水文地質2011總復習ppt課件

1、總復習一、緒論 1、水文地質學的簡單定義 水文地質學是研討地下水圈的科學。 地下水： 地殼淺部含水層中可供消費、生活運用的井、泉水； 包氣帶水；特點是不能依托重力流動。 火山噴發(fā)伴隨的水汽； 礦物水；是賦存于礦物結晶格架內部和格架之間的水。二、地球上水的分布與循環(huán) 1、表部層圈水。 統(tǒng)指地殼上半部地表以下15km17km深度范圍內到大氣圈中的水?；瘜W形狀以H2O的分子方式存在； 物理形狀有汽、液、固三態(tài)，以液態(tài)為主。 2、深部層圈水。地球深部指地殼下部到下地幔與地核之間的部分。 但高溫高壓的環(huán)境使水的物理化學形狀發(fā)生了變化。自然界中的水循環(huán) 1、水文循環(huán)。所謂水文循環(huán)是指地球表部層圈中的水，即

2、大氣水、地表水及地殼淺部地下水相互間的交替轉換過程。 2、地質循環(huán)。地球深部層圈水與表部層圈水之間的相互轉化過程稱為地質循環(huán)。 三、地質根底 巖石的分類： 1、巖漿巖火山巖； 2、堆積巖； 松散巖石 3、蛻變巖 地質構造： 1、巖層接觸關系 2、褶曲 3、斷裂構造四、巖石的水理性質 (一)巖石中的空隙 1、孔隙 由于松散巖石是由大小不等的顆粒組成，在顆?；蝾w粒的集合體之間充溢空隙，這些孔隙相互連通，呈小孔狀，稱為孔隙。 松散巖石中孔隙的多少用孔隙度表示， 2、裂隙 固結的鞏固巖石普通不存在或只保管有部分顆粒之間的空隙或孔隙。鞏固巖石主要發(fā)育各種成因的裂隙。分為成巖裂隙，構造裂隙和風化裂隙。 鞏

3、固巖石的裂隙發(fā)育程度通常用裂隙率表示。 3、溶隙溶穴 可溶性巖石，如石灰?guī)r，白云巖等，在地下水溶蝕作用下產生的空隙洞，稱為溶穴。用巖溶率表示。二、巖石中水的存在方式 按物理形狀分：氣態(tài)水，液態(tài)水，固態(tài)水。 傳統(tǒng)水文地質學重點研討液態(tài)水。根據其受力情況，又可以分為結合水(強結合水吸著水，弱結合水薄膜水)。 ，毛細水和重力水。 礦物內部存在的水稱為礦物結合水。三、巖石的水理性質巖石的水理性質反映巖石儲容或透過地下水的性能。與巖石的空隙性有親密關系。容水性巖石能包容一定水量的性能。度量目的為容水度。容水度指巖石中所能包容水的體積與巖石總體積之比?？捎眯?shù)或百分數(shù)表示。由定義可見，容水度與普通巖石的空

4、隙度相當。但膨脹性粘土飽水后體積會增大，容水度大于孔隙度。持水性巖石的持水性是指在重力作用下巖石仍能堅持一定水量的性能。持水度：巖石在重力作用下釋水后堅持的水體積與巖石體積之比。在重力作用下巖石所能堅持的水分主要是結合水，以及部分孔角毛細水。所以，粘性土持水度大甚至可與容水度相等，而裂隙巖石等持水度很小 給水性地下水位下降時，飽水巖石中的水在重力作用下能否自在釋出或釋出數(shù)量的多少，即為巖石的給水性。用給水度度量。給水度：當?shù)叵滤幌陆狄粋€單位時，在重力作用下，單位程度面積上巖石柱體所釋出的水體積。以小數(shù)或百分數(shù)表示，無量綱 粘性土給水度幾乎為零，而粗粒松散巖石和裂隙巖石給水度甚至可以接近容水度

5、。四、含水系統(tǒng) 1、包氣帶和飽水帶 地表以下第一個延續(xù)的自在水面以上部分稱為包氣帶，水面以下部分稱為飽水帶。 2、含水層 地下水面之下，經常為地下水所飽和的透水層稱之含水層 3、隔水層 普通情況下不允許重力水透過或僅能透過極少量重力水的巖層屬于隔水層。含水層中的越流假設某一含水層的上覆或下伏地層為弱透水層。含水層就具有半承壓性質。當這個含水層與相鄰含水層之間存在水位差時，地下水便會從高水頭含水層經過弱透水層流向低水頭含水層。這種景象稱為越流。四、地下水的類型 一、地下水的分類 目前較為通用的地下水分類方法， 一是根據地下水的單一特征分類，如，根據地下水來源不同，可把地下水分成滲入水，凝結水，初

6、生水，埋藏水等； 根據地下水的礦化程度分為淡水、微咸水、咸水、鹽水和鹵水等； 按地下水的埋藏條件，可將地下水分成包氣帶水、潛水和承壓水等； 按含水介質類型可把地下水分成孔隙水、裂隙水和巖溶水等。 一是根據地下水的綜合特征分類。 有一種綜合分類法綜合思索了地下水埋藏條件和含水介質特征，把地下水分成九種類型。 二、各類型地下水的特征 1、包氣帶水 包氣帶水是最接近地表的地下水，受氣候要素影響最大。分布區(qū)與補給區(qū)一致。 其中土壤水受毛管力和重力作用為主，因此主要作垂直運動上層滯水可有程度運動，但不構成包氣帶水運動的主流。補給以降水和灌水入滲為主，以及潛水和凝結水補給；耗費以下滲和蒸發(fā)蒸騰為主。 2、

