水文地质学课件8-10
水文地质基础知识 ppt课件
空隙性
指岩石空隙的大小、多少、形状、分 布特点以及连通情况等。这些特性 对于地下水的埋藏、分布、运动有 重要的影响。
岩石中的空隙
松散岩层孔隙特点
孔隙率（度）：一定体积岩石（包括孔隙）中孔隙体积所占的比例。
n Vn 100% V
影响松散岩层孔隙度的因素
“理想土”模型
颗粒排列方式和密实程度 颗粒大小和形状 分选程度 土壤结构（单粒、团粒结构） 其他因素：次生裂隙、根孔、虫孔等
裂隙
成岩裂隙 构造裂隙 风化裂隙
裂隙性
裂隙的方向、宽度、延伸方向、充填情况等。 裂隙率
Kr Vr V
溶穴
发生在可溶性岩石之中 具有继承性 岩溶率（溶隙率）
岩石空隙的特性（均匀性、方向性、连通性）
松散岩类：空隙分布均匀、连通性好 基岩裂隙：不均匀、具方向性、不同方向裂隙可形成裂隙网
络 可溶岩溶隙：极不均匀、很强的方向性、容易形成各自的岩
溶水流系统。
按含水介质的地下水分类
层。
支持毛细带 中间带 土壤水带
水文地质学研究的重点是饱水带。但包气 带作为补给通道作用也不容忽视。
地下水赋存
含水层
定义：饱含水的透水层，或能够透过并给出相当数量水的岩 层。
辨异：饱含水的弱透水层（粘土、沿粘土等）；不含水的透 水层（沙漠、被疏干的含水层等）
隔水层
定义：不透水的岩层，或不能透过并给出一定水量的岩层。 辨异：隔水层的相对性，并非完全隔水－弱透水层
下可以进行三种状态的相互转化 全球水文循环是闭合系统，局部为开放系统 水文循环过程伴随着能量的转换和其他物质的运移和聚集
专门水文地质学PPT课件(共12章)第一章地下水资源与地下水系统
（1）系统性； （2）可恢复性； （3）调节性。
——地下水资源的分类
地下水资源的分类
❖ 地下水资源的分类考虑两方面因素
▪ 地下水自身的特性 （贮水与运动）
▪ 从供水的要求——持续而均衡地供应一定的水量
❖ 含水系统—有着两类水量：
流 量
输出—利用
流 量
地下水库 —储存
时间
时间
地下水库——调蓄补给量
思考题：比较两含水层的供水意义
补给区
5 、探讨现代新技术方法在地下水研究中的应用
介绍遥感及GIS技术在地下水资源调查中的应用、 同位素技术解决地下水实际问题的理论和方法、最新 地下水模拟软件的特点及应用技术。
《专门文地质学》内容-使用教材
➢ 地下水资源调查技术方法（1-6） ➢ 地下水资源评价的理论与方法（7-8） ➢ 地下水资源开发、管理和保护（9-10） ➢ 矿床水文地质及地下热水的调查评价（11-15） ➢ 探讨现代新技术方法在地下水研究中的应用（16）
3000
industrial use domestic use
2000
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0
1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020
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地下水资源与地下水系统
地球上的水资源
中国的水资源
地下水资源的特点及分类 地下水系统
——水资源概况
中国水资源总量大、人均少
人均径流量（立方米/人）
▪ 图示条件：比较哪个含水系统更优？？
❖ 一个恢复性很差的含水系统，其规模再大，储备水量 再多，也会被用完（枯竭）——而“无以为继”。 因此，可恢复性是供水水源的必需条件。
《水文地质学基础》ppt课件
工程设计中考虑因素及防范措施
地下水对工程影响预测
预测工程建设过程中可能出现的地下 水问题，如突水、涌水等，并制定相 应的防范措施。
工程降水与止水设计
根据工程需要，设计合理的降水或止 水方案，确保工程施工的顺利进行。
地基处理与加固措施
针对不良地基条件，采取地基处理或 加固措施，提高地基承载力和稳定性 。
渗透性对工程地质的影响
地基稳定性、边坡稳定性、地下工程涌水量等。
岩土中毛细现象和吸附作用
毛细现象的概念及产生条件
细小孔隙中的弯液面现象。
