水文地質(zhì)學部分課件

水文地質(zhì)與工程地質(zhì)地質(zhì)學基礎(chǔ)部分水文地質(zhì)學工程地質(zhì)學緒論緒論一、學科性質(zhì)、研究內(nèi)容和分支學科二、與工程建設(shè)的關(guān)系1、水文地質(zhì)學在工程建設(shè)中的作用和任務(wù)2、工程地質(zhì)學在工程建設(shè)中的作用和任務(wù)水文地質(zhì)學與工程地質(zhì)學的學科性質(zhì)水文地質(zhì)學工程地質(zhì)學水文地質(zhì)學水文地質(zhì)學是研究地下水的學科分支學科：地下水動力學、水文地球化學、區(qū)域水文地質(zhì)學、供水水文地質(zhì)學、土壤改良水文地質(zhì)、礦床水文地質(zhì)學等。。。礦床水文地質(zhì)條件礦床水文地質(zhì)條件是指影響礦床正常生產(chǎn)和建設(shè)的水文地質(zhì)因素，包括地下水或地表水的分布及補給、徑流和排泄條件，此外，還包括水的化學成分等。工程地質(zhì)學工程地質(zhì)學是研究人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境相互作用，特別是工程建設(shè)的工程地質(zhì)條件和工程地質(zhì)問題的學科。其研究方向和分支學科如下：分支學科：環(huán)境工程地質(zhì)學、地震工程地質(zhì)學、鐵路工程地質(zhì)學、公路工程地質(zhì)學、水利工程地質(zhì)學、礦山工程地質(zhì)學等。二、與工程建設(shè)的關(guān)系水文地質(zhì)工作主要任務(wù)是調(diào)查研究以下要素：*地下水的形成、埋藏、分布、運動以及循環(huán)轉(zhuǎn)化的規(guī)律；*地下水的物理性質(zhì)，成分以及水質(zhì)的變化規(guī)律；*解決合理開發(fā)、利用、管理地下水資源以及有效消除地下水危害等實際問題1、水文地質(zhì)學在工程建設(shè)中的作用和任務(wù)*勘查建筑地區(qū)的工程地質(zhì)條件，為選點、規(guī)劃、涉及及施工提供工程地質(zhì)資料，作為工程依據(jù)；*根據(jù)工程地質(zhì)條件論證、評價并選定最優(yōu)的建筑地點或線路方案；*預測在工程建修時及建修后的工程管理運行中，可能發(fā)生的工程地質(zhì)問題，提出防治不良的工程地質(zhì)條件的措施。2、工程地質(zhì)學在工程建設(shè)中的作用和任務(wù)定義：與工程建筑有關(guān)的地質(zhì)要素之綜合，包括地形地貌條件、巖土類型及其工程地質(zhì)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造與地應(yīng)力、水文地質(zhì)條件、物理（自然）地質(zhì)現(xiàn)象、以及天然建筑材料等六個要素。工程地質(zhì)條件是一個綜合的概念，任何一個單一要素，或單獨一兩個要素不能稱之為工程地質(zhì)條件。一地的工程地質(zhì)條件各要素之是相互聯(lián)系、相互制約的，這是因為它們受著同一地質(zhì)發(fā)展歷史的控制，形成一定的組合模式。工程地質(zhì)條件*勘查建筑地區(qū)的工程地質(zhì)條件，為選點、規(guī)劃、涉及及施工提供工程地質(zhì)資料，作為工程依據(jù)；*根據(jù)工程地質(zhì)條件論證、評價并選定最優(yōu)的建筑地點或線路方案；*預測在工程建修時及建修后的工程管理運行中，可能發(fā)生的工程地質(zhì)問題，提出防治不良的工程地質(zhì)條件的措施。2、工程地質(zhì)學在工程建設(shè)中的作用和任務(wù)定義：工程建筑與工程地質(zhì)條件（地質(zhì)環(huán)境）相互作用、相互制約引起的，對建筑本身的順利施工和正常運行或?qū)χ車h(huán)境可能產(chǎn)生影響的地質(zhì)問題；工程地質(zhì)問題分析是工程地質(zhì)工作的中心環(huán)節(jié)。各類建筑物的結(jié)構(gòu)型式不同，其工作條件和工程作用力的大小方向不同，與地質(zhì)環(huán)境的相互作用的特點亦不同，因為各有其工程地質(zhì)問題。工程地質(zhì)問題

工程地質(zhì)學在礦山工程建設(shè)方面的作用是確保礦山安全、持續(xù)生產(chǎn)，實現(xiàn)合理利用地下礦產(chǎn)資源、提高礦山企業(yè)經(jīng)濟效益，其基本任務(wù)是：（1）詳細查明礦山工程地質(zhì)條件，為礦山基建、生產(chǎn)設(shè)計和施工提供詳細的資料。（2）緊密結(jié)合礦山生產(chǎn)，解決與礦床開采有關(guān)的工程地質(zhì)問題。工程地質(zhì)學在礦山工程建設(shè)中的作用和任務(wù)礦體及其圍巖的物理力學性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力、水文地質(zhì)、地形、地貌等等，往往直接或間接地影響著礦床的開采技術(shù)條件。它們一方面是礦山企業(yè)選擇采礦方法、開拓方案、確定各類工程位置，進行礦山規(guī)劃、設(shè)計、擴建和技術(shù)改造的重要依據(jù)，同時也往往是引起礦區(qū)地質(zhì)自然災(zāi)害或開采事故的主要原因。礦山工程地質(zhì)要素對礦山工程建設(shè)的影響2005年廣東興寧“8.7”礦難透水事故

造成123名礦工死亡。杭州仇山磁土礦突水事故2008年6月18日14時20分許，由于礦井二中段采空區(qū)發(fā)生突水事故，致使在掛鉤房等候的15名礦工被下泄的積水和泥石所困，事故最終造成吳根水等6名礦工死亡，其余礦工受傷的重大傷亡事故。事故發(fā)生的直接原因是由于礦井二中段采空區(qū)與地表裂縫溝通，由于連續(xù)大降雨，大量地表水經(jīng)裂縫滲入采空區(qū)，同時因積水區(qū)產(chǎn)生冒頂，使采空區(qū)擋水墻上部無法承受積水壓力，擋墻上部被沖垮，積水沖毀斜井底板并攜帶泥石淹沒掛鉤房，泥石堵住通道，造成在掛鉤房等待下班的15名礦工被困。第五章地下水概論水文地質(zhì)學部分

5.1自然界中的水5.2地下水分類5.3地下水的循環(huán)5.4地下水的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)5.1.1

自然界中水的分類5.1.2自然界的水循環(huán)5.1.3巖石的空隙性5.1.4巖石中水的存在形式5.1.5巖石的水理性質(zhì)5.1.6含水層與隔水層

5.1自然界中的水在地球上各部位、各層圈都存在著水

大氣圈（atmosphere）水圈（hydrosphere）巖石圈（lithosphere）生物圈（biosphere）

自然界中的水可被分為大氣水、地表水以及地下水。地下水是賦存于地面以下巖土空隙中的水。5.1.1自然界中水的分布海洋（96.536%）、高山冰川（1.746%）、河湖水、地殼表層中的地下水（1.711%）、大氣中的氣態(tài)水、生物含水。5.1自然界中的水

水系統(tǒng)：

由大氣圈到地幔的地球各層圈中的水構(gòu)成自然界的水循環(huán)：

系統(tǒng)內(nèi)的水相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的過程水循環(huán)分為：

按循環(huán)途徑長短、循環(huán)速度的快慢以及涉及層圈的范圍，可分為水文循環(huán)（淺部）和地質(zhì)循環(huán)（淺深部間）5.1.2自然界的水循環(huán)

CompanyLogo自然界的水循環(huán)1.來自地幔源的初生水2.返回地幔的水3.巖石重結(jié)晶再生水4.沉積成巖時排出水5.和沉積物一起形成的埋藏水6.與熱重力和化學對流有關(guān)的地內(nèi)循環(huán)7.蒸發(fā)和降水（小循環(huán)）8.蒸發(fā)和降水（大循環(huán)）9.地下徑流10.地表徑流水系統(tǒng)：

由大氣圈到地幔的地球各層圈中的水構(gòu)成自然界的水循環(huán)：

系統(tǒng)內(nèi)的水相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的過程水循環(huán)分為：

按循環(huán)途徑長短、循環(huán)速度的快慢以及涉及層圈的范圍，可分為水文循環(huán)（淺部）和地質(zhì)循環(huán)（淺深部間）5.1.2自然界的水循環(huán)