7、潛水 潛水是地表以下，第一個穩(wěn)定的隔水層或弱透水層以上，具有自在水面的重力水。這個自在水面稱為潛水面。潛水面距地面的間隔稱為潛水面的埋藏深度。 由潛水面往下至隔水層頂板之間儲存有重力水，稱之為潛水含水層。潛水面距隔水層頂板的間隔就是含水層的厚度區(qū)域上來看，這個厚度通常是變化的。潛水面的絕對高程就稱為潛水位。認識潛水等水位線圖認識潛水等水位線圖 也稱潛水面等高線圖。 利用潛水等水位線圖可處理下述問題： 確定潛水流向； 確定潛水面的水力坡度； 確定潛水與地表水之間的互補關系； 確定潛水面埋藏深度； 推斷含水層巖性和厚度的變化； 根據潛水等水位線圖可以合理布置取水或集水設備； 經過時間同步的長系列潛

8、水等水位線圖，可以分析潛水的區(qū)域分布特點，為水資源的合理開發(fā)提供根據。 3、承壓水 承壓水是充溢地表以下恣意兩個隔水層或弱透水層之間具有承壓性質的重力水。 在沒有揭露承壓含水層時，承壓水的絕對水位是實際值。當經過鉆井等手段揭穿了頂板之后，立刻觀測到的水位稱為初見水位，其后，在無外部干擾情況下水位會因靜水壓力的改動而變動，直至一個穩(wěn)定形狀，稱為靜止水位通常高于初見水位，可依此判別能否承壓水。此時的水面標高是真正的承壓地下水的水位或測壓水位?；蚍Q承壓水頭承壓水頭實際上是指承壓水的靜止水位至含水層頂板的間隔，也稱之為承壓水頭高度。地面標高與承壓水位之差為承壓水位埋深。承壓水頭高出地面稱為正水頭，低于

9、地面稱為負水頭。 承壓水等水壓線圖承壓水等水壓線圖 承壓水等水壓線圖是承壓含水層測壓水位的等高承壓水等水壓線圖是承壓含水層測壓水位的等高線圖。線圖。 留意等測壓水位面是虛擬的面。留意等測壓水位面是虛擬的面。 普通情況下，鉆孔打到圖上標示的水位并不能取普通情況下，鉆孔打到圖上標示的水位并不能取到水，必需打到承壓含水層本身才干有水。這是到水，必需打到承壓含水層本身才干有水。這是與潛水等水位圖不一樣的地方。因此，需求結合與潛水等水位圖不一樣的地方。因此，需求結合承壓含水層頂板等值線圖確定含水層的埋深。承壓含水層頂板等值線圖確定含水層的埋深。 利用等水壓線圖可以處理以下問題：利用等水壓線圖可以處理以下

10、問題： 確定承壓水的流向；確定承壓水的流向； 確定承壓水面的坡度；確定承壓水面的坡度； 確定承壓水與其他含水層或地表水之間的關系；確定承壓水與其他含水層或地表水之間的關系； 初步判別含水層厚度和透水性等。初步判別含水層厚度和透水性等。 承壓含水層彈性儲水與釋水的度量目的是儲水系數(shù)或彈性給水度，物理含義是，當測壓水位改動一個單位時，單位面積含水層柱體所添加或釋放出的水量，無量綱。五、地下水運動的根本定律滲流的幾個概念 層流層流 當液體流速較小時，液體質點做有序，當液體流速較小時，液體質點做有序，互不混雜的流動稱為層流?；ゲ换祀s的流動稱為層流。 紊流紊流 當液體流速較大時，液體質點無序，當液體流速

11、較大時，液體質點無序，相互混雜的流動稱為紊流。相互混雜的流動稱為紊流。滲流的幾個概念 穩(wěn)定流：穩(wěn)定流： 流場中恣意點的一切運動要素流速、流場中恣意點的一切運動要素流速、流量、壓強等僅是空間坐標的函數(shù)流量、壓強等僅是空間坐標的函數(shù)稱為穩(wěn)定流；稱為穩(wěn)定流； 非穩(wěn)定流：非穩(wěn)定流： 流場中恣意點的一切運動要素流速、流場中恣意點的一切運動要素流速、流量、壓強等同時是空間坐標和時流量、壓強等同時是空間坐標和時間變量的函數(shù)稱為非穩(wěn)定流。間變量的函數(shù)稱為非穩(wěn)定流。二地下水運動的根本規(guī)律 等效滲流概念及空間平均方式的物理模型 所謂等效是指在堅持巖層中浸透流量、浸透壓強以及滲流阻力等效的原那么下，假設實踐滲流充溢

