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水文地质学2009040400044徐爱华第一章自然界的地下水1、自然界的水循环：自然界的水，包括大气水、地表水和地下水，彼此密切联系，经常不断互相转化。这种彼此转化的过程就是自然界的水循环。与地下水的关系：水循环的一部分渗入地下，转换成地下水。2、水循环的主要环节：蒸发，降水和径流。3、岩石是空隙性：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶性岩石中的溶隙。孔隙：松散岩石是由大小不等、形状各异的颗粒组合而成的，颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙。空隙：固结的坚硬岩石（沉积岩、岩浆岩和变质岩）受力破裂形成的空隙。溶隙：可溶性岩石（石灰岩、白云岩等）中的裂隙经水流长期溶蚀扩展而形成的空隙4、松散岩石孔隙率的大小有关的因素：①岩石的分选性②岩石的密实程度③岩石颗粒形状④岩石的胶结程度；通常情况下颗粒越小，岩石越疏松，分选性越好，磨圆度和胶结度越差，孔隙度就越大。5、岩石中各种形式的水及其特点：①气态水：即水汽存在于未饱水的岩石空隙中。②结合水：在岩石颗粒的静电吸附能力的作用下，水分子能牢固地吸附在颗粒表面，形成水分子薄膜，这层水膜就是结合水。③毛细水：赋存在地下水面以上毛细空隙中的水。④重力水：重力影响大于吸引力，能在自身重力影响下运动的水。⑤固态水：当岩石的温度低于水的冰点时，储存于岩石空隙中的水便冻结成冰，从而形成固态水。6、持水性越强的岩石，给水性与透水性不一定越强。7、容水性指岩石空隙能容纳一定水量的性能，理论上等于孔隙度。持水性指在重力作用下仍能保持一定水量的性能，颗粒越小持水度越大。给水性指饱水岩石在重力作用下能自由排出一定水量的性能，容水度减去持水度。透水性指岩石允许水透过的性能，主要与岩石的孔隙大小有关。8、粘土的孔隙度比粗砂大，但粘土是不透水层粗砂是很好的透水层，为什么？因为粘土属细颗粒土，细颗粒土由于结合水占据了大部分空隙，粒间孔隙极小，地下水流动阻力极大，所以透水能力差。9、为什么岩石颗粒越大，越均匀，透水性越强？因为岩石颗粒越大，越均匀，颗粒之间的空隙便越大，地下水流受阻力较小，水从中透过的能力就越强。10、含水层：能够给出并透过相当数量水的岩层。隔水层：不能给出并透过水的岩层，或者数量微不足道。（划分标准：饱水带岩层按其透过和给出水的能力）第二章地下水的类型1、地下水按埋藏条件分：①上层滞水：包气带中局部隔水层之上具有自由水面的重力水。②潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水。③承压水：充满两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。2、潜水和承压水的特征：潜水：①有一个自由的水面，仅承受大气压力②补给区与分布区是一致的③水温，水质，水量受气候影响，季节性变化④易于遭受污染⑤是很好的供水水源。承压水：①没有自由水面②补给区远小于分布区③气象要素的变化对其影响较小，较稳定④不易受地面污染⑤供水水源，卫生可靠，水量稳定⑤工程建设中其水头压力能引起基坑突涌，从而破坏基坑的稳定性。3、自流水（承压水）盆地：向斜承压水的蓄水构造盆地。自流水斜地：单斜承压水的蓄水构造称自流水斜地；形成条件：含水层的上部出露地表成为补给区，下部由于被断层切割或含水层岩性变化使透水性变差或含水层厚度变小以致在某一深度处尖灭。4、潜水等水位线图的用途：确定潜水流向；计算潜水的水力梯度；确定潜水的埋藏深度；水文地质学2009040400044徐爱华确定潜水和地表水的补给关系；推断含水层岩性厚度变化；确定泉水出露和沼泽化范围；确定取水工程位置。第三章地下水的循环1、地下水循环：地下水的补给，径流与排泄过程。地下水以大气降水，地表水，人工补给等各种形式获得补给，在含水层中流过一段路程，然后又以泉、蒸发等形式排泄出地表，如此周而复始的过程。2、地下水补给来源：大气降水、地表水、凝结水、含水层之间的补给以及人工补给等。