地下水水文学重点整理.doc

'Chapter1Introduction1.1Definitionofgroundwater埋藏于地表以下的各种形式的重力水。Groundwater(referredtowithoutfurtherspecification)iscommonlyunderstoodtomeanwateroccupyingallthevoidswithinageologicstratum.Otherdefinitions：Thetermgroundwaterisusuallyreservedforthesubsurfacewaterthatoccursbeneaththewatertableinsoilsandgeologicformationsthatarefullysaturated.1.2AdvantagesofGWutilization地下水的优点（1）(应用广泛)Animportantsourceforwatersupplythroughouttheworld(Irrigation灌溉,Industries工业,Municipalities,Ruralhomes,etc)（2）(分布广泛)Widelydistributed(notonlyinaridregionsbutinhumidregions)(分布广泛)（3）(水温稳定)Steadyintemperature（4）(便于就地开采使用)Convenientavailabilitynearthepointofuse（5）(水质较优)Excellentquality（6）(开发成本低)Lowcostofdevelopment★1.3Environmental-geologicalproblems环境地质问题（1）Declineofgroundwaterlevel(地下水水位下降)（1）Attenuationofspringdischarge(泉水流量衰减)（2）Landsubsidence(地面沉降)地面沉降造成的直接后果是：1）沿海城市海水倒灌；2）地表严重积水；3）建筑物倾斜开裂；4）道路、地下管道报废；5）桥梁净空减小。（3）Surfacecollapse(地面塌陷)（4）Landcrack(地裂缝)（5）Seawaterintrusion(海水入侵)（6）Desertification(沙漠化)（7）Groundwaterpollution(地下水污染)（8）Secondarysalinizationofsoil(土壤次生盐碱化)Δ1.1地下水水文学是水文学的一个分支，是研究地下水的形成、运动、动态与预报、水量与水质以及开发利用的一门科学。1.2地下水资源的特点：① 系统性；:② 可恢复性；③ 复杂性。Chapter2OccurrenceofGroundwater2.1不同类型空隙的性质 空隙按成因（causeofformation）分成三类：(1)松散岩土中的孔隙（Pore）；(2)非可溶性坚硬岩石中的裂隙（Fissure）；(3)可溶性岩石中的溶隙（Karst）。★孔隙度：就是一定体积岩土中的孔隙体积与该岩土总体积之比。有效孔隙度（更有意义）：就是岩土中相互连通的孔隙体积（不包括死端孔隙体积和结合水所占据的体积）与该岩土总体积之比。★体积裂隙率：岩石裂隙体积与该岩石（包括裂隙在内）的体积之比。面裂隙率：岩石面积上裂隙面积与该岩石（包括裂隙在内）的面积之比。线裂隙率：岩石直线上裂隙宽度之和与该测定直线长度之比。★岩溶率：是测定岩石溶隙体积与该岩石总体积之比。2.2Influencefactorsonporosity多孔性的影响因素Theporosityofamaterialisdeterminedbyacombinationofmanyfactors一种物质多孔性受很多因素的综合影响：Grainsize(颗粒大小)；Arrangement(排列方式)；Sorting(分选程度)；Grainshape(颗粒形状)；Degreeofcementation(胶结程度)；Degreeofcompaction(压密程度)；Δ持水度随颗粒大小的增大而减小；给水度随颗粒大小的增大先增大后减小。孔隙度随颗粒大小的增大而减小。2.3岩土的主要水理性质亦称岩土的水文地质性质，它表示岩土控制水分活动的性质。水能否进入空隙中，能否自由运动和能否被取（排）出等等。★容水度：也称饱和含水率，是指岩土中所能容纳的最大的水体积与岩土总体积之比。★给水度：饱水岩土在重力作用下释出水的体积与岩土总体积之比。★持水度：饱水岩土在重力释水后，仍能保持的水体积与岩土总体积之比。ΔAquifer(含水层)：指能够给出和透过相当数量水的岩层。Aquiclude(隔水层)：贮存但不透水。Aquifuge(无水层:不透水、不含水)★2.4Typesofgroundwater地下水的类型Accordingtothedepthofgroundwatertable(地下水的埋藏)andgeologicalformation,groundwatercanbedividedinto:（1）vadosewater(includingperchedwater)(包气带水)；（2）unconfinedwater(phreaticwater)(潜水)；（3）confinedwater(承压水)。Δ包气带：地下水面以上的岩土层，其空隙没有被水充满，部分空隙仍然包含着空气。包气带水：储存在包气带中的水。当包气带中存在局部的隔水层或弱透水层时，可在包气带中形成局部或暂时存在的重力水，即上层滞水。 上层滞水特点为：①分布范围小，具有明显局部性；②季节性变化大，雨季出现，旱季可能消失；③分布区与补给、排泄区一致；④易受人类活动的影响潜水：埋藏在地表以下，饱水带中第一个稳定分布的隔水层之上，具有自由水面的地下水。承压水：是充满在两个隔水层之间的含水层中具有静水压力的重力水。承压水位H：当钻孔打穿承压含水层上覆隔水层时，开始见到的水位，称为初见水位。随后承压水就会在钻孔内上升到一定高度H，H称为承压水位。承压水位是指承压水面的海拔高度。承压水头h：承压含水层顶板到承压水面的高度。