水文地质总结

第一部分 绪论

1水文地质学：研究地下水的科学 2地下水的功能 （1）、地下水是一种宝贵的资源（resource） （2）、地下水是活跃灵敏的生态环境因子 （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 （5）、地下水是不可忽视的致灾因子 第二部分 地球中水的分布与循环

1地球中水的分布:浅部层圈水与深部层圈水：

2水文循环：是发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。 3水文循环的分类:大循环（海-陆）、小循环（海-海，陆-陆） 4水文循环的基本动力是太阳能和地球引力

5地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。 第三部分 岩土中的孔隙与水分

1空隙—岩、土中各种类型的空洞的总称。

2岩石空隙的水文地质意义：是地下水的赋存场所和运移通道。 3地下水按岩石空隙分类：孔隙水、裂隙水、溶穴水

4孔隙度：某一体积岩土（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占的比例。松散岩土中孔隙多少的描述指标。

5砂砾石（粗粒土）孔隙度大小的影响因素：

1、岩土颗粒的分选程度（主要因素）

2、岩土颗粒的排列方式 3、岩土颗粒的形状 4、岩土颗粒的胶结程度

5、岩土颗粒的颗粒大小(理想情况下，孔隙度与颗粒大小无关) 6体积/面积/线裂隙率（Kr）:裂隙体积/面积/线与包括裂隙在内的岩石体积/面积/线的比值。

重力水：岩石颗粒表面上的水分子增厚到一定程度，重力对它的影响超过颗粒表面对它的吸引力，受重力作用向下运动，形成重力水。

在岩石空隙中，毛细水的存在形式可分为三种：支持毛细水（在地下水面支持下存在的（附着水面上的））、悬挂毛细水（脱离水面，岩石细小孔隙中保留的水分）、孔角毛细水

容水度—Mc：单位体积饱水岩石中所能容纳的最大水的体积。

持水度Sr—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，称作持水度Sr= ( Vs/v ) × 100%

给水度μ—当地下水位下降一个单位时，在重力作用下单位水平面积岩土柱体中所能释放出的水体积。

影响μ值的因素：岩性、地下水位初始埋深、地下水位下降速度

第四部分 地下水的赋存

1 含水层 ：饱水并能传输与给出相当数量水的岩层。

隔水层：不能传输与给出相当数量水的岩层。 隔水层的相对性，并非完全隔水

弱透水层：指渗透性较差的岩土层，在排供水中，提供较少的水量，在发生越流时在水头差的作用下，可透过该层。

2潜水：赋存在地面以下，第一个区域性隔水层之上，而且有自由水面的水称作潜水。 3承压水：充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水。 基本要素

H为承压高度，M为含水层厚度 7上层滞水：当包气带存在局部隔水层(弱透水层)时，局部隔水层(弱透水层)上会积聚具有自由水面的重力水，为上层滞水。（无承压性） 8如何理解含水层与隔水层的相对性？ 9地下水概念

(1)广义地下水:赋存于地面以下岩土空隙中的水，包气带及饱水带中所有含于岩石空隙中的液态水和气态水。

(2)狭义地下水:赋存于饱水带岩土空隙中的液态水。

第五部分 地下水运动的基本规律

1. 渗流：地下水在岩石空隙中的运动。渗流是一种假想水流。 渗流场：发生渗流的区域称为渗流场。

2地下水的各个运动要素（水位、流速、流向等）不随时间改变时，称作稳定流。否则为非稳定流。

3根据流速的大小，渗流分两种流态 层流：在岩石空隙中渗流时，水质点作有秩序的、互不混杂的流动。流速小，一般岩石空隙； 紊流：水质点无秩序地、互相混杂的流动。流速大，岩石大空隙（砾石层、溶洞） 4能态差异是地下水运动的驱动力。 地下水的机械能包括动能和势能。水头包括三部分，即位置水头、压力水头、运动水头之和。

5达西定律：Darcy，1956年通过饱和土体断面的流量Q与断面面积A和水力梯度I成正比，比例系数为K，称为“渗透系数”。

H1H2QVKI Q=KA=KAIAL

Darcy定律适用范围：用Re=vd/γ（γ运动粘度）计算得Re（雷诺数）小于1—10时，地下水的运动才符合Darcy定律。 6 有效孔隙度（ne）：重力水流动的空隙的体积（不包括不连通的死空隙和不流动的结合水所占据的空间）与岩石体积（包括空隙体积）之比。 7实际流速（u）：地下水流通过含水层实际过水断面的平均流速。 渗透流速（V）：渗透水流单位时间通过单位过水断面的水量

渗透流速与实际流速的关系：V =u·ne ——渗透流速等于实际流速和有效孔隙度之积。 8水力梯度（I）：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值。 也即，沿等水头面（线）法线方向（水头降低方向）的水头变化率。

