水文地质学基础

1.自然界的水循环分为水文循环与地质循环。

2.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。

3.地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。

4.海洋与大陆之间的水分交换为大循环。海洋或大陆内部的水分交换称为小循环。

5.表征大气状态的物理量和物理现象，统称气象要素，包括：气温、气压、空气湿度、降水、蒸发、风等

6.简述水文循环的驱动力及其基本循环过程？

水文循环的驱动力是太阳辐射和重力。

由海洋和陆地表面的水蒸发成为水汽进入大气圈，水汽随气流飘移。在适宜的条件下，重新凝结成液态或固态降落，降落的水分，一部分汇集江河湖泊形成地表水，另一部分渗入土壤岩石，成为地下水。地表水蒸发为水汽，返回大气圈；有的渗入地下，成为地下水；其余部分流入海洋。地下水直接蒸发或通过植物间接返回大气圈，部分形成地下径流。地下径流或直接流入海洋，或在转化为地表水，然后再返回海洋。

7.影响水面蒸发的因素有哪些? 如何影响？

影响因素有：气温、气压、湿度和风速。主要取决于气温和绝对湿度。温愈高，绝对湿度愈低，蒸发愈强烈，反之，蒸发愈弱。气压是通过气压差的大小影响空气对流而影响蒸发的，气压差和风速愈大，蒸发就强烈，反之，蒸发愈弱

8.自然界水循环的意义？

水通过不断循环转化使水质得以净化；水通过不断循环水量得以更新再生；维持生命繁衍与人类社会发展；维持生态平衡。

9. 孔隙度是指某一体积岩石中孔隙体积所占的比例

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。

10. 裂隙率：裂隙体积与包括裂隙在内的岩石体积的比值

11. 岩溶率：溶穴的体积与包括溶穴在内的岩石体积的比值。

12. 岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地下水的分步和运动具有重要影响。

13. 毛细现象是发生在固、液、气三相界面上的

14. 简述影响孔隙大小的因素，并说明如何影响？

影响孔隙大小的因素有:颗粒大小、分选程度、和颗粒排列方式、颗粒形状和颗粒被胶结状况

当分选性较好时，颗粒愈大、孔隙也愈大。当分选性较差时，由于粗大颗粒形成的孔隙被小颗粒所充填，孔隙大小取决于实际构成孔隙的细小颗粒的直经。排列方式的影响：立方体排列比四面体排列孔隙大。颗粒形状不规则，彼此接触时，颗粒常被架空，有时可具有较大孔隙。