表示隔水顶板所受到的静水压力值。Onthebasisofvoidtypes(空隙类型),groundwatermayconsistof:（1）porewater(孔隙水);（2）fissurewater(裂隙水);（3）karstwater(岩溶水).Δ岩溶发育的影响因素：水的侵蚀性、水的流动性、岩石的可溶性、岩石的透水性。岩溶水的特征:1.水量丰富但分布不均一；2．潜水、承压水并存；3．各方向水力联系有很大差异；4．补给主要来自于大气降雨入渗、地表水入渗；排泄以集中排泄为主；5．地下水动态变化很大；6．岩溶水本身就是改造赋存环境的动力；7.岩溶水水质较好但极易受污染。2.5潜水的特征1、潜水具有自由水面，积极参与水循环。2、潜水在重力作用下，由潜水位较高处向较低处流动。3、潜水的分布区与补给区是一致的。4、潜水直接通过包气带与大气水、地表水发生水力联系，所以气象、水文因素对其动态变化影响明显。5、潜水的水位、流量和化学成分都随地区和时间的不同而变化。2.6承压水特征：1、水体承受静水压力，具有承压性。2、它的埋藏区与补给区是不一致的。3、埋藏深度较大，水位、水量、水温、水质等受水文气象因素、人为因素及季节变化影响小。4、承压水水质变化很大，淡水、卤水都有。2.7潜水水位等值线图(contourmap)①确定潜水流向（水流流向垂直于等水位线，从水位高的地方流向水位低的地方）②确定潜水的水力坡度③确定潜水与地表水的关系④确定潜水埋藏深度及含水层厚度⑤了解地下水的变化趋势Chapter3GroundwaterMovement★3.1渗流：假想的充满整个多孔介质的空隙和岩石骨架全部体积的水流，其具有与实际水流相同的断面流量、压力(水位)及水力阻力，以这种假想水流代替空隙中运动的实际水流，研究含水介质中流体的总体平均的运动规律。Seepage（渗流）fieldiscomposedofsolidskeletonandwaterwhichinthevoidsofrock.渗流区域由固体骨架和岩石孔隙中的水组成。★3.2Classificationsofgroundwaterflow地下水流动的分类Byflowdirection(流向):one-dimensionalflow(一维流)；two-dimensionalflow(二维流)；three-dimensionalflow(三维流)Bykinematicessentials(运动要素):Steadyflow(稳定流)；Unsteadyflow(transientflow)(非稳定流)Bystateofflow(流态):Laminarflow(层流)；Turbulentflow(紊流) 3.3TypesofthegeologicmaterialHomogeneousmedium(均质)：hydraulicpropertiesareconstantsInhomogeneousmedium(非均质)：hydraulicpropertieschangespatiallyIsotropicmedium(各向同性介质)：AporousmediumhasequalintrinsicpermeabilityinalldirectionsAnisotropicmedium(各向异性介质)：thepatternofvoidsallowsforapathofleastresistance★3.4ApplicationofPDE•Confinedone-dimensionalsteadystateflow•Unconfinedone-dimensionalsteadystateflow•Steadyflowtowardthewell•DeterminationofhydrogeologicalparametersChapter4Recharge,DischargeandFlowsystemofGroundwater(地下水的补给、径流、排泄)4.1Sourcesofrecharge(补给来源)•1Infiltrationfromprecipitation降水的渗透•2Infiltrationfromsurfacewater地表水的渗透•3Leakagefromotheraquifer其他含水土层的渗透★4.2降水入渗系数的确定方法（一）根据河流流量过程线确定降水入渗系数（多用于山区）山间河道是由降水产生的河溪径流，包括两部分：一部分是降水沿地表运动急流于所测断面的地表径流；另一部分则是降水渗入地下，再以地下径流形式汇入所测断面的地下径流。从水文站的流量过程线上除去起伏变化的流量峰值外，还有一部分是稳定或变化不大的流量，这部分在水文学上叫基流，也就是地下径流。—降水入渗系数Q—地下水径流流量（m3）P—降雨量（mm）A—入渗补给面积（km2）（二）根据地下水长观资料确定降水入渗系数（多用于平原区）平原地区地下径流缓慢，地下水补给来源主要决定于降水入渗，可根据降水后水位升高值来求得该次降水对地下水的补给量Q补（mm）：—单位给水度；hmax—降水后的最高水位（mm）；h—降水前地下水位（mm）—一年或多年的各次降水对地下水的补给量之和（mm）；—一年或多年的降水量之和（mm） 4.3Influencefactorsonprecipitationrecharge影响降水补给的因素Amountofprecipitation(雨量)；Precipitationintensity(雨强)；Characteristicsofvadosezone(包气带特性)；Surfacefeatures(geomorphy)(地形)；Vegetables(植被)Andsoon4.4Surfacewaterrecharge地表水的补给Influencefactorsonsurfacewaterrecharge影响地表水补给的影响因素wettedcross-section(过水断面)；Wettedperimeter(湿周)；Permeabilityofriverbed(河床渗透性)；Differenceofelevationbetweenriverstageandgroundwaterlevel(河水位与地下水位的高差)；capacityofstream(过水能力)。