水文地质学 2.2.4 结合水
us水文地质学岩石中的空隙与水分
体积含水量：含水体积（Vw）与包括孔隙在内的岩石体积
（V）的比值
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Wv Vw 100% V
若水的比重为1，岩石的干容重（单位体积干土的重）为
重量含水量与体积含水量的关系 Wg Wv a
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.2 含水量
→比重：也称相对密度，固体和液体的比重是该物质的 密度与在标准大气压，3.98℃时纯H2O的密度（999.972 kg/m3）的比值。气体的比重是指该气体的密度与标准状况 下空气密度的比值。液体或固体的比重说明了它们在另一 种流体中是下沉还是漂浮。
→次生孔隙：在碳酸盐岩层中，除粒间孔隙或晶粒间孔隙 所构成的原生孔隙外，还有由孔洞、裂隙、白云岩化所构 成的次生孔隙。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.1.1 孔隙
孔隙度的影响因素：
孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况，
另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。对于粘性土， 结构及次生孔隙常是影响孔隙度的重要因素。
岩溶率
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第二章 岩石中的空隙与水分
总结与比较 孔隙、裂隙、溶穴不是独立存在。自然界岩石中空隙
的发育状况远较上面所说的复杂。
✓松散岩石固然以孔隙为主，但某些粘土干缩后 可产生裂隙，而这些裂隙的水文地质意义，甚至 远远超过其原有的孔隙。
第二章 岩石中的空隙与水分
✓固结程度不高的沉积岩，往往既有孔隙，又有裂隙。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.5 透水性——岩石允许水透过的能力
以松散岩石为例，分析一个理想孔隙通道中水的运动情况
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.5 透水性——岩石允许水透过的能力
圆管状孔隙通道的纵断面，孔隙的边缘上分布着在寻 常条件下不运动的结合水，其余部分是重力水。由于附着 于隙壁的结合水层对于重力水，以及重力水质点之间存在 着摩擦阻力，最近边缘的重力水流速趋于零，中心部分流 速最大。
水文地质学 2.2.4 结合水
当水分子与岩石表面接触时，在静电引 力的作用下，水分便失去自由活动的能力， 而被整齐的、紧密地被吸附在岩石表面，形 成一层水膜(图2-6)。
2.2.4.3 特点
根据库仑定律，
电场强度与距离的面愈
近的水分子，所受
引力愈大，排列愈
紧密；距离固相表
面愈远的水分子，
由于固相表面对水分子的吸引力自内向
所受引力愈小，受 外逐渐减弱，结合水的性质也随之改变。因
自身重力的影响愈 此，按吸附力的强弱，将结合水分为强结合
大，活动性愈大。 水和弱结合水：
强结合水：是最靠 近岩石表面的一层 结合水，厚度相当 于几个、几十个或 几百个水分子的直 径，所受引力非常 大(1000～2000MPa) ，水分子排列非常 紧密，其密度平均 达2.0g/cm3，溶解 能力很差，温度达78℃时才有可能冻 结。
它具有较大的粘滞性和弹性及其较低的冰点、低 的溶解能力。弱结合水的外层可以被植物吸收。弱结 合水在自身重力作用下不运动：在非饱水情况下，由 于引力不平衡，弱结合水可以从水膜厚的地方向水膜 薄的地方运动；在饱水情况下，较大的静水压力作用 时，弱结合水可以作缓慢的运动。
结合水含量的多少与岩石的表面积有关：
岩石颗粒愈小，比表面积愈大，结合水含量就 愈大。例如，粘性土结合水含量可达18～45%；而砂 的结合水含量不足0.5～2%。
只要有固相表面就存在结合水，存在范围广， 其量很小(结合水膜很薄)，当孔隙直径小于2倍结合 水膜厚度时，孔隙中只含有不能自由运动的结合水( 又称无效空间)。
2.2.4 结合水(absorbed water, bound water)
2.2.4.1 定义
赋存和运移在岩石空隙中的水，一经与岩石颗 粒表面或岩石壁表面接触，岩石表面就会把一些水 分子牢牢地吸住，形成一层表面水膜，这种被吸附 的水称为表面结合水。
水文地质学基础.doc
水文地质学基础一、名词解释1、水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。
它研究地下水与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质在时空上的变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利避害，为人类服务。
