水文地质学 ppt课件
【大学课件】专门水文地质学
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§4.5抽水试验资料整理及参数确定方法
4.5.1抽水试验资料整理
试验期间，对原始资料和表格应及时进行整理。试验结束后，应进行资料分析、整理，提交抽水试验报告。
单孔抽水试验应提交抽水试验综合成果表，其内容包括：水位和流量过程曲线、水位和流量关系曲线、水位和时间(单对数及双对数)关系曲线、恢复水位与时间关系曲线、抽水成果、水质化验成果、水文地质计算成果、施工技术柱状图、钻孔平面位置图等。并利用单孔抽水试验资料编绘导水系数分区图。
多孔抽水试验还应提交抽水试验地下水水位下降漏斗平面图、剖面图。
群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验还应提交抽水孔和观测孔平面位置图(以水文地质图为底图)、勘察区初始水位等水位线图、水位下降漏斗发展趋势图(编制等水位线图系列)、水位下降漏斗剖面图、水位恢复后的等水位线图、观测孔的S-t、S-lg t曲线、各抽水孔单孔流量和孔组总流量过程曲线等。
注意：①要消除区域水位下降值；②在基岩地区要消除固体潮的影响；③傍河抽水要消除河水位变化对抽水孔水位变化的影响。
多孔抽水试验、群孔干扰抽水试验和试验性开采抽水试验均应编写试验小结，其内容包括：试验目的、要求、方法、获得的主要成果及其质量评述和结论。
4.5.2稳定流抽水试验求参方法
求参方法可以采用Dupuit 公式法和Thiem公式法。
1.只有抽水孔观测资料时的Dupuit 公式
承压完整井：
KsRrRMsQKwww10ln2
潜水完整井：
KHsRrRhHQKww2ln)(22
式中 K——含水层渗透系数 (m/d);
Q—— 抽水井流量(m3/d);
sw—— 抽水井中水位降深 (m); M——承压含水层厚度 (m);
R—— 影响半径 (m);
H——潜水含水层厚度 (m);
h——潜水含水层抽水后的厚度 (m);
rw——抽水井半径 (m)。
水文地质学基础
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。
水文地质学
水文地质学：
水文地质学是研究地下水的数量和质量随空间和时间变化的规律，以及合理利用地下水或防治其危害的学科。
发展简史：
人们早在远古时代就已打井取水。中国已知最古老的水井是距今约5700年的浙江余姚河姆渡古文化遗址水井。古波斯时期在德黑兰附近修建了坎儿井，最长达26公里，最深达150米。约公元前250年，在中国四川，为采地下卤水开凿了深达百米以上的自流井。中国汉代凿龙首渠，是一种井、渠结合的取水建筑物。
1855年，法国水力工程师达西，进行了水通过砂的渗透试验，得出线性渗透定律，即著名的达西定律，奠定了水文地质学的基础。1863年，法国裘布依以达西定律为基础，提出计算潜水流的假设和地下水流向井的稳定流公式。1885年，英国的张伯伦确定了自流井出现的地质条件。奥地利福希海默在1885年制出了流网图并开始应用映射法。
19世纪末20世纪初，对地下水起源又提出了一些新的学说。奥地利修斯于1902年提出了初生说。美国莱恩、戈登和俄国安德鲁索夫在1908年分别提出在自然界中存在与沉积岩同时生成的沉积水。1912年德国凯尔哈克提出地下水和泉的分类，总结了地下水的埋藏特征和排泄条件。美国迈因策尔于1928年提出了承压含水层的压缩性和弹性。他们为水文地质学的形成作出了重要贡献。
泰斯于1935年利用地下水非稳定流与热传导的相似性，得出了
地下水流向水井的非稳定流公式即泰斯公式，把地下水定量计算推进到了一个新阶段。20世纪中叶，苏联奥弗琴尼科夫和美国的怀特在水文地球化学方面作出了许多贡献。到第二次世界大战结束时，在地下水的赋存、运动、补给、排泄、起源以至化学成分变化、水量评价等方面，均有了较为系统的理论和研究方法。水文地质学已经发展成为一门成熟的学科了。
20世纪中叶以来，合理开发、科学管理与保护地下水资源的迫切性和有关的环境问题，越来越引起人们的重视。同时，人们对某些地下水运动过程有了新的认识。1946年起，雅可布和汉图什等论述了孔隙承压含水层的越流现象。英国博尔顿和美国的纽曼分别导出了潜水完整井非稳定流方程。
水文地质学 2
水文地质学
明白得水文地质学的研究对象与任务，了解水文地质学的研究意义。
1．水文地质学的研究对象
水文地质学〔hydrogeology〕是研究地下水的专门学科。它是在地质科学〔如地层学、岩石学、构造地质学、地球化学、地球物理学等〕的基础上，和其它一系列基础自然科学(如数学、物理学、化学、生物学等)以及水文科学相互结合，相互渗透，逐步进展成为一门跨学科的综合性边缘学科。
