水文学基础第二讲
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水文学原理课件37856
一、水量平衡（续）
2. 河流流域水量平衡方程 （1）闭合流域（没有流域来水）的水量平衡方程
记Px=P，RI=0，qa=0，RO=R ： 某 时 段：P=E+R ±W 多年平均：P=R+E
（2）不闭合流域（有外流域来水）的水量平衡方程 某 时 段：P= RO -R I+E±W
一、水量平衡（续）
3. 全球水量平衡方程
第二节 水文循环现象
水文循环的原因（外因、内因）
地
降水P
表
径
蒸发E
流
RS
陆地 包气带 下渗F
壤中流RSS
E
基岩
地下径流Rg
P
海洋
蒸腾ET
水的不断蒸发、输送、凝结、降落、产流、汇流的往复循环过程
第二节 水文循环现象（续）
大循环和小循环
大循环：海洋→大气→大陆→海洋（纵向+横向） 小循环：海洋→大气→海洋（海洋小循环）
------222---222222000000000
沙
------222---222222000000000
------111---111111000000000
通
南通节制闸 任港
姚港
西界港口 东界港口
000000000
------111---111111000000000
000000000
000000000
黄沙
------111---111111000000000
000000000
海洋泾口
------111---111111000000000
沙
四号坝
狼
000000000
山
------111---111111000000000 ------333---333333000000000
水文学基本知识
包括: (1)地理位臵：反映流域所处的气候。 (2)气候特征：包括降水、蒸发、温度、湿度、气 压、风等要素。是河流形成和发展的主要因素，也是决 定流域水文特征的重要因素。
(3)流域下垫面条件：包括地形、地貌、土壤、植
被、湖泊等因素。它们影响径流的变化规律。
2.2
降水与下渗
一、降水
大气中的水分以各种形式降落到地面称为降水，是河川
（3）流域平均宽度B（km） 流域面积 与流域长度的比值
B ＝ F / L
（4）流域形状系数 流域长度的比值 流域平均宽度与
f ＝ B / L
＝ F / L
2
（5）河网密度
单位面积河流总长度。
表示一个地区河网的疏密程度。
河网
l
i
i
F
2.1
河流与流域
二、流域基本特征
3. 流域自然地理特征
P E
包气带 潜水层 不透水层 深层地下水层
植物截留与洼蓄
地表径流
f
ΔV
壤中径流
R1 R2
潜水 通气层
R3
河流
浅层地下水层 不透水层 深层地下水
R4 不透水层
压力水层
径流形成过程（流域产流）
进入河网的水流，从上游向下游，从支流向干流汇 集，最后全部先后流经流域出口断面，这个汇流过 程称为河网汇流。
第二章
水文学基本知识
2.1 河流与流域 2.2 降水与下渗 2.3 河川径流 2.4 水文测验与信息采集
2.1
河流与流域
金沙江俯瞰
2.1
河流与流域
河流：由雨水、冰川或地下径流在地球引力作用 下汇集，经常（周期性）地沿着它本身所营造的 延续延伸的凹地流动的水流。 流域：汇集地表和地下径流的区域。
(3)流域下垫面条件：包括地形、地貌、土壤、植
被、湖泊等因素。它们影响径流的变化规律。
2.2
降水与下渗
一、降水
大气中的水分以各种形式降落到地面称为降水，是河川
（3）流域平均宽度B（km） 流域面积 与流域长度的比值
B ＝ F / L
（4）流域形状系数 流域长度的比值 流域平均宽度与
f ＝ B / L
＝ F / L
2
（5）河网密度
单位面积河流总长度。
表示一个地区河网的疏密程度。
河网
l
i
i
F
2.1
河流与流域
二、流域基本特征
3. 流域自然地理特征
P E
包气带 潜水层 不透水层 深层地下水层