水文循環(huán)（1）定義水文循環(huán)是發(fā)生于大氣水、地表水和巖石空隙中的地下水之間的水循環(huán)（2）水文循環(huán)的劃分循環(huán)路徑不同：

大循環(huán)（海-陸）與小循環(huán)（海-海，陸-陸）

時空尺度不同：

全球水文循環(huán)，流域水文循環(huán)（3）水文循環(huán)的特點循環(huán)速度較快、途徑較短、交替迅速

（4）水文循環(huán)的作用水質(zhì)量的凈化，水數(shù)量的再生，是可持續(xù)發(fā)展的保證水文循環(huán)示意圖降水

蒸發(fā)

徑流

水汽輸送

水汽輸送降水蒸發(fā)海洋蒸發(fā)b.大氣中水汽轉(zhuǎn)移c.降水d.地表徑流

e.入滲f.地下徑流g.水面蒸發(fā)h.土面蒸發(fā)

i.葉面蒸發(fā)

下滲水文循環(huán)（1）定義水文循環(huán)是發(fā)生于大氣水、地表水和巖石空隙中的地下水之間的水循環(huán)（2）水文循環(huán)的劃分循環(huán)路徑不同：

大循環(huán)（海-陸）與小循環(huán)（海-海，陸-陸）

時空尺度不同：

全球水文循環(huán)，流域水文循環(huán)（3）水文循環(huán)的特點循環(huán)速度較快、途徑較短、交替迅速

（4）水文循環(huán)的作用水質(zhì)量的凈化，水數(shù)量的再生，是可持續(xù)發(fā)展的保證5.1.3巖石的空隙性空隙孔隙（pore）：松散巖石顆粒間的空隙裂隙（fissure

）：非可溶巖（堅硬巖石）中的空隙溶穴（cavity

）：可溶巖產(chǎn)生的小空隙稱溶隙，大空隙則稱溶洞巖石：水文地質(zhì)學中指堅硬的巖石及松散的土層（沉積物）

空隙：巖、土中存在數(shù)量不等、大小不一、形狀各異的空洞的總稱

地下水賦存場所和運移通道，它的多少、大小、形狀、連通情況和分布規(guī)律對地下水的分布和運動有重要影響5.1.3巖石的空隙性空隙度（P）：衡量巖石中空隙的發(fā)育程度Vp：巖石中的空隙體積V：巖石總體積（包括空隙在內(nèi)）空隙度針對不同類別可稱為：孔隙度裂隙率巖溶率孔隙度：

分選程度越差，顆粒大小越懸殊的松散巖石，孔隙度越??；組成巖石的顆粒形狀越不規(guī)則，棱角越明顯，排列越疏松，孔隙度就越大。5.1.3巖石的空隙性裂隙率：

固結(jié)的堅硬巖石中，一般僅殘存很小部分孔隙，而存在有各種內(nèi)外力作用下破裂變形產(chǎn)生的裂縫（縫隙）

風化裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙砂巖巖芯中的裂隙5.1.3巖石的空隙性巖溶率：溶蝕的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等5.1.3巖石的空隙性松散巖石的孔隙分布于顆粒之間，連通良好，分布均勻，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少都很接近。賦存于其中的地下水分布和流動都比較均勻。5.1.3巖石的空隙性堅硬巖石的裂隙寬窄不等，長度有限，呈線狀，具有一定的方向性，只有當不同裂隙相互穿切連通時，才在某一范圍內(nèi)構(gòu)成彼此連通的裂隙網(wǎng)絡(luò)，地下水在裂隙中的相互聯(lián)系交叉，分布和流動不均勻?？扇軒r石的溶隙或溶穴大小懸殊且分布極不均勻，賦存于其中的地下水分布與流動極不均勻。小結(jié)：5.1.4巖石中水的存在形式巖石中水的存在形式氣態(tài)水：存在于未飽和巖石空隙中的水蒸氣液態(tài)水固態(tài)水：當巖石孔隙中水溫低于0℃時，液態(tài)水轉(zhuǎn)化為固態(tài)水結(jié)合水：束縛在巖石顆粒表面，不能在重力影響下運動的水毛細水：在表面張力作用下沿巖土細小空隙上升的水重力水：指巖石顆粒表面不能吸引、僅受重力影響運動的水礦物結(jié)合水：沸石水、結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水5.1.4巖石中水的存在形式結(jié)合水：5.1.4巖石中水的存在形式重力水：5.1.4巖石中水的存在形式毛細水：孔角毛細水支持毛細水懸掛毛細水5.1.4巖石中水的存在形式氣態(tài)水：存在于未飽和巖石空隙中的水蒸氣稱為氣態(tài)水，氣態(tài)水可以隨空氣的流動而移動，即便空氣不流動，也能從水汽壓力大的地方向小的地方遷移，當水汽增多達到飽和時，或當氣溫降低時，能與液態(tài)水相互轉(zhuǎn)化。固態(tài)水：在巖石空隙中的水溫低于0℃時，液態(tài)水轉(zhuǎn)為固態(tài)水。北方冬季的凍土就是常見的土空隙中的水呈固態(tài)形式。5.1.5巖石的水理性質(zhì)定義：與水儲容及運移有關(guān)的巖石性質(zhì)

容水性持水性給水性含水量透水性5.1.5巖石的水理性質(zhì)容水性：巖石容納一定水量的性能，在數(shù)值上通常用容水度來表示。容水度：巖石完全飽水時所能容納的最大的水體積與巖石總體積的比值。一般說來，容水度在數(shù)值上與空隙度相當。當具有膨脹性的粘土，充水后體積擴大，容水度會大于孔隙度；但當巖石空隙不連通時，容水度會小于空隙度。5.1.5巖石的水理性質(zhì)持水性：巖石依靠分子引力和毛細力，在重力作用下巖石仍能保持一定水量的性能。在數(shù)值上用持水度表示。持水度：在重力作用下，巖石所保持的水體積與巖石體積之比。5.1.5巖石的水理性質(zhì)給水性：地下水位下降時，其下降范圍內(nèi)飽水巖石及相應(yīng)的支持毛細水帶中的水，在重力作用下，從空隙中釋出的現(xiàn)象。影響因素：1.巖性

2.初始地下水水位埋深3.地下水位下降速率給水度：單位水平面積巖層柱體中，當潛水位下降一個單位時，在重力作用下釋放出來的水量。5.1.5巖石的水理性質(zhì)含水量：說明松散巖石實際保留水分的狀況。重量含水量：松散巖石孔隙中所含有水的重量與干燥巖石重量的比值。體積含水量：含水體積與包括空隙體積在內(nèi)的巖石體積的比值。5.1.5巖石的水理性質(zhì)透水性：巖石允許水透過的能力。表征巖石透水性的定量指標是滲透系數(shù)K。影響透水性的因素主要是巖性（空隙的大小和多少）。此外，巖石顆粒的分選性也會對透水性產(chǎn)生影響。5.1.6含水層與隔水層含水層：透過并能給出相當數(shù)量水的巖層。

隔水層：不能給出并透過水，或者透過與給出的水理微不足道的巖層。弱透水層：5.1.6含水層與隔水層含水層：透過并能給出相當數(shù)量水的巖層。構(gòu)成條件：

1.儲水空間

2.儲存地下水的地質(zhì)構(gòu)造條件

3.良好的補給水源和補給條件

含水層的分類：1.空間形態(tài)：層狀、帶狀、脈狀和塊狀2.含水介質(zhì)：孔隙、裂隙和巖溶3.埋藏條件：潛水和承壓水4.滲透性特征：均質(zhì)和非均質(zhì)、同性和異性5.2.1