当地表水位高于地下水位时，地下水接受地表水体（河水、湖泊、水库与海洋等）补给。3、大气降水补给量大小的影响因素：降水量，包气带岩性和厚度，降水强度、地形、植被等。入渗系数：年降水量入渗补给含水层的量所占总量的比例。4、人工补给方式：地面、河渠、坑池蓄水渗补及井孔灌注，农业灌溉与管道渗漏等。5、土壤盐碱化：地下水在毛细力作用下沿毛细空隙上升至地表附近，在蒸发作用下变成水汽逸出，使水中矿化度升高，甚至可溶盐从水中析出堆积在土壤中。6、地下水径流：地下水由补给区流向排泄区的过程。因素：含水层透水性，地形高差，补给充沛。7、地下水均衡：某一时期内，地下水量的收入与支出之间的差额。必须分析收入项和支出项，列出均衡方程算出未知项。8、地表水补给地下水的方式：①山区地下水位高于河流水位，地下水补给河水；②山前地带，河流补给地下水③冲积平原，随季节变动。补给量因素：河床湿周，河床透水性，河水位与地下水位高差，河流过水时间。9、地下水排泄方式：蒸发，泉，向地表水泄流，含水层之间排泄，人工排泄。10、研究泉的意义：通过对泉的调查得到地下水类型，化学成分，补给、径流、排泄及动态，均衡方面的资料，流量大的可作供水水源。研究内容：补给性质分类（上升泉：承压含水层补给；下降泉：潜水或上层滞水补给），出露原因分类（侵蚀泉，接触泉，溢出泉，断层泉）11、泉的形成：当含水层或含水通道被揭露于地表时，地下水便溢出地表形成泉。12、地下水动态：地下水的水位，水量，水质，水温等随时间作有规律变化。动态变化因素：灌溉、水库放水、抽取地下水、回灌；跨流域调水，兴修水利，植树造林，围湖造田，砍伐森林等。13、地下水动态是地下水均衡的外部表现，均衡是动态的内在原因。第四章地下水的运动1、渗透：地下水受重力作用在空隙介质中的运动称为渗透。渗流：符合条件的假想水流①对于同一过水断面，假象水流的流量等于通过该断面的真实水流的流量②作用于任一面积上的假象水流的压力等于真实水流的压力③假想水流在任意体积内所受的阻力和实际水流所受的阻力相同。渗流速度小于实际流速。2、渗透压强：地下水流中的动水压强。测压管高度：渗透压强的大小可用水柱高度表示。3、水头：研究渗流时，测压管水头近似为总水头，统称水头。水力坡度：沿渗流方向单位渗透途径上的水头损失值。4、流线：渗流场中某一瞬时的一条线，线上各水质点在此瞬时的流向均与此线相切。迹线：渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。在稳定流条件下，流线与迹线重合。水文地质学2009040400044徐爱华5、等水头线：渗流场中水头值相等的各点连成的面为水头面，它在剖面上可表现为等水头线。流网：由一系列等水头线与流线组成的网格。6、渗流的分类：①根据渗流的运动要素是否随时间变化来划分：稳定流与非稳定流。②根据渗流是否具有自由表面：有压流与无压流③根据水的质点是否呈有秩序的运动：层流与紊流④根据渗流速度沿流程是否变化：均匀流与非均匀流⑤根据渗流速度向量与所选坐标系的关系：一维流，二维流，三维流。稳定流：渗流场中任一点处，渗流的运动要素不随时间的改变而变化。7、达西定律实质上就是渗流的能量守恒定律或者能量转换定律。适用条件：与粘滞力相比惯性力较小而可以忽略不计。8、渗透系数：表征含水层透水性能，数量上相当于水力坡度为1时的渗透速度。9、根据渗透系数是否随空间位置变化，含水层分为均质和非均质两类；根据渗透系数是否随渗流方向变化，将含水层分为各向同性和各向异性。10、取水构筑物类型：水平取水构筑物：沟渠，沟，渗水管，渗水廊道；垂直取水构筑物：管井，大口井，钻孔。完整井：揭露了整个含水层的厚度，并在其全部厚度上井壁都能进水。非完整井：井底，井壁同时进水或单一进水。11、推导井的计算公式，裘布衣的假定：含水层均质各向同性，隔水底板水平，侧向边界无限远，原始潜水面水平；抽水井为单井，揭穿整个含水层厚度，并在整个井壁进水；抽水过程中，无垂直方向补给或排泄，地下水补给只来自以井轴为中心R为半径的圆柱水体的外侧面。12、释水系数：当水头降低（或升高）一个单位时，从水平面积为一个单位面积，高为含水层厚度的含水层柱体中所释放的水量。