水力坡度（J）可以理解为水流通过单位长度渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能。 I=-J

9渗透系数（K）：也称为水力传导率，岩石渗透性能的定量指标，在数值上等于单位水力梯度条件下的渗流速度。

渗透率k：表征岩层对不同流体的固有渗透性能，渗透率k仅仅取决于岩石的空隙性质，与渗流的液体性质无关

10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。 流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上，由一系列等水头线与流线组成的网格。

第六部分包气带水的运动

1毛细现象：将细小的玻璃管插入水中，水会在管中上升到一定高度才停止，这便是固、液、气三相界面上产生的毛细现象。

2毛细水：由于毛细管力作用而保存于包气帯内岩层空隙中的地下水。

第七部分 地下水的化学组分及其演化

1对地下水的研究 （1）水量→地下水动力学：研究地下水运动规律的学科。含水介质参数、水头变化与分布、水量等。

（2）水质→水文地球化学：地下水中化学元素的迁移、集聚与分散的规律。研究地下水的化学成分与作用必须与地下水的流动条件结合。 2溶解性总固体（total dissolved solid,简写TDS）：

指溶解在水中的所有无机盐和有机物的总称（不包括悬浮物和溶解气体等非固体组分）。 总矿化度（矿化度（M）） ：水中所有离子、分子及各种化合物的总量。

这两者的含义很接近，它俩之间的差别是总矿化度比溶解性总固体要大，其差值为HCO3-含量的一半。因为在水蒸干过程中，重碳酸根含量的一半将转化为CO2气体而逸出。

3七大离子，亦称六大离子，因为K+ 在地下水中较少，不易检测，且与Na+ 的性质相近，故合称为K+ + Na+ 。

阴离子：Cl-、SO42-、HCO3- ；阳离子：K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 。 4地温梯度–是指每增加单位深度时，地温的增值。

地壳表层可分为3个带：变温带、常温带、增温带

地温梯度的平均值为3℃/100m，一般1.5 ~ 4℃/100m。 计算某一深度的地下水水温（T）： T=t+(Ｈ－h)r 式中：t–年平均气温；H–地下水埋深；h–常温带深度；r---地温梯度

5溶滤作用：水岩相互接触时，岩土中的一部分物质转入地下水中并被带走的作用。

6浓缩作用：地下水在蒸发排泄条件下，水分不断失去，盐分相对浓集，而引起的一系列地下水化学成分的变化过程。

此外地下水化学成分的形成作用还包括：脱碳酸作用、脱硫酸作用、阴离子交替吸附作用、混合作用、人类活动的作用

7从形成地下水化学成分的基本成分出发，地下水分为三个主要成因类型：溶滤水、沉积水和内生水。

8根据工作的目的、要求、精度和分析项目，一般分为三大类，即：简分析、全分析和专项分析或污染分析。

12计算题：地下水化学成分的分析结果用毫克／升（mg/L）作为单位，资料整理过程与要求是： （1）、用毫克当量/升(meq/L)和毫克当量百分（meq%）来表示水分析结果； （2）、计算分析误差，用百分数表示； （3）、写出库尔洛夫式，并按表示式确定水的类型； （4）、舒卡列夫分类 （5）、派珀三线图解

例题 某水样化学分析结果具有下列成分：

Na++K+：39.55mg/L； Ca2+：557.49mg/L； Mg2+ ：115.22mg/L ；

Cl- ：29.26mg/L； SO42- ：1648.50mg/L； HCO3-：176.90mg/L 游离CO2：17.80mg/L H2S：1.48mg/L

水温：41.5℃ ；110℃ 时的干涸残余物：2700.00mg/L 水分析资料整理过程如下：

（1）mg/L换算为Meq/L及毫克当量百分数

计算公式 : 毫克当量/升＝（毫克/升）/分子量*化合价；

eg Ca 2+为557.49 mg／L，换为 557.49/20.04＝27.82meq／L，20.04为Ca 2+的当量。 （2）毫克当量／升换算为毫克当量百分数

毫克当量百分数（阴阳离子毫克当量总数各作为100％来计)的计算：阴（阳）离子毫克当量/升

阴(阳)离子的毫克当量百分比=100%阴（阳）离子毫克当量总数/升

如，C1-为0.83meq/L，则其毫克当量百分数为： 0.83/38.05×100％＝2.18％

38.05为阴离子毫克当量总数／升。

用同样方法可以把其它离子含量换算结果见下表

离 子 Mg/L Meq/L Meq% 阳 离 子 Na+ +K+ Ca2+ Mg2+ 39.55 557.49 115.22 1.72 27.82 9.48 4.41 71.30 24.29 总 计 716.26 39.02 100.00 阴 离 子 Cl- SO42- HCO3- 29.26 1648.50 176.90 0.83 34.32 2.9 2.18 90.20 7.62 总 计 1854.66 38.05 100

