水文地质学第一章至第十章知识点总结

'水文地质学第一章至第十章知识点总结第一章绪论1、研究对象：地下水(与岩石圈、水圈、大气圈以及人活动相互作用的地下水水量和水质的时空变化规律。)2、研究内容：1）地下水的形成、埋藏、赋存、分布；2）地下水的运动；3）地下水的补给、径流、排泄；4）物理化学性质、成份及形成原因；5）地下水的起源、循环、转化规律。3.与地下水有关的问题1、地下水水位变动破坏原有的岩土与地下水的力学平衡系统，以及产生的各种效应。最典型的是斜坡稳定问题。2.土壤盐渍化。3、矿坑涌水、充水问题。4、土壤盐渍化或沼泽化等导致的农业生产问题。5.沙漠化、荒漠化面积不断扩大，草地退化和沙化面积逐年增加。6、地下水和地表水水质问题河湖萎缩、干涸、水质遭受严重污染。7、地下水水资源保护、管理、合理开发利用问题。４，水文地质学在国民经济建设中作用1、地下水是一种宝贵的资源； 2、地下水是重要的液体矿产和矿水资源；3、地下水是良好的载热介质和能源；4、是有效的找矿标志，预报地震的手段；5、是地下矿坑和地下工程突水的重要因素；6、地下水是有些工程效益降低的主要原因：溶解作用；润滑作用；侵蚀作用。7、地下水是破坏土壤肥力的重要因素；8、地下水是某些地方性疾病的致病原因；9、地下水引起的公害：地面沉降，地下水污染等。第二章地球上的水及其循环1.1地球上的水存在空间：浅部层圈水，深部层圈水。1.2自然界的水循环水循环：自大气圈到地幔的地球各个圈层中的水构成的系统中水相互联系、相互转化的过程叫做自然界的水循环。自然界的水循环分为水文循环和地质循环两类。（水在循环过程中与地球表面圈层之间发生相互作用的水资源、生态与环境、水旱灾害等都与水循环有关。）1地质循环图示与图解1—来自地幔岩的初生水；2—返回地幔的水；3—岩石重结晶脱出水（再生水)；4—沉积成岩时排出的水 5—和沉积物一起形成的埋藏水；6—与热重力和化学对流有关的地内循环7—蒸发和降水（小循环）；8—蒸发和降水（大循环）；9—地下径流；10—地表径流。1、定义：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程叫做地质循环。2、过程有二：a上地幔软流圈上升流区、下降流区b成岩作用、变质作用、风化作用等过程水文循环图示与图解a—海洋蒸发；b—大气中水汽转移；c—降水；d—地表径流；e—入渗；f—地下径流；g—水面蒸发；h—土面蒸发；i—叶面蒸发(蒸腾)1、天然水循环1）循环原因：内因：固液气三相水可以相互转化；外因：太阳辐射使得水体蒸发，地球重力使水降落到地面。2）循环环节：蒸发－运移－降水－径流3）循环类型：a：大循环（洋陆之间）b：小循环c：内循环5）水循环的作用（对水）：a：促进天然水的更新； b：促进海洋和大气水的交换，也促进大陆内部不同流域内的水交换；c：促进各个圈层之间的交换（大气圈、生物圈、水圈、岩石圈）。6）研究水循环的意义：加强小循环，阻截大循环。2、人为因素影响下的水循环1）循环的过程：在蒸发和径流两环节之间加入了人为因素。2）人为活动影响的结局：2a：由于水量变化导致地下水量的变化；b：天然水受到污染，水质发生变化；c：打破了原有的生态系统平衡。研究水文循环的意义：降雨是参与水循环运动的有效水量，对于自然界和人类的生活和生产活动却有重大意义。（1.直接影响气候的变化；2.形成江、河、湖、沼等水体及各种地貌；3.造成巨大的水利资源。4.形成一切水文现象。）(思考：水文循环和地质循环的区别)1.3.1与水文循环有关的气象因素1、气象因素：影响地下水形成与动态的气候特征及其变化的要素（含：气温、气压、湿度、蒸发、降水。）湿度：1）绝对湿度：e或m2）相对湿度：绝对湿度于饱和水汽含量的比值。r=e/E=m/M3）饱和湿度：一定温度下空气中水汽的最大含量，E或M。 饱和差：某温度下空气中的饱和水汽含量与实际水汽含量之差。d=E-e。空气中水汽含量达到饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态降落到地面，形成降水。（高层降水，低层降水）降水描述指标：1）：为一定时段内的降雨总量（一般用mm＝1000×m3/m2表示）；2降雨历时（Rainfallduration）：一次降雨所经历的时间（day或h）；3降雨强度(Rainfallintensity)：为单位时间内的降雨量（mm/min或mm/h）；降雨强度分级：暴雨、大雨、中雨、小雨。