导水系数：在数值上等于水力坡度为1时通过整个含水层厚度的单宽流量。13、干扰井群的干扰现象：当井中水位降深一定时，干扰井的流量比单独工作的非干扰井流量小，若井的流量保持不变，则干扰井的水位降深要大于未发生干扰的单井降深。14、非完整井水流特点，对流量影响：分三维流和二维流；在相同流量情况下，非完整井的降深大于完整井的降深；在相同水位降深的情况下，非完整井的涌水量小于完整井的涌水量。第五章地下水的水质1、地下水的物理性质：温度，颜色，透明度，气味，味道等。反映：色：水中某些化学成分、胶结成分和悬浮物的含量；嗅：某些盐类、气体成分、有机质的含量；味：水中是否含有某种特殊气体或有机质；透明度：固体颗粒，胶体成分，其他悬浮物质的含量。2、主要离子成分：Cl,SO4,HCO3,Na,K,Ca,Mg。来自岩盐或其他氧化物溶解，火山喷发，海水入渗，人为污染。3、地下水硬度：水中Ca,Mg的含量。害处：硬度过大对许多工业用水不适宜，生活用水也有要求。4、地下水化学成分的形成作用：溶滤作用：岩土中某些可溶成分被溶解转入水中而成为溶液的作用，这种作用称为溶滤作用。浓缩作用：地下水受到蒸发作用时，水分不断被蒸发，盐分便被积累下来，因而浓度相对增大，这种作用称为浓缩作用。脱硫酸作用：在还原环境中，当地下水中存在有机质时，脱硫酸细菌能使水中的硫酸根还原成氢硫酸，这种作用称为脱硫酸作用。水文地质学2009040400044徐爱华脱碳酸作用：二氧化碳在水中的溶解度受环境温度和压力控制，其溶解度随温度升高或压力降低而减小，当温度升高或压力降低时，一部分二氧化碳便成为游离的二氧化碳从水中逸出，这种作用称为脱碳酸作用。阳离子的交替吸附作用：岩石颗粒表面带有负电荷，能吸附某些阳离子，当地下水与岩石颗粒接触时，颗粒可以吸附地下水中的某些阳离子，而将其原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，这种作用称为阳离子的交替吸附作用。混合作用：两种或两种以上不同化学成分与性质的水混合在一起，形成了一种与原来各化学成分各不相同的地下水，这种作用称为混合作用。人类活动：人类活动对地下水的形成和变化越来越产生显著的影响。5、矿化度：地下水中所含离子，分子，化合物的总量（气体除外），表示地下水中含可溶盐的多少。6、总硬度：水中所含Ca,Mg总量。暂时硬度：水加热至沸腾，部分碳酸盐沉淀，失去的Ca,Mg。永久硬度：总硬度减去暂时硬度。7、库尔洛夫式：气体，矿化度，阴除以阳，温度，PH.第六章不同地貌地区的地下水1、根据含水层的空隙性质，分为孔隙水，裂隙水和岩溶水。2、孔隙水：广泛埋藏于第四纪松散沉积物中，分布较均匀、连续，含水层常呈层状，具有统一地下水面。裂隙水：埋藏和运动在坚硬基岩裂隙中的地下水，埋藏、分布和水动力性质都非常不均匀。岩溶水：贮存和运动于可溶岩层溶隙中的地下水。3、洪积扇中地下水规律性：洪积扇中地下水自山口向平原，按水文地质特征分为三个带：1、潜水深埋带Ⅰ（补给径流带）：分布于洪积扇顶部，靠近出口。地形坡度大，沉积物多为砾石，沙砾等粗粒物质，具有良好径流，含有丰富的潜水。此代岩层厚，地下水埋深较深，蒸发作用弱，故称潜水埋深带。2、潜水溢出带Ⅱ（潜水浅埋带）：分布于洪积扇的中部，地形坡度变缓，岩性逐渐变细，由砂砾过渡到砂，亚沙土和亚粘土，在剖面上出现粗细砾岩层交互沉积。由于含水层颗粒变细，厚度减薄，透水性变差，迫使地下水位抬升，潜水埋藏深度变浅，故称潜水浅埋带。3、潜水下沉带Ⅲ（垂直交替带）：分布于洪积扇的前缘，逐渐进入平原地区或盆地中心，常与冲积物形成互层沉积。岩性多数透水性较弱的细粒亚砂土，亚粘土夹少量沙层径流缓慢。在平原河流的排泄影响下，地下水埋藏深度比溢出带稍有加大，因而称为潜水下沉带。总之：从扇的顶部向平原，地下水的埋藏深度由深变浅，富水性由强变弱；地下水流速由大变小，矿化度由低变高，水化学类型由重碳酸盐水向硫酸盐水、氯化物盐水逐渐过渡。4、带状构造裂隙水：裂隙发育的方向性导致裂隙岩层的渗透具有各向异性，在同一岩层的不同方向，裂隙发育好的方向上，导水性强，水力联系好，