地下水是存在于地下岩石中的水分。其存在形式多种多样，狭义上的地下水是地下1000m范畴内岩土间隙中的水，是本课程的要紧研究对象。
水文地质学要紧研究地下水的来源、分布规律、埋藏条件、物理性质、化学成分、运动规律、动态特点、勘察方法以及不同条件下的合理利用与爱护、防治地下水的危害等方面。
2．水文地质学的研究意义
地下水对人类的阻碍是多方面的。归纳起来，表现在两个方面：
1． 有利方面
(1) 供水水源
水是人们赖以生存的宝贵资源。水资源包括地表水资源和地下水资源，地下水以其水质好、分布广泛、变化稳固、以及便于利用而得到广泛应用。在洪涝、半洪涝地区，地下水往往是要紧的，甚至是唯独的生活及工农业供水水源。
① 生活用水——都市生活用水要求水质好〔必须符合饮用水水质标准〕、水量稳固。地下水普遍能满足这些要求，因此常作为生活供水水源开发。全世界用于生活水量占总用水量的5%。
② 工业用水——工业生产过程中或制造的产品需要用到大量的水。占总水量的20%。
③ 农业用水——农业灌溉用水量十分庞大，据统计，全世界总用水量的75%。
(2) 矿物原料：地下水本身是游泳的矿物原料，专门含化学成分高的地下水。可从中提取多种有用的化合物和元素，如自贡地下卤水，含盐量70g/l，含有井盐(NaCl)、钾盐、芒硝、溴、碘、钡等成分。开采历史悠久。
(3) 医疗用水：地下水中含某些专门成分如放射性元素、专门气体且具有较高温度时，常具有医疗意义。温泉多数具有医疗功效。
《水文地质学基础》完整版.
1 第一章 地球上的水及其循环
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。它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作业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。
2．地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。
3．矿水：含有某些特殊组分，具有某些特殊性质，因而具有一定医疗与保健作用的地下水 。
4．自然界的水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水相互联系、相互转化的过程。
5．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。
6．地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
7．大循环：海洋与大陆之间的水分交换。
8．小循环：海洋或大陆内部的水分交换。
9．绝对湿度：某一地区某一时刻空气中水汽的含量。
10．相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。
11．饱和差：某一温度下，饱和水汽含量与绝对湿度之差。
12．露点：空气中水汽达到饱和时的气温。
13．蒸发：在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。
14．降水：当空气中水汽含量达饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面。
14．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。
15．水系：汇注于某一干流的全部河流的总体构成的一个地表径流系统。
16．水系的流域：一个水系的全部集水区域。
17．分水岭：相邻两个流域之间地形最高点的连线。
18．流量：单位时间内通过河流某一断面的水量。
19．径流总量：某一时间段内，通过河流某一断面的水量。
20．径流模数：单位流域面积上平均产生的流量。
21．径流深度：计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。
22．径流系数：同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值。
二、填空
1．水文地质学是研究 地下水 的科学。它研究 岩石圈 、 水圈 、大气圈、生物圈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。
水文地质学 3
水文地质学
水循环：是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、入渗和径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。
水循环按其循环途径长短、循环速度的快慢以及涉及层圈的范围，可分为水文循环和地质循环两类。