植物截留与洼蓄
地表径流
f
ΔV
壤中径流
R1 R2
潜水 通气层
R3
河流
浅层地下水层 不透水层 深层地下水
R4 不透水层
压力水层
径流形成过程（流域产流）
进入河网的水流，从上游向下游，从支流向干流汇 集，最后全部先后流经流域出口断面，这个汇流过 程称为河网汇流。
第二章
水文学基本知识
2.1 河流与流域 2.2 降水与下渗 2.3 河川径流 2.4 水文测验与信息采集
2.1
河流与流域
金沙江俯瞰
2.1
河流与流域
河流：由雨水、冰川或地下径流在地球引力作用 下汇集，经常（周期性）地沿着它本身所营造的 延续延伸的凹地流动的水流。 流域：汇集地表和地下径流的区域。
水文学2
发生在海洋与陆地 2降水之间的水文循环， 是形成陆降水、径 流的主要形式。 （2）小循环： 仅仅发生在海洋 或陆地上的水文 循环。
水分循环ห้องสมุดไป่ตู้要形式：降雨、蒸发、下渗、径流
2010-11-24 3
2) 水量更新
水体通过水循环得到更新，更新所需时间tr ：
tr=W/Q
水量 流量
(2-1)
例如，由书中表2-1，全球河流淡水总储水量为 2120km3，每年入海的径流总量为47000km3，则一年中 河川水量需更新再生22次之多，更新期0.045年。 水文循环供给陆地源源不断的降水、径流，某一区域 多年平均的年降水量或年径流量，即是该地区的水资 源量，因此水文循环的变化将引起水资源的变化 。
2010-11-24
常用的方法有水量平衡法、经验公 式法或流域蒸发模型法。
E β0 = P
（2-13）
蒸发系数，干旱地 区较大，湿润地区较小。
24
3
下 渗
1） 下渗及其过程 下渗：即降水由地表渗 入土壤内的运动过程。 对研究降雨形 成径流和划分 地表水和地下 水重要。 下渗过程按分子力、毛 管力及重力作用，大致 可分为3个阶段：渗润、 渗漏、渗透。
稳渗 下渗率 很大
25
下渗运动是在地表以下、 地下水面以上土壤含气 层内进行，如图。
不稳定 下渗
2010-11-24
2） 下渗的定量描述 下渗率——单位时间内、单位面积上渗入土中的水量， 以f 表示 (mm/h或 mm/min) 下渗能力fp——充分供水条件下的下渗率。 实验表明，在地面充分 供水条件下，下渗率 （f ）随时间（t ）呈 递减变化，见图动画， 称为下渗能力曲线。 下渗率递减过程中， 一旦达到重力起主导 作用时，则下渗率趋 于稳定，称为稳定下 渗率fc
水文学第2章第2节
地球上的水循环
水量平衡
水量平衡原理
水量平衡方程式 全球降雨量与蒸发量的沿纬线的分布
研究水量平衡的意义
地球上的水循环
水量平衡 水循环过程
水循环是地球上客观存在的自然现象，水量平衡时水循环内在的 规律 对于地球上的任何一个地区（或地段、流域、水体、圈层）在任 意时段内，收入的水量与支出的水量之差额必然等于该地区在该时 段内的蓄水变化量，这就是水量平衡原理(Water Balance)。
地球上的水循环
水量平衡 全球水量平衡方程 2、全球陆地水量平衡方程
外流区水量平衡方程 对于外流区来说，任意时段的水量平衡方程为： P外-E外-R地表-R地下= Δs外 对于多年平均而言Δs外=0，且R=R地表+R地下则有： P外- E外-R=0
地球上的水循环
水量平衡 全球水量平衡方程 2、全球陆地水量平衡方程 内流区水量平衡方程 P内-E内=0
I Q S2 S1 S
地球上的水循环
水量平衡 水量平衡方程式 通用水量方程式
现以陆地上任一地区为研究对象，取其三度空间的闭合柱体，其上
界为地表面，下界为地下无水分交换的深度。这样，对任一闭合柱 体，任一时间内的水量收入I为：
I＝P＋E1＋R 表＋R 地下
区域在给定时段内支出水量Q为：
流量R（R＝Rs+Rg）
地球上的水循环
水量平衡 流域水量平衡方程
闭合流域水量平衡方程式为：
S P - (R E)或P R E S 但就多年平均而论， S 0,即有 P0 E 0 R
