搜索
第一章地下水自然界的水包括大气水地表水和地下水，彼此密切联系，经常不断相互转化，这种彼此转化的过程就是自然界的水循环。水在自然界中的循环反映了地球水分不断转化的过程，蒸发、降水和径流是这一过程的主要环节根据岩石空隙的成因不同，可分文：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。颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。岩石中的空隙是地下水储存的场所和运输的通道。孔隙度（n）是孔隙的体积（Vn）与包括孔隙在内的岩石体积（V）的比值。岩石孔隙度的大小主要取决于岩石颗粒的大小，岩石的密实程度即分选型裂隙主要指固结的坚硬岩石（沉积岩、岩浆岩和变质岩）受力破裂形成的空隙。岩石中的地下水分为孔隙水、裂隙水和熔岩水可溶性岩石（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，称为溶隙。岩石中的水的赋存形式：气态水、结合水、毛细水、重力水、固态水。气态水:水汽存在于未饱和的岩石空隙中。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。毛细水：赋存在地下水面以上毛细空隙中的水。重力水：岩石颗粒表面的水分子增厚到一定程度，重力对它的影响大于颗粒表面对它的吸引力，因而能在自身重力影响下运动。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。岩石的水理性质：容水性，持水性，给水性，透水性，含水层和隔水层。含水层：指能够给出并透过相当数量水的岩层。含水层不但储存有水，而且水可以在其中运移。隔水层：指那些不能给出并透过水的岩层，或者这些岩层给出与透过的水的数量是微不足道的。透水性的大小跟孔隙的大小有关。岩石颗粒排列越松散越均匀岩石颗粒的空隙直径便越大，地下水受阻力较小，水从中透过的能力越强。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。第二章地下水类型地下水按埋藏条件分为上层滞水，潜水和承压水。按含水介质（空隙）类型分为孔隙水、裂隙水、岩溶水。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。潜水是埋藏在地表以下饱和带中第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水。潜水等水位线图P16承压水是充满两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。承压水特征：1、承压水最重要的特征是没有自由水面，并承受大气压强以外的附加压强，这就是作用于隔水顶板以水柱高表示的承压水头；2、由于隔水顶板的存在，承压含水层的分布区与补给区不一致，常常是补给区远小于分布区；3、承压水的承压区不可能自其上部的地表直接补给，所以大气圈中各种气象要素的变化对其影响较小，其动态一般较潜水稳定；4、承压水比较不易受地表污染5、规模大的承压含水层是很好的供水水源。承压水蓄水构造为承压水盆地和承压水斜地。向斜承压水的蓄水构造盆地称承压水盆地，可分为补给区、排泄区、承压区；单斜承压水的蓄水构造称承压水斜地，含水层的上部露出地表成为补给区。潜水等水位线和承压水等水压线图用途：潜水等水位线图地形等高线图上，承压水等水压线在地形登高线图和含水层顶板上。第三章地下水循环是指地下水的补给、径流、排泄的过程。地下水的补给源：大气降水、地表水、凝结含水层之间的补给和人工降水补给等。地下水的排泄：蒸发、泉、向地表水泄流、含水层之间的排泄和人工排泄。影响大气降水的主要是降水量、包气带的岩性和厚度人工补给地下水是指借助某些工程措施，将地表水自流或用压力注入地下储水层。常采用地面、河渠、坑池蓄水渗补及井孔灌注，农业灌注、管道渗漏盐碱化：地下水在毛细力作用下沿毛细孔隙上升至地表附近，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，形成盐渍土壤。地下水由补给区流向排泄区的过程称为径流。