包氣帶與飽水帶5.2.2上層滯水5.2.3潛水5.2.4承壓水

5.2地下水的分類CompanyLogo5.2地下水分類根據(jù)地下水的埋藏條件，可以把地下水劃分為3類：包氣帶水、潛水、承壓水埋藏條件：指含水層在地質(zhì)剖面中所處的部位以及受隔水層（弱透水層）限制的情況。意義：有利于闡明地下水的形式、形態(tài)特征。而根據(jù)含水層空隙性質(zhì)的不同，可以將地下水分為3類：孔隙水、裂隙水、巖溶水意義：有利于闡明地下水的分布、運動和富集特征。CompanyLogo5.2地下水分類根據(jù)地下水的埋藏條件，可以把地下水劃分為3類：包氣帶水、潛水、承壓水埋藏條件：指含水層在地質(zhì)剖面中所處的部位以及受隔水層（弱透水層）限制的情況。而根據(jù)含水層空隙性質(zhì)的不同，可以將地下水分為3類：孔隙水、裂隙水、巖溶水CompanyLogo5.2地下水分類abcCompanyLogo什么叫地下水？廣義：賦存于地面以下巖土空隙中的水（包氣帶+飽水帶）狹義：賦存于飽水帶巖土空隙中的水CompanyLogo5.2.1包氣帶水地表以下一定深度，巖石中的空隙被重力水所充滿，形成地下水面。水面以上為包氣帶，水面以下為飽水帶。包氣帶水的存在形式：空隙壁面吸附的結(jié)合水細小空隙中的毛細水未被占據(jù)空隙中的氣態(tài)水過路重力水WatertableIntermediatezoneCapillaryzoneSoilzoneCompanyLogo5.2.1包氣帶水大氣降水的入滲，地表水體的泄露，地下水面通過毛細上升輸送的水分，地下水蒸發(fā)形成的氣態(tài)水。WatertableIntermediatezoneCapillaryzoneSoilzone包氣帶作用：是飽水帶和大氣圈、地表水圈聯(lián)系必經(jīng)的通道。包氣帶水來源：CompanyLogo包氣帶特點：巖石空隙未被水充滿

是固、液、氣三相并存水的存在形式（多樣）

結(jié)合水、毛細水（各種）、重力水、氣態(tài)水包氣帶水的垂直分帶

土壤水帶中間帶（過渡帶）支持毛細水帶，毛細飽和水帶

包氣帶是飽水帶中地下水參與水文循環(huán)的一個重要通道；“重力水”通過包氣帶獲得降水、地表水的入滲補給（補充），部分水又通過包氣帶將水分傳輸，蒸發(fā)，消耗出去。5.2.1包氣帶水CompanyLogo飽水帶巖石空隙被水完全充滿→→是二相介質(zhì)（固相+液相水）空隙中水的存在形式：①重力水②結(jié)合水重力水：連續(xù)分布（孔隙是連通）→傳遞壓力→在水頭差作用下，地下水（空隙中的水）可以連續(xù)運動。地下開挖，坑道，巷道，基坑，打井在此帶均有重力水涌出來！

5.2.3潛水概念：飽水帶中第一個具有自由表面的含水層中的水稱為潛水；潛水的自由水面稱為潛水面；潛水面上每一點的絕對（或相對）標高稱為潛水位；從潛水面到隔水底板的距離為潛水含水層的厚度；潛水面到地面的距離為潛水埋藏深度。埋藏深度含水層厚度CompanyLogo5.2.3潛水潛水等水位線：潛水研究基本圖示方法有水文地質(zhì)剖面圖和等水位線圖。潛水等水位線圖：將潛水位相等的各點連線?？山鉀Q的問題：垂直等水位線由高水位到低水位的方向為潛水流向；相鄰兩條等水位線的水位差除以其水平距離即為潛水面坡度（梯度）；潛水埋藏深度：等水位線與地形等高線相交之點，兩者高程之差CompanyLogo5.2.3潛水可解決的問題：潛水與地表水的相互關(guān)系：根據(jù)水位確定潛水與地表水的相互補給關(guān)系。CompanyLogo5.2.3潛水可解決的問題：潛水與地表水的相互關(guān)系：根據(jù)水位確定潛水與地表水的相互補給關(guān)系。CompanyLogo5.2.3潛水可解決的問題：合理布設(shè)取水井和排水溝：根據(jù)水位合理布設(shè)取水井和排水溝。CompanyLogo5.2.4承壓水概念：充滿在兩個穩(wěn)定不透水層或弱透水層間的含水層中承受水壓力的地下水稱為承壓水。承壓含水層上部的隔水層（弱透水層）稱為隔水頂板；下部的隔水層（弱透水層）稱作隔水底板；隔水頂?shù)装逯g的距離為承壓含水層厚度；地下水在靜水壓力的作用下，上升到含水層頂板以上某一高度，該高度稱承壓水頭。各承壓水位的連線叫承壓水位線。CompanyLogo5.2.4承壓水承壓水特征：初見水位與穩(wěn)定水位不一致；承壓水的分布區(qū)與補給區(qū)不一致；承壓水的水位、水量、水質(zhì)及水溫等受氣象水文因素季節(jié)變化的影響不顯著；受地表污染少；任一點的承壓含水層的厚度穩(wěn)定不變，不受降水季節(jié)變化的支配。承壓水埋藏類型：承壓水的形成主要取決于地質(zhì)構(gòu)造，不同的地質(zhì)構(gòu)造決定了承壓水埋藏類型的不同。這是與潛水形成的主要區(qū)別。構(gòu)成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造大體上可以分為兩類：盆地或向斜構(gòu)造單斜構(gòu)造CompanyLogo5.2.4承壓水1.承壓（自流）盆地：埋藏有承壓水的向斜構(gòu)造和構(gòu)造盆地補給區(qū)：盆地周圍含水層出露地表，露出位置較高者排泄區(qū)：盆地周圍含水層出露地表，露出位置較低者承壓區(qū)：補給區(qū)與排泄區(qū)之間2.承壓（自流）斜地：埋藏有承壓水的單斜構(gòu)造CompanyLogo5.2.4承壓水

承壓水參與水循環(huán)不如潛水積極，氣象、水文因素對于承壓水的影響較小，承壓水動態(tài)比較穩(wěn)定，資源不容易補充和恢復，但是由于其含水層厚度通常較大，資源具有多年調(diào)節(jié)性。承壓水的水質(zhì)取決于埋藏條件及其與外界聯(lián)系的程度。與外界聯(lián)系緊密，參加水循環(huán)積極，承壓水的水質(zhì)就越接近入滲的大氣降水和地表水，通常為含鹽量低的淡水；如果與外界聯(lián)系差，水循環(huán)緩慢，水的含鹽量就越高。動態(tài)特征：CompanyLogo5.2.4承壓水水壓面特征：概念：承壓水位即承壓水的水壓面，非實際存在，只是一個勢面。不能反映承壓水的埋藏深度，水壓面形狀在剖面上是傾斜直線或曲線。表示方法：根據(jù)相近時間測定的各井孔的測壓水位標高資料繪制的等水壓線圖（測壓水位標高相同點的連線）。（見圖5-14）

等水壓線形狀與地形等高線形狀無關(guān)，利用等水壓線可以確定承壓水流向、水力坡度，根據(jù)等水壓線和地形等高線及隔水頂板等高線時，可以確定承壓水的埋藏深度和承壓水頭。埋藏深度=地形高程-隔水頂板高程承壓水頭=測壓水位-隔水頂板高程5.3.1

地下水的補給5.3.2地下水的排泄5.3.3地下水的徑流5.3.4補、徑、排間的關(guān)系

5.3地下水的循環(huán)CompanyLogo5.3地下水的循環(huán)地下水是通過補、徑、排三個環(huán)節(jié)參與自然界的水循環(huán)補給：含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程

排泄：含水層或含水系統(tǒng)向外界排出水量的過程徑流：地下水由補給區(qū)流向排泄區(qū)的過程CompanyLogo5.3.1地下水的補給含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程稱為補給。補給的研究包括：補給來源、補給條件與補給量地下水的補給來源有：天然：大氣降水、地表水、凝結(jié)水及相鄰含水層的補給等人類活動有關(guān)的：灌溉水入滲、水庫滲漏及人工回灌1）大氣降水對地下水的補給2）地表水對地下水的補給3）含水層之間的補給4）大氣凝結(jié)補給5）其他來源補給CompanyLogo1）大氣降水對地下水的補給松散沉積物中的降水入滲存在活塞式和捷徑式兩種活塞式下滲（pistontypeinfiltration）：入滲水的濕鋒面整體向下推進，猶如活塞的運移。CompanyLogo1）大氣降水對地下水的補給捷徑式下滲（short-circuittypeinfiltration）：部分降水沿著滲透性良好的大空隙通道優(yōu)先快速下滲，并沿下滲通道水分向細小孔隙等捷徑優(yōu)先到達地下水面。CompanyLogo1）大氣降水對地下水的補給活塞式下滲和捷徑式下滲的區(qū)別：CompanyLogo1）大氣降水對地下水的補給落到地面的降雨歸根結(jié)底有三個去向：地表徑流蒸發(fā)返回大氣下滲補給地下水影響大氣降水補給地下水的因素：降水量、降水形式植被發(fā)育程度、蒸發(fā)量包氣帶的巖性地形的起伏地下水的埋深CompanyLogo2）地表水對地下水的補給地表水對地下水的補給地表水體（河、湖、水庫等）都可以成為地下水的補給來源河流補給:

