供水水文地质整理

供水水文地质整理ByJ.Y绪论1、地下水：埋藏在地表以下岩石空隙中的水称之为地下水。2、与地表水相比地下水供水水源具有优势：P11）地下水在地层中渗透经过天然过滤，水质良好，一般不需净化处理2）地下水（特别是深层地下水）因有上部岩层作为天然保障，一般不易受到污染，卫生条件较好3）地下水水温较低，常年变化不大，特别适宜于冷却和空调用水4）地下水取水构筑物可适当地靠近用水户，输水管道较短，构筑物较简单，基建费用较低，占地面积也小5）水量、水质受气候影响较小，一般能保持较稳定的供水能力，因此在很多缺少地表水的地区（如干旱半干旱的山前地区、沙漠、岩溶山地），地下水常常是唯一的供水水源6）可以利用含水层调蓄多余的地表水，增加有效水资源总量，工业上还可以利用含水层的保温盒隔热效应，开展地面水的回灌循环，达到节能、储水、节水的目的3、我国总人口的75%引用地下水第一章地质基础知识一、地球的构造与形态1、地球赤道半径6378.16km，极半径6356.755km，两者相差约21.4km2、地球内圈特征：地壳（莫霍面）地幔（古登堡面）地核P33、外圈特征：大气圈、水圈、生物圈P44、地壳表面特征：最高：喜马拉雅山的珠穆朗玛峰，海拔8844.43m最深：太平洋的马里亚纳海沟，海平面以下11034m5、陆地地形：山地，丘陵，平原，高原，盆地，洼地P56、海底地形：大陆架，大陆坡，大陆基，海沟，岛弧，深海（大洋）盆地，洋中脊等7、地壳中的主要成分的硅、铝的氧化物二、矿物与岩石1、矿物的主要物理性质：晶形、颜色、光泽、条痕、硬度、解理和断口、相对密度等详见P8表格2、岩石的分类：P9岩石是在各种地质条件下由一种或几种矿物组成的集合体。1）岩浆岩：P9岩浆沿着地壳岩石的裂隙上升到地壳范围内或喷出地表，热量逐渐散失，最后冷却凝固而成的岩石就叫岩浆岩，又称火成岩。岩浆上升侵入周围岩层中所形成的岩石称为侵入岩，侵入岩又可分为深成岩和浅成岩两大类。岩浆喷出地表形成的岩浆岩称为喷出岩。常见构造：块状构造、流纹构造、气孔构造、杏仁构造分为：深成岩：在地壳深处冷凝成，产状多为岩基和岩株，例：橄榄岩、辉长岩、闪长岩、花岗岩浅成岩：在地壳深度较小处冷凝成，产状为岩盘、岩床、岩脉等例：闪长玢岩、花岗斑岩、喷出岩：岩浆流出地表冷凝而成，也成火山岩，产状为岩流和火山锥例：玄武岩、安山岩、流纹岩2）沉积岩：P11沉积岩是在地表环境中已经形成的岩石（岩浆岩、早期沉积岩、变质岩）经过风化、剥蚀、溶解等外力地质作用的破坏而产生的岩石碎屑、溶质等物质，在原地或经过搬运在适宜的环境（如山麓、湖沼、海洋中）沉积，再经过成岩作用而形成岩石形成过程：风风化化、、剥剥蚀蚀阶阶段段————搬搬运运沉沉积积阶阶段段————硬硬结结成成岩岩阶阶段段PP1111例：砾岩、砂岩、页岩、泥岩、石灰岩、凝灰岩、白云岩、盐岩，划线的分布最多，几乎占沉积岩类95%以上3）变质岩：P15地壳运动、岩浆运动等地质作用下，岩石在基本保持固体状态下，受温度、压力和化学活动性流体等作用，岩石的矿物成分及结构、构造发生相应变化，所形成新的岩石就称为变质岩常见构造：片理构造、片麻状构造、千枚状构造、板状构造、块状构造例：见P16三、地质年代表P18四、地质构造1、地壳运动：升降运动和水平运动2、岩层产状：岩层在空间位置上的状况通常是用岩层产状来表示的，岩层的产状包括走向、倾向、倾角三个要素P213、岩层的接触关系：整合接触、平行不整合与角度不整合接触、火成接触、断层接触4、褶曲P225、断裂构造：断裂构造是岩石受力作用超过强度极限时岩石所发生的破裂，同时产生一些破裂面，使岩石丧失了连续完整性。可由地壳内部构造作用力引起也可由地质外应力引起1）裂隙（节理）：P25是岩层没有发生显著位移的破裂按成因分：非构造裂隙、构造裂隙按形成时应力特点分：张裂隙、剪裂隙按裂隙面产状与岩层产状相互关系分：走向裂隙、倾向裂隙、斜交裂隙2）断层：P27岩层断裂后沿断裂面两侧发生了显著的位移，这种构造叫断层。