吸附作用的概念及分类
物理吸附和化学吸附。
毛细现象和吸附作用对岩土性质的影响
改变岩土含水量、强度和变形性质等。
地下水资源评价与
04
开发利用
地下水资源评价原则和方法
非稳定流数学模型
描述地下水在短时间尺度上由于各种因素引起的水位、流量等参数的变化规律，需采用 数值法进行求解。
数值模拟在解决复杂问题中应用
01
复杂地质条件下的地下水运动模拟
针对复杂地质条件，如断裂带、岩溶地区等，建立相应的数学模型进行
数值模拟，以揭示地下水的运动规律和特征。
02
人类活动对地下水影响的模拟
通过人工或机械挖掘方式揭露 地质体，观察和研究水文地质 现象。坑探方法包括试坑、浅 井、探槽等。
在水文地质勘察中，常需进行 各种试验以获取必要的参数和 数据。如抽水试验、注水试验 、压水试验等，用以确定含水 层的渗透性能、给水度、储水 系数等水文地质参数。
工程建设中水文地
07
质问题探讨
工程建设对水文地质条件影响分析
水资源保护措施
制定水资源保护方案，包括减少施工 废水排放、合理利用水资源等，确保 工程建设的可持续性。
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ppt课件
0.000129
0.04
生物水
0.000011 0.00001 0.000011
0.003
总储量
13.8598
100
0.3503
100
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地球上的水与水资源：淡水
淡水 2.5%
河湖水
咸水
冰冻\积雪
地下水
5
1.2 地下水的功能（作用）
概念：水文地质学简言之──研究地下水的科学。它研究与岩 石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下 水水量和水质的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去 兴利除害，为人类服务。
全国60%的耕地 全部或部分使用地下水灌 溉
全国95％以上的农 村饮用地下水
95%
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8
农村饮用地下水 饮用其它水
地下水开采利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重
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地下水开采利用产生的环境问题：上海地面沉降
城市防洪设施标准降低， 外滩防洪挡水墙越筑越高
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3.4 潜水与潜水含水层
二、基本要素（专业术语）
潜水要素图
潜水面 (water table) ：潜水表面是一个自由的水面。
潜水位 (water level ) ：潜水面上任一点的海拔高程。
潜水含水层厚度：从潜水面到隔水底板的垂直距离。
地下水——赋存于地面以下岩石空隙中的水。 ※ 地下水是水资源组成部分 ※ 其主要功能为：
1、地下水是一种宝贵的资源 2、地下水是极其重要的生态环境因子 3、地下水是一种很活跃的地质营力 4、地下水是地球内部地质演变的信息载体
6
水文地质学基础第八章课件-PPT
• 结论： ①分析系统输入与输出(激励与响应)的对应关
系有助于了解系统结构。 ②对系统结构的了解有助于预测激励 — 响应
关系。
8.2 地下水系统的概念
一、地下水系统概念的产生
• “地下水系统”的出现：
①系统思想与方法的渗入；②水文地质学发展的必 然产物。
初期 解决“找水”问题，只注意井附近小范围内 含水层的状况。
将所研究的事物精细地分析为各个互不关 联的独立部分，分别加以研究，把各部分研究 结果之和，作为对所研究事物整体的认识。
实质是将研究对象当作诸要素简单累加而 成的集合，而没有将其看成一个有机整体。
• 一个系统，不仅内部诸要素存在着相互作用，