15.简述影响孔隙度大小的主要因素，并说明如何影响？

影响孔隙度大小的因素有：颗粒排列情况、分选程度、颗粒形状、结构、构造和胶结情况

排列方式愈规则、分选性愈好、颗粒形状愈不规则、胶结充填愈差时，孔隙度愈大；反之，排列方式愈不规则、分选性愈差、颗粒形状愈规则、胶结充填愈好时，孔隙度愈小。

16. 岩石空隙分为哪几类，各有什么特点？

岩石空隙分为：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

孔隙分布于颗粒之间，大多呈小孔状，彼此相互连通。裂隙具有一定的方向性，大小悬殊，分布不均匀连通性很差。溶穴形态大小变化很大，分布极不均匀。

有效孔隙度与孔隙度、给水度有何关系？

(1) 有效孔隙度小于孔隙度。

(2) 由于重力释水时孔隙中还保持结合水和孔角毛细水乃至悬挂毛细水，所以有效孔隙度大于给水度。

(3) 对于孔隙大的岩石三者近似相等。

17.岩石的水理性质：容水性、持水性、给水性、透水性

18. 包气带：地表以下一定深度的地下水面以上的部分

19.饱水带：地表以下一定深度的地下水面以下的部分

20.含水层：能够透过并给出相当数量水的岩层。

21.隔水层：不能透过并给出水或者只能透过与给出极少量水的岩层

22.潜水：埋藏于地表以下、第一个稳定隔水层以上、具有自由水面的重力水

23.承压水：埋藏并充满隔水层之间的含水层中的重力水

24. 上层滞水：埋藏在离地表不深、包气带中局部隔水层之上的重力水

25. 包气带自上而下可分为土壤水带、中间带和毛细水带。

26. 按含水介质（空隙）类型，可将地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水

27. 潜水的排泄除了流入其它含水层以外，泄入大气圈与地表水圈的方式有两类，即：径流排泄和蒸发排泄。

28. 承压含水层获得补给时，增加的水量通过水的密度加大及含水介质空隙的增大容纳。承压含水层排泄时，减少的水量表现为含水层中水的密度变小及含水介质空隙缩减。

29.毛细水按其形成特点，可以分为以下三种类型：支持毛细水、悬挂毛细水、孔角毛细水

30. 简述包气带特征？

(1)包气带一般含有结合水、毛细水、气态水、重力水；

(2)包气带自上而下可分为土壤水带、中间带和毛细水带；

(3)包气带水来源于大气降水的入渗、地面水渗漏和地下水通过毛细上升输入的水分，以及地下水蒸发形成的气态水。

(4)包气带水的运移受毛细力和重力的共同影响。

31．简述饱水带特征？

(1) 饱水带一般含有重力水和结合水。

(2) 饱水带的水体是连续分布的，能传递静水压力。

(3) 饱水带水在水头差的作用下可以发生连续运动。

32. 上层滞水的特点？

(1) 分布近地表。

(2) 接受大气降水补给，排泄为蒸发和向隔水底板边缘下渗。

(3) 动态变化显著。

(4) 极易受污染。

33. 潜水有哪些特征？

（1）具有自由水面，潜水面上任意一点均受大气压力作用，不承受静水压力，因此是无压水。

（2）含水层上面不存在完整的隔水（弱透水）顶板，可以通过包气带直接接受大气降水和地表水的补给，而且分布区与补给区一致。

（3）在重力作用下，由高水位向低水位运动。

（4）潜水动态变化有明显的季节性

34. 承压水有哪些特征？

1）含水层中的水承受静水压力。

2）主要通过大气降水和地表水补给，分布区与补给区不一致

3）动态变化不显著

4）交替循环过程比潜水迟

35. 据地下水流动状态，地下水运动分为层流和紊流。

36．据地下水运动要素与时间的关系，地下水运动分为稳定流和非稳定流。

37. 在均质各向同性介质中，地下水必定沿着水头变化最大的方向，即垂直于等水头线的方向运动。因

此，流线与等水头线构成正交网格

38. 如果规定相邻两条流线之间通过的流量相等，则流线的疏密可以反映径流强度，等水头线的疏密则说明水力梯度的大小。

39. 层流运动：在岩层空隙中流动时，水的质点作有秩序的、互不混杂的流动。

40. 紊流运动：在岩层空隙中流动时，水的质点作无秩序地、互相混杂的流动。

41. 稳定流：水在渗流场内运动，各个运动要素（水位、流速、流向）不随时间改变。

42. 非稳定流：水在渗流场中运动，各个运动要素随时间变化的水流运动。

43. 有效空隙度：重力水流动的孔隙体积与岩石体积之比。

44. 水力梯度：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径之比。。

45. 流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上由一系列流线和等水头线组成的网。

46. 影响渗透系数大小的因素有哪些？如何影响？

影响渗透系数的因素：岩石的空隙性质和渗透液体的物理性质

岩石孔隙越大、连通性越好、孔隙度越高渗透系数越大；液体的粘滞性小，透系数越大。

47. 渗透系数可以定量说明岩石的渗透性能。渗透系数愈大，岩石的透水能力愈强

48. 地下水中含有各种气体、离子、胶体物质、有机质以及微生物等。

49.地下水中常见的气体成分有氧气、氮气、二氧化碳及硫化氢等。

50.地下水中分布最广、含量较高的阴离子有氯离子、硫酸根离子及碳酸氢离子等。

51.地下水中分布最广、含量较高的阳离子有钠离子、钾离子、钙离子及镁离子等。

52.一般情况下，低矿化水中常以碳酸氢离子、钙离子及镁离子为主；高矿化水则以氯离子及钠离子为主。

53.一般情况下，中等矿化的地下水中，阴离子常以硫酸根离子为主，主要阳离子则可以是钠离子，也可以是钙离子。

54.地下水化学成分的形成作用有溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子交替吸附作用和混合作用、人类在地下水化学成分形成中的作用

55.地下水的主要化学性质包括：地下水的酸碱性、氧化还原电位、总矿化度、地下水的硬度、地下水的侵蚀性

56.简述发生浓缩作用应具备的条件。

（1）干旱或半干旱的气候；

（2）低平地势控制下较浅的地下水位埋深；

（3）有利于毛细作用的细小的松散岩土；

57. 地下水的物理性质主要包括：水温、颜色、透明度、气味、味道、比重、导电性、放射性。

58. 地壳表层有两个主要热能来源：一个是太阳的辐射，另一个是来自地热。

59．根据受热源影响的情况，地壳表层可分为变温带、常温带、和增温带三个带。

60.地下水中二氧化碳气体来源于哪儿？

(1) 来源于土壤；

(2) 来源于大气；

(3) 碳酸盐类岩石在高温下分解。

61．地下水中氯离子的主要来源有哪些？

①岩盐或其他含氯沉积岩溶解；②岩浆岩中含氯矿物，如氯磷灰石和方钠石的风化溶解；③海水入渗或风将海水细沫带到陆地后溶解；④直接来自深部热水或火山喷发物。⑤人为污染。

62．地下水中硫酸根离子的来源有哪些？

①含石膏或其他硫酸盐岩石的溶解；②含硫矿物的氧化，煤系地层和金属硫化物矿床中黄铁矿等硫化矿物的水解；③城市附近大量燃烧煤炭使大气中聚集大量SO2形成酸雨渗入地下。