若上式两边同时除以p0，得
/ / Q＝E2＋R 表 R 地下 q
地球上的水循环
水量平衡 水量平衡方程式
水量平衡
水量平衡原理
水量平衡方程式 全球降雨量与蒸发量的沿纬线的分布
研究水量平衡的意义
地球上的水循环
水量平衡 水循环过程
水循环是地球上客观存在的自然现象，水量平衡时水循环内在的 规律 对于地球上的任何一个地区（或地段、流域、水体、圈层）在任 意时段内，收入的水量与支出的水量之差额必然等于该地区在该时 段内的蓄水变化量，这就是水量平衡原理(Water Balance)。
地球上的水循环
水量平衡 全球水量平衡方程 2、全球陆地水量平衡方程
外流区水量平衡方程 对于外流区来说，任意时段的水量平衡方程为： P外-E外-R地表-R地下= Δs外 对于多年平均而言Δs外=0，且R=R地表+R地下则有： P外- E外-R=0
地球上的水循环
水量平衡 全球水量平衡方程 2、全球陆地水量平衡方程 内流区水量平衡方程 P内-E内=0
I Q S2 S1 S
地球上的水循环
水量平衡 水量平衡方程式 通用水量方程式
现以陆地上任一地区为研究对象，取其三度空间的闭合柱体，其上
界为地表面，下界为地下无水分交换的深度。这样，对任一闭合柱 体，任一时间内的水量收入I为：
I＝P＋E1＋R 表＋R 地下
区域在给定时段内支出水量Q为：
流量R（R＝Rs+Rg）
地球上的水循环
水量平衡 流域水量平衡方程
闭合流域水量平衡方程式为：
S P - (R E)或P R E S 但就多年平均而论， S 0,即有 P0 E 0 R
若上式两边同时除以p0，得
/ / Q＝E2＋R 表 R 地下 q
地球上的水循环
水量平衡 水量平衡方程式
水文地质学基础共40页PPT课件
某地潜水等水位线图（平面）
河
河
流
流
由于潜水在重力作用下由高处向低处流动，一般情况下，潜水面不水平，是一个向排泄区微微倾斜的曲面 。 该曲面往往与地表面一致，但起伏比较平缓 。 潜水面首先受地表水文网密度和切割深度的控制。 在地形切割强烈地区，地下水补给河水，潜水面向河道倾斜；在河流的下游，河床往往高于地面，河水位高于潜水位，河水补给潜水，则潜水面向河流外侧倾斜。 潜水面形状还受含水层岩性及过水断面大小影响 含水介质透水性越强，其中潜水水面越缓；介质透水性越差，潜水面越陡。在均质的介质中，当潜水流经较大的过水断面时，其水力坡度变缓。
3.3 地下水分类
孔隙水
裂隙水
岩溶水
包气带
上层滞水
上层滞水
上层滞水
潜水
孔隙潜水
裂隙潜水
岩溶潜水
承压水
孔隙承压水
裂隙承压水
岩溶承压水
上层滞水(a) 、潜水(b)、承压水(c)
a
b
c
一、潜水与潜水含水层概念 潜水：饱水带中第一个具有自由表面的稳定含水层中的水。 自由表面—没有隔水顶板或只有局部隔水顶板，与大气直接相通，除大气压强外不受其它任何附加压强。 稳定—具有一定的空间连续性（范围），以与上层滞水区分。 潜水含水层：赋存潜水的岩层。 建筑房屋时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水）
3.1 包气带与饱水带
3.2 含水层 隔水层 弱透水层
一、基本概念 饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力而进行的划分： 含水层（Aquifer）： 是能够透过并给出相当数量水的岩层—各类砂土，砂岩等 隔水层（Aquifuge)： 不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层——裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密） 弱透水层（Aquitard）： 渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层——各种粘土，泥质粉砂岩、砂质页岩