12、整個巖體空間即忽略巖體骨架。此時以為滲流是延續(xù)水流，滲流場中各運動要素同時是時間和空間的延續(xù)函數(shù)。 u浸透流速【LT-1】； Q單位時間內透過過水斷面的浸透流量【L3T-1】； A過水斷面垂直于滲流的巖層斷面面積【L2】。Qu Qu AQu v滲流的實踐流速或實踐平均流速【LT-1】； Q單位時間內透過過水斷面的浸透流量【L3T-1】； A實踐過水斷面垂直于滲流的巖層斷面面積【L2】。Qu Qu AQv 浸透流速與實踐流速關系vnunnAnQvnAnA00000有效空隙度。二地下水運動的根本規(guī)律 線性浸透定律達西定律 K 巖石的浸透系數(shù)或稱水力傳導系數(shù)【LT-1】； hw 水頭損失，滲流經過的

13、兩過水斷面之間的水位差【L】, J稱為水力坡度或水力梯度； l兩過水斷面間隔浸透長度【L】。 式中其他符號意義同前述。KJlhKulhKAQww或二地下水運動的根本規(guī)律 水力梯度或稱水力坡降反映了滲流流水力梯度或稱水力坡降反映了滲流流經兩個過水斷面之間水頭損失的比例，或經兩個過水斷面之間水頭損失的比例，或者說水力梯度是沿水流方向上單位浸透途者說水力梯度是沿水流方向上單位浸透途徑上的水頭損失。徑上的水頭損失。 達西定律是線性關系式，反映了滲流有序達西定律是線性關系式，反映了滲流有序互不混雜運動的特性?；ゲ换祀s運動的特性。 達西定律可以很好的描畫層流運動。因此達西定律可以很好的描畫層流運動。因此達

14、西定律是線性浸透定律。達西定律是線性浸透定律。二地下水運動的根本規(guī)律 非線性浸透定律 哲才A.Chezy公式：21KJu vdRe二地下水運動的根本規(guī)律 浸透性的量化評價浸透性的量化評價浸透系數(shù)浸透系數(shù) 浸透系數(shù)浸透系數(shù)K K的物理意義的物理意義 浸透系數(shù)反映了滲流的速度，因此與速度浸透系數(shù)反映了滲流的速度，因此與速度具有一樣的量綱。具有一樣的量綱。 闡明當水力梯度一定時，浸透系數(shù)愈大，闡明當水力梯度一定時，浸透系數(shù)愈大，透過巖層的水量就愈大，巖石的浸透性就透過巖層的水量就愈大，巖石的浸透性就愈好；浸透系數(shù)與水力坡降成反比，浸透愈好；浸透系數(shù)與水力坡降成反比，浸透系數(shù)愈大，水力坡降就愈小，巖石

15、透水性系數(shù)愈大，水力坡降就愈小，巖石透水性好，水頭損失就小。因此浸透系數(shù)能定量好，水頭損失就小。因此浸透系數(shù)能定量反響巖石的浸透性。反響巖石的浸透性。二地下水運動的根本規(guī)律 水頭、水頭損失的概念水力梯度或水力坡降形式達西定律的另一種表達JKJulHHlhJw21 由于普通情況下水力梯度很小，在實踐運用時，往往取兩斷面間的平均水力梯度，即：lHHlhJw21 地下水滲流的延續(xù)性方程 ：)()()(zhKzyhKyxhKxtMzzyyxx二地下水運動的根本規(guī)律 2承壓水運動方程 假設承壓含水層具有可緊縮性，且符合彈性實際，并設浸透介質及滲流本身的緊縮與膨脹主要發(fā)生在垂直方向上，其他方向以為是不變的

16、。 那么水的密度和介質的孔隙度都是壓力的函數(shù)。 令 分別稱 S為貯水系數(shù)或彈性給水度 T為導水系數(shù)。)()()(zhKzyhKyxhKxthSzzyyxxsKMTMSSs,)()()(zhTzyhTyxhTxthSzzyyxx承壓含水層存在越流時 設上、下弱透水層厚度分別為1、M2； 浸透系數(shù)分別為K1、K2。 由于K1、K2K，可近似以為水垂直經過弱透水含水層進入主含水層以后折向程度流動。此時，越流含水系統(tǒng)地下水運動方程可表示成 222111)()()(MHHKMHHKzHTzyHTyxHTxtHSzzyyxx)()(222111222222HHTMKHHTMKzHyHxHtHTS 稱為越流

17、要素，量綱【L】 越流方程可寫成： 稱為越流系數(shù)222111KTMBKTMB；222211222222BHHBHHzHyHxHtHTS222111MKMK；3潛水運動方程0)()()(zhKzyhKyxhKxzzyyxx但潛水體積隨自在水面變化，由于有外部水量經過自在水面進入潛水含水層。所以，對三維潛水流必需加上潛水面的邊境條件。 潛水二維流偏微分方程的推導潛水二維流偏微分方程的推導 裘布依裘布依Dupuit假設假設 潛水面比較平緩；潛水面比較平緩； 垂直流速可以忽略不計，或者說水頭不隨垂直流速可以忽略不計，或者說水頭不隨深度變化；深度變化； 恣意過水斷面上的程度流速相等；恣意過水斷面上的程度

18、流速相等； 含水層底板是程度的。含水層底板是程度的。 即令即令tgxhshsin 潛水二維流偏微分方程： 假設底板是傾斜的，設底板方程為：b=b(x,y),潛水偏微分方程可表示為 ：xhyhhKyxhhKxyyxx)()(xhyhbhKyxhbhKxyyxx)()(4匯源項 有匯源項時，承壓水流動方程可表示成： W稱為匯源項。對地下滲流場而言， W為正時表示是匯，W為負時表示是源。 習慣上以抽水為匯，注水為源。有時為了書寫簡約，往往把抽排、注水與越流、入滲等捆綁在一同，統(tǒng)稱匯源項。)()()(zHTzyHTyxHTxWtHSzzyyxx地下滲流的定解問題及求解方法 泛定方程與定解條件同時構成滲

