《水文地质学基础》期末考试资料

计算题：1.根据下面某一地下水水样的水化学资料，试求以下问题：(1)试求该水样的矿化度。

(2)写出库尔洛夫试，并分析地下水化学类型。

2.某潜水水源地开采区为正方形，边长为15㎞，区域面积为225㎞²，多年平均降水量为600㎜／㎡，降水入渗系数为0.21，开采区西部和北部约160㎞²的地区，地下水埋深2~3m，蒸发强度0.00005m³/㎡·d，其它区域无蒸发，南、西部为补给边界，单宽流量：5m³/m·d和10m³/m·d，北、东部为隔水边界，水源地开采为40万m³/d，潜水含水层平均水位80m，含水为中粗粒砂，渗透系数为25m/d，重力给水度为0.15，其下伏承压含水层侧压水位为90m，两含水层间有一厚度为10m，垂向渗透系数为0.0002m/d，弱透水层（亚粘土）且有较密切水力联系。

（1）计算该水源地潜水含水层的补给量Q补，排泄量Q排；并进行水量均衡计算，确定该水源地是正还是负均衡。

（2）按目前水源地开采强度，计算该水源地潜水含水层年平均水位变化情况。

NW3达西定律、越流公式4.有效应力原理：σ=σ＇+μ，解释15.4中地下水引起的岩土体变形与位移如：地面沉降、滑坡1)孔隙水压力变化；σ=σ＇+μ2)地下水对岩土体不连续面的滑润3)地下水改变粘性土的强度4)地下水流引起的渗透变形一、水文地质学研究的是：地下水在与岩石圈、地幔、水圈、大气圈、生物圈和人类活动相互作用下，其水量在时间和空间上的变化，以及对各各个圈层产生的影响，从而服从于人与自然相互协调的可持续发展。

2.研究对象：地下水3.地下水圈：从地表到地幔带各圈层所构成的具有一定水力联系的统一的含水整体。

4.地下水的基本功能:1)宝贵的自然资源：a)供水水源：地下水分布广泛，变化稳定，水质良好，便于应用，是理想水源。

b)液体矿床：富含某些盐类和稀有元素具有工业和医疗使用价值，地下水热能的利用。

2)重要的生态环境因子：影响生态环境变化，控制地表生态格局的分布。

例如：过量开采地下水导致地表下沉，地面塌陷，海水倒灌入侵；农业用水不当，导致土壤盐碱化，沼泽化，荒漠化；3)活跃的地质营力4)地球内部信息载体5)灾害因子：地下水污染、海水入侵、过量开采导致地面下沉、饱和砂土振动液化、管涌突水、大型工程中地址问题、核燃料排放等。

5.我国水资源的特点二、地下水赋存条件包气带（或称非饱和带）和饱水带的划分：包气带：地表到地下水面这一部分；特点：岩石空隙未被水充满，是固液气三相介质共存的介质。

水的存在形式：结合水、毛细水、重力水、气态水包气带水垂直分布：土壤水带→中间带→支持毛细水→毛细饱和水带饱水带：岩石空隙完全被水充满，是二相介质空隙中水存在：重力水、结合水(一)岩石中的空隙和水1.空隙分为：空隙、裂隙、溶穴2. 孔隙（n ）：描述松散岩石中孔隙多少的指标1) 定义：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。

1) 孔隙度的影响因素：a) 与排列的松紧程度有关b) 与颗粒的分选有关（注：影响孔隙度大小的主要因素）c) 与颗粒的形态（棱角）有关。

3. 裂隙：固结在坚硬岩石中，存在在各种应力作用下，产生的裂缝 。

1) 按成因分成：风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙2) 裂隙岩体描述：a) 裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）b) 张开性（裂隙宽度）c) 裂隙率K r （体积裂隙率、面裂隙率、线裂隙率）4. 溶穴：可溶性的沉积岩在地下水的溶蚀下形成的空洞(二) 岩土中的水存在形式：气、固、液1. 空隙中的水存在形式：结合水、重力水、毛细水2. 毛细水的存在形式：支持毛细水、悬挂毛细水、孔角毛细水(三) 与水的储容及运移有关的岩石性质1. 容水度：指岩土完全饱水时所容纳的水的体积与岩土体积的比值。