因時而異（時間上），不同季節(jié)，不同補排關(guān)系季節(jié)性河流對地下水的補給因地而異（空間上），不同部位，巖性等；CompanyLogo季節(jié)性河流補給地下水CompanyLogo2）地表水對地下水的補給地表水對地下水的補給地表水體（河、湖、水庫等）都可以成為地下水的補給來源河流補給:

因時而異（時間上），不同季節(jié)，不同補排關(guān)系季節(jié)性河流對地下水的補給因地而異（空間上），不同部位，巖性等；CompanyLogo河流不同部位地表水與地下水之間的補給關(guān)系CompanyLogo3）含水層之間的補給a.承壓水與潛水間互相的補給b.松散沉積物中含水層通過“天窗”及越流發(fā)生水力聯(lián)系c.含水層通過導水斷層發(fā)生水力聯(lián)系d.含水層通過鉆孔發(fā)生水力聯(lián)系CompanyLogoa.承壓水與潛水間互相的補給當兩個含水層間存在水頭差且有聯(lián)系的通道，則水頭較高的含水層便補給水頭較低者。CompanyLogob.松散沉積物中含水層通過“天窗”及越流發(fā)生水力聯(lián)系越流：具有一定水頭差的相鄰含水層，通過其間的弱透水巖層發(fā)生水量交換的過程CompanyLogoc.含水層通過導水斷層發(fā)生水力聯(lián)系CompanyLogod.含水層通過鉆孔發(fā)生水力聯(lián)系CompanyLogo4）大氣凝結(jié)補給地表氣溫高于包氣帶土層中空氣時，大氣中的水汽壓力比包氣帶中的大，大氣中的水汽可向包氣帶運移，使包氣帶中空氣的濕度增大，巖石顆粒表面吸附的水分子也就會越來越多，當土層中的空氣濕度達到飽和時，在巖石表面可形成重力水，重力水下滲補給地下水。CompanyLogo5）其他補給來源人類活動進行的地下水補給:

建造水庫、進行灌溉以及工業(yè)與生活廢水的排放都使地下水獲得新的補給。有計劃的人為措施補充含水層的水量稱為人工補給地下水。目的：補充與儲存地下水資源、抬高地下水位以改善地下水開采條件、儲存熱源、控制地面沉降、防止海水倒灌與咸水入侵淡水含水層。CompanyLogo5）其他補給來源地面滲補河渠滲補坑池蓄水滲補井孔灌注CompanyLogo5.3.2地下水的排泄含水層或含水系統(tǒng)失去水量的過程稱做排泄。排泄的研究包括：排泄去路、排泄條件與排泄量排泄去路：天然排泄：泉（點狀排泄）向地表水體泄流（河流—帶狀）、向相鄰含水層的排泄

蒸發(fā)蒸騰（面狀排泄）前三種排泄方式稱為徑流排泄，與蒸發(fā)排泄的區(qū)別：徑流排泄—水分（鹽分）呈液態(tài)排出,鹽隨水去

蒸發(fā)排泄—水分呈氣態(tài)排出，鹽分積累下來，水去鹽留人工排泄：井孔抽取地下水、用渠道、坑道等排水CompanyLogo泉意義及其分類地下水的天然露頭稱做泉——重要的排泄方式（點狀）泉的分類1）根據(jù)泉水出露性質(zhì)，可將泉分為上升泉、下降泉上升泉：受自流水補給，在靜水壓力作用下由下而上涌出下降泉：受無壓水補給，在重力作用下由上而下流出2）根據(jù)泉水補給來源上層滯水層：受上層滯水的補給，涌水量、化學成分和水溫變化很大。潛水泉：受潛水補給，水量穩(wěn)定，涌水量、水溫和化學成分受季節(jié)影響明顯。自流泉：受自流水補給，水動態(tài)最穩(wěn)定。CompanyLogo潛水泉（下降泉）分類根據(jù)泉的出露原因：侵蝕泉：河流切割含水層，潛水出露地表接觸泉：地形被切割至含水層下面的隔水層，潛水在含水層與隔水層接觸處流出溢流泉：在巖石透水性變?nèi)趸蚋羲敯迓∑穑瑵撍鲃邮茏枰绯銮治g泉侵蝕泉接觸泉溢流泉溢流泉溢流泉溢流泉CompanyLogo自流泉（上升泉）分類根據(jù)泉的出露原因：侵蝕泉：當河流、沖溝等切穿承壓含水層隔水頂板時斷層泉：地下水沿導水斷層上升，在地面高程低于測壓水位處涌出接觸帶泉：巖脈或侵入體與圍巖的接觸帶因冷凝收縮而產(chǎn)生隙縫，地下水沿此類接觸帶上升成泉。CompanyLogo其他排泄去路1.向地表水排泄當河流切割含水層時，地下水沿河呈帶狀排泄2.蒸發(fā)排泄與飽水帶無直接聯(lián)系的土壤水蒸發(fā)與飽水帶有聯(lián)系的潛水蒸發(fā)3.蒸騰（葉面蒸發(fā)）植物生長過程中，經(jīng)由根系吸收水分，在葉面轉(zhuǎn)化成氣態(tài)水而蒸發(fā)4.相鄰含水層間的排泄CompanyLogo徑流：地下水由補給區(qū)流向排泄區(qū)的過程。地下水徑流研究包括：

徑流方向、徑流強度和徑流量5.3.3地下水的徑流5.3.4地下水天然補給量、排泄量與徑流量的關(guān)系滲入—徑流型：補給量=徑流量=排泄量滲入—蒸發(fā)、徑流型：補給量=排泄量；

徑流量<補給量（排泄量）5.4.1

地下水的物理性質(zhì)5.4.2地下水的化學成分5.4.3地下水的化學分析

5.4地下水的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)5.4.1地下水的物理性質(zhì)地下水的物理性質(zhì)味溫度比重顏色嗅透明度電導性放射性。。。5.4.1地下水的物理性質(zhì)溫度：

地下水的溫度變化主要受氣溫和地溫的影響，尤其是地溫（地下水停留在地殼中的時間長）。地溫及變化地殼表層熱源：太陽輻射和地球的內(nèi)部熱流熱力狀態(tài)從上而下分為變溫帶、常溫帶、增溫帶變溫帶—主要受太陽輻射影響，地溫受氣溫的控制呈周期性的晝夜變化和年變化，隨著深度的增加，變化幅度很快變小，厚度在1-2m，下限10-30m；5.4.1地下水的物理性質(zhì)常溫帶—氣溫的影響趨于零的深度叫常溫帶，太陽輻射影響小，常溫帶的地溫一般略高于所在地區(qū)的年平均氣溫1-2℃，在概略計算時，可用所在地區(qū)的年平均氣溫代表常溫帶的溫度。增溫帶—常溫帶以下的地溫，主要受地球內(nèi)部熱力影響，隨著深度的增加而有規(guī)律地升高，溫度每增加l℃所需要的深度(m)稱為地熱增溫級，一般平均每33m升高1℃

由于巖石的導熱性、地殼運動和水文地質(zhì)條件的不同，各地的地熱增溫級有很大差異。5.4.1地下水的物理性質(zhì)2.地下水溫度——受其賦存于循環(huán)所處的地溫控制

1）整個變溫帶的地下水溫度有年變化，變溫帶上部(地表以下1~3m)的地下水溫度還有晝夜變化，但是不論是地下水溫度的年變化還是晝夜變化都較氣溫變化幅度為小，而且落后于氣溫的變化時間；

2）常溫帶中的地下水水溫與當年平均氣溫很接近；

3）增溫帶中的地下水水溫隨其賦存于循環(huán)深度的加大而升高，可成為熱水乃至蒸氣。地下水按溫度可分為：過冷水；冷水；溫水；熱水；過熱水5.4.1地下水的物理性質(zhì)地下水溫度的特點由于氣溫和地溫差異使各地區(qū)的地下水溫度相差很大通過熱量的平衡，使地下水的溫度與其埋藏深度上的地溫往往相一致地下水的水溫可以反映地下水的循環(huán)深度，同時又反映了當?shù)氐牡責釛l件5.4.1地下水的物理性質(zhì)顏色：