水文学2第二章降水
水文学2第二章降水
3、降水强度： 简称雨强，指单位时间内的降水量，以毫米/分或毫米/时计。 根据雨强进行分级，常用分级标准：如12小时降水量来分级，0.2-5（小
雨）、5-15（中雨）、15-30（大雨）、 30-70（暴雨）、70-140（大暴 雨）、 >140（特大暴雨）。
水文学2第二章降水
2.热带气旋雨： 热带气旋，根据最大风速的大小分为：热带低压（风 力6～7级）、热带风暴（8～9级）、强热带风暴 （10～11级）、台风（12级以上）。
水文学2第二章降水
水文学2第二章降水
• 台风的低空结构如图，外围大风区，半径约 200～300km，风速向中心急增；涡旋风雨区， 半径约100km，上升气流强烈，狂风暴雨；台 风眼区，半径约5～30km，为下沉气流，晴空 风小。台风雨随其路径呈带状分布，雨量大， 强度高，常常带来洪水灾害。
• 即地面暖湿空气 -→ 抬升冷却 -→ 凝结为大 量的云滴 -→ 降落成雨。
水文学2第二章降水
二、降水的分类
• 按空气抬升形成动力冷却的原因分为4类： • （一）对流雨 • （二）地形雨 • （三）锋面雨 • （四）气旋雨
水文学2第二章降水
（一）对流雨
• 地面局部受热，下层湿度比较大的空气 膨胀上升，与上层空气形成对流，动力 冷却致雨。这种降雨多发生在夏季酷热 的午后，降雨强度大、范围小、历时短， 常常形成小流域的暴雨洪水。
• 应用：从图上可以查知各地的降水量，以及降水的 面积，但无法判断出降水强度的变化过程与降水历 时。
水文学2第二章降水
水文学2第二章降水
4、降水特性综合曲线
• 常用的有以下三种：
1）强度-历时曲线 • 绘制方法：根据一场降水的记录，统计其不同历时
3、降水强度： 简称雨强，指单位时间内的降水量，以毫米/分或毫米/时计。 根据雨强进行分级，常用分级标准：如12小时降水量来分级，0.2-5（小
雨）、5-15（中雨）、15-30（大雨）、 30-70（暴雨）、70-140（大暴 雨）、 >140（特大暴雨）。
水文学2第二章降水
2.热带气旋雨： 热带气旋，根据最大风速的大小分为：热带低压（风 力6～7级）、热带风暴（8～9级）、强热带风暴 （10～11级）、台风（12级以上）。
水文学2第二章降水
水文学2第二章降水
• 台风的低空结构如图，外围大风区，半径约 200～300km，风速向中心急增；涡旋风雨区， 半径约100km，上升气流强烈，狂风暴雨；台 风眼区，半径约5～30km，为下沉气流，晴空 风小。台风雨随其路径呈带状分布，雨量大， 强度高，常常带来洪水灾害。
• 即地面暖湿空气 -→ 抬升冷却 -→ 凝结为大 量的云滴 -→ 降落成雨。
水文学2第二章降水
二、降水的分类
• 按空气抬升形成动力冷却的原因分为4类： • （一）对流雨 • （二）地形雨 • （三）锋面雨 • （四）气旋雨
水文学2第二章降水
（一）对流雨
• 地面局部受热，下层湿度比较大的空气 膨胀上升，与上层空气形成对流，动力 冷却致雨。这种降雨多发生在夏季酷热 的午后，降雨强度大、范围小、历时短， 常常形成小流域的暴雨洪水。
• 应用：从图上可以查知各地的降水量，以及降水的 面积，但无法判断出降水强度的变化过程与降水历 时。
水文学2第二章降水
水文学2第二章降水
4、降水特性综合曲线
• 常用的有以下三种：
1）强度-历时曲线 • 绘制方法：根据一场降水的记录，统计其不同历时
水文学2
水文学的一般概念与水文测验
黄冈师范学院地理教研室 水文学的一般概念与水文测验
(3) 河网 ( Hydrographic Net )
构成脉络相通一个系统，称为河系或水系。 2.1.2 河长及弯曲系数 (1) 河长 ( River Length ) 1)定义 ：河流源头至河口或测站断面沿河槽中泓线或轴线 量取的距离。 中泓线? 水文学的一般概念与水文测验 深泓线?