19、流場的定解問題。 1初始條件 所謂初始條件就是在解非穩(wěn)定流時給定計算起始時辰滲流場內各點的水頭值。普通表述為： 式中，滲流域； 滲流域內知函數(shù)。 ),(),(00zyxhtzyxh),(zyx),(0zyxh 2邊境條件 a)第一類邊境條件或稱知水頭條件。即邊境上每一時辰的水頭都是知的。普通表述為： 式中，S1滲流場邊境曲面； 1二維滲流場邊境曲線； 邊境曲面上的知水頭； 邊境限上的知水頭。),(),(1zyxhtzyxh1),(Szyx),(),(2yxhtyxh1),(yx),(1zyxh),(2yxh b)第二類邊境條件,也稱知流量邊境。此時水頭對于邊境的法向偏導數(shù)知或邊境上單位面積或長

20、度的法向流量知。普通表述為： 為隔水邊境 ),(1tzyxqnhK2),(Szyx),(2tyxqnhK2),(yx0nh C)第三類邊境條件,又稱混合邊境條件。普通表述為： 式中，、為邊境上的知函數(shù)。 3求解方法 直接積分法，數(shù)值法，勢函數(shù)法，復勢法等hnh地下水運動二、井流計算一、根本概念 一地下水開采井分類 根據水井貫穿含水層的情況： 完好井； 不完好井 。 根據水井揭露的含水層性質： 承壓含水層完好井，承壓含水層不完好井； 潛水含水層完好井，潛水含水層不完好井。 二與抽水有關的幾個術語 靜水位初始水位H0(x,y,0)： 未抽水之前，或者說未經人為擾動時的地下水位標高。 動水位H(x,

21、y,t)： 抽取地下水時，在影響邊境范圍內，恣意點的地下水位。 影響邊境： 抽水井抽水時，滲流場中水力坡度為零的曲面或曲線稱為抽水影響邊境。 降落漏斗 滲流場中有匯點時，由影響邊境至匯點抽水井中心，水頭下降構成的以抽水井為中心的漏斗狀的凹形曲面。稱之為降落漏斗。 水位降深s(x,y,t) 降落漏斗內恣意點的靜水位與動水位之差稱為水位降深； s(x,y,t)=H0(x,y,0)-H(x,y,t) 有抽水井的地下滲流場真正到達穩(wěn)定形狀需求滿足下述水文地質條件： 含水層有側向補給，且側向補給量等于抽水量； 降落漏斗區(qū)有垂向補給，如潛水接受降水入滲補給，且補給量等于抽水量； 地下水系統(tǒng)底界有越流補給抽

22、水含水層，且補給量等于抽水量。二、穩(wěn)定井流 一承壓完好井 設在均質，各項同性，厚度處處為M的承壓水含水層中，浸透系數(shù)為K，初始時辰，含水層中水位處處為H0。 承壓水穩(wěn)定流方程為： 02222yHxH二、穩(wěn)定井流 一承壓完好井 設在均質，各項同性，厚度處處為M的承壓水含水層中，浸透系數(shù)為K，初始時辰，含水層中水位處處為H0。 設有半徑為rw的完好井抽水，成為滲流場中的匯點。滲流場中的地下水呈徑向流流向抽水井，影響半徑為R。 在柱坐標(r,z)下承壓水徑向穩(wěn)定流方程可表述為： 01)(1222HrrHrrr 抽水到達穩(wěn)定時，在徑向坐標r處取與抽水井管同軸的圓柱面為過水斷面，那么當抽水井抽水量為Q時

23、，過水斷面的流量也等于Q。此時，水頭是對稱的，與無關。即： 。 柱坐標方程變?yōu)椋?022H0)(1rHrrr0)(drdHrdrd 承壓水完好井流的定解問題 ： Hw抽水井水位 wrrRrHHHHdrdHrdrdw00)( 由于： 由達西定律可知斷面上的流量：CdrdHrQdrdHrKM2 因此有TQCdrdHr2TQdrdHr2 sw抽水井中心水位降深 RrHHwwrdrTQdH20wwrRTQHHln20wwrRTsQlg73. 2 假設在降落漏斗范圍的滲流場中，距抽水井分別為r1，r2處有兩眼觀測井，觀測到水位分別為H1，H2，那么定解問題可改寫成：21210)(HHHHdrdHrdrd

24、rrrr21212rrHHrdrTQdH122112ln2rrTQssHH1221lg)(73. 2rrssTQdmrrssKMQ/54610100lg) 13(101073. 2lg)(73. 231221有兩個觀測孔計算公式解：代入1m。求涌水量Q。觀2孔降深s3m，孔降深s抽水一段時間后，觀1100m。觀2孔距抽水井r10m，抽水井r10m/d；觀1孔距k10m，含水層厚度M0.1m,井半徑r承壓完整井。均質無限含水層中有一例題：2121w 二完好的潛水井 設在均質，各向同性，潛水面程度，因此含水層厚度根本不變的潛水含水層中，浸透系數(shù)為K，初始時辰，含水層中水位處處為h0。即滿足裘布依D