2、地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。
1、水文循环：发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。
水文循环的速度较快，途径较短，转换交替比较迅速。
2、地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
3、径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。
1、孔隙度：松散岩土中，某一体积岩土中孔隙体积所占的比例。
2、裂隙：各种应力作用下，岩石破裂变形产生的空隙。
3、溶穴：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空洞。
4、结合水：受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水。
5、重力水：重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力，因而能在自身重力作影响下运动的那部分水。
6、毛细水：受毛细力作用保持在岩石空隙中的水。
7、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的比值。
8、给水度：地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积。
9、持水度：地下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。
1、包气带：地表以下一定深度的地下水面以上的部分称为包气带，其中存在气态水、结合水和毛细水。
2、饱水带：地表以下一定深度的地下水面以下的部分称为饱水带，其中的岩石空隙中充满了重力水。
3、含水层：能够透过并给出相当数量水的岩层。
4、隔水层：不能透过与给出水，或者透过与给出的水量微不足道的岩层。
5、潜水：埋藏于饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水。
6、承压水：充满于两个隔水层之间的含水层中的水。
7、承压高度：揭穿隔水顶板的钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离。
8、测压水位：揭穿隔水顶板的井中静止水位的高程。
2024年水文地质学课件-(含)
水文地质学课件-(含附件)水文地质学课件一、引言水文地质学是研究地下水的科学，它涉及到地下水资源的形成、分布、运动、化学成分以及与岩石、土壤等地质体的相互作用。
水文地质学对于理解和管理地下水资源具有重要意义，特别是在干旱和半干旱地区。
本课件旨在介绍水文地质学的基本概念、原理和方法，以及其在实际应用中的重要性。
二、水文地质学的基本概念2.含水层和隔水层：含水层是指能够储存和传递地下水的岩石或土壤层，而隔水层则是指不能储存和传递地下水的岩石或土壤层。
含水层和隔水层的分布和性质对于地下水的流动和储存具有重要影响。
3.地下水流动：地下水流动是指地下水在岩石和土壤中的运动过程。
地下水的流动受到重力、压力差和地质构造等因素的影响，其流动速度较慢，通常以米/天或米/年为单位。
4.地下水循环：地下水循环是指地下水从地表水体、降水等水源进入地下，经过流动、储存和排泄等过程，最终返回地表水体的循环过程。
地下水循环对于维持水资源平衡和生态系统的健康具有重要意义。
三、水文地质学的研究方法1.地下水勘探：地下水勘探是指通过地质调查、地球物理勘探、钻探和试验等方法，了解地下水的分布、性质和储量等信息。
地下水勘探是水文地质学研究的基础，对于水资源开发和利用具有重要意义。
2.地下水模拟：地下水模拟是指利用数学模型和计算机技术，模拟地下水的流动、传输和化学反应等过程。
地下水模拟可以帮助预测地下水的动态变化，为水资源管理和决策提供科学依据。
3.地下水监测：地下水监测是指通过监测井、水位计、水质分析等手段，对地下水的水位、水质、水温等参数进行长期观测和分析。
地下水监测可以帮助了解地下水的现状和变化趋势，为水资源管理和保护提供依据。
四、水文地质学的应用1.水资源开发和管理：水文地质学可以为水资源开发和管理提供科学依据，包括确定水源的位置和储量、评估水资源的可持续性、优化水资源配置等。
2.环境保护和治理：水文地质学可以帮助解决环境污染问题，包括地下水污染的监测和治理、废物处置场的选择和管理等。
水文地质学基础中国地质大学武汉2孔隙与水
固态水
强结合水 岩石空隙中的水 (矿物表面)结合水
弱结合水
水文地质学基础
毛细水 液态水
重力水
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2.2.1结合水
定义：附着于固体表面，在自身重力下不能运动的水， 称为结合水。