黄冈师范学院地理教研室 水文学的一般概念与水文测验
(4) 河流的比降 定义：河段首尾两端的高程差与其长度之比就是纵比降。
S
Z1 Z
2
水文学的一般概念与水文测验 常用百分率或千分率表示。自河源向河口， 比降逐渐下降。此外，河流还有可能有横比 降。
L
黄冈师范学院地理教研室 水文学的一般概念与水文测验
水文学的一般概念与水文测验
黄冈师范学院地理教研室 水文学的一般概念与水文测验
水文学的一般概念与水文测验
黄冈师范学院地理教研室 水文学的一般概念与水文测验
2) 山区河流 大多为岩石河床，异常复杂，无规律可循。 (2) 河流的纵断面 1) 定义：河流从上游至下游沿深泓线所切取的河床和自由 水面间的剖面。 2)作用： 绘制河流纵断面图 ，见右图。反映河 底纵坡和落差的分 水文学的一般概念与水文测验 布，可推算水流特 性、估计水能储量。
水文学的一般概念与水文测验
黄冈师范学院地理教研室 水文学的一般概念与水文测验
水文学的一般概念与水文测验
黄冈师范学院地理教研室 水文学的一般概念与水文测验
2.1.5 分水线及流域
(1)分水线
水文学的一般概念与水文测验
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水文学重点知识2
水文学重点知识2径流的表示方法1.流量Q，m3/s 单位时间内通过某一断面的水量2.径流总量W，m3 T时段内通过某一断面的总水量。
W=QT3.径流深度R，mm 指将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度。
R=W/F=QT/F4.径流模数M，L/s·km2 流域出口断面流量与流域面积F的比值；流域内单位面积单位时间内的产生的径流量。
M=Q/F5.径流系数α，无单位比值某一时段的径流深及与相应的降水量之比值。
α=R/P 河川径流是怎样形成的？1 降雨时形成径流的前提条件2 流域蓄渗过程降雨初期，大部分降水并不立即产生径流，而消耗于植被截留、下渗、填洼与蒸发。
在降雨过程中，当降雨强度小于下渗能力时，雨水将全部深入土壤中；当降雨强度大于下渗能力时，超出下渗强度的降雨，形成地面积水，蓄积于地面洼地，称为填洼。
随着降雨继续进行，满足填洼后的水开始产生地面径流。
流域上继续不断降雨，渗入土壤的水使包气带含水量不断增加，土层中的水达到饱和后，在一定条件下，部分水沿坡地土层侧向流动，形成壤中径流；下渗水流达到地下水面后，以地下水的形式沿坡地土层汇入河槽，形成地下径流。
因此，流域上的降水，经过蓄渗过程产生了地面径流，壤中径流和地下径流。
3 坡地汇流过程超渗雨水在坡面上呈片流，细沟流运动的现象，成坡面漫流。
满足填洼后的降水开始产生大量的地面径流，它沿坡面流动进入正式的漫流阶段。
坡面漫流在蓄渗容易得到满足的地方先进行，然后其范围不断扩大，地面径流经过坡面漫流而注入河网。
壤中流及地下径流在有空介质中运动。
4河网汇流过程各种径流成分经过坡地汇流注入河网后，沿河网向下游干流出口断面汇集的过程，即河网汇流过程，这一过程自坡地汇流注入河网开始，直至将最后汇入河网的降水输送到出口断面为止。
经过河岸调节和河槽调节过程，使出口断面的流量过程变缓，汇流历时延长，降低出口断面一下发生洪水的可能性。
径流形成过程实质上是水在流域的再分配与运行过程。
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第二章