25、upuit假設 潛水面比較平緩； 垂直流速可以忽略不計，或者說水頭不隨深度變化； 恣意過水斷面上的程度流速相等； 含水層底板是程度的 設有半徑為rw的完好井抽水，成為滲流場中的匯點。滲流場中的地下水呈徑向流流向抽水井，影響半徑為R。 柱坐標下潛水穩(wěn)定流方程可表述為： 0)(11)(hhKrrhhKrrhhKrrr 抽水到達穩(wěn)定時，在徑向坐標r處取與抽水井管同軸的圓柱面為過水斷面，那么當抽水井抽水量為Q時，過水斷面的流量也等于Q。此時，水頭是對稱的，與無關。而且由于含水介質是均質各向同性，即Kr=K=K。柱坐標方程變?yōu)椋?1)(rhhrrhhr 把h2看做一個變量，經過線性化變化，使方程變?yōu)椋?

26、h潛水含水層厚度 01)(drdhhrdrdhhdrd0)(12drhdrdrdr 定解問題 wrrRrhhHhdrhdrdrdw020)(Cdrhdr)(2QdrdhrKh2KQCdrhdr)(2RrHhwwrdrKQhd0)(2wwrRKQhHln220wwwrRssHKQlg)2(366. 10 假設在降落漏斗范圍的滲流場中，距抽水井分別為r1，r2處有兩眼觀測井，觀測到水位分別為H1，H2，那么定解問題可改寫成：212210)(HhHhdrhdrdrdrrrr2121)(2rrHHrdrKQhd1221210lg)(2(366. 1rrssssHKQ三、非穩(wěn)定井流 一承壓含水層完好井非

27、穩(wěn)定流的泰斯Theis解 設均質、各向同性、等厚、程度延伸的無限含水層中，初始時辰滲流場中恣意點， 。當抽水水頭下降時引起的水量釋放是瞬時完成的。 設有井徑無限小設為rw的完好井進展定流量抽水，成為滲流場中的匯點。滲流場中的地下水呈徑向流流向抽水井，并服從達西定律。0dsdh 在柱坐標下承壓水非穩(wěn)定流井流的定解問題： s=H0-H水位降深 0 .2),(00),(00),(00),(0 , 010022tTQrtrsrtrtrsttrsrtrsrttsTSrsrrsrrrt 解析解 稱為泰斯Theis公式 )(4),(0uWTQHHtrsTtSru42 稱為雅柯布Jacob公式SrTtTQuW

28、TQHHtrs2025. 2ln4)(4),(SrTtTQHHtrs2025. 2lg183. 0),( 二潛水含水層完好井非穩(wěn)定井流的布爾頓Boulton解 布爾頓假設： 含水層為均質各向同性，底板程度的無限含水層； 初始自在水面程度； 完好抽水井在無限含水層中是一個匯點井徑無限??； 定流量抽水，降深s(rw,t)tp時，觀測孔水位降深為s=H0-H稱為剩余降深。對應于s，有t=t-tpt為抽水以來的歷時時間。假設把剩余降深s視為抽水由t=0至t,流量為Q與注水t=t-tp時段里，注水量為Q的疊加，那么由泰斯公式可得：)4()4(4)4(4)4(4),(2222TtSrWTtSrWTQTtS

29、rWTQTtSrWTQtrs 當 時，可簡化成： 因此可以類比直線圖解法，在半對數(shù)坐標紙上繪制曲線 應為直線。 其斜率為： 從而有：01. 042TtSr22lg183. 0)25. 2lg25. 2(lg430. 2),(ttTQSrTtSrTtTQtrslgtts TQi183. 0iQT183. 0地下水的根本化學成分及構成機理 地下水是一種混合溶液。 自然界已發(fā)現(xiàn)的元素，大多可在地下水中找到。 水是一種良好的溶劑。 可以溶解巖土中的礦物鹽類，同時，水又是一種載體，可以遷移，分散與富集地殼中的元素。 地下水與巖土之間處于一種化學平衡關系。 一、地下水中的主要化學成分 地下水中既溶有各種不

30、同的氣體、離子、分子化合物，也溶有許多有機物。 1、地下水中的主要氣體成分 O2、N2、H2S及CO2等。普通情況下含量較低。 地下水中的O2和N2主要來源于大氣降水。 地下水中溶解氧含量大于3.5mg/L時，闡明地下水是處于氧化地球化學環(huán)境； 當?shù)叵滤蠳2含量遠超O2含量時，闡明地下水處于復原的地球化學環(huán)境中，大量的O2耗于氧化。 地下水中CO2來源于由于表生帶的生物化學作用使有機物分解作用以及地殼深部蛻變作用和火山作用。 淺部地下水中的CO2的主要是大氣及土壤層中生物化學作用的產物，隨下滲水流進入地下水。 地殼中某些深部封鎖環(huán)境中的地下水中的CO2，能夠是碳酸鹽巖蛻變過程中分解的結果，或