2、计算分

析误差 k100%e 分析误差用下式计算： k+ 39.0238.05e100%1.26%39.0238.05

Σk——阳离子总含量，meq/L； Σa——阴离子总合量， meq/L。 将表中分析数据代入上式，则得：

全分析时允许分析误差术超过2％，简分析不超过5%。 3、用库尔洛夫式表示水分析结果，确定水的类型

库尔洛夫式表示式：只表示离子毫克当量百分数>10％者，且按递减的顺序排列，主要阴阳离子分居于横线上下。

分式的前端表示矿化度(M)及各种气体成分和特殊成分(Br-、I-等)，单位为g/L，后端表示水的温度t。

含量标于符号的右下角，Cl20.8 。若右下角有原子数时，将其移至右上角。

4、舒卡列夫分类根据地下水中六种主要离子（K+合并于Na+） 划分的。将毫克当量百分数含量大于25％的阴、阳离子进行不同组合，把地下水共分为49种化学类型。

SO45、派珀三线图解(A.M.Pier) 220 90.2CO0.178HS0.0015M2.7Ca71.3Mg24.3t41.5左下三角形的三边分别代表阳离子中Na++K+、Ca2+、Mg2+的毫克当量百分数。阴离子Cl-、SO42-、HCO3-表示在右下角三角形。 水样的阴阳离子的相对含量分别在两个角形中标示。引线在菱形中得出的交点综合表示水样的阴阳离子相对含量，圆半径按比例表示矿化度。 第八部分 地下水的补给与排泄

1水文循环——大气水、地表水、地壳浅部水之间的相互转化过程 地质循环——地球浅部层圈与深部层圈之间水分的相互转化过程 地下水循环——地下水的补给、径流与排泄过程

2补给：饱水带（含水层、含水系统）从外界获得水量的过程，水量增加的同时盐量、能量液随之增加。补给使含水层的水量、水化学特征和水温发生变化。

3排泄：饱水带（含水层、含水系统）失去水量的过程，水量减少的同时盐量、能量液随之减少。

4径流：水由补给区向排泄区的运动过程。 5地下水的补给来源有：

天然：大气降水、地表水、凝结水及相邻含水层的补给等； 人类活动有关的：灌溉水入渗、水库渗漏及人工回灌

6地下水的排泄方式有：径流排泄（泉、向地表水体泄流、向相邻含水层的排泄）、蒸发排泄（蒸发、蒸腾）和人工排泄

7目前认为，松散沉积物的降水入渗有两种方式：

均匀砂土层—活塞式 (piston/diffuse) :指入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞式的运移 含裂隙的土层—捷径式 (bypass) ：指入渗水通过大的孔隙通道优先入渗的情况。 5大气降水补给地下水的影响因素：

a降水量 b降水特征 c包气带渗透性与厚度 d地形的影响 e植被覆盖率影响

6（降水）入渗系数α qp:年降水单位面积补给地下水水量，mm； P：年降水量，mm。 降水入渗系数可用潜水位天然变幅法、地中蒸渗仪来测定。

7河水位与地下水位的相对关系：地下水补给河水、河水补给地下水、地下水穿过河水。 8根据补给泉的含水层类型可将泉划分为上升泉、下降泉。

下降泉（出露潜水含水层中的泉）—根据出露条件将下降泉分为：侵蚀泉、接触泉、溢流泉 上升泉（出露于承压含水层中的泉）—根据出露条件分为：侵蚀泉，断层泉，接触带泉。

9河流切割含水层时，地下水通过地下途径直接排入河道或其他地表水体，称为泄流排泄。 10地下水循环：渗入—径流型和渗入—蒸发型两种。

第九部分 地下水流系统

1、地下水系统可分为地下水含水系统和地下水流动系统。

（1）地下水含水系统：是指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

含水系统的发育主要受到地质构造的控制

（2）地下水流动系统：是指由源到汇的流面群构成，具有统一时空演变过程的地下水体。 2、地下水含水系统和地下水流动系统异同点：

①从分类依据上，含水系统是根据储水构造划分的，以介质场为依据；水流系统根据水的流动特征，以渗流场为依据。 ②从边界性质上，对含水系统隔水与相对隔水的地质边界，地质零通量；对流动系统流面（分水线）构成的水力边界，水力零通量面。