63.地下水中碳酸氢根离子的来源？

（1）水对碳酸盐岩的溶解（2）长石类铝硅酸盐矿物的风化水解

64．地下水中钠离子的来源有哪些？

(1) 沉积岩中岩盐及其它钠钾盐的溶解；(2) 岩浆岩和变质岩含钠钾矿物的风化溶解。

65.地下水中钾离子的来源有哪些？

1）含钾盐类沉积岩的溶解

2）花岗岩中正长石等含钾矿物的风化水解

66．地下水中钙离子的来源有哪些？

①碳酸盐类岩石溶解；②含石膏等沉积岩的溶解；③岩浆岩变质岩中钙长石等含钙矿物的风化水解；④土壤吸附及生物残骸的分解

67.地下水中镁离子的来源有哪些？

（1）白云岩、泥灰岩等碳酸盐岩的溶解

（2）基性、超基性岩浆岩中橄榄石、辉石等含镁矿物的风化溶滤

68. 地下水补给：含水层从外界获得水量的过程。

69. 地下水排泄：含水层失去水量的过程。

70. 地下水补给的研究包括补给来源、影响补给的因数、补给量

71．地下水的天然补给来源有大气降水、地表水、凝结水、其它含水层或含水系统的水。包气带主要通过岩性和厚度影响大气降水补给地下水。（补给来源：大气降水、地表水、凝结水、其它含水层或含水系统的水、人工补给水源）

72．下水径流的方向总的趋势是由补给区向排泄区运动，具体的说是从水位高处向水位低处流动；

73.落到地面的降水，归根结底的三个去向是转化为地表径流、蒸发返回大气圈和下渗补给含水层

74.地表水补给地下水的必要条件包含两个方面：两者之间必须具有水力联系、地表水位必须高于地下水位。

75. 地下水的天然排泄方式有泉、泄流、蒸发、含水层之间的排泄。

76．根据补给泉的含水层性质，可将泉分为上升泉及下降泉两大类。

77．根据泉的成因，下降泉可分为侵蚀泉、接触泉与溢流泉。

78．上升泉按其成因可分为侵蚀泉、断层泉与接触泉

79．地下水的补给与排泄对地下水的水质是如何影响的？

地下水补给对水质的影响主要取决于补给源的水质。径流排泄是盐随水走；蒸发排泄是水走盐留。80．影响大气降水补给地下水的主要因素有哪些? 如何影响 ?

影响因素有：水本身的特点和接受补给的地形、地质和植被条件

降水总量大，降水强度适中，包气带岩性粗和厚度小，地形平缓，植被较茂盛时，降水补给地下水的量大；反之，降水总量小，降水强度太小或太大，包气带岩性细或厚度大，地形较陡，植被较稀疏时，降水补给地下水的量少。

81.Q = Kωh/L = KωI （达西公式）

式中:Q—渗透流量(出口处流量，通过砂柱各断面的流量；

ω—过水断面(在实验中相当于砂柱横断面积)；

h—水头损失(h=H1-H2,即上下游过水断面的水头差)；

L—渗透途径（上下游过水断面的距离)；

I—水力梯度(相当于h/L，即水头差除以渗透途径）；

k—渗透系数。.

由水力学可知,通过某一断面的流量Q等于流速V与过水断面ω的乘积,即：

Q = ωV

即 V = Q/ω

据此达西定律可以写为另一种形式，即：

V = KI

水在多孔介质中的渗透流速与水力梯度的一次方成正比——达西定律（线性渗透定律

82.已知一等厚、均质、各向同性的承压含水层，其渗透系数为 15 m/d，孔隙度为 0.2，沿着水流孔 A、

B 间距 L=1200m，其水位标高分别为 Ha=5.4m， Hb=3m。试求地下水的渗透速度和实际速度。

由题意得：

83.在等厚的承压含水层中，实际过水断面面积为 400m2 的流量为 10000m3/d，含水层的孔隙度为 0.25，试求含水层的实际速度和渗透速度。

由题意得：

84.指出图1 中泉的类型。

（1）下降泉：a、b 为侵蚀泉，c 为接触泉，d、e、f、g 为溢出泉；

（2）上升泉：h 为侵蚀泉，i 为断层泉，j 为接触泉。

85.①地下水径流模数（径流率）（Me）——每1km2含水层面积上的径流量。

Me = Q ×1000 / F× 365× 86400 （L / s km2）

式中：Q ——地下水径流量（m3/a）

F ——含水层或含水系统的补给面积（km2）

②地下径流系数（η）——地下水径流量与同一时间内落在含水层补给面积上的降水量之比。（与大气降水入渗系数相同，即：大气降水入渗补给地下水成为地下径流的水量占降水量的份额）η = 0.001（ Q / X×F ）

式中去：Q ——地下水径流量（m3/a）

X ——降水量（mm）

F ——补给面积（km2）

86.河水与地下水之间的联系

87.断层构造盆地的承压含水层，径流条件取决于断层的导水性。

当断层导水时，断层构成排泄通路，地下水由各含水层出露地表部分的补给区，流向断层排泄区。

当断层阻水时，排泄区位于含水层出露的地形最低点，与补给区相邻，承压区则在另一侧。地下水沿含水层底侧向下流动，到一定深度后再反向上流。