反映岩石最大含水能力；注意：除粘土容水度大于孔隙度外，岩石容水度一般与空隙度相当。

孔隙度—n ; 容水度—n r2. 含水量：指松散岩土孔隙中包含的水与岩土体积的比值。

3. 给水度：指地下水下降单位高度时，释放水的体积和疏干体积的比值，记作μ。

松散岩土给水度的影响因素：岩性（颗粒大小、分选）、地下水位下降速度、初始地下水位埋深、土层结构（粗细颗粒成层分布状况）。

4. 持水度（S r ）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。

5. 渗透性：反映岩土透过水的能力岩石空隙直径越大—透水能力越强—透水性越好渗透系数 K(四) 饱水带中的岩层分类：1. 按岩层的性质：含水层、隔水层、弱透水层1) 含水层：是饱水并能透过与给出相当数量水的岩层。

如：各类砂土或砂岩2) 隔水层：不能透过与给出水或透过与给出水的水量微不足道的岩层；如裂隙不发育的基岩、页岩、板岩和致密的粘土%100⨯=V Vn n3)弱透水层：渗透性很差，给出水微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定透水性能的岩层。

如：各种砂土、泥质粉砂岩。

2.按地下水的埋深：潜水、承压水和上层滞水1)潜水：指埋藏在地面以下，第一个稳定隔水层之上，具有自由表面的重力水。

a)潜水的基本要素：✧潜水面—潜水表面的自由水面✧潜水埋深D—潜水面至地面的距离✧潜水水位H—潜水面上任意一点的标准高程✧含水层厚度M—潜水面至隔水底板的距离b)潜水的主要特征✧补给来源：潜水直接与大气相通，可通过包气带接受降水、地表水等补给✧动态特征：受气象、水文因素影响明显，变化快（水量、水位季节性变化）。

受人为因素影响也显著，易污染。

✧循环交替：水循环周期短，更新恢复速度快。

✧潜水面形态：潜水面形状受地形影响，潜水水位与地形的起伏相一致而较缓和。

✧水化学特征：水的矿化度与地形、水的交替有关。

湿润气候区，地形切割强烈、水交替强烈地区地下水矿化度低。

干旱气候区细颗粒组成的盆地平原易形成咸水。

c)潜水等水位线图i.确定潜水流向ii.判断与地表水的关系（补给、排泄）iii.判断地下分水岭的分布位置，与地形是否吻合。

iv.结合地形图，确定潜水位埋深。

v.确定含水层厚度，推断含水层岩性和厚度的变化。

vi.确定给水和排水工程位置vii.确定潜水面的坡度和潜水水力梯度。

2)承压水：充满于两个隔水层之间的含水a)基本要素承压含水层；②隔水顶板；③隔水底板；承压含水层厚度（M）；⑤埋深（D）测压水位：井孔中静止水位的高程测压水位线（面）：测压水位线的连线（面）—虚拟线承压高度（H）：作用于含水层的附加压强。

补给区；承压区；排泄区自溢区：测压水位线与地形等高线的交点连接区b)分类承压水主要受控于地质构造，其次是地形和岩性。

1. 形成最有利于形成承压水的构造是向斜（自流盆地）和单斜（自流斜地）。

2. 根据构造和地形的关系分类自流盆地中承压水：正地形盆地，地形与构造形态一致自流斜地中承压水：排泄区一般为点状排泄，上升泉c)水头压力d)特征：1. 承压性承压性－承压含水层水头高于隔水顶板2. 补给与排泄条件有隔水顶板，参与水循环不积极（补给、排泄），超采后不易恢复有限区域与外界联系，水循环迟缓些，水交替慢，平均滞留时间长（年龄老或长）——恢复性差。