31、上地幔易揮發(fā)餾分中的CO2逸出有關。 地下水中的H2S有兩種主要的來源。 一是由生物化學作用構成 ： 這種作用通常發(fā)生在溫度不高于80的地殼淺部 另一種來源是由地殼深部蛻變作用和火山作用構成 SHHCOROHCRSOOHSHCOCSOCCHaa232422344)(222、地下水中的主要離子成分 氯離子 堆積巖中巖鹽或其他含氯化合物的溶解 ； 巖漿巖中的含氯礦物如氯磷灰石、方解石等的風化溶解； 直接來自熱流及巖漿火山噴發(fā)物 ； 人為污染 。 氯離子是地下水中最穩(wěn)定的離子。含量隨礦化度增高而添加。高礦化水中氯離子含量可達數(shù)克/升，甚至高達100g/L以上。 22324,),(,gaaMCKNHC

32、OSOCl 硫酸根離子 石膏或其他硫酸鹽巖的溶解； 含硫礦物的氧化； 煤系地層和金屬硫化物礦床中的黃鐵礦等硫化物的水解。 “酸雨降落地表，滲入地下。 硫酸根離子是中等礦化水中最主要的陰離子。 重碳酸根離子 地下水中的重碳酸根離子來自有地下水對碳酸鹽巖的溶解。 地下水中的重碳酸根離子的含量普通不超越數(shù)百毫克/升，是低礦化水中的主要陰離子。33222232232322322HCOHCOHOHCOMHCOCOOHCOMCHCOCOOHCOCggaa 鈉離子 堆積巖中巖鹽及其他鈉鹽的溶解； 巖漿巖和蛻變巖地域的含鈉礦物的風化溶解： 海水入侵 。 鈉離子在低礦化水中含量僅為數(shù)毫克/升至數(shù)十毫克/升。但在

33、高礦化水中可達數(shù)十克/升或者更高。所以鈉離子是高礦化水中的主要陽離子。 但由于鈉離子易被巖石吸附，因此含量又總是低于氯離子。292243221662422322SiOOSiAlHNHCOOHCOOSiAlNaa 鉀離子 鉀離子主要來源于堆積巖中鉀鹽的溶解，以及巖漿巖、蛻變巖中含鉀礦物的風化溶解。 在地下水中鉀離子的含量遠低于鈉離子，是由于鉀離子大量地參與構成不溶于水的次生礦物，如水云母等，并易為植物吸收。 鈣離子 地下水中的鈣離子主要來自于灰?guī)r、白云巖以及含石膏堆積巖的溶解。 巖漿巖、蛻變巖中含鈣礦物的風化溶解也是這類地域鈣離子的重要來源之一。 鈣離子是低礦化水中的主要陽離子，含量普通為數(shù)百毫

34、克/升。 鎂離子 地下水中的鎂離子主要來源于含鎂的碳酸鹽類巖石，如白云巖等的溶解， 巖漿巖、蛻變巖中含鎂礦物的風化溶解。232232ggMHCOCOOHCOM4332242)(22)(OHSiCOFCOMOHCOSiOFMegeg 鎂離子在地下水中的含量為每升數(shù)毫克至數(shù)十毫克。 除含白云質巖石地域外，地下水中鎂離子含量總少于鈣離子。緣由在于鎂元素在地殼上的豐度低于鈣，而且，鎂離子易被巖石顆粒吸附以及被植物吸收。二、地下水化學成分的構成作用 1、溶濾作用 指水巖土相互作用時，巖土中的一部分物質溶于水中的作用。 溶濾作用既包括在不破壞礦物結晶格架的情況下，礦物的部分化學物質進入水中的作用，也包括巖

35、土中可溶鹽的溶解，難溶鹽及不溶鹽的風化溶解作用。 2、濃縮作用 地下水受蒸發(fā)失去水分，使鹽分富集的過程稱為濃縮作用。 濃縮作用不僅使地下水礦化度增高，水的成分也將隨之發(fā)生改動。 濃縮作用普通發(fā)生在以地下水蒸發(fā)為主要排泄途徑的地域。 3、脫碳酸作用 由于溫度升高或壓力降低，使CO2溶解度變小，一部分溶解CO2轉為游離CO2自水中逸出，即脫碳酸作用。 脫碳酸的作用是水中 減少， 礦化度降低。223232232322COOHCOMMHCOCOOHCOCCHCOggaa223,gaMCHCO4、脫硫酸作用 在復原環(huán)境中，當有有機質存在時，脫硫細菌能使水中復原為H2S，這種作用稱為脫硫酸作用。 脫硫酸作

36、用的結果，是地下水中硫酸根離子減少以致消逝，硫化氫氣體增多，重碳酸根離子添加，pH值變大。32224222HCOSHOHCSO 5、陽離子交換作用 巖土顆粒外表帶有負電荷，可以吸附陽離子。在一定條件下，巖土顆粒吸附的某些陽離子能與地下水中的陽離子發(fā)生置換，這種作用稱為陽離子交換作用，或稱陽離子交替吸附作用。 離子的吸附才干與離子在水中的濃度有關。地下水中某種離子的濃度大，那么該種離子交換才干也大 agaeNKMCAlFH2233 6、混協(xié)作用 兩種或兩種以上不同化學成分，不同礦化度的地下水混合后，構成一種完全不同于原來的地下水，稱為水的混協(xié)作用。 342342)(2HCONSOCHCOCSON

