合肥工业大学 陶月赞版 地下水水文学期末复习主要内容

'与地下水开发利用有关的环境问题：地面沉降、地面塌陷、海（咸）水入侵、土壤此生荒漠化、土壤此生盐渍化。潜水：埋藏于地下第一个稳定隔水层之上，具有自由表面的重力水。特征：潜水具有自由水面；潜水的补给区和分布区一般是一致的；潜水的水位、含水层厚度、流量、化学成分随地区和季节有明显的变化；潜水的水质受气候、地形及岩性条件的影响；通常缺乏多年调节性。承压水：充满于两隔水层之间的含水层中的水。特征：承压性；承压水的补给区和分布区不一致；承压水的动态比较稳定，其资源具有多年调节能力；承压水的化学成分一般比较复杂；承压含水层的厚度，一般不随补给量的增减而发生显著变化；承压水一般不易受污染。地下水的化学成分：地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物。地下水化学成分的形成作用：溶滤作用：是指地下水与岩土相互作用、岩土中一部分物质转入到地下水中的作用。浓缩作用：是指地下水通过蒸发排泄引起水中成分的浓缩，使水中盐分浓度增大、矿化度增高的现象。脱碳酸作用：是指在温度升高、压力降低的情况下，CO2自水中逸出，而HCO3-含量则因形成碳酸盐沉淀减少的过程。脱硫酸作用：是指在封闭缺氧的还原环境中，在有机物和脱硫菌作用下，硫酸盐被分解成H2S和HCO3-的生物化学过程。阳离子交换吸附作用：混合作用：地下水化学成分的基本成因类型：从形成地下水化学成分的基本成分出发，将地下水分为三个主要成因类型：溶滤水、沉积水和内生水。溶滤水的渗入成因，沉积水是沉积——埋藏成因，内生水是火山——岩浆成因。溶滤水：是指由富含CO2和O2的水渗入补给并溶滤其所流经岩土而获得主要化学成分的地下水。其成分受岩性、气候、地貌等因素的影响。沉积水：是指与沉积物大体同时生成的古地下水。内生水：指来自地球深部层圈的地下水。按降水后包气带水的下渗方式来分，降水入渗分为：活塞式下渗；捷径式下渗。活塞式：入渗水的湿润锋整体向下推进，即上部新的入渗水推动下部较老的水作面状下移。此类下渗主要发生于较均质的、孔隙大小差别不大的砂层中。捷径式：水流不作面状推进，而是沿着某些通路优先下渗。捷径式下渗与活塞式下渗比较，主要有两点不同：⑴活塞式下渗是年龄较“新”的水推动其下年龄较“老”的水，始终是“老”水比“新”水先到达含水层，“老”水在下，“新”水在上；捷径式下渗时“新”水可以超前于“老”水到达含水层，即可能同一平面上“新”水在下，“老”水在上。⑵对于捷径式下渗，下渗水不必补足包气带水分亏缺，即可下渗补给含水层；活塞式下渗，入渗水则需全部补足上层包气带水分亏缺后，才会继续下渗。这两点对于分析污染物在包气带中的运移具有重要意义。大气降水补给地下水水量（大气降水通过包气带补给地下水的水量）的确定：地中渗透仪法；地下水动态分析法；水量平衡法；降水入渗系数法；水文学法；水分通量法。泉：地下水的天然露头。根据含水层性质可分为上升泉和下降泉；根据出露原因可分为侵蚀泉、接触泉、溢流泉、断层泉和接触带泉。上升泉：承压水的天然露头。地下水在静水压力作用下上升并溢出地表的泉。下降泉：潜水或上层滞水的天然露头，是地下水受重力作用自由流出地表的泉。确定是上升泉还是下降泉必须根据补给泉的含水层的埋藏条件。侵蚀泉：是沟谷等侵蚀作用切割含水层而形成的泉。接触泉：是由于地形切割达到含水层隔水底板时，地下水被迫沿含水层和隔水层接触处出露的泉。