断层要素：断层面、断层线、断盘、断层带、断距按断层两盘相对位移状况分：正断层、逆断层、平推断层自然界一般为平推正断层或平推逆断层按断层面产状与岩层产状关系分：走向断层、倾向断层、斜断层按断层形成的力学性质分：压性断层、张性断层、扭性断层、压扭性断层、张扭性断层断层的判断方法：P29构造标志、岩层标志、水文地质标志、地貌标志第二章地下水的储存与循环一、地下水的储存与岩石的水理性质1、空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律对地下水的分布和运动具有重要影响。空隙的成因是构成空隙性差异的主要原因，由此可分三类：松散岩石中的孔隙、坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶隙2、孔隙：P32颗粒或颗粒集合体之间的空隙称为孔隙。孔隙度：指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占总体积的比例公式：见P32影响孔隙度的因素：岩石的密实程度、颗粒的均匀性、颗粒的形状、颗粒的胶结程度3、裂隙：成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙4、溶隙5、水在岩石空隙中的存在形式P36岩石“骨架”中的水：矿物结合水，主要形式：沸石水、结晶水、结构水岩石空隙中的水：结合水（吸着水、薄膜水）、重力水、毛细水、固态水和气态水6、岩石的水理性质：P39指当空隙的大小和数量不同时，岩石在水作用过程中所表现出的容纳、保持、给出、透过水的能力。衡量不同岩石地下水储存和运移性能，其中空隙大小最具决定意义。容水性、持水性、给水性、透水性二、含水层和隔水层1、含水层：指能够透过并给出相当数量水的岩层。P42形成条件：1）岩层要具有能容纳重力水的空隙2）有储存盒聚集地下水的地质条件3）具有充足的补给来源2、隔水层：不能透过并给出水，或透过和给出水的数量微不足道的岩层3、含水层和隔水层的划分是相对的，同一岩层在不同条件下具有不同的水文地质意义。三、地下水的类型P451、埋藏条件：指含水层在地质剖面中所处的部位及受隔水层限制的情况，据此课将地下水分为上层滞水、潜水、承压水。2、上层滞水：上层滞水是包气带中局部隔水层之上具有自由水面的重力水。埋藏的共同特点是在透水性较好的岩层中夹有不透水岩层。特征：接近地表，接受大气降水补给，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动态变化很不稳定。意义：水量受季节控制特别显著，当隔水层分布较广时可作为小型生活水源。缺点：水的矿化度较低但水质易被污染。3、潜水：饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水成为潜水。特征：与大气相通，具自由水面，补给区与分布区一致，动态受气候影响较大。潜水面形状受地形影响。意义：：在自然界分布范围大，补给来源广，水量一般较丰富，加之潜水埋藏深度一般不大，是便于开采的供水水源。缺点：但因含水层之上无连续的隔水层分布，水体易受污染和蒸发，水质容易变坏。潜水等水位线图P48潜水等水位线可用于1.确定潜水流向；2.确定潜水的水力坡度;3确定潜水的埋藏深度；4.提供合理的取水位置；5.推断含水层岩性或厚度的变化；6.确定潜水与地表水的相互补给关系；7.确定泉水出露点和沼泽化的范围4、承压水：指充满于上下两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。特征：不具自由水面，并承受一定的水头压力；分布区和补给区不一致；动态变化较稳定；不易受地面污染。形成条件：P50最适宜形成承压水的地质构造条件：1）向斜盆地中的承压水2）单斜地层中的承压水：1.透水层和隔水层相间分布的承压斜地2.含水层发生相变或尖灭形成承压斜地3.含水层被断层所阻形成承压斜地4.侵入体阻截承压斜地等水位线图P53ps：等水压线实际中并不存在四、地下水的循环1、水的分布于循环2、地下水的补给：含水层自外界获得水量的作用称为补给。地下水的补给来源，主要为大气降水和地表水的渗人，以及大气中水汽和土壤中水汽的凝结，在一定条件下尚有人工补给。