1.3.2与水文循环有关的水文因素1、径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表和地下流动的水流。2、水系：汇注于某一干流的全部河流的总体构成一个地表径流系统，称为水系。3、水系的流域:一个水系的全部集水区域。4、分水岭/线：相邻两个流域之间地形最高点的连线即为分水线，又称分水岭。5m3/s。流量Q等于过水断面面积F与通过该断面的平均流速V的乘积，即：Q=V·F。6(单位：m3)。可由下式求得：W=Q·T7L/s·km2为单位，计算式为：M=10Q/F8均水层厚度，单位为mm，计算式为：Y=W/F·103Y(mm)与降水量X(mm)的比值：ɑ=Y/X。Z(mm)与降水量X(mm)的比值：β=Z/X。 1.4我国水文循环概况一、循环系统（途径）[五大系统并不是独立存在的，相互之间产生干扰，水循环系统复杂。]1、太平洋水循环系统2、印度洋水循环系统3、南海水循环系统4、东北鄂霍次克水循环系统35、西北内陆水循环系统。二、我国水文循环的基本特点（时空不均匀）1、在降水时间上分布不平衡；2、在降水空间上分布不均匀。1.5全球的水均衡1.海洋的蒸发量大于降水量；2.大陆的降水量大于蒸发量；3.大陆内陆区降水量和蒸发量基本相等。Z－蒸发X－降水Y－径流Z洋＝X洋＋Y陆Z陆＝X陆－Y陆Z洋＋Z陆＝X洋＋X陆思考题：1、何谓自然界的水循环？水循环的作用？研究意义？2、我国水循环特点？第三章岩石中的空隙与水分§2.1岩石中的空隙 岩石的空隙是地下水储存和运移的先决条件，空隙的多少、大小、形状、联通状况和分布规律，决定着地下水的埋藏、分布和运动。将岩石空隙作为地下水储存场所和运动通道研究时，可分为三类，即：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴。§2.1.1孔隙1在松散堆积物中或胶结不好的沉积岩中以及部分喷出岩中，组成岩石的颗粒或颗粒集合体之间能存在的多孔状的空隙。23、n=Vn/V4、影响孔隙度大小的因素：1）分选程度；2）颗粒排列状况（排列方式相同但颗粒直径不同的等粒岩石，其孔隙度完全相同）；3）颗粒形状；4）胶结充填情况。§2.1.2固结的坚硬岩石，包括：沉积岩、岩浆岩、变质岩，一般不存在或只是保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。（fissure）--hardrock按照成因分类：成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙裂隙率：裂隙体积与岩石总体积之比。Kr=Vr/V野外研究裂隙时，还应注意测定裂隙的方向、宽度、延伸长度、充填情况。§2.1.31、溶穴：起因于水的溶蚀，在可溶岩（白云岩、岩盐、石膏、石灰岩等）中形成的空洞（溶隙）。2、岩溶率：Kk=Vk/V特点：岩溶率的变化范围很大，且在相邻很近地点处岩溶率完全不同，同一地点的不同深度处岩溶率也有很大变化。四、岩石中的空隙小结1、岩石中的空隙是研究地下水的基础，隙水；③岩溶水。 2、分布特点：孔隙主要分布于松散堆积物中，分布广泛，联通均匀；裂隙分布于坚硬岩石中，分布不均；溶穴分布可溶性岩石中，分布不均。3、孔隙度，运用范围广；裂隙率、岩溶率受到地区限制，运用不广，代表性不强。三者定义也各不相同。但裂隙率和岩溶率可以直接评价赋水性，孔隙度加孔隙大小才可评价。§2.2岩石中水的存在形式岩石空隙中水的存在形式有：①结合水；②重力水；③毛细水；④固态水和气态水及岩石骨架中的水（矿物结合水）。41、强结合水（吸着水）：2、弱结合水（薄膜水）：结合水区别于普通液态水的最大特征是：具有抗剪强度，即必须施加一定的力方能使其发生变形，施加的外力越大，发生流动的水层厚度也越大。二、重力水水文地质研究的主要对象三、毛细水１、支持毛细水 ２、悬挂毛细水３、悬留孔角毛细水（触点毛细水）四、气态水、固态水以及矿物中的水气态水在一定温度、压力条件下，与液态水相互转化，两者之间保持动态平衡。五、岩石空隙中的水小结：1、重力水是水文地质研究的主要对象，毛细水是消耗地下水水量的，结合水影响地下水的运动。