地下水一般都是無色的，只有當水中含有過量的某些離子成分或懸浮物或膠體物質(zhì)的時候，顏色才會出現(xiàn)變化。

例如：水中含有過量低價Fe離子，地下水呈淺綠灰色；水中含有過量高價Fe離子，地下水呈銹色；水中含有過量硫化氫，地下水呈翠綠色；水中含有過量錳；地下水呈暗紅色。。。。5.4.1地下水的物理性質(zhì)透明度：

地下水一般都是透明的，當含有大量有機物、固體礦物質(zhì)及膠體懸浮物時，才出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。

按透明度可以把地下水分為四級：

透明的：無懸浮物及膠體，60cm內(nèi)可見3mm粗線；半透明的（微渾濁的）：有少量懸浮物及膠體，＞30cm內(nèi)可見3mm的粗線；微透明的（渾濁的）：有較多懸浮物及膠體，＜30cm內(nèi)可見3mm的粗線；不透明的（極渾濁的）：有大量懸浮物及膠體，水深很淺也不能清楚看見3mm的粗線。5.4.1地下水的物理性質(zhì)氣味：

地下水一般都是沒有氣味的，且在低溫下氣味不容易辨別，當其中含有某種氣體成分和有機物質(zhì)時，便產(chǎn)生一定的氣味，特別是在40℃左右時氣味最為顯著。

例如：水中含有大量硫化氫時，地下水有臭雞蛋味；水中含有大量有機物質(zhì)時，地下水有魚腥味；水中含有過量亞鐵離子時，地下水有鐵腥味；。。。。5.4.1地下水的物理性質(zhì)味道：

純水一般都是淡而無味的，水的味道來源于其中的化學成分及溶解的氣體。20-30℃時最為明顯。

例如：水中含有Nacl時，地下水有咸味；水中含有Na2SO4時，地下水有澀味；水中含有MgCl2、MgSO4時，地下水有苦味；水中含有腐殖質(zhì)時，地下水有沼澤味；水中含有有機物時，地下水有甜味；。。。。5.4.1地下水的物理性質(zhì)比重：

地下水的比重取決于水中所溶鹽分的含量，地下淡水的比重通常與化學純水的比重相同，數(shù)值為1。水中溶解鹽分越多，比重越大。導電性：

地下水的導電性取決于水中所含電解質(zhì)的數(shù)量與性質(zhì)（各種離子的含量和離子價），離子含量越高，離子價越高，水的導電性越強。5.4.1地下水的物理性質(zhì)放射性：

地下水的放射性取決于水中所含放射性元素的數(shù)量，一般地下水放射性微弱，但埋藏和運動于放射性礦床及酸性火成巖分布區(qū)的地下水，其放射性顯著增強。5.4.2地下水的化學成分地下水不是化學純的H2O，而是一種復雜的溶液。賦存于巖石圈的地下水，不斷與巖土發(fā)生化學反應(yīng)，并在與大氣圈、水圈、生物圈進行水量交換的同時，交換化學成分。地下水是最為常見的良好溶劑，它溶解巖土的組分，搬運這些組分，并在某些情況下將某些組分從水中析出。水是地球中元素遷移、分散與富集的載體。很多地質(zhì)過程（巖溶、沉積、成巖、變質(zhì)、成礦）都涉及地下水的化學作用。1）地下水中主要的氣體成分

氧（O2）、氮（N2）、二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）、甲烷（CH4）等，以前三種為主。

氣體成分可指示地下水所處的地球化學環(huán)境（氧化、還原），還可以增加水對鹽類的溶解能力（水巖作用）。2）地下水中主要離子成分

陰離子：HCO-3

，SO2-4

，Cl-

，OH-，

CO32-等陽離子：Ca2+,Mg2+,K+,Na+

，H+，NH4+等

地下水中含有各種氣體、離子、膠體物質(zhì)、有機物以及微生物。

地下水的化學成分1、氧（oxygen,O2）、氮（nitrogen,N2）起源：大氣圈層中的氧、氮隨降水和地表水入滲進入含水層中，如富含O2與N2——說明地下水是大氣起源的環(huán)境：在封閉環(huán)境下，氧被耗盡只剩下N2，指示水是大氣起源且處于封閉環(huán)境2、硫化氫（H2S）、甲烷（methane,CH4）

這兩種氣體都是在較封閉環(huán)境中，在有機質(zhì)與微生物參與的生物化學過程中形成。還原環(huán)境下：SO2-4→H2S，成煤過程，煤田水成油過程，油氣藏，油田水

地下水的化學成分3、二氧化碳（CO2）大氣降水中的CO2含量較低，地下水中CO2主要源于

土壤層（入滲過程溶于水中）：有機質(zhì)殘骸發(fā)酵產(chǎn)生、植物呼吸作用產(chǎn)生碳酸鹽巖地層：在深部高溫下，也可變質(zhì)生成CO2

人類活動：在化石燃料（煤、石油、天然氣），導致大氣中的CO2增加，（增長20%）地下水中CO2增加，水對碳酸鹽巖的溶解、結(jié)晶巖類風化溶解能力愈強！

地下水的化學成分1）地下水中主要的氣體成分

氧（O2）、氮（N2）、二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）、甲烷（CH4）等，以前三種為主。

氣體成分可指示地下水所處的地球化學環(huán)境（氧化、還原），還可以增加水對鹽類的溶解能力（水巖作用）。2）地下水中主要離子成分

陰離子：HCO3-

，SO4

2-，Cl-

，OH-，

CO32-等陽離子：Ca2+,Mg2+,K+,Na+

，H+，NH4+等

地下水中含有各種氣體、離子、膠體物質(zhì)、有機物以及微生物。地殼中含量高地下水中含量低的元素：Si、Al、Fe地殼中含量較低地下水中高的元素：Cl、S、C

地下水的化學成分Cl-：氯離子幾乎存在于所有的地下水中，而且含量一般較大，由每升數(shù)毫克到數(shù)百克。來源：主要是地下水溶解鹽巖及含氯化物的其它礦物的結(jié)果；沿海地區(qū)由于海水入侵往往使地下水中Cl-大幅度升高；工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活污染致使地下水中Cl-含量增加

Cl-不被細菌及植物攝取，不被土顆粒表面吸附，溶解度大，不易沉淀析出，是地下水中最穩(wěn)定的離子

地下水的化學成分SO42-：含量：數(shù)mg/L到數(shù)g/L不等，受制于Ca2+的含量。只有在Ca2+非常少時，含量才會超過3-4g/L來源：

A:主要來源是地下水溶解石膏及其它硫酸鹽類沉積物或含硫礦物

B:工業(yè)污染也可造成地下水中硫酸根離子濃度的顯著提高

C:人為污染

地下水的化學成分Na+

鈉離子是地下水中分布廣，含量變化最大的主要陽離子，含量每升水數(shù)克至數(shù)百克不等來源：Na+是地下水重鹽巖及含鈉巖石溶解的結(jié)果Mg2+

含量：地下水中Mg2+含量一般比鈣離子小,主要與HCO3-共存來源：Mg2+主要是地下水溶解白云巖和泥灰?guī)r的結(jié)果

地下水的化學成分3）地下水中的膠體成分地下水中的膠體成分分為有機和無機，有機膠體在地球表面分布很廣；無機膠體有的不穩(wěn)定，容易生成次生礦物而沉淀。4）地下水中的有機成分和細菌成分有機成分主要有生物遺體的分解，多富集于沼澤水中，有特殊臭味；細菌成分可分為病原菌和非病原菌。

地下水的化學成分1）地下水的酸堿性地下水的酸堿性主要取決于水中氫離子的濃度，常用pH值表示。

pH<5，強酸水；5<pH<7，弱酸水；pH=7，中性水；7<pH<9，弱堿水；pH>9，強堿水。

地下水的主要化學性質(zhì)2）礦化度（M）地下水中所含各種離子、分子和化合物的總量，以每公升水中所含克數(shù)（g/L）表示，為了便于比較不同地下水的礦化程度：a.習慣上以105℃~110℃時將水蒸發(fā)所得的干涸殘余物總量來表征。

b.M=[陰離子]+[陽離子]-1/2[HCO3-]按照礦化度可以將地下水分為：單位（g/L）

淡水：M＜1；微咸水（低礦化度）：M=1~3；咸水（中等礦化度）：M=3~10；

鹽水（高礦化度）：10<M<50;鹵水：M>50。

地下水的主要化學性質(zhì)3）硬度定義：水中所含鈣鎂的鹽類的總含量。硬度分類：總硬度、暫時硬度和永久硬度。

總硬度：水中所含Ca2+、Mg2+含量的總和。

暫時硬度：指水加熱沸騰時，部分Ca2+、Mg2+形成碳酸鹽沉淀的含量。Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+H2O+CO2↑Mg2++2HCO3-→MgCO3↓