③从系统的可变性，含水系统是边界固定不变，系统规模数量不变的静态系统；流动系统为边界可变，系统规模数目可变，易受干扰的动态系统。

3、1963年Toth发现：在均质各向同性潜水盆地中出现三个不同级次的流动系统：局部的、中间的和区域的。

4、托特理论的两个前提：

（1）区域水力连续性（2）控制地下水流动的是“势”（地形），而不是地质条件。 第十部分 地下水动态与均衡

1动态：地下水的各要素（水位、水量、水质、水温、流速、流向等）在自然和人为因素的综合影响下随时间作有规律的变化。

2均衡：某一时间、某一范围内地下水水量、盐量、热量等的收支状况称为地下水均衡。均衡区：进行均衡计算所选定的地区。均衡期：进行均衡计算的时间段。 当收入＞支出为正均衡；当收入＜支出为负均衡。

3两者关系：动态是均衡的外部表现，均衡是动态变化的内部原因。 4地下水水位对外界输入（降水）响应的特点： （1）滞后和延迟现象（2）叠加现象 实例计算

qpP

回答以下问题：

（1） 列出该水源地进行水均衡计算的表达式。

（2）根据收入项和支出项，计算该水源地是正均衡还是负均衡？

第十一部分 孔隙水

1、洪积扇上部：

砂砾石带—粗大的颗粒直接出露地表,或仅覆盖薄土层,有利吸收降水及山区汇流的地表水,

主要补给区。

潜水深埋带—此带地势高,潜水埋藏深。

盐分溶滤带—岩层透水性好,地形坡降大,径流强烈。蒸发微弱而溶滤强烈,形成低矿化水。 2、洪积扇中部：

潜水溢出带—地形变缓、颗粒变细,透水性变差,地下径流受阻,潜水位接近地表,形成泉与沼泽而溢出。

盐分过路带—径流途径加长,蒸发加强,水的矿化度增高。地下水水位动态变化小。洪积扇的前缘止于此带。 3、洪积扇下部：

潜水下沉带—由于地表水的排泄及蒸发,潜水埋深增大。 潜水堆积带—岩性变细、地势变平,潜水埋深不大,干旱气候下,蒸发成为主要排泄方式而水的矿化度增大,土壤常发生盐渍化。

4、自然现象间相互联系与相互依存的关系:

水动力条件分带 → 沉积作用分带 → 地貌岩性分带 → 地下水分带。 5地下水的开发利用 洪积扇顶部：通常潜水埋深大，不利于取用地下水；溢出带以上中上部：最利于取用地下水。 6黄土塬：规模较大的黄土平台称之为黄土塬。 黄土塬中地下水特点： （1）双层结构。（2）每个塬为独立的水文地质单元，故地下水相对较丰富。 （3）塬面越大，富水性越好；离沟谷越近，水位m埋深越大。 第十二部分 裂隙水

1裂隙成因类型： 成岩过程中形成——成岩裂隙（可作为供水水源） 构造变动产生——构造裂隙 风化作用形成——风化裂隙 2断裂带水文地质意义 （1）、作为储水空间、集水廊道、导水通道 （2）、作为隔水边界：断裂带的水文地质性能取决于断裂的力学性质、两侧围岩岩性及充填情况

第十三部分 岩溶水

1发育的基本条件 （水与岩土两大类） （1）、岩石的可溶性：可溶岩的成分与结构是控制岩溶发育的内因 （2）、岩石的透水性：裂隙发育（初始裂隙）→岩溶系统 断层发育决定了→溶洞形成 （3）、水的侵蚀性：从开放体系中的平衡（碳酸）过程来分析 （4）、水的流动性：地下水的循环交替是岩溶发育的充分必要条件 （5）、生物对岩溶发育的影响

2岩溶水与孔隙水裂隙水最大的不同，就是其介质可以被改造，水流特征不断变化，介质特征也不断变化。相互影响、不断变化。

3岩溶发展的过程实质上便是介质的非均质化过程和水流的集中化过程。

4岩溶发育四个阶段：岩溶发育初期流动系统、局部岩溶水系统形成、岩溶水系统的袭夺、

统一的地下水河系的形成

5岩溶发育和岩溶水赋存的优势方位（选择或判断）

（1）厚层质纯灰岩分布区（2）断裂及其交汇部位（3）可溶岩与非可溶岩交接面附近 （4）硫化矿床氧化带（5）河谷区深岩溶发育 第十四部分

1地下水资源分为可再生和不可再生。

2地下水资源的特征：系统性、可恢复性（可再生性）、调节性 3含水系统—有着两类水量

经常与外界交换的水量—补给资源（A）：可以恢复与再生的，是与外界系统经常发生交替的水量

保持于含水系统中的水量---储存资源（B）：不可以恢复的，是历史形成的不参与水循环交替的，基本不变的水 4比较系统的供水意义 第十五部分

地下水环境效应（课本P165)