岩石中的空隙与水
2.1 岩石中的空隙 2.2 岩石空隙中水的存在形式 2.3 与水的储容运移有关的岩石水理性质
2.1 岩石中的空隙
Interstices in rocks
岩石—包括坚硬岩石及松散土。 空隙—岩、土中各种类型空洞的总称。 空隙是地下水的赋存场所和运移通道。 孔隙（pore）: 松散岩石颗粒间的空隙 裂隙（fissure）: 坚硬岩石破裂产生的空隙 溶穴（cave）: 可溶性岩石被溶蚀后产生的空隙
空隙分为
2
岩石中的空隙
分选好，排列疏松的砂
分选好，排列紧密的砂
分选不好，含泥砂的砾石
部分胶结的砂岩
3
岩石中的空隙
有结构空隙的粘土
经过压缩的粘土
裂隙发育的岩石
有溶隙和溶穴的可溶岩
4
2ore）
松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗 粒集合体之间的空隙，称为孔隙。
(2)孔隙大小与岩石颗粒的分选程度的关系：
？ 问：下列2种试样哪种孔隙大？
a—砂砾混合样
b—砾石
a试样的孔隙为细颗粒形成的小孔隙。 分选愈差，细粒占的比例愈大，孔隙愈小！ 胶结程度越好，充填物越多，孔隙愈小！
7
（3)颗粒排列方式对孔隙大 小的影响 孔隙大小特征的描述：
孔喉(d)与孔腹 (d’)
孔喉对水流影响更大，孔隙 大小可用孔喉直径进行比较。 立方体（最松散）排列： d=0.414D 四面体（最紧密）排列： d=0.155D 颗粒排列愈紧密，孔隙越小！
18
2.1
岩石中的空隙
三、溶穴
溶穴：可溶岩在地下水溶蚀作用下产生的空隙。
溶孔、溶隙、溶穴、溶洞等
对可溶岩要描述岩溶发育特征（裂隙+溶洞）
1）岩溶发育方向 2）岩溶率--表示岩溶发育程度 3）溶洞（方向、规模等）
19
2.1 岩石中的空隙
四、空隙特征的比较
由空隙所构成的岩石称为含水介质。含水介质有三种：孔隙介
17
2.1
二、裂隙
岩石中的空隙
(fissure，fracture)
固结坚硬岩石一般仅残存很小部分的颗粒间的孔隙，主要 发育因各种内外力作用产生的裂隙。 裂隙的空间形态：两向延伸长、横向伸短的“饼状”
分为：风化（卸荷）裂隙、 成岩裂隙、 构造裂隙
从水的赋存与运移角度，裂隙描述内容包括： 1) 连通性（裂隙的组数、产状、长度和密度） 2) 张开性（裂隙宽度） 3) 裂隙率等
20
精品课件！
精品课件！
思考题：
（1）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？
（2）粘性土孔隙度大的岩层是含水层吗？
23
微观上——非均质各向异性的连续的空隙网络。
10
2、孔隙度(porosity)及其影响因素
孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标。 概念：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体 积所占的比例。通常用 n 表示
Vn n 1 0 0 % VT
孔隙度的大小与哪些因素有关？ 孔隙大孔隙度也大吗？
土体孔隙的描述内容包括： 孔隙的大小、多少、形状、连通程度与分布规律
松散土体宏观上可以分为2大类：砂性土与粘性土
5
1、孔隙大小及其影响因素
分选、胶结填充、排列、 思考：孔隙大小与哪些因素有关？ 颗粒大小 (1) 孔隙大小与颗粒大小的关系：
岩石颗粒愈粗，孔隙愈大；颗粒愈细，孔隙愈小!