4.5Groundwaterdischarge地下水的排泄：含水层失去水量的作用过程称作排泄。Therearemainlythreewaysofdischarge.–pointdischarge(spring)泉：泉是地下水的天然露头–lineardischarge(river)河流–planardischarge(evaporation)蒸发：地下水的蒸发排泄包括土面蒸发及叶面蒸发。★Springscanbedividedinto：(1)thoseresultingfromnongravitationalforces(上升泉)(2)thoseresultingfromgravitationalforces(下降泉).4.6EvaporationofgroundwaterEvaporation：Watermoleculesarecontinuallybeingexchangedbetweenliquidandatmosphericwatervapor.Ifthenumberpassingtothevaporstateexceedsthenumberjoiningtheliquid,theresultisevaporation.★植物根系图务必搞懂！Chapter5GroundwaterRegime地下水的动态及其预报★5.1Fundamentalinfluenceelements•Naturalfactors(自然因素)–Meteorologicalfactor(气象因素)–Hydrologicfactor(水文因素)–Biologicfactor(生物因素)–Geologicfactor(地质因素)•Humanfactors(人为因素)–Exploitationofgroundwater(工业、农业开采)–Artificialrecharge(地下水回灌)5.2Predictionmodelofgroundwaterregime地下水动态变化预测模型•Numericalsimulationmodel(数值模拟模型)•Regressionmodel(回归模型)•Othernewmethods:GM,GA,ANN……Chapter6GroundwaterResourceEvaluation地下水资源评价★6.1允许开采量PermissiveYield：指通过技术经济合理的取水构筑物，在整个开采期内，水量和动水位不超过设计要求，水质、水温变化在允许范围内，不影响已建水源地的正常生产，不发生危害性工程地质现象的前提下，单位时间从水文地质单元中能够取得的水量。★6.2Fundamentalprinciples1.Regionalwaterresourceevaluationisthepreconditionoflocalwaterresourceevaluation(局部水资源的评价应以区域地下水资源评价为前提);2.Groundwaterresourceevaluationshouldtaketimeintoaccount (建立在地下水随时间变化的基础上);3.Groundwaterresourceevaluationmustbeonthebasisoftotalresourceanalysis(地下水资源评价应以当地总水资源的分析为基础);4.Itisnecessarythatthefiniteresourcescanleadtomaximumsocialandeconomicprofits(使有限的地下水资源产生最优的社会、经济效益);5.Exploitationmustputemphasisonenvironment(开采地下水引起的环境变化，以不产生公害为原则).★6.3Perennialyield(可持续开采量)Theperennialyieldofagroundwaterbasindefinestherateatwhichcanbewithdrawnperenniallyunderspecifiedoperatingconditionswithoutproducinganundesiredresult.Anundesiredresultisanadversesituation,suchas(1)progressivereductionofthewaterresources;(2)developmentofuneconomicpumpingconditions;(3)degradationofgroundwaterquality;(4)interferencewithpriorwaterrights;(5)landsubsidencecausedbyloweredgroundwaterlevels.Δ可开采量：指通过技术经济合理的取水构筑物，在整个开采期内，水量和动水位不超过设计要求，水质、水温变化在允许范围内，不影响已建水源地的正常生产，不发生危害性工程地质现象的前提下，单位时间从水文地质单元中能够取得的水量。★6.4Overdraft过量开采Anydraftinexcessofperennialyieldisreferredtoasoverdraft.Existenceofoverdraftimpliesthatcontinuationofpresentwatermanagementpracticeswillresultinsignificantnegativeimpactsonenvironmental,social,and/oreconomicconditions.6.5Methodsofgroundwaterresourcesevaluation地下水资源评价方法Methodstodetermineallowablewithdrawalofgroundwater(允许开采量)1Waterbalancemethod(水量均衡法)2Numericalmethod(数值法)3ProbabilityStatisticmethod(概率统计法)6.6Numericalmethod•Finitedifferencemethod(有限差分法)•Finiteelementmethod(有限单元法)•Boundaryelementmethod(边界元法)★6.7Stepsinthedevelopmentofagroundwatermodel1.Developaconceptualmodel(水文地质概念模型);2.Designanumericalmodel(相应的数学模型);3.Calibration(校正)—establishthatthemodelcanreproducefield-measuredheadsandflows;4.Vertification(验证)—usethecalibratedparametervaluesandstresstoreproduceasecondsetoffielddatainordertoestablishgreaterconfidenceinthemodel;5.Predictiontoquantifytheresponseofthesystemoffutureevents(运用模型进行预报).★6.8Datanecessaryfortheevaluation评价所需的基础资料•Meteorologicalandhydrologicaldata(气象、水文)•Geologicalandhydrogeologicaldata(地质、水文地质)•Observationdataofgroundwaterregime(动态观测资料)•Dataforgroundwaterwithdrawal(地下水开采量)6.9Meteorologicalandhydrologicaldata气象、水文资料 1.多年（自有观测资料以来）逐年降雨量、蒸发量(Yearlyprecipitationandevaporation)；2.模拟期的逐月降雨量、蒸发量(Monthlyprecipitationandevaporation)；3.多年逐月不同监测断面的河水位、径流量、水质监测资料(Monthlyriverstage,runoffandwaterquality)；4.模拟期逐月不同监测断面的河水位、径流量、水质监测资料。6.10Geologicalandhydrogeologicaldata地质、水文地质资料•Boreholedata(planlayout)(钻孔资料)•Characteristicsofthemainstratum(主要地层的特性)•Spacedistributionofthemainstratum(地层的空间分布)•Embeddingoftheaquifersystem(含水层系统的埋藏)•Distributionlawoftheaquifersystems(含水层系统的分布规律)•Hydrogeologicalparameters,includingtransmissivity,storagecoefficient,specifiedyield,hydraulicconductivity(水文地质参数)•Waterqualityparameters,suchascoefficientoflongitudinaldispersion,coefficientoftransversedispersion(水质参数，纵向弥散度，横向弥散度)•Informationaboutgroundwaterpollutantsandpollutionsources(污染物，污染源)6.11Observationdataofgroundwaterregime地下水动态观测资料•Observationwellforgroundwaterlevel(地下水水位观测井)(structurecharacteristics,spacedistribution)•Monthlygroundwaterlevelinthesimulationperiod(模拟期内逐月地下水水位)•Observationwellforgroundwaterquality(地下水水质观测井)(structurecharacteristics,spacedistribution)•Monitoringdataforgroundwaterqualityinthesimulationperiod(模拟期内逐月地下水水质监测资料)6.12Dataforgroundwaterwithdrawal地下水开采量资料LocationofproductionwellsintheWaterSupplycompanyandoneselfwells(自来水公司生产井、企业自备井的位置)Monthlyexploitationofallthewells(逐月开采量)Exploitationforagricultureinthesimulationperiod(模拟期内农业开采量)CH7ManagementofGroundwater7.1管理内容控制优化地下水位Controlandoptimizethegroundwaterlevel改善水质、分质供水Improvethegroundwaterqualityandfurnishwaterbywaterquality人工补给与地下水库Regulationbetweenartificialrechargeandgroundwaterreservoir健全水资源管理机构Rightwaterresourcemanagementagency制定合理的水资源法规Logicalrulesofwaterresource7.2Strategiesformanagingsubsurfacewater管理地下水的战略•优选水源Shiftingoflocalwaterresources•改变抽水模式Changingpumpingpatterns•限制抽水量Limitingpumpage•人工补给Artificialrecharge•联合使用地下水和地表水Conjunctive(联合的)useofgroundwaterandsurfacewater•重复利用废水Reuseofwastewater'