地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
孔隙：存在于松散的或未完全胶结的岩土颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙。
孔隙度：某一体积岩土（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。
裂隙：岩石形成以后，由于各种内、外营力的作用，使岩石遭到破坏而形成的空隙。
裂隙分类：成岩裂隙，分化裂隙，构造裂隙，卸荷裂隙
溶穴：可溶岩石在地下水的溶蚀作用下形成。必须在原有空隙、裂隙发育基础上产生的。按含水介质（空隙特征）分：孔隙水、裂隙水、岩溶水
结合水：分布在颗粒表面受静电引力大于重力，而不能在自身重力作用下发生运动的那部分水。
重力水：距固相颗粒表面比较远，受其吸引力小，可以在自身重力下发生运动的水。
毛细水类型：支持毛细水悬挂毛细水孔角毛细水
容水性：岩石能容纳一定数量水的性质。用容水度表示。
容水度（Mc）：岩土完全饱水时所能容纳的水的体积与岩土体积的比值。
给水性：饱水岩石在重力作用下能自由排出一定数量水的性质。用给水度表示。
给水度（u）：地下水位下降单位体积时，释出水的体积和疏干体积的比值。
持水性：岩石在重力释水后能在空隙中保持一定数量水的性质。用持水度表示。
持水度（Sr）：地下水位下降时，滞留于非饱和带中而不释出的水的体积与单位疏干体积的比值。
透水性：岩石允许让水通过的性质。用渗透系数或单位吸水量表示。
渗透系数（K）：称水力传导系数（hydraulic conductivity)。在各向同性介质中，单位水力梯度下的渗透流速（m/d），表示流体通过孔隙骨架的难易程度。
包气带：地下水面以上，未被水充满的岩层。
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
水文地质学 4
水文地质学是研究地下水的科学，研究水量和水质的时空变化规律，研究如何运用这些规律兴利除害，为人类服务。
地下水的五大功能：
宝贵的自然资源
（1）供水水源
分布广泛
便于就地开采使用
水质普遍较优
动态比较稳定
供水量受气候变化影响较小
（2） 液体矿产
地下水高含盐类或稀有元素，具工业开采价值。
医疗或健身功能的矿水。
疗养院、天然矿泉水厂、啤酒厂等需特殊功能的水资源。
地下热能利用
地球是个天然热库──可以供热，发电等。
重要的生态环境因子
地下水的变化会影响生态环境的天然平衡
地下水控制地表生态格局
地下水与环境相互依存，打破一个环节就会引起反馈打破原有生态平衡 ，会使环境发生变化。
过量开采地下水造成地面沉降，地面塌陷，海水入侵，地下水水质恶化等。
农业用水不当产生土壤沼泽化、盐渍化
过量开采造成地下水位下降从而引起土壤砂化、荒漠化，生态环境恶化等。如河西走廊的民勤县，绿州沙漠化
灾害因子
城市垃圾堆放对地下水的污染
海（咸）水入侵
地下水过度开采造成的地面沉降
饱和砂土振动液化
裂隙孔隙水压作用、坡体含水量增加等因素触发斜坡变形与破坏
地下洞室、巷道等涌水、突水。
大型水利水电工程中的环境地质问题
核燃料废料环境污染
活跃的地质营力
地质作用过程
地下水是地壳内的应力传递者
地球是个天然热库——在地质循环和水文循环中传输地壳内部的能（热）量的传输者
地球内部信息载体
地下水位、水量、水温、水化学成分等的变化反映地下信息，为找矿、找油、地震火山滑坡预报、地质演变等的研究提供依据。
第二章
岩石—水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层。
空隙—岩、土中各种类型的空洞的总称。
岩石空隙—是地下水赋存场所和运移通道。
松散岩石中的孔隙--（第四纪地质学）
坚硬岩石中的裂隙--（构造地质学）
可溶岩石中的溶穴--（岩溶地貌学）
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。
水文地质学基础讲义
水文地质学基础讲义
（地质工程专业适用）
总学时：40
学分：2.5
江西理工大学 何书
2010年
主讲内容及学时分配
（讲课学时：38学时）
第0章 绪言 2学时
第1章 自然界的水循环 2学时
第2章 地下水的赋存 6学时
第3章 地下水运动的基本规律 6学时
第4章 地下水的化学成分及其形成作用 4学时
第5章 地下水的补给、排泄与径流 4学时
第6章 地下水的动态与均衡 4学时
第7章 孔隙水 2学时
第8章 裂隙水 2学时
第9章 岩溶水 2学时
第10章 特殊类型地下水 2学时
第11章 地下水资源分析及其开发管理 1学时
第12章 地下水调查概要 1学时
教材：《水文地质学基础》，章至洁，中国矿业大学出版社，2004.