6
1、孔隙大小及其影响因素
质、裂隙介质、溶穴介质。
连通性—孔隙介质最好，其它较差 空间分布—孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不
均匀；孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊
空隙率—孔隙介质最大，裂隙最小 渗透性—孔隙介质属各向同性，裂隙与溶穴为各向异性
造成空隙介质差异的主要原因：沉积物形成和空隙形成的 地质环境差异。
11
2、孔隙度(porosity)及其影响因素
？下面试样哪个孔隙度大？哪个小？
试样：a—砾石，b—砂石，c—砂砾混合样
a—砾石(模型)
b—砂土样
c—砂砾混合样
假设a与b为等粒的理想圆球体，经计算：n砂=n砾
说明：孔隙度与颗粒大小无关！
12
2、孔隙度(porosity)及其影响因素
（1）分选程度与孔隙度的关系
作用下沉积下来，形成峰窝或絮状结构。
粘土孔隙 结构孔隙—集合体与集合体、粘粒与粘粒之间的空隙; 如同海绵、峰窝，或呈絮状结构。 次生孔隙—虫孔、根系孔、干裂缝等。
16
小结：
影响孔隙度大小的因素主要有：
颗粒排列
分选
胶结充填程度
结构及次生孔隙
分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大； 反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。
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！
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2、孔隙度(porosity)及其影响因素
（2）颗粒排列方式对孔隙度的影响 理想最疏松排列（立方体）：孔隙度为47.64%；
理想最紧密排列（四面体）：孔隙度为25.95%。
排列愈紧密孔隙度愈小。
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2、孔隙度(porosity)及其影响因素
自然界中松散岩石的孔隙度（P17表2-1）。
岩石名称
空隙度(%)
砾石
25—40
砂
25—50
粉砂
35—50
粘土
40—70
这里与粒径的关系是：粒径愈小，孔隙度愈大！
与以上分析有矛盾！为什么？
为何粘性土的孔隙度超过最疏松排列的47.64%可达70%？
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3、粘性土的孔隙与孔隙度
粘土颗粒（指直径<0.005mm的颗粒）； 粘性土颗粒细小，比表面积大，连结力强；颗粒表面带电， 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
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A C O B
A O
B
D
C
立方体排列与四面体排列
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小结：
1、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
颗粒愈粗，分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔
隙愈大； 反之愈小
2、天然松散岩石的孔隙特征：
大小不同、形状各亦，弯曲程度不同，沿程变化的通道构成
的复杂的空隙网络。
宏观上——均质各向同性的连续的空隙网络；
岩石中的空隙与水
2.1 岩石中的空隙 2.2 岩石空隙中水的存在形式 2.3 与水的储容运移有关的岩石水理性质
2.1 岩石中的空隙
Interstices in rocks
岩石—包括坚硬岩石及松散土。 空隙—岩、土中各种类型空洞的总称。 空隙是地下水的赋存场所和运移通道。 孔隙（pore）: 松散岩石颗粒间的空隙 裂隙（fissure）: 坚硬岩石破裂产生的空隙 溶穴（cave）: 可溶性岩石被溶蚀后产生的空隙
空隙分为
2
岩石中的空隙
分选好，排列疏松的砂
分选好，排列紧密的砂
分选不好，含泥砂的砾石
部分胶结的砂岩
3
岩石中的空隙
有结构空隙的粘土
经过压缩的粘土
裂隙发育的岩石
有溶隙和溶穴的可溶岩
4
2ore）
松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗 粒集合体之间的空隙，称为孔隙。
(2)孔隙大小与岩石颗粒的分选程度的关系：
？ 问：下列2种试样哪种孔隙大？
a—砂砾混合样
b—砾石
a试样的孔隙为细颗粒形成的小孔隙。 分选愈差，细粒占的比例愈大，孔隙愈小！ 胶结程度越好，充填物越多，孔隙愈小！
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（3)颗粒排列方式对孔隙大 小的影响 孔隙大小特征的描述：
孔喉(d)与孔腹 (d’)
孔喉对水流影响更大，孔隙 大小可用孔喉直径进行比较。 立方体（最松散）排列： d=0.414D 四面体（最紧密）排列： d=0.155D 颗粒排列愈紧密，孔隙越小！
18
2.1
岩石中的空隙
三、溶穴
溶穴：可溶岩在地下水溶蚀作用下产生的空隙。
溶孔、溶隙、溶穴、溶洞等
对可溶岩要描述岩溶发育特征（裂隙+溶洞）
1）岩溶发育方向 2）岩溶率--表示岩溶发育程度 3）溶洞（方向、规模等）
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2.1 岩石中的空隙
四、空隙特征的比较
由空隙所构成的岩石称为含水介质。含水介质有三种：孔隙介
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2.1
二、裂隙
岩石中的空隙
(fissure，fracture)