而且还与外部环境发生相互作用。
系统接受环境的物质、能量或信息的输入
②软结构：
指地下水的运动形式、水量与水质的时空分布 格局及不同子系统间水量水质的交换关系。
因地下水的补给、径流、排泄特征以及各种水量 交换关系会发生改变，显得较“软”——软结构。
• 地下水含水系统：
由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一 水力联系的含水岩系。
• 地下水含水系统的分类：
基岩含水系统 把所研究的对象看作一个有机的整体 (系统)，并从整体的角度去考察、分析与处理事物。
• 含水系统是由隔水或相对隔水岩层圈闭的，并不是说它 的全部边界都是隔水或相对隔水的。除了极少数构造封 闭的含水系统(图e)外，通常含水系统总有某些向环境开 放的边界，以接受补给与进行排泄。
例如：不同地质结构的含水系统以透水边界邻接是 常见的。虽然这时相邻含水系统之间水力联系相当密切 ，但因两者水的赋存与运动规律不同，仍有必要区分为 不同的含水系统 (图中a、c)。
松散堆积物含水系统：
《水文地质学》PPT课件
承压水初见水位（H1）
承压水位（测压水位）(H2) ➢承压水位埋深（H）
承压水（层间水）主要特点
特点： • a、有稳定的隔水顶板和底板，没有自由水
面，水体承受静水压力； • b、与外界联系较差，水位、水量、水质等
2、有关空隙的几个基本概念
孔隙：组成松散岩石的颗粒或颗粒集合体之间的空隙； 裂隙：应力作用下坚硬岩石破裂变形产生的。可分为成岩裂隙、
构造裂隙和风化裂隙； 溶孔（洞）：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空洞； 孔隙度φ：某一体积V岩石中孔隙体积Vn所占的比例
φ = Vn / V 裂隙率Kr ：裂隙体积Vr与包括裂隙在内的岩石体积V的比值
径流与大气圈地表水的联系潜水与大气圈地表水联系密切积极参与水循环动态变化显著与大气圈地表水的联系较弱动态较稳定精选ppt55潜水潜水承压水层间水承压水层间水等水位等水位潜水等水位线表示了潜潜水等水位线表示了潜水面及含水层顶面水面及含水层顶面承压水等侧压水位面是承压水等侧压水位面是一个虚构的面钻孔打一个虚构的面钻孔打到该高度上取不到水到该高度上取不到水必须打到含水层顶面才必须打到含水层顶面才能见到水能见到水对水量对水量增减的增减的反映反映补给和排泄时主要表补给和排泄时主要表现为潜水位和含水层厚现为潜水位和含水层厚度的变化度的变化厚度变化不明显主要厚度变化不明显主要表现为侧压水位变化表现为侧压水位变化资源补资源补潜水积极参与水循环资潜水积极参与水循环资源易恢复补充但由于受源易恢复补充但由于受气候影响大含水层厚度气候影响大含水层厚度有限资源缺乏多年调节有限资源缺乏多年调节不易恢复补充但含不易恢复补充但含水层厚度一般较大往水层厚度一般较大往往具有良好的多年调节往具有良好的多年调节精选ppt56本章完精选ppt57已知一个钻孔已知一个钻孔aa井底含水层的深度为井底含水层的深度为960960米
水文地质学课件 08地下水系统
8.1 系统概述一、系统概念的提出贝塔朗菲（1901～1972），美籍奥地利生物学家，一般系统论和理论生物学创始人，50年代提出抗体系统论以及生物学和物理学中的系统论，并倡导系统、整体和计算机数学建模方法和把生物看作开放系统研究的概念，奠基了生态系统、器官系统等层次的系统生物学研究。
系统论系统概念系统思想与方法系统思想与方法的核心是：把研究的对象看成一个有机整体（系统），并从整体的角度去考察、分析与处理事物。
二、系统相关概念（钱学森，1978年）系统结构：系统内部各要素相互联系和作用的方式便是系统的结构。
系统方法认为：不应当将系统理解为各组成部分（要素）的简单集合，而应将其理解为诸要素以一定规则组织起来并共同行动的整体。
系统：由相互作用和相互依赖（联系）的若干组成部分结合而成的具有特定功能的（有机）整体。