溢流泉：是当潜水流前方透水性急剧变弱或由于隔水底板隆起潜水流动受阻而溢出地表的泉。断层泉：是地下水沿断层带出露的泉。接触带泉：岩脉或侵入体与围岩接触带因冷凝收缩而产生裂隙，地下水沿此接触带上升而形成的泉。根据地下水径流方向的特征不同，可将地下水交替分为以下三种类型： 垂直交替、侧向交替、混合交替。影响地下水径流（方向、速度、类型、径流量）的因素：含水层的空隙性；地下水的埋藏条件；补给量；地形；地下水的化学成分；人为因素。地下水动态：在各种因素的综合影响下，地下水的水位、水量、水温及化学成分等要素随时间的变化。地下水均衡：一定时间间隔内，某一地段内地下水水量（盐量、热量、能量）的收支状况。地下水动态是地下水均衡的外部表现，地下水均衡是地下水动态的内在原因。影响地下水动态的因素：在时间和空间方面改变着地下水水量、盐量和热量的各种因素。可分为自然因素、人为因素。自然因素：气候及气象因素；水文因素；地质因素；土壤因素和生物因素。（对潜水：气候及气象和水文因素是主要的；对深层承压水：地质因素是主要的。）人为因素：人类活动通过增加新的补给来源、新的排泄去路或改变地下水径流条件而改变地下水的动态。（影响：改变地下水的补给；改变地下水的排泄。）潜水及松散沉积物浅部的水，可分为三种主要动态类型：蒸发型、径流型、弱径流型。特点：蒸发型：年水位变幅小，各处变幅接近，水质季节变化明显，地下水不断向盐化方向发展，并使土壤盐渍化；径流型：年水位变幅大而不均（由分水岭到排泄区，年水位变幅由大到小），水质季节变化不明显，地下水不断趋于淡化；弱径流型：年水位变幅小，各处变幅接近，水质季节变化不明显，地下水向淡化方向发展。承压水均属径流型，动态变化的程度取决于构造封闭条件。构造开启程度愈好，水交替愈强烈，动态变化愈强烈，水质的淡化趋势愈明显。一个地区的水均衡研究，实质就是应用质量守恒定律去分析参与水循环的各要素之间的数量关系。均衡区：进行均衡计算所选定的地区。它最好是一个具有隔水边界的完整的地下水含水系统。均衡期：进行均衡计算的时间段，可为年、季、月。均衡项：收入项：在均衡期内进入均衡区内的各类补给量和侧向流入量；支出项：自均衡区排出的各类排泄量和侧向流出量；储存量的变化量：收入项和支出项之间存在的差额。多孔介质：由固体物质组成的骨架和由骨架分隔成大量的、相互连通的小空隙所构成的物质。孔隙介质：含有孔隙水的岩层；赋存流体且流体可在其中运动的孔隙岩层。裂隙介质：含有裂隙水的岩层；赋存流体且流体可在其中运动的裂隙岩层。岩溶介质：含有岩溶水的岩溶化岩层；赋存流体且流体可在其中运动的岩溶化若层。通常将孔隙介质、裂隙介质和某些岩溶不十分发育的、由石灰岩和白云岩组成的介质统称多孔介质。渗流：是一种代替真实地下水流的、充满整个岩石截面的假想水流，其性质与真实地下水相同，充满整个含水层空间，流动时所受的阻力等于真实地下水流所受的阻力，通过任一断面及任一点的压力或水头均与实际水流相同。渗流区（渗流场）：假想水流所占据的空间区域。包括孔隙和岩土颗粒所占据的全部空间。渗流的特点：（1）多孔介质单位体积孔隙的表面积比较大，表面作用明显。任何时候都必须考虑粘性作用；（2）在地下渗流中往往压力较大，因而通常要考虑流体的压缩性；（3）孔道形状复杂、阻力大、毛管力作用较普遍，有时还要考虑分子力；（4）往往伴随有复杂的物理化学过程。渗透系数K：也称水力传导系数，是表征岩层透水性的重要水文地质参数，影响渗透系数大小的主要是岩石的性质以及渗透液体的物理性质，记为K。