固结坚硬岩石一般仅残存很小部分的颗粒间的孔隙，主要 发育因各种内外力作用产生的裂隙。 裂隙的空间形态：两向延伸长、横向伸短的“饼状”
分为：风化（卸荷）裂隙、 成岩裂隙、 构造裂隙
从水的赋存与运移角度，裂隙描述内容包括： 1) 连通性（裂隙的组数、产状、长度和密度） 2) 张开性（裂隙宽度） 3) 裂隙率等
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思考题：
（1）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？
（2）粘性土孔隙度大的岩层是含水层吗？
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微观上——非均质各向异性的连续的空隙网络。
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2、孔隙度(porosity)及其影响因素
孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标。 概念：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体 积所占的比例。通常用 n 表示
Vn n 1 0 0 % VT
孔隙度的大小与哪些因素有关？ 孔隙大孔隙度也大吗？
土体孔隙的描述内容包括： 孔隙的大小、多少、形状、连通程度与分布规律
松散土体宏观上可以分为2大类：砂性土与粘性土
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1、孔隙大小及其影响因素
分选、胶结填充、排列、 思考：孔隙大小与哪些因素有关？ 颗粒大小 (1) 孔隙大小与颗粒大小的关系：
岩石颗粒愈粗，孔隙愈大；颗粒愈细，孔隙愈小!
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1、孔隙大小及其影响因素
质、裂隙介质、溶穴介质。
连通性—孔隙介质最好，其它较差 空间分布—孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不
均匀；孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊
空隙率—孔隙介质最大，裂隙最小 渗透性—孔隙介质属各向同性，裂隙与溶穴为各向异性
造成空隙介质差异的主要原因：沉积物形成和空隙形成的 地质环境差异。
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2、孔隙度(porosity)及其影响因素
？下面试样哪个孔隙度大？哪个小？
试样：a—砾石，b—砂石，c—砂砾混合样
a—砾石(模型)
b—砂土样
c—砂砾混合样
假设a与b为等粒的理想圆球体，经计算：n砂=n砾
说明：孔隙度与颗粒大小无关！
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2、孔隙度(porosity)及其影响因素
（1）分选程度与孔隙度的关系
作用下沉积下来，形成峰窝或絮状结构。
粘土孔隙 结构孔隙—集合体与集合体、粘粒与粘粒之间的空隙; 如同海绵、峰窝，或呈絮状结构。 次生孔隙—虫孔、根系孔、干裂缝等。
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小结：
影响孔隙度大小的因素主要有：
颗粒排列
分选
胶结充填程度
结构及次生孔隙
分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大； 反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。
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！
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2、孔隙度(porosity)及其影响因素
（2）颗粒排列方式对孔隙度的影响 理想最疏松排列（立方体）：孔隙度为47.64%；
理想最紧密排列（四面体）：孔隙度为25.95%。
排列愈紧密孔隙度愈小。
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2、孔隙度(porosity)及其影响因素
自然界中松散岩石的孔隙度（P17表2-1）。
岩石名称
空隙度(%)
砾石
25—40
砂
25—50
粉砂
35—50
粘土
40—70
这里与粒径的关系是：粒径愈小，孔隙度愈大！
与以上分析有矛盾！为什么？
为何粘性土的孔隙度超过最疏松排列的47.64%可达70%？
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3、粘性土的孔隙与孔隙度
粘土颗粒（指直径<0.005mm的颗粒）； 粘性土颗粒细小，比表面积大，连结力强；颗粒表面带电， 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
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A C O B
A O
B
D
C
立方体排列与四面体排列
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小结：
1、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
颗粒愈粗，分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔
隙愈大； 反之愈小
2、天然松散岩石的孔隙特征：
大小不同、形状各亦，弯曲程度不同，沿程变化的通道构成
的复杂的空隙网络。
宏观上——均质各向同性的连续的空隙网络；