4.為什么井打到毛細飽和帶不出水，而土壤水取樣器（用比包氣帶巖性細很多的飽水陶土頭制成密封容器并抽真空）卻可以取出包氣帶水

答：是毛細力作用的結(jié)果。因為三者毛細力的大小順序可以表示為為井＜包氣帶沉積物＜土壤水取樣器。

第七章

1.為什么TDS高的地下水以易溶鹽類的離子為主為什么TDS低的地下水以難溶鹽類物的離子為主

因為溶解度：碳酸鹽類＜硫酸鹽類＜氯化物。隨著TDS增大，鈣、鎂的碳酸鹽首先達到飽和并沉淀析出，繼續(xù)增大，鈣的硫酸鹽飽和析出，故TDS高的水中以易溶的氯和鈉占優(yōu)勢。TDS很低時，表明該地區(qū)經(jīng)受的溶濾作用越強烈，持續(xù)時間越久，可溶鹽類離子成分在地下水源源不斷的徑流與交替過程中早已被溶解帶走，因而最后巖層中保留下來的就只剩難溶的碳酸鹽及硅酸鹽，地下水的成分也因此以難溶離子成分為主。

2.地下水中出現(xiàn)TDS小于1g/L的Cl—Na型水，有哪些可能原因

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可能該區(qū)地下水主要的化學成分就是Cl-Na，且可能因本身或溶濾作用帶走等因素導(dǎo)致其含量本就較少。

可能是處于濱海地區(qū)由于大氣降水或海風帶來細末狀的海水使得出現(xiàn)TDS較低且以Cl－Na型的地下水。

3.溶濾作用能否形成TDS高的地下水為什么

溶濾作用較難形成TDS高的地下水。在此過程中，氯化物、硫酸鹽依次溶解運移而被貧化，經(jīng)受溶濾強烈，隨著持續(xù)時間越長，巖體保留下來的只是難溶鹽類，其溶解度小，地下水中含量通常不大，故最終形成低TDS地下水。

4.某一熱水的水化學特征的庫爾洛夫式如下，試在派珀三線圖上標出該水樣的位置。

第8章討論題

1.試解釋下圖所示入滲速率隨時間變化的原因。

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第1題用圖地面入滲速率隨時間變化曲線（石生新，1992）

入滲能力受控于包氣帶滲透性，隨著降水延續(xù)而降低，最后趨于穩(wěn)定。這與入滲過程中驅(qū)動下滲的水力梯度變化有關(guān)，隨著時間的推移，水力梯度趨于定值（I＝1），入滲能力趨于穩(wěn)定（V＝K）。

2.利用定水位埋深的地中蒸滲儀求取降水入滲系數(shù)時，可能產(chǎn)生哪些誤差

可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差和隨機誤差。

其中系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因：在天然條件下，地下水埋藏深度較淺時，隨著降水補給，地下水位抬升，毛細飽和帶接近地表，入滲能力降低。但地中蒸滲儀中的地下水埋藏深度人為控制為定值，故地下水位淺時測的的補給量明顯偏大，求取的降水入滲系數(shù)也偏大。

隨機誤差產(chǎn)生的原因：地中蒸滲儀充填的原狀土樣在采樣和運輸過程中會受到擾動，其物理邊界也與天然邊界有所差異。

3.降水分別以活塞式或捷徑式入滲時，對地下水補給有何不同

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降水以活塞式補給時：下滲水流猶如活塞推進，老水先于新水到達含水層，且需在使得包氣帶飽和后才可補給下方含水層，地下水位對降水的響應(yīng)的延遲和滯后現(xiàn)象明顯。

降水以捷徑式補給時：下滲水流呈指狀推進，存在快速運移的優(yōu)先流，新水可以超過老水優(yōu)先到達含水層，且不必等包氣帶達到飽和即可補給下方含水層，地下水位對降水的響應(yīng)迅速。

4.濕潤平原區(qū)的潛水同樣存在蒸發(fā)消耗，為什么水土不會鹽化

因為濕潤平原地區(qū)氣候濕潤，潛水蒸發(fā)不很強烈。在蒸發(fā)過程中，隨著水分消耗，鹽分累積于支持毛細水帶及土壤表層，在降水時入滲水流淋濾鹽分返回潛水，濕潤平原地帶由于其降水充沛，故鹽分不會累積于土壤表層和支持毛細水帶，水土也不會鹽化。

5.在干旱—半干旱地區(qū)，砂土、粉砂土、粘土哪種土最容易出現(xiàn)鹽堿地為什么

粉砂土最容易產(chǎn)生鹽堿地。包氣帶巖性通過控制毛細上升高度和速度影響潛水蒸發(fā)。砂的毛細上升速度快，但毛細上升高度??；亞黏土和黏土毛細上升高度大，但毛細上升速度慢，都不利于潛水蒸發(fā)；粉質(zhì)亞砂土及粉砂，有較高的毛細上升高度與速度，潛水蒸發(fā)最為強烈，故其最容易產(chǎn)生鹽堿地。

第九章

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1.試列舉地下含水系統(tǒng)與地下水流系統(tǒng)的異同。

2.潛水含水層中也可以打成自流井，那么，潛水和承壓水的區(qū)別究竟在哪里

二者產(chǎn)生自流的機理不同。潛水的自流是緣于重力作用與高程差，是需要有特殊的地形切割才能讓水在重力作用下流出地形線的；而承壓水產(chǎn)生自流更普遍，其由于具有承壓性，一直有個壓力勢促使其在排泄點流出，相當于被壓力“擠出”，一旦承壓含水層有一處排泄點使其具備排泄條件，便可以在承壓作用下卸壓排泄。

3.復(fù)雜的地形盆地形成多級水流系統(tǒng)的條件，試做圖加以說明。

書P87

第10章討論題

1.試比較：接受降雨及河流補給時，地下水位的響應(yīng)有哪些共同點與不同點

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2.河流補給地下水時，潛水和承壓水水位的響應(yīng)有何不同

3.某一地區(qū)深層地下水和淺層地下水的水位變化同步，能否說明兩者具有良