系统的概念所涉及的范围广泛1+1=21+1＞21+1＜2三、系统与环境一个系统不仅内部各个要素间存在相互作用，而且整个系统与外部环境之间还存在相互作用，即系统接受环境的物质、能量、信息的输入，然后经过系统变换，再向环境输出物质、能量和信息。
即系统与环境间存在物质、能量、信息的交换。
环境对系统的作用称之为激励；系统在接受激励后对环境的反作用称之为响应；环境的输入（激励）经过系统的变换而产生对环境的输出（响应），这种变换取决于系统的结构：S=f（I，O）（INPUT，OUTPUT）在此提供了一种研究系统内部结构的方法，即通过输入、输出研究系统内部结构例如，在同等降水条件下，不同的地下水系统，由于其岩层、构造、地貌乃至分布范围大小不同，泉流量的变化各不相同。
系统分析的意义：一方面，分析系统输入与输出（激励与响应）的对应关系有助于了解系统结构；另一方面，对系统结构的了解有助于我们预测“激励——响应”关系。
再如，在不同的地下水系统中，以同种方式开采同样数量的地下水，地下水位的降低也有很大差别。
HS W ∆⋅⋅=μ四、系统分类1）按照自然属性：自然系统和人工系统2）按照物质属性：实体系统和概念系统3）按照运动属性：静态系统和动态系统4）按照系统与环境的关系：开放系统和封闭系统5）按照反馈的属性系统的输出反过来影响系统的输入时，称该系统具有“反馈”。
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GFS的水动力特征
❖ 高势区（势源）—地形高处：地下水由上至下运动 ❖ 低势区（势汇）—地形低处：地下水由低向上运动 ❖ 垂向运动中：
▪ 由上至下，势能除克服摩擦消耗部分能量外，势能→压能 转化；
▪ 由下至上，部分储存的压能释放转化为势能 区域流动系统图 ▪ 垂向运动的存在：传统的“承压”现象在潜水中也可以出
▪ 地下水含水系统是指有隔水或相对隔水岩层圈闭的， 具有统一水力联系的含水岩系 潜水承压含水层
▪ 地下水流动系统是指从源到汇的流面群构成的，具有 统一时空演变过程的地下水体 流网图
2、地下水含水系统与地下水流动系统的比较
a.两者的共同点: 突破了把单个含水层作为功能单元的传 统，力求以系统的观点去考察、分析与处理地下水体
❖ 90年代起：在中国水文地质学界得以迅速广泛的应用、
研究与完善（地矿部陈梦熊院士，长春地院的林学钰院 士，中国地质大学的地下水系统小组等）
❖ 系统：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成
的具有特定功能的整体
▪ 相互作用，相互依赖→不是各部分或零部件的简单堆集 ▪ 整体→功能大于局部（要素）之和
b c
b.两者的不同比较 含水系统
流动系统
▪ ❖根本不同— 一个是静态系统
▪ 分类依据 根据储水构造划分的
一个是动态系统 根据水的流动特征
—以介质场为依据
—以渗流场为依据
▪ 系统发育史 共同的地质演变历史 共同的地下水演变历史
—地层形成史一致
—水的补给径流统一
▪ 边界性质 相对隔水的地质边界 流面(分水线)—水力边界
GFS的水温度特征
地温分布曲线受 水流作用影响 上升水流产生正增温 下降水流产生负增温
地下水流动系统理论其实质是以地下水流网为工具，以 势场介质场的分析为基础。将渗流场、水化学场、温度 场统一于新的地下水流动系统概念框架之中
将传统认为互不相关联的地下水各方面的表现联系在一 起，纳入到一个有序的地下水空间与时间连续演变的结 构之中，有助于人们从整体上把握地下水质与量特征、 地下水系统与环境之间联系 --→这一分析方法叫做地下水系统方法 地下水流动系统图 区域流动系统图 第八章结束
现
❖ 流动方向的多样性：由上至下，由下至上，水平运动
❖ 流动特征的伴生现象----生态、环境的关系
GFS的水化学特征
地下水流动系统的水力特征决定了水化学特征
在流动系统中，水质取决于空间某点：
①入渗补给；②流程—流径长度；③流速；④流动过程中物质补 充及迁移性；⑤流程中经受的水化学作用 ▪ 局部：流程短，流速快（交替快），TDS 低，水型简单 ▪ 区域：流程长，流速慢（交替迟缓），TDS 高，水型复杂 ▪ 垂直与水平分带性