37、aaaa三、地下水化學成分分析內容及資料整理 簡分析 主要用于了解區(qū)域地下水化學成分及其變化規(guī)律。 分析工程除物理性質外，主要測試和計算分析七大離子，礦化度，總硬度，pH值，以及 耗氧量等 SHFFNHNONOee223423, 全分析 普通定量分析 耗氧量，pH值以及干涸剩余物等內容 ,222323324gaaMCKNNONOCOHCOSOCl22234,COSHFFNHee地下水的硬度總硬度 暫時硬度 永久硬度 極軟水軟水微硬水硬水極硬水地下水的總礦化度淡水微咸水咸水鹽水鹵水 地下水的酸堿性強酸性水弱酸性水中性水弱堿性水強堿性水 庫爾洛夫式 舒卡列夫分類法 0131632521242935

38、95 . 2219TNMCClSOHCOMCOagagaMCSOHCO43地下水資源評價二、地下水資源的特征和分類 二地下水資源分類 根據GB500272001，在供水水文地質勘察評價中把地下水資源劃分為補給量、儲存量和允許開采量三大類。 1、補給量 2、儲存量 3、允許開采量二、地下水資源的特征和分類 二地下水資源分類 1、補給量 GB500272001規(guī)定，地下水的補給量應計算由以下途徑進入含水層帶的水量： 地下水徑流的流入。 降水滲入。 地表水滲入。 越層補給。 其他途徑滲入。 并規(guī)定，計算補給量時，應按自然形狀和開采條件兩種情況進展。二、地下水資源的特征和分類 二地下水資源分類 2、儲

39、存量 GB500272001把儲存量區(qū)分為潛水含水層的儲存量和承壓水含水層的彈性儲存量。 GB500272001并沒有給出儲存量的通常意義上的定義。但可以看出，規(guī)范明確了地下水儲存量就是含水層中的重力水體積。二、地下水資源的特征和分類 二地下水資源分類 3、允許開采量 GB500272001規(guī)定，允許開采量的計算和確定，應符合以下要求： 取水方案在技術上可行，經濟上合理。 在整個開采期內動水位不超越設計值，出水量不會減少。 水質、水溫的變化不超越允許范圍。 不發(fā)生危害性的環(huán)境地質景象和影響已建水源地的正常消費。二、地下水資源的特征和分類 二地下水資源分類允許開采量天然消耗量消耗量彈性儲存量容積

40、儲存量儲存量人工補給量開采補給量天然補給量補給量地下水分類四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量 根據GB500272001，研討評價區(qū)域地下水的補給量可表示成：垂補徑補補給QQQ四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量 程度方向的補給量 對于研討區(qū)外徑流進入平衡區(qū)的地下水，在定解問題中普通是作為邊境條件來處置。根據知資料的占有程度，把邊境條件作為第一類、第二類或第三類邊境條件。 四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量 規(guī)范給出了流入量的計算采用達西公式： 式中 邊境上的流入量，【L3T-1】； 邊境長度，【L】； 含水層厚度【L】； 浸透系數(shù)，【LT-1】； 水力坡度，無量綱

41、。LMKJQ QLMKJ四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量 對于邊境上含水層厚度、浸透系數(shù)和水力坡度變化較大的情況，可對邊境分段上的程度凈流量分段求和 niniiiiiiJKMLQQ11徑補四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量 當采用第二類邊境條件時，法向流量表示成： 式中 單寬流量； 水力坡度方向與邊境外法向夾角。cosqqnMKJLQq 四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量 垂直方向的補給量 地下水垂直方向的補給量普通可表達為：其他越流表滲降水垂補QQQQQ四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量降水入滲補給量GB500272001規(guī)定：按降水入滲系數(shù)計算時式

42、中 日平均降水入滲補給量m3/d； 年平均降水入滲系數(shù)； 降水入滲的面積m2； 年降水量m。365XFQ降水降水QFX四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量 對于地下水徑流條件較差，以垂直補給為主的潛水分布區(qū)，計算降水入滲補給量時 式中 一年內每次降水后，地下水 水位升幅之和m； 潛水含水層給水度。365hFQ降水h四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量地表水體補給量GB500272001規(guī)定：河、渠的入滲補給量可根據勘察區(qū)上下游斷面的流量差或河渠滲入的有關公式計算和確定。通常對于年年有水的河流等地表水體，假設切割含水層深度較大時，作為第一或第三類邊境條件進展處置即可。而對于不與含

43、水層直接接觸的地表水體，或者間歇性的季節(jié)河流，水體與地下水位脫節(jié)，就不應再視為邊境，而應視為垂直方向的補給帶區(qū)。 四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量 式中 地表水水面面積，【L2】； 含水層的垂向浸透系數(shù)，【LT-1】； 地表水體水位標高，【L】； 地下水位標高【L】； 河床至地下水面的間隔【L】； 河床標高【L】。HBHHAKLHHAKQz河床表表表滲zzAzK表HHzL河床B四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量 如進展數(shù)值計算，那么要在地表水體的單元上，加上地表水滲漏補給量HBHHKAQW河床表表滲表滲z四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量 越流補給量 對于第一類