+H2O+CO2↑永久硬度：指水沸騰后仍溶解在水中的Ca2+、Mg2+含量。三者關(guān)系：總硬度=永久硬度+暫時硬度負硬度=暫時硬度—總硬度

地下水的主要化學性質(zhì)3）硬度單位：“德國度”或每升毫克當量

1個德國度相當于1L水中含有10mgCaO或7.2mgMgO

地下水按硬度分為：水的類別德國度毫克當量/L水的類別德國度毫克當量/L極軟水＜4.2＜1.5硬水16.8~25.26~9軟水4.2~8.41.5~3極硬水＞25.2＞9微硬水8.4~16.83~6

地下水的主要化學性質(zhì)地下水化學成分的分析內(nèi)容分為簡分析和全分析，某些專門性工作進行專項分析。簡分析：除物理性質(zhì)（色、味、嗅、透明度、懸浮物等）主要定量分析：HCO-3、SO2-4、Cl-、Ca2+、總硬度、pH,Mg2+、K++Na+及礦化度有時含專項分析：NO-3，NO-2

，NH4，F(xiàn)e2+、Fe3+，H2S，耗氧量、重金屬等

5.4.3地下水的化學分析地下水化學成分的分析內(nèi)容全分析項目較多，要求精度高，通常在簡分析得基礎(chǔ)上選擇代表性水樣進行全分析。一般定量分析：HCO-3,SO2-4,Cl-，Ca2+,Mg2+,K+,Na+，NO-3，NO-2

，NH4，F(xiàn)e2+Fe3+，H2S，CO2,耗氧量，總硬度，pH,及干涸殘余物；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。專門性分析隨具體任務(wù)要求而定。5.4.3地下水的化學分析全國地下水污染防治規(guī)劃——調(diào)查指標（1）①

感官指標：肉眼可見物、顏色、嗅、味、透明度、渾濁度、色度、水溫等。②常規(guī)組分：pH值、游離二氧化碳、Cl-、SO4-、HCO3-、CO32-、K+、Ca2+、Na+、Mg2+、NH4+、Fe2+、Fe3+、NO2-、NO3-、F-、Br-、I-、PO43-、COD、可溶性二氧化硅、總硬度、礦化度等。③重金屬組分：Hg、Cu、Pb、As、Cd、Mn、Zn、Ni、Co、Cr6+、總Cr、Sr、Ba、U、Ra、Se、Al3+等。④生物學指標：總大腸菌群、菌落總數(shù)。全國地下水污染防治規(guī)劃——調(diào)查指標（2）⑤有機污染組分：三氯甲烷、四氯化碳、三溴甲烷、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷、環(huán)氧氯丙烷、氯乙烯、1，1-二氯乙烯、1，2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、氯丁二烯、六氯丁二烯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛、三氯乙醛、苯、乙苯、二甲苯、異丙苯、氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、三氯苯、四氯苯、六氯苯、硝基苯、二硝基苯、2，4-二硝基甲苯、2，4，6-三硝基甲苯、硝基氯苯、2，4-二硝基氯苯、2，4-二氯苯酚、2，4，6-三氯苯酚、五氯酚、苯胺、聯(lián)苯胺?！璂DT、六六六（總量）、林丹（γ-六六六）、2，4-滴、七氯、呋喃丹、敵敵畏（含敵百蟲）。地下水動力學：研究地下水運動規(guī)律的科學解決地下水的定量評價問題地下水運動的分類：部位：包氣帶飽水帶流態(tài)：層流紊流運動要素與時間關(guān)系：穩(wěn)定流非穩(wěn)定流滲透：地下水在巖石空隙中的運動層流：在滲流過程中，水質(zhì)點做有序、互不混雜的流動紊流：水質(zhì)點做無序、互相混雜的流動穩(wěn)定流：各個運動要素（水位、流速、流向等）不隨時間改變非穩(wěn)定流：運動要素隨時間改變的水流運動第六章地下水運動與動態(tài)第六章地下水運動與動態(tài)

6.1重力水運動6.2地下水動態(tài)6.3地下水均衡6.1.1達西定律及適用范圍6.1.2非線性滲透定律6.1.3地下水向完整井的穩(wěn)定運動6.1.4地下水向非完整井的穩(wěn)定運動

6.1重力水運動6.1.1達西定律及其適用范圍1.達西定律：

1852-1856年法國水力學家達西通過大量的室內(nèi)實驗得出的達西定律。

達西實驗裝置與條件：

等徑圓筒裝入均勻砂樣，圓筒斷面為F；

上下各置一個穩(wěn)定的溢水裝置——保持實驗過程水流的穩(wěn)定；

水流實驗時，上端進水，下端出水。下端出水口，測定出水量Q。

砂筒中，安裝了2個測壓管；

F6.1.1達西定律及其適用范圍根據(jù)試驗得出下列關(guān)系式：式中：Q：滲透流量；F：過水斷面（在實驗中相當于砂柱橫斷面積）；△H：水頭損失（即上下游過水斷面的水頭差）；L：滲透途徑（上下游過水斷面的距離）；I：水力坡度（水頭差與滲透途徑的比值）；k：滲透系數(shù)（與砂柱介質(zhì)有關(guān)的系數(shù)）6.1.1達西定律及其適用范圍根據(jù)水力學的知識進行公式的推算：滲透流速與水力坡度的一次方成正比故達西定律又稱為線性滲透定律6.1.1達西定律及其適用范圍（1）滲透流速υF（顆粒+空隙）F’（重力水流動空隙）6.1.1達西定律及其適用范圍（1）滲透流速υ:通過單位過水斷面（固體+空隙）上的流量值.重力水實際流過的是扣除結(jié)合水占據(jù)范圍以外的空隙面積地下水在空隙中運動的平均流速→實際平均流速u6.1.1達西定律及其適用范圍n：孔隙度（n=Vp/V）ne：有效孔隙度，為重力水流動（不包括結(jié)合水占據(jù)空間）的空隙體積與巖石體積之比

n與ne的大??？給水度μ：它表示單位面積的含水層，當潛水面下降一個單位深度時在重力作用下所能釋放出的水量。n、μ、ne的大小？一般情況：n＞ne

＞μ粘性土溶穴6.1.1達西定律及其適用范圍（2）水力坡度I定義：水流沿滲透途徑的水頭降落值與相應(yīng)滲透途徑長度的比值。水頭損失：1.水質(zhì)點與隙壁間內(nèi)摩擦的消耗

2.流動快慢不同的水質(zhì)點間摩擦的消耗。

根據(jù)V=KI可知，當巖石性質(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。注意：水頭損失一定要與滲流途徑相對應(yīng)△HL單位滲透途徑上的機械能損失，也叫機械能的損失率。6.1.1達西定律及其適用范圍（3）滲透系數(shù)K定義：定量說明巖石滲透性能的指標，是水文地質(zhì)重要參數(shù)

根據(jù)V=KI可知，當水力坡度I=1時，滲透系數(shù)在數(shù)值上等于滲透流速，即V=K

水力坡度為定值時，滲透系數(shù)越大，滲透流速也就越大，通過過水斷面的流量也就越大，由此可知，滲透系數(shù)K可定量說明巖石的透水能力。K越大，巖石透水能力越強影響因素：巖石的空隙性質(zhì)（經(jīng)驗值見表6-1）水的物理性質(zhì)（一般情況下變化不大，可忽略）

6.1.1達西定律及其適用范圍2.達西定律的適用范圍：雷諾數(shù)：一種表征流體流動情況的無量綱。臨界雷諾數(shù)：當流體在管道中流過時，由于條件變化全部或部分層流轉(zhuǎn)變成紊流，摩擦系統(tǒng)、阻力系數(shù)有所改變，轉(zhuǎn)變處的雷諾數(shù)即臨界雷諾數(shù)。50~60