承压含水层的开启程度越好，透水性越好，补给区与排泄区的高差越大，距离越近，补给越充沛，径流强度越大。地下水的水位水量水质水温等随时间做有规律的变化，这种过程称为地下水的动态。地下水均衡是指某地区在某一时期内，地下水量的收入与支出之间的差额必等于其储存量的变化量。当收入大于支出时，表现为地下水储存量增加，称为正均衡，反之称为负均衡。泉是地下水的天然露头，是地下水排泄的主要方式之一。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。根据泉水露出的原因可分为侵蚀泉、接触泉、逸出泉、断层泉。通过对泉水的调查可以得到地下水的类型，化学成分、补给、径流、排泄及动态、均衡等方面的资料。地下水径流模数（M）M=Q*10^3/365*86400*FQ——年平均地下水流量m3/aF——含水层分布面积km2M——径流模数L/(skm2)地下水的动态：地下水的水位、水量、水质、水温、等随时间作有规律的变化，这种过程称为地下水的动态。地下水的均衡是指某地区在某一时期内，地下水的收入与支出之间的差额必等于其储量的变化量。潜水均衡方程：（W1+Xf+Yf+Zc+Qt）-（W2+Zu+Qd+Q’t）=μ△H第四章地下水运动水头：单位质量的流体所具有的机械能。用高度表示，常用单位为“米”。水力坡度：沿渗流方向单位渗透途径上的水头损失值叫水力梯度。地下水受重力作用在空隙介质中的运动称为渗透。（1）对于同一过水断面，假想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想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。满足上述条件的这种假想水流称为渗透水流，简称渗流。渗流速度小于实际流速。为了满足上述三个条件，要求渗流场（渗流运动所占据的空间）的边界条件与渗透水流所占区域的边界条件相同。地下水流在其过水断面上的平均流速称为渗流速度。渗流速度小于实际流速真实流速是地下水流在国税断面中空隙那部分实际流动水流的平均流速。在静水中有静水压强，在动水中有动水压强，在地下水流中同样也有压强（动水压强），水文地质学中称为渗透压强。渗透压强的大小用水柱高度表示，该高度称为测压管高度。流线是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。迹线是渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。在稳流条件下，流线与迹线重合。流线平行于隔水边界。渗流场中水头值相等的各点练成的面为等水头面（可为平面或曲面），它在剖面上可表现为等水头线。各向同性含水层中，等水头线与流线必正交，等水头面也就是过水断面。渗流场内可以做一系列水头面和流面。在渗流场的某一典型面或切面上，有一系列等水头线与流线组成的网格称为流网。渗流分类：1、稳定流与非稳定流是分居渗流的运动要素是否随时间变化来划分的。2、有压流与无压流是根据渗流是否有自由表面，即自由表面上的压强是否为大气压强来划分的。3、地下水在流动时，根据水的质点是否成有秩序的运动分为层流与紊流。4、均匀速度沿流程不变的渗流称为均匀流；渗流速度沿流程发生变化的渗流称为非均匀流。5、根据渗流速度向量V与所选坐标系｛O-XYZ｝的关系，可将渗流分为一维流、二维流和三维流。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。适用范围并不包括所有层流Re10时，水流保持层流状态运动，服从达西定律。渗透系数k是表征含水层透水性能的重要水文地质参数。它在数量上相当于水力坡度为1时的渗流速度。m/d,cm/s。渗透系数不仅取决于岩石的空隙性质及水在空隙中的存在形式，而且与地下水的一些物理性质如粘滞性、温度等有关。根据渗透系数分类：1、根据渗透系数是否随空间位置变化，含水层可分为均质和非均质两类；2、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。水平取水构筑物有渗渠、沟、渗水管、深水廊道等；垂直取水构筑物有管井、大口井、钻孔等。根据井揭示含水层的程度和进水条件可分为完整井和非完整井。