44、越流，可按下式計算 對于非均質各向同性開采含水層，可直接用下式計算：22222111BHHABHHAQ越流22221111MHHKAMHHKAQ越流四、地下水資源評價 一、地下水水量評價補給量 式中 稱為越流要素，量綱【L】。 分別為上、下含水層水頭，【L】； 分別為上、下弱透水層的厚度，【L】； 分別為上、下弱透水層的垂向浸透系數(shù)，【LT-1】； 分別為上、下弱透水層的越流過水斷面面積【L2】； 開采含水層水位或開采降落漏斗的平均水位【L】； 為主含水層的導水系數(shù)，【L2T-1】。 222111KTMBKTMB；21,HH21,MM21,KK21,AAHT四、地下水資源評價 一、地下水水量評

45、價補給量 灌溉回滲補給量 GB500272001規(guī)定，農田灌溉水和人工漫灌水的入滲補給量，可根據灌入量、排放量減去蒸發(fā)量及其他耗費量進展計算。 式中 灌溉水量； 灌溉回滲系數(shù)。 值需求根據作物類型、灌溉方式和定額，由實驗確定。灌量灌滲QQ灌量Q四、地下水資源評價 一、地下水水量評價儲存量VQ容儲四、地下水資源評價 一、地下水水量評價儲存量 當含水層厚度或給水度不同時，要分區(qū)計算。因此，可表示成： 地下水的容積儲存量【L3】； 第i計算區(qū)潛水含水層的給水度； 第i計算區(qū)面積，【L2】； 第i計算區(qū)潛水含水層的厚度，【L】 n計算分區(qū)數(shù)目。niiiihAQ1容儲容儲QiiAih四、地下水資源評價

46、一、地下水水量評價儲存量 彈性儲存量 承壓水含水層的彈性儲存量，可按下式計算： 式中 Q彈儲地下水的彈性儲存量m3； F含水層的面積m2； S彈性釋水系數(shù)； h承壓水含水層自頂板算起的壓力水頭高度m。FShQ彈儲四、地下水資源評價 一、地下水水量評價儲存量 對于分區(qū)計算的彈性儲存量，可表示成： 式中 地下水的彈性儲存量【L3】； 第i計算區(qū)承壓含水層的貯水系數(shù)； 第i計算區(qū)面積，【L2】； 第i計算區(qū)承壓水位高程，【L】； 第i計算區(qū)承壓含水層頂板高程，【L】； n計算分區(qū)數(shù)目。niiiiiBHASQ1)(彈儲彈儲QiSiAiHiB四、地下水資源評價 一、地下水水量評價允許開采量 GB5002

47、72001把供水水源地按需水量的大小，分為四級： 特大型：需水量 15萬m3/d； 大 型：5萬m3/d 需水量15萬m3/d； 中 型：1萬m3/d 需水量5萬m3/d； 小 型：需水量1萬m3/d。 對不同水文地質條件下允許開采量的計算和確定，規(guī)范做出了相應的規(guī)定。四、地下水資源評價 一、地下水水量評價允許開采量 當評價區(qū)的地下水在開采條件下的各項平衡要素可以確定時，采用程度衡法計算和確定允許開采量。 開采條件下的水量平衡方程表示如下： 單位時間內評價區(qū)含水系統(tǒng)中水體積的變化量； tFQQQQQQQQh采出補采蒸發(fā)徑出垂補徑補）（垂補徑補補QQQ蒸發(fā)徑出出QQQtFh四、地下水資源評價 一

48、、地下水水量評價允許開采量 當開采時， 為負值，因此，預測可采量的的公式可表示成; 可開采量； 平均給水度； 評價區(qū)平衡區(qū)面積； 時段內水位的平均變幅； 評價時段平衡時段。tFQQQh出補采采QFhtth四、地下水資源評價 一、地下水水量評價允許開采量 在含水層厚度不大，地下水徑流補給為主，儲存量較少，而下游又允許疏干的情況下，可采用地下水斷面徑流量法確定允許開采量。但規(guī)定允許開采量不大于最小的地下水徑流量。 對具有長期開采的動態(tài)資料，而且證明地下水有充足的補給，能構成較穩(wěn)定的水位下降漏斗時，可根據總出水量與區(qū)域漏斗中心處的水位下降的相關關系，計算單位下降系數(shù)，并結合相應的補給量，確定開采時的

49、允許開采量。四、地下水資源評價 一、地下水水量評價允許開采量 對含水層埋藏較淺的評價區(qū)，當開采期間地表水能充分補給時，可根據取水構筑物的型式和規(guī)劃，采用岸邊滲入公式確定允許開采量。 當?shù)叵滤手芷谛匝a給，且有足夠的儲存量，可采用枯水期疏干儲存量的方法計算允許開采量。 利用泉水作為供水水源時，根據泉的動態(tài)觀測資料，結合當?shù)氐乃?、氣候資料評價泉的允許開采量。 四、地下水資源評價 一、地下水水量評價允許開采量 利用暗河作為供水水源時，可根據枯水期暗河出口處的實測流量評價允許開采量。如有長期觀測資料，也可結合當?shù)氐乃?、氣候資料，根據暗河的流量頻率曲線進展評價。 在暗河分布地域，某個地段的允許開采量確實定，可采用地下徑流模數(shù)法進展概略評價，也可選擇適宜的斷面，經過天然落水洞、豎井或抽水孔進展抽水，計算過水斷面上的總徑流量進展評價。 假設已有和評價區(qū)水文地質條件根本類似，且易開采多年的水源地資料，可根據兩地域的類似性，用比較法對評價區(qū)允許開采量進展評價。四、地下水資