成因：固相表面与水分子间存在静电引力相互吸引，其 间引力大小服从库仑定律，随离固体表面的距离加大而 减弱，结合水的物理性质随之变化。内：强，外：弱。
弱结合水：几十个几百个～几千个水分子厚度，水分子排列没 有强结合水紧密，能部分被植物吸收。
240X
24
x2000
深圳湾淤泥 新粘土 孔隙度大于90％
水文地质学基础
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集合体
根孔
龟裂
虫孔
粘性土团 聚结构
水文地质学基础
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小结
影响孔隙大小的因素主要有：颗粒大小；颗粒排列； 分选及胶结充填程度，形状。 影响孔隙度大小的因素主要有：分选；颗粒排列； 胶结充填程度； 结构及次生孔隙。
思考题：分析一条河流从上游到下游沉积物的孔 隙大小及孔隙度的变化规律。
粘粒在悬浮、推移、互相接触时，易连结起来形成粘粒团， 细小粘粒集合（团）构成颗粒集合体。颗粒集合体在重力 作用下沉积下来，形成蜂窝或絮状结构。 粘土孔隙：粒间孔隙—粘粒之间的空隙；
结构孔隙—集合体与集合体之间的空隙； 次生孔隙—虫孔、根系孔、干裂缝等。
水文地质学基础
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36X 800X
水文地质学基础
砂样与砾石样混合时，砾石样中孔隙体积变小，因此孔隙度 变小。
当粗细颗粒完全混合时，混合样的孔隙度：n混=n粗×n细
因此影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度，分选愈 差，孔隙度愈小！
思考：上述三种样中，那个孔隙度最小？
水文与地质专业知识点总结
水文与地质专业知识点总结水文学是研究水在地球上的循环、分布、地下水运动，以及水资源开发利用的学科。
而地质学则是研究地球的物质、结构、形态、地质变化和地球历史的学科。
两者都是地球科学的重要分支，在地球资源和环境管理中起着至关重要的作用。
本文将结合水文学和地质学的专业知识点，对这两个学科的理论和方法进行总结和分析。
一、水文学的基本概念与原理1.水文学的概念水文学是研究水在地球上的循环、分布、地下水运动，以及水资源开发利用的学科。
水文学主要包括水文观测、水文数据处理和水文模拟等内容。
2.水文循环水文循环是指水在地球大气圈、地表和地下的循环过程。
主要包括蒸发、降水、径流和蒸散发等过程。
水文循环是水资源形成、分布和转移的基础。
3.水文观测水文观测是指对水文要素如降水、蒸发、流量等进行实测和记录的过程。
水文观测是研究水文循环的基础。
4.地下水运动地下水是指地下岩石裂隙和孔隙中的水，地下水运动是指地下水在地下的流动过程。
地下水运动是水文学中的重要研究内容之一。
5.水文模拟水文模拟是指通过数学模型对水文循环、地下水运动等过程进行模拟和预测。
水文模拟是水资源开发利用和水灾风险评估的重要工具。
二、地质学的基本概念与原理1.地质学的概念地质学是研究地球的物质、结构、形态、地质变化和地球历史的学科。
地质学主要包括岩石学、构造地质学、地貌学、古生物学和地层学等内容。
2.地球结构地球结构是指地球的物质组成和层次结构。
地球主要包括地核、地幔和地壳三个层次，地球结构是地质学研究的基础。
3.地质过程地质过程是指地球表层和地球内部的各种地质作用和变化过程。
主要包括板块构造、火山喷发、地震活动和地貌演变等过程。
4.地层和地质年代地层是指地球表层的地质岩层序列，地质年代是指地球历史的时间序列。
地层与地质年代是地质学研究地球历史和演化的重要依据。
5.资源地质学资源地质学是研究地球资源形成、分布和开发利用的学科。
主要包括矿床成因、石油地质、矿产勘探和资源评价等内容。
水文地质学基础：地下水的存在形式-结合水
1.3.2水在岩石中存在的形式岩石空隙中的水可以分为两大类，岩土骨架中的水以及岩土空隙中的水。
存在于岩石空隙中的水按其物理性状的不同，有结合水、重力水、毛细水、气态水、固态水。
岩石骨架中尚有矿物中的水。
水文地质学着重研究的是岩石空隙中的水。
1. 结合水松散岩石中的颗粒表面及坚硬岩石空隙壁面均带有电荷。
水分子是偶极体，由于静电吸引，固相表面具有吸附水分子的能力。
因此，离固相表面很近的水分子，受到强大的吸力，排列十分紧密。
随着距离增大，吸引力减弱，水分子排列较稀疏。
受到固相表面的吸引力大于其自身重力的那部分水便是结合水（图1-12）。
它束缚于颗粒表面及裂隙壁上，不能在自身重力影响下运动。
根据固相表面对水分子吸引作用的强弱，把结合水分为强结合水（或吸着水）和弱结合水（或薄膜水）。
a b图1-12 结合水与重力水a—椭圆形小颗粒代表水分子，结合水部分的水分子带正电荷一端朝向颗粒。
b—箭头代表水分子所受合力方向最接近固相表面的水称为强结合水。
根据不同研究者的说法，其厚度相当于几个、几十个或上百个水分子直径，其吸引力可相当于101325×104Pa，，密度平均为2g/cm3左右，不能流动，但可以转化为气态水而移动。