是水力坡度等于1时的渗透速度。单位：m/d或cm/s。完整井：贯穿整个含水层，在全部含水层厚度上都安装有过滤器并能全断面进水的井。非完整井：未揭穿整个含水层、只有井底和含水层的部分厚度上能进水或进水部分仅揭穿部分含水层的井。 降落漏斗：抽水井周围总体上形成的漏斗状水头下降区；亦即由抽水（排水）而形成的漏斗状的水头（水位）下降区。对均质各向同性、水力坡度较小的含水层，其抽水降落漏斗的平面形状为圆形。对均质各向同性、水力坡度较大的含水层，其抽水降落漏斗形状为椭圆形。Theis公式的应用：配线法；Jacob直线图解法；恢复水位法。配线法：标准曲线法，在双对数坐标中利用抽水试验实测曲线与理论曲线的匹配求解水文地质参数的一种图解方法，可分为降深-时间距离配线法、降深-时间配线法和降深—距离配线法。直线图解法：在半对数坐标中，利用抽水试验实测资料绘制的直线斜率和截距求解水文地质参数的图解方法。水位恢复法：利用抽水试验的恢复水位资料求解水文地质参数方法。配线法步骤：①在双对数坐标纸上绘制W(u)-1/u的标准曲线。②在另一张摸数相同的透明双对数纸上绘制实测的s-t/r2曲线或s-t曲线。③将实际曲线置于标准曲线上，在保持对应坐标轴彼此平行的条件下相对平移，直至两曲线重合为止。④任取一匹配点，记下匹配点的对应坐标值：W(u)，1/u，s和t/r2(t)，带入下式计算： T=Q[W(u)]/(4*3.14*[s])    µ*=4T[t/r2]/(1/u)直线图解法步骤：①绘制s-lgt/r2曲线②将s-lgt/r2曲线的直线部分延长，在零降深线上的截距为(t/r2)0=?③求直线斜率i。最好取和一个周期相对应的降深△s，这就是斜率i。由此得i=△s=?  带入公式：T=2.3Q/4*3.14*△s  µ*=2.25T(t/r2)  降深—时间曲线三阶段成因特点（迟后疏干）：1阶段:抽水早期,降深-时间曲线与承压完整井抽水时的theis曲线一致,主要表现为潜水位下降了.原因是由于压力降低引起水的瞬时释放,即弹性释水.2阶段:降深—时间曲线的斜率减小,明显的偏离theis曲线,有的甚至出现短时间的假稳定,他反映疏干排水的作用,好象含水层得到了补给,使水位下降速度明显减缓. 3阶段:降深—时间曲线又与theis曲线重合.说明重力排水已经跟得上水位下降,迟后疏干影响逐渐变小,可以忽略不计.地下水资源（生产和生活需要利用而又可能利用的地下水，统称地下水资源。）：与地表水资源的相同点：可恢复性；时空变化性；有限性；相互转换性；不可取代性。特有的优点：广泛性；自调节性；质优性；系统性。地下水资源量的分类：补给量；储存量；可开采量。地下水补给量：天然条件或开采条件下，单位时间从各种途径进入含水层的水量，常用单位为m3/d，或者万m3/a。补给来源：降水入渗；地表水入渗；地下水径流的侧向流入；含水层的越流补给；各种人工补给。常见的补给增量（扩大开采后可能增加的补给量）：来自降水入渗的补给增量；来自地表水的补给增量；来自相邻含水层越流的补给增量；来自相邻地段含水层增加的侧向流入补给量；来自各种人工增加的补给量。地下水储存量：储存于含水层内的重力水体积，常用单位为m3。地下水可开采量：在水源地设计的开采期内，以合理的技术经济开采方案，在不引起开采条件恶化和环境地质问题的前提下，单位时间内，可以从含水层中取出的水量。常用单位为m3/d、万m3/a。又称为地下水允许开采量。