雷諾數(shù)Re≤1-10的層流運動才符合達西定律，

V和I才是線性關(guān)系。6.1.2非線性滲透定律紊流狀態(tài)下，滲透定律（非線性）的表達式：Km是隨流態(tài)變化的滲透系數(shù)，m/dm為流態(tài)指數(shù)，值介于0.5-1.0之間：當m=1.0時，屬于層流當0.5＜m＜1.0時，屬于層流非線性當m=0.5時，屬于紊流非線性6.1.2非線性滲透定律混合流狀態(tài)下，滲透定律的表達式：Kc是隨流態(tài)變化的滲透系數(shù)，m/dm值介于1~2之間地下水在絕大多數(shù)自然條件下，流速都比較小，所以多歸為層流運動。只有在大裂隙、大溶洞中火水位高差極大的情況下，才出現(xiàn)紊流運動。6.1.3地下水向完整井的穩(wěn)定運動完整井：井孔的進水段（過濾器）穿透全部含水層。下降（降落）漏斗：抽水時，水井中水位下降較大，離井越遠水位下降越小，形成漏斗狀的下降區(qū)。潛水：降落漏斗在含水層內(nèi)部擴展，過水斷面在不斷變化；承壓水：水位下降不低于含水層頂板，降落漏斗不在含水層內(nèi)部發(fā)展，只會形成承壓水頭的下降區(qū)，及水壓變化，過水斷面不變。6.1.3地下水向完整井的穩(wěn)定運動1.潛水完整井出水量的計算：

1863年裘布依為推出單井（完整井）出水量而建立了穩(wěn)定井流模型。模型假設(shè)：四周均勻、等深圓島水體（圓形定水頭邊界）圓島正圓，含水層均質(zhì)、等厚、各向同性、水位與隔水底板平行。6.1.3地下水向完整井的穩(wěn)定運動1.潛水完整井出水量的計算：

靜水位：未抽水前，井中水位與井周圍水位相同動水位：某一抽水時刻的運動水位

穩(wěn)定狀態(tài)：Q抽=Q供，降落漏斗與動水位保持不變穩(wěn)定井流運動特點：1）流向為匯向水井呈放射狀的一簇曲線，等水位面為以水井為中心的同心圓柱面。等水位面和過水斷面是一致的。2）通過距井軸不同距離的過水斷面流量處處相等，都等于水井流量Q，即Q1=Q2=Q3=……=Q6.1.3地下水向完整井的穩(wěn)定運動取圓柱坐標系，沿底板取井徑方面為r軸，井軸取H軸，假設(shè)滲流過水斷面近似為同心圓柱面。根據(jù)達西定律：積分得：6.1.3地下水向完整井的穩(wěn)定運動當r→R時，h→H：當r→r0時，h→h0：該式為裘布依穩(wěn)定井流潛水完整井出水量計算公式式中自然對數(shù)也可換為常用對數(shù)。6.1.3地下水向完整井的穩(wěn)定運動轉(zhuǎn)為常用對數(shù)后，出水量公式變?yōu)椋航瞪顂o

：ho=H-so

，則H2-h02=(2H-so)so降落曲線（浸潤曲線）：6.1.3地下水向完整井的穩(wěn)定運動進行抽水時，有時設(shè)有一個或兩個觀測孔：1個觀測孔的流量公式：2個觀測孔的流量公式：6.1.3地下水向完整井的穩(wěn)定運動2.承壓水完整井出水量的計算：對于承壓水來說，斷面的高度h=承壓含水層厚度M，承壓水的含水層厚度是定值。

因此，通過推導，可以得出承壓水完整井流量公式：6.1.4地下水向非完整井的穩(wěn)定運動非完整井：井孔的進水段（過濾器）未穿透全部含水層，而只切穿含水層的一部分厚度。非完整井根據(jù)進水部位不同，可分為井壁進水和井底進水。1.潛水非完整井出水量的計算：

6.1.4地下水向非完整井的穩(wěn)定運動2.承壓水非完整井出水量的計算：

6.2.1

地下水動態(tài)的概念6.2.2影響地下水動態(tài)的因素6.2.3地下水動態(tài)類型

6.2地下水動態(tài)6.2.1地下水動態(tài)的概念地下水動態(tài)：地下水數(shù)量與質(zhì)量的各要素隨時間的變化。

天然狀態(tài)：周期性、趨勢性。

人為因素影響：變化快，后果大。

地下水要素隨時間而發(fā)生變化，是由于含水系統(tǒng)水量、鹽量、熱量、能量的收支不平衡所致：

補>排：

排>補：

6.2.2影響地下水動態(tài)的因素自然因素：氣候、水文、地質(zhì)、土壤、生物等。

對于潛水（氣候和水文）和承壓水（地質(zhì)）有所不同。

人為因素：疏干和充水。2.1自然因素1）氣候因素：主要是降水，呈周期性變化。2）水文因素：影響地下水形成與動態(tài)的地表水體特征及其變化的要素。水文因素主要對河流附近地下水的動態(tài)產(chǎn)生影響，離河流越近影響越大，反之影響程度小。

6.2.2影響地下水動態(tài)的因素2.1自然因素3）地質(zhì)因素

地形高處：遠離排泄區(qū)，降水來臨時，水位變化顯著

地形低處：靠近排泄區(qū)，降水來臨時，水位變化不顯著a.包氣帶厚度與巖性b.構(gòu)造的影響c.地震

4）土壤和生物因素

沼澤化、鹽漬化。

6.2.2影響地下水動態(tài)的因素2.2人為因素1）疏干影響：排除地下水2）充水影響：補充地下水

6.2.3地下水動態(tài)類型（一）蒸發(fā)型

主要出現(xiàn)在干旱、半干旱的平原及山間盆地地區(qū)。

動態(tài)特征：潛水埋藏淺，水平徑流微弱，以蒸發(fā)排泄為主。雨季接受降雨補給，水位抬升，水質(zhì)淡化，埋深變淺，旱季蒸發(fā)加劇，水位下降，水質(zhì)鹽化。降到一定埋深后，蒸發(fā)減弱，水位趨于穩(wěn)定。

動態(tài)特點：年水位變幅小，各處變幅接近，水質(zhì)季節(jié)性變化明顯，長期地使地下水不斷向鹽化發(fā)展，并使土地鹽漬化。6.2.3地下水動態(tài)類型（二）徑流型

主要出現(xiàn)在山區(qū)及山前地帶。

動態(tài)特征：地形高差大，水位埋藏較深，蒸發(fā)排泄微弱，以徑流排泄為主。雨季接受降水補給，各地地下水位抬升幅度不等，接近排泄區(qū)的低處，水位上升幅度小，遠離排泄區(qū)的高處，水位上升幅度大，水力坡度增加，徑流加強，隨著徑流的進行，各處水位變幅減小，水位逐漸穩(wěn)定。

動態(tài)特點：年水位變幅大而不均，水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，鹽分隨徑流帶走，地下水水質(zhì)向淡化發(fā)展。6.2.3地下水動態(tài)類型（三）蒸發(fā)、徑流型

主要出現(xiàn)在氣候濕潤的平原地區(qū)。濕度大、蒸發(fā)弱，地形平坦，徑流緩慢，排泄有蒸發(fā)和徑流兩個途徑，但由于降雨補給充沛，從長遠看

地下水水質(zhì)向淡化發(fā)展。

6.3.1

地下水均衡的概念6.3.2全球水均衡6.3.3均衡區(qū)水均衡方程

6.3地下水均衡6.3.1地下水均衡的概念

地下水均衡：一定范圍、一定時間內(nèi)，地下水水量、溶質(zhì)含量及熱量等的補給量和消耗量之間的數(shù)量關(guān)系。

均衡：補給量=消耗量

負均衡：補給量<消耗量

正均衡：補給量>消耗量

均衡區(qū)：進行均衡計算研究的區(qū)域。

均衡期：進行均衡計算選定的時間段。動態(tài)與均衡的關(guān)系：動態(tài)是均衡的外部表現(xiàn)，均衡是動態(tài)變化的內(nèi)部原因。6.3.2全球水均衡Zm：為海面及洋面的年蒸發(fā)量；Xm：為海面及洋面的年降水量；Zc：陸面年蒸發(fā)量；Xc：陸面年降水量；Y：為地表水及地下水年徑流量。Zm=Xm+YZc=Xc-Y全球范圍內(nèi)：Zm+Zc=Xm+Xc6.3.3均衡區(qū)的水均衡方程水均衡方程式是均衡區(qū)一定時段（均衡期）內(nèi)，水的收入量與支出量之間關(guān)系的數(shù)學表達式。