2、在大孔隙中以重力水为主，细小孔隙中以结合水为主，裂隙、溶穴中几乎全部为重力水。§2.3与水储容及运移有关的岩石性质1、容水性：岩石的孔隙具有容纳地下水的性质。2、容水度：岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积之比。Sc=Vw/V。一般说来，容水度在数值上于孔隙度（裂隙率、岩溶率）相当。3、含水量：某时刻岩石孔隙中的实际水量与岩石的比值。说明松散岩石实际保留水份的状况。1）重量含水量：Wg=Gw/Gs（空隙含水重量/干燥岩土重量）2）体积含水量：Wv=Vw/V（孔隙含水体积/岩土总体积）3）当水的比重为1，岩石的干容重（单位体积干土的重量）为γα时，重量含水量与体积含水量的关系为：Wv=Wg*γα1、给水性：含水岩石在重力作用下能释放出水的性质。2 、给水度：在重力作用下岩石所能释放出水体积与岩石总体积的比值。μ＝Vw/V。野外识别：地下水水位下降一个单位深度，从地下水水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出水的体积，称为给水度。注意：野外地层的给水度为一变值，室内试验中给水度为定值。3、给水度的影响因素：1）岩性：主要是孔隙的大小与多少；2）初始地下水埋藏深度；3）地下水下降速率；4）地下水下降幅度。1、持水性：饱水岩石在重力作用下失水，依赖静电引力和毛细力依然能保持水的性质。2、持水度（Sr）：地下水水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。53、给水度、持水度与孔隙度(容水度)的关系：μ＋Sr=n1、透水性：岩石允许水透过的能力叫做透水性(定量指标：渗透系数)。五、小结：1、一般情况下，孔隙越小，持水度越大，给水度越小。2、一般不能用容水性来评价水资源，因为容水性同时包括有重力水、结合水和毛细水。真正能利用的只有重力水。2.4有效应力原理与松散岩土压密（见书２３页）思考题：1、影响孔隙度的因素？（按主次叙述）影响孔隙大小的主要因素有哪些？（按主次）2、岩土中水的主要存在形式有哪些？其各自的特点？ 3、影响透水性的主要因素？第四章地下水的赋存§3.1包气带与饱水带一、包气带、饱水带定义（书25页）二、包气带与饱水带界面的划分标准：以初见地下水水位为依据。三、包气带形态、分带以及研究意义1、形态：不同部位、不同时间运动方向、速度都在变化，受到气象因素影响严重。2、分带：1）土壤水带；2）中间带；3）毛细水带3、研究意义：1）降水要经过包气带下渗，地下水蒸发排泄也必然经过包气带。2）包气带水盐的形成及其运动规律对饱水带水的形成有重要意义。4、包气带中水的几种形式：结合水、毛细水、气态水、过路重力水四、饱水带的特征1、饱水带中岩石的空隙完全被液态水充满。2、饱水带中水是连续分布的，可以传递静水压力，在水头差的作用下可以发生连续运动(打井要打到饱水带)。饱水带中的重力水是开发利用或排除的主要对象。§3.2含水层、隔水层与弱透水层一、定义1、按照渗透性可以分为透水层和不透水层。2 3层。4、二、含水层的构成条件（三个）1、岩土体必须具备饱含重力水的空隙——空间问题。2、具有有利于地下水聚集和储存的地质构造[1）含水层下要有隔水层，使得水不能向下渗漏；2）在地下水流动方向上要有阻水构造，使得水不能排空。]3、要有充足的补给来源。三、含水层和隔水层的相对性（意味着可以相互转化）1、隔水层的相对性：1）没有绝对隔水的岩层；2）粘土层也可以含水；3）石英岩在多数地区是富水的，但是在华北震旦系的石英岩又是隔水的；4）不同岩性组合时，隔水层是相对的。如细6砂层。2、含水层划分的相对性1）释出多少水就是含水层并无定量绝对指标，要根据供水意义和研究目的来区别；2）地表的亚粘土覆盖在砂砾石层上，两种情况。四、野外如何判断含水层1、仔细研究岩性，不同岩性的储水空间也不同。2、研究岩层的组合关系。3、地质构造条件的分析。4、地貌条件分析。五、含水层概念的回顾1、孔隙含水层称为含水层比较符合实际。 2、裂隙称为含水带，因不同部位裂隙的成因不同，裂隙发育情况不同。3、岩溶称为含水系统较为合适。因其不均匀性比裂隙带更严重。§3.3地下水分类一、广义地下水:指赋存于地面以下岩土体空隙'