地下水含水系统：由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系。地下水流动系统：由源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体。两者区别： 含水系统的系统性体现在它具有统一的水力联系，作为一个整体对外界的激励做出响应，因此含水系统是一个独立而统一的水均衡单元，可用于研究水量、盐量及热量的平衡。流动系统的系统性体现在它具有统一的水流，沿着水流方向，水量、盐量及热量均发生有规律的演变，呈现统一的时空有序结构，因此流动系统是研究水位、水量、水质、水温等动态要素时空演变的理想框架与工具。地下水资源评价：生产和生活需要利用而又可能利用的地下水，统称地下水资源。是保障生产、生活需要所不可缺少的重要资源。为了合理地、长期地使用地下水资源，在开发之前，一般均应对其量和质作出评价，以便据此制定其开发利用和保护管理规划。地下水资源评价的原则：局部水源地评价应以区域地下水资源评价为前提；地下水资源评价应建立在地下水资源随时间变化的基础上；地下水资源评价应以当地总水资源的分析为基础。地下水资源量评价内容：要求搞清地下水的各种补给量、储存量和地下水允许开采量，再根据对供水的要求，评估地下水的变化趋势，提出对策建议。其中首要问题是算准各种补给量、储存量和允许开采量。从水源地的范围大小，可分为局部开采区的地下水资源评价和大区域或流域的地下水资源评价。水资源评价常用方法：水均衡法、数值法、地下水文分析法（频率分析法；流量过程线分割法；岩溶截流总和法；地下径流模数法；泉水动态分析法；）、其他方法（系统分析法；开采试验法；概率统计分析法；）。地下水污染：因人类活动直接或间接的影响，使地下水中有害物质积累，地下水水质变化朝着水质恶化方向发展的现象。地下水污染途径：间歇入渗型（降水对固体废物的淋滤；矿区疏干地带的淋滤和溶解；灌溉水及降水对农田的淋滤）、连续入渗型（渠、坑等污水的渗漏；受污染地表水的渗漏；地下排污管道的渗漏）、越流型（地下水开采引起的层间越流；水文地质天窗的越流；经管井的越流）、径流型（通过岩溶发育通道的径流；通过废水处理井的径流；盐水入侵）。地下水污染修复方法：异位处理方法（抽出处理技术；气提法；碳吸附方法；化学氧化）、原位处理方法（污染土壤气体提取法；可渗透反应墙；电动力学方法；空气搅动法；微生物处理）、污染物自然衰减作用。地下水资源管理：为了一定的目的，在一定的时间和空间范围内，利用某些行政法律、工程措施或技术手段，统筹规划和科学管理区域内的地下水、地表水和其他水资源，并通过对各种管理要素的操纵控制，使既定管理目标达到最优。地下水资源管理的主要内容：地下水位的控制与优化；地下水水质的改良、控制及分质供水；人工地下水回灌；人工地下水回灌需要解决的问题；地下水库的建立和调蓄。地下水库：以岩土空隙为储水空间，在人工干预作用下形成的具有一定调蓄能力的水资源开发利用的水利工程。功能：增加供水保证程度；保护环境。地下水库特点：优点：⑴蒸发损失小，提高了蓄水的有效利用率。⑵不占土地资源、不动迁、不筑高坝、投资少。⑶基本没有淹没、溃坝问题，淤泥问题较少，安全性高。⑷水质良好，不易污染。⑸多年调节。缺点：⑴蓄水区污染后难以治理。⑵水资源开发成本较高。⑶水量调节过程较慢，对于洪水的调控作用较差。⑷蓄水位控制不当，孔隙地下水库可能引起库区的土壤次生盐渍化和沼泽化问题，而岩溶地下水库则可能产生地表淹没问题。⑸功能较为单一。'