① 通常，一个大的含水系统可以包含若干个流动系统 ② 两者都可以进一步划分为子系统——
分层次的：子系统是不同、大的系统是一致的 两者的关系 流动系统在人为流动影响下，规模、数量均会发生变化 受到大的含水系统边界的、制约，通常不会越出大的含
水系统边界
❖
I II
一、地下水含水系统概念（p84~85）
❖ 系统方法：用系统思想去分析与研究问题方法称之 ❖系统思想：就是把研究对象看作一个有机整体，从整
体角度去考察、分析与处理问题的方法
❖系统目标 →
系统整体功能的最优化（不是局部的）
1、地下水系统是个广义的泛指概念
（1）地下水含水系统 Groundwater aquifer system （2）地下水流动系统 Groundwater flow system
地下水含水系统——是指有隔水或相对隔水岩层圈 闭的，具有统一水力联系的含水岩系
二、不同类型的含水系统-（图8-5）
▪ 松散沉积物 ▪ 基岩——裂隙岩层、岩溶地层
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8.3.1 地下水流动系统（GFS）概念 地下水流动系统——是指从源到汇的流面群构成的，
具有统一时空演变过程的地下水体 ❖早在1940年，Hubbert正确地画出了河间地块流网 ❖1963年，J.Toth 用数学模型做了复杂盆地的潜水流网
水
文
地
质
学
课
件
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Fundamentals of Hydrogeoloy
水文地质学基础
第八章 地下水系统
Groundwater system
贵州大学水L文O与G水O资源工程教研室
8.1 地下水系统的概念 8.2 地下水含水系统 8.3 地下水流动系统
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▪ 以拉普拉斯方程为基础的数学解，二维稳定流动 ▪ 复杂地形条件：正弦函数+直线方程——地形线代替水
头值（势分布）
▪ 画出理想盆地的流动系统模拟图，P87，图8-7
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局部GFS 子系统边界
流线
中间GFS
子系统边界
区域GFS
局部流动系统—？个；中间流动系统—？个；区域流动系统—？个；
水化学积聚区：相汇处 → 圈闭带，相背处 → 准滞流带 矿化度，水型与水学形成作用方式，与水力特征相关一致
区域流动系统图
❖
局部：流程短，流速快（交替快），TDS 低，水型简单 区域：流程长，流速慢（交替迟缓），TDS 高，水型复杂 垂直与水平分带性
❖
水化学积聚区：相汇处 →圈闭带， 相背处 →准滞流带
—地质上的零通量面
—水力零通量面
▪ 系统的可变性 边界固定不变 边界可变,系统规模数目变
— 不变—静态的系统 —是可干扰的动态系统
▪ 统一性
水力联系
统一的或潜在统一的
水盐热量时空演变统一的
▪ 研究意义 有助于从整体上研究 有助于研究水量、水质
水量盐量、热量的均衡 水温的时空演变(水质)
c. 两者的关系：
（1）区域水力连续性
从较长的时间尺度与较大的空间尺度来考察问题 广大范围内的地下水存在着水力联系→时间因素
（2）控制地下水流动的是“势”-地形，不是地质条 件
Toth认为：
▪ 从水力学角度看，地下水体的天然单元是地形盆地， 而不是地质盆地
▪ 驱动水流的势来自区域地形高处，水从地形高处向地 形低处运动
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❖ 源于：系统论—上世纪40年由贝塔朗菲提出
❖ 发展于20世纪80年代，
▪ 在荷兰召开了首届于地下水系统的国际学术讨论会（50
个国家的200多名代表参加）
▪ 83年底荷兰水文与地质学家G.B.Engelen来华进行了讲学
，“地下水系统”（在我校、河北正定水文所、北京水文 地质公司）。