对于管井（井陉小深度大）主要为井壁进水，在管井的最下部常设置沉砂管，因此管井底部进水的情况很少；对于大口井（直径大深度小）要看含水层的厚度、岩性和井的深度、直径，来决定进水方式。达西定律=KωJ=KJ裘布依微分方程假设：含水层各向同性，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（即附近无其他井进行抽水或注水），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为中心R为半径的圆柱水体的外侧面裘布依微分方程：)2(366.10Q抽水井的涌水量m3/d，K渗透系数m/d，ho潜水含水层的原始厚度，hw井中抽水稳定水位,R影响半径,rw井半径，抽水井水位降深Sw=h0-hw用途：给定抽水井的水位降深就可确定井的涌水量。影响半径：对于潜水井，常用库萨金公式KhoSwR2对于承压水井，长用吉哈尔特公式kSwR10井损：抽水时井中的水位与外井壁处水位不一致，前者低于后者。这种内外井壁处水位不一致的现象称为井损，水位的差值称为井损值h，hwSSw'，S'外井壁处水位降深，内低外高Q不变h随时间变化为非稳定运动，反之为稳定运动。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，高位含水层厚度的含水层柱体中所释放或贮存的水量。*，无量纲。导水系数：T=KM,m2/d由达西定律，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。第一类边界条件又叫做给定水头边界条件（供水边界）。第二类边界条件又叫做给定流量边界条件（隔水边界）。Sw一定，完整井Q非完整井Q;Q一定，非完整井Sw完整井SwSw一定，群井Q单井Q;Q一定，Sw群井Sw单井泰斯公式TruuWTQS4*)(42映射原理、叠加原理。用途：在含水层参数T,u*以及井的抽水量给定的情况下，可直接利用泰斯公式，确定井中或含水层中任一点任一时刻的降深，从而可以预测抽水时降落漏斗面的发展规模及变化趋势。当含水层参数下，u*抽水实践t和降深S给定时，还可以确定井的抽水量。第五章地下水的物理性质：温度、颜色、透明度、气味、味道等。基本离子：Cl（高矿化度）,24SO（中矿化度）,3HCO（低矿化度）,Na,K,Ga2+Mg2+地下水的矿化度：地下水中所含离子、分子、化合物的总量（气体成分除外）称为地下水的矿化度。g/L地下水的硬度是指水中Ga2+、Mg2+的含量。水中所含Ga2+、Mg2+的总量是总硬度；若把水加热至沸腾，将导致部分碳酸盐沉淀，水中由此失去的那部分Ga2+、Mg2+称为暂时硬度；水沸腾后仍留在水中的Ga2+、Mg2+含量称为永久硬度。总硬度减去暂时硬度等于永久硬度。二氧化碳：游离CO2（气态）；平衡CO2，其中与水3HCO相平衡的游离CO2；侵蚀性CO2，水中游离CO2超出与3HCO平衡的部分23232CaHCOCOCaCO地下水化学成分的形成作用：溶滤作用、浓缩作用、脱硫酸作用、脱碳酸作用、阳离子的交替吸附作用、混合作用和人类互动在地下水化学成分形成的作用。溶滤作用：沿途中某些可溶成分被溶解转入水中而称为溶液的作用。形成低矿化度水浓缩作用：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。形成高矿化度水第六章洪积扇中的地下水划分为三个带：潜水深埋带或称补给径流带；潜水溢出带或称潜水浅埋带；潜水下沉带或称垂直交替带。洪积扇中地下水的规律是：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。冲积物中的地下水基本特征岩溶发育的基本条件：岩石的可溶性、透水性和水的侵蚀性、流动性。岩溶发育与岩溶水分布的分带性：垂直渗入带、水质水平交替带、水平循环带、深部循环带。第七章岩土工程与地下水：地面沉降、地面塌陷、滑坡（自然、人工）。地下水压力对地基基础的破坏作用：基坑突涌、潜水浮托力与基础抬起、承压水压力与基础抬起。地下水对地基图的渗流破坏：潜蚀、流砂、管涌。潜蚀：在较高的渗透速度或水力梯度作用下，地下水流从孔隙或裂隙中携出细小颗粒的作用。流砂：松散细颗粒土被地下水饱和后，在动水压力即水头差的作用下，产生的悬浮流动现象。