均衡收入項A：大氣降水量X、地表水流入量Y1、地下水流入量W1、凝結(jié)水量Z1、人工引入水量R1。

均衡支出項B：地表水流出量Y2、地下水流出量W2、蒸發(fā)量Z2、人工排出水量R2。

水均衡方程式：A-B=△V第七章不同含水介質(zhì)中的地下水

7.1孔隙水7.2裂隙水7.3巖溶水CompanyLogo7.1孔隙水定義：埋藏和運動于松散沉積物孔隙中的重力水。特定沉積環(huán)境會形成類型不同的松散沉積物，受到的水動力條件也不相同，巖性和地貌的變化規(guī)律都決定了賦存于其中的地下水的特征。因此，松散沉積物按照成因類型可分為：洪積、沖積、坡積1）洪積扇中的地下水2）沖積平原中的地下水3）湖積物中的地下水4）黃土高原的地下水CompanyLogo1）洪積扇中的地下水典型的洪積扇形成于干旱半干旱地區(qū)的山前地帶。暴雨形成流速極大的洪流，山區(qū)洪流沿河槽流出，進入平原或盆地，地勢轉(zhuǎn)為平坦，集中的洪流轉(zhuǎn)變成辮狀散流，水的流速頓減，搬運能力急劇降低，洪流所攜帶的物質(zhì)以山口為中心堆積成扇形，稱為洪積扇。CompanyLogo洪積扇的結(jié)構(gòu)山區(qū)平原扇頂

扇緣（前）

洪積扇上部（徑流帶）：粗大的顆粒直接出露地表或覆蓋薄土層，透水性強，厚度較大、潛水埋藏深，有利于吸收降水及山區(qū)匯流的地表水，是主要補給區(qū)。洪積扇中部（溢出帶）：地形變緩，顆粒變細，透水性變差，地下徑流受阻，地下水被迫抬升，排泄（泉或蒸發(fā)）加強。洪積扇下部（潛水下沉帶）：地勢平緩，巖性變細，透水性極弱，徑流緩慢，蒸發(fā)排泄加劇。巖性變化滲透性變化蒸發(fā)程度變化礦化度變化CompanyLogo2）沖積平原中的地下水沖積物是常年有水河流形成的松散堆積，主要分布于河流的兩側(cè)，及其擺動地帶。河流沉積物與洪積物相比：①經(jīng)常性（常年）水流作用的結(jié)果②河流是線狀或帶狀分布的，橫向與縱向差異大；在沖積平原區(qū)往往發(fā)育有多條河流，呈交織狀、發(fā)生改道且長期作用CompanyLogo沖積平原地下水的形成和分布除受巖性和地形的控制外，還受到水文、氣候等因素的影響。平原河流的沖積物顆粒細小，地形坡度平緩，地下水埋藏淺，徑流緩慢。CompanyLogo3）湖積物中的地下水湖積物屬于靜水沉積，顆粒分選性良好，層理細密，岸邊淺水處沉積砂礫等粗粒物質(zhì)，湖心則多為粘土。構(gòu)成含水層的砂礫石分選性較好，磨圓度高，空隙度大，透水性強。波浪力是顆粒分選的動力，波浪力影響的范圍內(nèi)，波浪反復淘洗沉積物，粗粒留在岸邊，細粒落于遠岸，波浪力影響不到的湖心，則沉積細小的粘粒。隨著氣候和構(gòu)造運動發(fā)生變化。CompanyLogo4）黃土高原的地下水在我國西北部廣泛、大面積分布，西北部地區(qū)又是我國干旱半干旱氣候區(qū)，水資源嚴重匱乏，基本上無常年性河流（或地表水），地下水水量也不豐富。賦存于黃土孔隙與裂隙中的地下水是當?shù)厝嗣裆畹闹饕?。黃土特征：厚度大，結(jié)構(gòu)疏松，粉土含量大于60%，含鈣質(zhì)結(jié)合，呈棕黃，微紅，棕黑色。黃土形成時期：第四紀中、下更新世（Q2與Q3黃土）CompanyLogo4）黃土高原的地下水垂直節(jié)理發(fā)育良好，且多蟲孔、根孔等以垂向為主的大孔隙。因此，黃土的垂向滲透系數(shù)比水平方向大幾倍到幾十倍。且隨著埋深加大，黃土中大孔隙減少，滲透性明顯降低?？傊S土高原地下水水量匱乏。。。黃土塬：原始地貌保持較好的規(guī)模較大的黃土平臺黃土梁：長條狀的垅崗黃土峁：渾圓形的土丘CompanyLogo4）黃土高原的地下水黃土塬

黃土梁峁

黃土杖地

CompanyLogo7.2裂隙水堅硬巖石在應(yīng)力作用下產(chǎn)生各種裂隙：成巖裂隙、構(gòu)造裂隙、風化裂隙貯存并運移于基巖裂隙中的水就叫做裂隙水。分布較廣的構(gòu)造裂隙水的特點：分布不均勻——有的地方打井有水，有的地方無水水力聯(lián)系不統(tǒng)一性——裂水含水系統(tǒng)的迭置與獨立滲透的各向異性——KX≠KY

裂隙水的特征脈狀裂隙水樹狀裂隙水CompanyLogo裂隙級次：微小裂隙（原生和次生的）幾十~十幾條/m隙寬小中裂隙（順層的）幾條/m大裂隙（巨裂隙）空間一定延伸，寬度大，作用：

微裂隙→儲水，裂隙率較大中裂隙→連通作用，儲水導水作用大裂隙→傳輸?shù)叵滤衅鹂刂谱饔?/p>

CompanyLogo7.3巖溶水巖溶（喀斯特）：水對巖石可進行化學溶解，并伴隨以機械沖蝕作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各種獨特的地貌現(xiàn)象以及特殊的水文現(xiàn)象。巖溶水：賦存并運移于巖溶化巖層中的水。巖溶發(fā)育的基本條件：

1）巖層具有可溶性

2）地下水具有侵蝕作用

3）可溶巖必須是透水的

4）水是可流動的巖溶發(fā)育的影響因素：

1）自然地理條件，氣候、地形

2）地質(zhì)條件

3）水文地質(zhì)條件，動力、化學CompanyLogo巖溶水特征介質(zhì)特征：有規(guī)模巨大的溶洞，也有十分細小的裂隙或孔隙。細小孔隙與裂隙的導水性差而總的容積大，成為主要貯水空間；大的巖溶管道與開闊的溶蝕裂隙構(gòu)成主要導水通道；規(guī)模介于兩者之間的則兼?zhèn)?。運動特征：層流與紊流共存，在細小孔隙、裂隙中作層流運動；在大的巖溶管道中作紊流運動；介質(zhì)空隙規(guī)模相差懸殊，不同空隙中的地下水運動不能保持同步；局部流向與整體流向常常是不一致；巖溶水可以承壓水與潛水共存。補、排動態(tài)特征：南方巖溶發(fā)育，降水入滲系數(shù)可達80%以上，巖溶發(fā)育較差的北方降水入滲系數(shù)也可達30%；通過泉排泄；動態(tài)變化強烈。第八章地下水資源評價

8.1概述8.2地下水資源量計算8.3地下水水質(zhì)評價CompanyLogo8.1概述

地下水資源是指有使用價值的各種地下水量的總稱。

地下水資源的特點：

1.系統(tǒng)性和整體性2.流動性3.循環(huán)再生性4.調(diào)節(jié)性

地下水資源評價的內(nèi)容：1.地下水水量評價2.地下水水質(zhì)評價3.開采技術(shù)條件評價4.環(huán)境影響評價5.防護措施評述

CompanyLogo8.2地下水資源量計算

地下水資源：補給量、儲存量、允許開采量。補給量：指天然狀態(tài)或開采條件下，單位時間從各種途徑進入含水系統(tǒng)的水量。分為天然補給量和補給增量。儲存量：指地下水循環(huán)過程中，儲存在含水層中的重力水體積。允許開采量：用合理的取水工程，單位時間內(nèi)能從含水系統(tǒng)或取水地段取得出來，并且不會引起一切不良后果的最大出水量。CompanyLogo8.3地下水水質(zhì)評價8.3.1概述8.3.2生活飲用水水質(zhì)評價8.3.3農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)評價8.3.4地下水對混凝土侵蝕性的評價CompanyLogo8.3.1概述

地下水水質(zhì)是指水和其中所含的物質(zhì)組分所共同表現(xiàn)的物理、化學和生