参考教材：
绪 论
➢ 与水文地质学相关的学科：
1. 从水文循环来看，地球上的水资源是个整体，研究地下水科学需要与相关学科相结合
《地质学（普通）》、《第四纪地质学》、《自然地理学》、《陆地水文学》、《水文气象学》等相关知识参考
2. 与工程应用角度
《水资源开发工程》、《土质土力学》、《岩体力学》、工程地质学等
3. 后续课程
《地下水动力学》《水文地球化学》《水资源开发与保护》、《专门水文地质学》等基础类、应用类和技术方法类课程
水文地质学 5
水文地质学
第二章岩石中的孔隙与水分
第二章岩石中的孔隙与水分
§2.1岩石中的空隙
岩石的空隙是地下水储存和运移的先决条件,空隙的多少、大小、形状、联通状况和分布规律,决定着地下水的埋藏、分布和运动。
将岩石空隙作为地下水储存场所和运动通道研究时,可分为三类,即: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。
§2.1.1孔隙
1、孔隙:在松散堆积物中或胶结不好的沉积岩中以及部分喷出岩中,组成岩石的颗粒或颗粒集合体之间能存在的多孔状的空隙。
2、孔隙性:岩土孔隙的大小、分布规律、数量、形状、性质、联通情况等的总称。
3、孔隙度:岩石孔隙体积与岩石总体积之比。n=Vn/V
§2.1.1孔隙
4、影响孔隙度大小的因素:
1)分选程度
2)颗粒排列状况:排列方式相同但颗粒直径不同的等粒岩石,其孔隙度完全相同。
3)颗粒形状
4)胶结充填情况
§2.1.2裂隙
固结的坚硬岩石,包括:沉积岩、岩浆岩、变质岩,一般不存在或只是保留一部分颗粒之间的孔隙,而主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。
按照成因分类:成岩裂隙
构造裂隙
风化裂隙
裂隙率:裂隙体积与岩石总体积之比。Kr=Vr/V
野外研究裂隙时,还应注意测定裂隙的方向、宽度、延伸长度、充填情况。
在花岗岩闪长岩岩体边坡上,分布大量陡于80°倾角的构造裂隙。
§2.1.3溶穴
1、溶穴:起因于水的溶蚀,在可溶岩(白云岩、岩盐、石膏、石灰岩等)中形成的空洞(溶隙)。
2、岩溶率:K k=V k/V
特点:岩溶率的变化范围很大,且在相邻很近地点处岩溶率完全不同,同一地点的不同深度处岩溶率也有很大变化。
四、岩石中的空隙小结
1、岩石中的空隙是研究地下水的基础
2、分布特点:孔隙主要分布于松散堆积物中,分布广泛,联通均匀
裂隙分布于坚硬岩石中,分布不均
溶穴分布可溶性岩石中,分布不均
水文地质学(1)
1
水文地质学基础要点总结
第一章 绪论
1.1 水文地质学的研究对象
水文地质学是研究地下水的科学，它是研究地下水在与岩石圈、地幔、水圈、大气圈、生物圈和人类活动相互作用下，其水量与水质在时间和空间上的变化以及对各个圈层产生的影响，从而服务于人与自然相互协调的可持续发展。
1.2 地下水的功能
功能：资源、地质营力、致灾因子、生态环境因子和信息载体等。
1.2.1 宝贵的资源
富集某些盐类和元素的地下水，称工业矿水。
含有某些特殊组分、具有某些特殊性质，因而具有一定医疗保健作用的地下水，称为矿（质）水。
利用含水介储能途径：冬季向井灌注冷水，夏季抽取用于降温
1.2.2 重要的地质营力
地球内部的水是物质和热量传输及应力传递的载体，是各种地质作用的积极参与者，所有的地下水都是溶液。
1.2.3 不可忽视的致灾因子
地下水既是地质营力，又是致灾因子，地下水可以引发地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷、潜蚀管涌、矿坑与隧道突水、海水入侵含水层、石窟文物损坏等。
平原地区开采深层地下水，随着地下水位下降，随着地下水下降，空隙水压力降低，粘性土骨架会发生不可逆转的塑性压缩，引起地面沉降。
在沉积厚度急剧变化的边界，开采地下水使其两侧发生差异地面沉降，会产生地裂缝。
当土质堤坝两侧的水位差较大时，含水层中颗粒被水流带出，在堤坝中形成管涌通道，导致堤坝溃决。
在松散沉积物分布区开采疏干岩溶水，随着岩溶水水位降低产生地面塌陷。
1.2.4 活跃灵敏的生态环境因子
生态环境是复杂的巨系统，地下水则是生态环境系统中一个最为活跃的子系统。一般情况下，气候、水、土壤与生物，处于相互作用的和谐动平衡状态，但在特定的自然环境下，会形成不良的生态环境；人类活动不恰当的干扰天然地下水，已经成为生态环境恶化的祸根个。
不良的生态环境有：土地沙化、盐渍化、沼泽化、湿地退化、石漠化、动土退化、湖泊咸化、地表水基流减少或断流以及天然地下水质不良，地下水污染等。并进而导致植被退化、枯萎、动物消失，危及生物多样性与人类存在。