3. 水化学特征不易受污染，水质变化大，矿化度一般要高点，可以保留“古老”水。

4. 动态特征动态随季节不变化明显，比潜水要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定—则调节能力很强。

e)承压等水位线图1.概念：将某一承压含水层测压水位相等的各点进行连线。

2.绘制与潜水等水位线图一致（注：用同时间资料）3.用途①确定流向、水力梯度；②结合地形图，确定承压水位的埋深、自溢区；③结合含水层顶板等高线图，确定任一点承压高度，承压含水层的埋深、厚度和透水性变化。

3)上层滞水：包气带局部隔水层（弱透水层）之上积聚的具有自由表面的重力水。

上层滞水分布局限。

接受大气降水补给，通过蒸发排泄，或通过隔水（弱透水）底边的边缘下渗排泄。

3.按其含水的介质：孔隙水、裂隙水、岩溶水三、地下水运动基本规律(一)达西定律根据试验结果，得到关系式：Q = Kωh/l其中：根据I=h/l 可以推出：Q = Kω I其中：Q-渗透流量(L3T-1)；w-过水断面(L2)；h-水头损失(水头差，L)；l-渗透途径(L)；K-渗透系数(LT-1)；I-水力梯度(无量纲)。

(二)渗透流速根据水力学流速与流量的关系：Q = ω ·V则Q = KωI可简化为V = K·I，称为渗透流速。

公式V = K·I，为单位面积上的流量，称比流量。

渗透流速与水力梯度是一次方成正比，故达西定律又称为线性渗透定律。

(三)流网1.基本概念：1)等水位（压）线——潜水位（测压水位）相等的各点的连线，称为等水位（压）线。

2)流线——渗流场中某一瞬间的一条曲线，曲线上各水质点在此瞬间的流向均与此线相切。

3)流网——在渗流场的某一典型剖面或切面上由一系列等水头线和流线所组成的网络。

2.流线的性质a)流线不能相交（同一时刻不可能有两个流向）b)流线光滑不能有急转折（若有转折，在转折点有两个流向）c)流线相当于隔水边界（只能在其间运动，不能穿过流线运动）d)流线的形状受控于边界的性质和形状（平行于隔水边界，垂直于供水边界）3.流网的用途与性质1)用途a. 根据流线方向可以看出任一点的流向；b. 根据等水头线可以看出任一点水位的变化；c. 流线的密疏可以反映地下径流的强弱；d. 等水头线的密疏则说明水力梯度的大小。

e. 追踪污染物质的运移f. 判断水文地质条件（含水层条件；边界条件；与地表水关系）2)性质a. 在各向同性介质中，流网为正交网格。

（水沿水力梯度最大的方向运动）b. 对于稳定流，流线与迹线重合；对于非稳定流可以划分为多个小单元，每个小单元可以看作稳定流。

c. 对于稳定流，流网不随时间变化。

四、地下水化学特征(一)地下水中气体成分1.O2、N2是氧化环境（开放、与大气相通）的标志；2.H2S 、CH4是还原环境（封闭、与大气隔绝）的标志；3.CO2的来源：生物化学作用；地壳深处灰岩遇热分解(二)地下水中主要的离子成分P53(三)地下水中的化学成分1.溶解性总固体（TDS）：地下水中所含种离子、分子与化合物的总量。

(g/L）习惯上以105 ℃-110℃时将水蒸干所得的涸残余物总量。

因此：⑴计算时挥发性成分不计入；⑵HCO3只取重量的半数。

2.硬度：1)概念：水中Ca2+、 Mg2+的总含量。

（meq/L）目前新的国标中以CaCO含量（mg/L）表示。

32)分类：a)总硬度：水中Ca2+、 Mg2+的总含量。

b)暂时硬度：水煮沸时（脱碳酸作用），因形成碳酸盐沉淀而失去的一部分Ca2+、 Mg2+含量。