结合水的外层，称作弱结合水。
其厚度说法不一，相当于几十、几百或上千个水分子直径。
固相表面对它吸引力减弱，水分子排列不如强结合水规则和紧密，溶解盐类的能力较低。
弱结合水的外层水膜能被植物的根系吸收。
结合水与普通液态水的最大区别就是具有抗剪强度，即必须施一定的力方能使其发生变形。
结合水的抗剪强度由内层向外层减弱。
当施加的外力超过其抗剪强度时，外层结合水可发生流动。
2.水文地质学基础-岩石中的空隙与水解析
2.2 岩石中水的存在形式
结合水和重力水
结合水与重力水
（a）椭圆形小粒代表水分子，结合水部分的水分子带正电荷一端朝 向颗粒；（b）箭头代表水分子所受合力方向
2.2 岩石中水的存在形式
2.2.2 重力水 重力水是指距离固体表面更远、重力对其影响大于固体表面对
其吸引力、能在重力影响下自由运动的那部分水。 井、泉所采取的均为重力水，为水文地质学的主要研究对象。
持水度（Sr）（specific retention）是指地下水位下降一个 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 中的水的体积。常用小数表示，无量纲。存在关系式：m + Sr = n。
有溶隙和溶穴的可溶岩
2.1 岩石中的空隙
2.1.2 孔隙
（1）孔隙是指松散岩石中颗粒或其集合体之间的空隙。 特点：①呈小孔状，②分布均匀且密集，③连通性好。 （2）孔隙度是指某一体积岩石（包括颗粒骨架和孔隙在内）中 孔隙体积所占的比例。 孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标
VT=Vn+Vs,其中n为孔隙度，Vn为孔隙体积，Vs 为岩石固体颗 粒体积，VT为岩石总体积。
气态水
Vaporous water
结构水，以H+和OH-离子的形式存在于矿物结晶格架某一位置上的水。
结晶水是矿物结晶构造中的水，以H2O分子形式存在于矿物结晶格架固 定位置上的水。
沸石水(zeolite water)：方沸石（Na2Al2Si4O12•nH2O）。
2.2 岩石中水的存在形式
气态水、固态水 岩石空隙中的这部分水含量小。其
2.3岩石的水理性质
2.3岩石的水理性质
给水度是饱和介质在 重力排水作用下可以给 出的水体积与多孔介质 体积之比。
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所受引力愈小，受 外逐渐减弱，结合水的性质也随之改变。因
自身重力的影响愈 此，按吸附力的强，将结合水分为强结合
大，活动性愈大。 水和弱结合水：
强结合水：是最靠 近岩石表面的一层 结合水，厚度相当 于几个、几十个或 几百个水分子的直 径，所受引力非常 大(1000～2000MPa) ，水分子排列非常 紧密，其密度平均 达2.0g/cm3，溶解 能力很差，温度达78℃时才有可能冻 结。
岩石颗粒愈小，比表面积愈大，结合水含量就 愈大。例如，粘性土结合水含量可达18～45%；而砂 的结合水含量不足0.5～2%。
只要有固相表面就存在结合水，存在范围广， 其量很小(结合水膜很薄)，当孔隙直径小于2倍结合 水膜厚度时，孔隙中只含有不能自由运动的结合水( 又称无效空间)。
当水分子与岩石表面接触时，在静电引 力的作用下，水分便失去自由活动的能力， 而被整齐的、紧密地被吸附在岩石表面，形 成一层水膜(图2-6)。
2.2.4.3 特点
根据库仑定律，
电场强度与距离的
平方呈反比。因此
，距离固相表面愈
近的水分子，所受
引力愈大，排列愈
紧密；距离固相表
面愈远的水分子，
由于固相表面对水分子的吸引力自内向
2.2.4 结合水(absorbed water, bound water)
2.2.4.1 定义
赋存和运移在岩石空隙中的水，一经与岩石颗 粒表面或岩石壁表面接触，岩石表面就会把一些水 分子牢牢地吸住，形成一层表面水膜，这种被吸附 的水称为表面结合水。
2.2.4.2 形成
表面结合水的 形成，主要是因为 岩石颗粒表面或岩 石壁表面具有游离 的原子或离子，并 带有正(或负)电荷 ，因而在其周围形 成静电引力场；而 水分子本身是偶极 分子，一端带负电 另一端带正电。
它具有较大的粘滞性和弹性及其较低的冰点、低 的溶解能力。弱结合水的外层可以被植物吸收。弱结 合水在自身重力作用下不运动：在非饱水情况下，由 于引力不平衡，弱结合水可以从水膜厚的地方向水膜 薄的地方运动；在饱水情况下，较大的静水压力作用 时，弱结合水可以作缓慢的运动。
结合水含量的多少与岩石的表面积有关：
从力学的角度看，它更接近固体，即 具有一定的弹性和抗剪强度，不受重力支 配，不能流动，但在吸收了足够的热能 (>150℃)后可转化为水汽而转移。
弱结合水：位于强 结合水层以外，是 吸着水膜的主要部 分，它的厚度为几 十、几百或几千个 水分子厚度。水分 子排列不如强结合 水规则和紧密。它 的密度约为1.3～ 1.4g/cm3，距离强 结合水越远，引力 越小，密度越接近 1.3～1.4g/cm3。