1）大气降水的补给2）地表水的补给3）凝结水的补给4）含水层之间的补给5）人工补给3、地下水的排泄：（1）泉水排泄泉的形成：由于地形受到侵蚀，使含水层暴露于地表；其次是由于地下水在运动过程中岩石透水性变弱或受到局部隔水层阻挡，使地下水位抬高溢出地表；如果承压含水层被断层切割，且断层又导水，则地下水能沿断层上升到地表亦可形成泉。按其补给来源分：上层滞水泉、潜水泉、承压水泉根据泉的出露原因可分：侵蚀泉、接触泉、溢出泉、断层泉研究泉的意义P59（2）向地表水的排泄（3）蒸发排泄（4）不同类型含水层之间的排泄作用4、地下水的径流地下水在岩石空隙中的流动过程称为径流。（1）产生：自然界中的水都在不断地进行着循环，地下水在岩石中的径流是整个地球水循环的一部分。大气降水或地表水通过包气带向下渗漏，补给含水层成为地下水，地下水又在重力作用下由水位高处向水位低处流动，最后在地形低洼处以泉的形式排出地表或直接排入地表水体，如此反复地循环就是地下水径流的根本原因。（2）影响因素：1）含水层的空隙性2）地下水的埋藏条件3）补给量4）地形5）地下水的化学成分6）人为因素（3）地下径流量的表示方法P624、地下水补给、径流、排泄条件的转化（1）自然条件改变引起的变化1）河水位的变化2）地下水分水岭的改变（2）人类活动引起的转化1）修建水库2）人工开采和矿区排水3）农田灌溉与人工回灌第三章地下水的物理性质和化学成分一．地下水的物理性质P65-67地下水的物理性质一般指：温度、颜色、透明度、嗅、味、相对密度、导电性、放射性二．地下水的化学成分1、地下水中常见的化学成分P67-702、地下水化学成分的性质总含盐量与总溶解固体（TDS）氢离子浓度硬度：总硬度、暂时硬度、永久硬度侵蚀性二氧化碳3、地下水的化学成分分析与按化学成分分类P71-74三．地下水化学成分的形成与演变1、原始成分的影响2、地下水在运动过程中的各种作用1）溶滤作用2）浓缩作用3）离子的交替和吸附作用4）脱硫酸作用5）脱碳酸作用四．不同环境地下水化学特征与人类生存的关系P77-80第四章地下水的运动一、地下水运动的特征及其基本规律1、地下水运动的特点：P811）曲折复杂的水流通道2）迟缓的流速3）层流和紊流：在岩层空隙中渗流时，水质点有秩序地呈互相平行而不混杂的运动，称为层流运动；水质点相互混杂而无秩序的运动称为紊流运动。地下水流大多数都呈雷诺数值很小的层流运动，在大裂隙或大溶洞或人工开采地下水时会出现紊流区4）非稳定、缓变流运动2、地下水运动的基本规律P831）线性渗透定律——达西定律适用范围：只有当雷诺数小于1~10时地下水运动才服从（层流）达西定律求出的流速不是真实流速，地下水真实流速大于求出流速二、地下水流向井的稳定运动1、地下水取水构筑物的基本类型1）垂直取水构筑物：潜水完整井、潜水非完整井、承压水完整井、承压水非完整井2）水平取水构筑物2、地下水流向潜水完整井—计算题P85-89裘布依(Dupuit)假设1）天然水力坡度等于零，抽水时为了用流线倾角的正切代替正弦，则井附近的水力坡度不大于1/4;2）含水层是均质各向同性的，含水层的底板是隔水的；3）抽水时影响半径的范围内无渗入、无蒸发，每个过水断面上流量不变；在影响半径范围以外的地方流量等于零；在影响半径的圆周上为定水头边界；4）抽水井内及附近都是二维流（抽水井内不同深度处的水头降低是相同的）。裘布依公式可以解决的两方面问题1）．求含水层的渗透系数k——在水源勘察时常常是通过现场实测Q、S、H0、R、r，然后计算含水层的k值。2）．预计潜水完整井的出水量Q——在水源设计时往往是已知或假设公式中的参数H0、S、k、R、r，然后推算出设计井的预计出水量Q。3.地下水流向承压水完整井4、裘布依公式的讨论1）抽水井流量与水位降深的关系2）抽水井流量与井径的关系3）水跃对Dupuit公式计算结果的影响4）井的最大流量问题5、裘布依型单井稳定流公式的适用范围P916、地下水流向非完整井和直线边界附近的完整井1）承压水非完整井：马斯盖特公式，求流量，适用范围：过滤器位于含水层的顶部或底部2）潜水非完整井：求流量，公式适用范围：过滤器位于含水层的顶部或底部3）直线补给边界附近的完整井三、地下水流向井的非稳定运