1、水文地质学基础总复习水文地质学基础总复习王大纯王大纯 张人权张人权 等编著等编著地质出版社地质出版社绪绪 言言 水文地质学水文地质学是研究地下水的科学。是研究地下水的科学。地下水地下水即是赋存于地面以下岩石空隙中的水。即是赋存于地面以下岩石空隙中的水。研究的内容研究的内容 与岩石圈、大气圈、生物圈以及人类活动相与岩石圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下互作用下地下水水量和水质的时空变化规律地下水水量和水质的时空变化规律，并研究如，并研究如何何运用这些规律运用这些规律去兴利除害，为人类服务。去兴利除害，为人类服务。一、水文地质学及其研究内容一、水文地质学及其研究内容o资源资源o 供水水源供水
2、水源、液体矿产（液体矿产（矿泉水）、矿泉水）、热水（热能，冷能）热水（热能，冷能）o地下水是极其重要的生态环境因子、地下水是极其重要的生态环境因子、水位抬升：土壤次生盐渍化、原生或次生的土壤沼泽化水位抬升：土壤次生盐渍化、原生或次生的土壤沼泽化 水位下降：水位下降：沼泽湿地面积减少沼泽湿地面积减少、沙漠化：、沙漠化：地面沉降地面沉降、海水入侵、海水入侵、岩土力学平衡破坏：滑坡、岩崩、岩溶地面坍陷岩土力学平衡破坏：滑坡、岩崩、岩溶地面坍陷 地下水与人类健康地下水与人类健康 o地下水是一种地质营力（能量、物质的传输者）、信息载体地下水是一种地质营力（能量、物质的传输者）、信息载体 二、水文地质学在
3、国民经济发展中的作用二、水文地质学在国民经济发展中的作用结合你的家乡实际情况或接触听到谈到的消息，结合你的家乡实际情况或接触听到谈到的消息，试分析地下水的某种功能。试分析地下水的某种功能。为什么说为什么说“水资源水资源”是可再生的资源？是可再生的资源？为什么说为什么说“水资源水资源”既有自然属性，又有社会属性。既有自然属性，又有社会属性。思考题思考题 第一章第一章 地球上的水及其循环地球上的水及其循环1.1 地球上的水地球上的水地球上的水地球上的水浅部层圈水（大气圈到地壳上半部）：分布大气水、地表浅部层圈水（大气圈到地壳上半部）：分布大气水、地表水、地下水以及生物体中的水。水、地下水以及生物体
4、中的水。这些水均以自由态这些水均以自由态H2O分分子形式存在，以液态为主，也呈气态与固态存在。子形式存在，以液态为主，也呈气态与固态存在。13.86108km3，水深约为2718m；97.47%，2.53%淡水体的比例：约68.8%为冰川与积雪，0.3%为河湖，30%为地下水，其他淡水占0.9%。深部层圈水（地壳下部直到下地幔）深部层圈水（地壳下部直到下地幔）：地球深层圈中特殊高压高温下的离解状态的水，以地球深层圈中特殊高压高温下的离解状态的水，以及地壳矿物内部的结合水，均是以非自由状态存在及地壳矿物内部的结合水，均是以非自由状态存在的水。气水溶液的水。气水溶液第一章第一章 地球上的水及其循环
5、地球上的水及其循环广义的水圈应当包括地球各层圈中以各种不同状态存在且相互转化的所有广义的水圈应当包括地球各层圈中以各种不同状态存在且相互转化的所有的水。的水。第一章第一章 地球上的水及其循环地球上的水及其循环 1.2 自然界的水循环自然界的水循环：地球上各层圈的水相互联系、相互转化过程称为水循环。地球上各层圈的水相互联系、相互转化过程称为水循环。水文循环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。之间的水循环。水文循环是在水文循环是在太阳辐射和重力太阳辐射和重力共同作用下，蒸发、水汽输送、共同作用下，蒸发、水汽输送、降水和径
6、流降水和径流，通过四个环节水文循环周而复始的进行。，通过四个环节水文循环周而复始的进行。海洋与大陆之间的水分交换为海洋与大陆之间的水分交换为大循环大循环。海洋或大陆内部的水分交换称为海洋或大陆内部的水分交换称为小循环小循环。水文循环的作用：水通过不断转化水质得以净化，水通过不水文循环的作用：水通过不断转化水质得以净化，水通过不断循环水量得以更新再生。断循环水量得以更新再生。水文循环的资源意义：水作为资源不断更新再生，可以保水文循环的资源意义：水作为资源不断更新再生，可以保证在其再生速度水平上的永续利用。证在其再生速度水平上的永续利用。水文循环水文循环：是发生于是发生于地球表层圈的水，即大气水、
7、地表水和地球表层圈的水，即大气水、地表水和地壳岩石空隙的地下水之间的相互交替与转化，地壳岩石空隙的地下水之间的相互交替与转化，H2O分子态分子态水的转换水的转换 特点：特点：水文循环的速度较快，途径较短，转换交替比较迅速。水文循环的速度较快，途径较短，转换交替比较迅速。地质循环地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程，：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程，常伴常伴有水分子的分解和合成；转换速度缓慢。有水分子的分解和合成；转换速度缓慢。1.3 与水文循环有关的气象、水文因素与水文循环有关的气象、水文因素主要包括气温、气压、湿度、蒸发和降水主要包括气温、气压、湿度、蒸发和降水 1、气温
8、：、气温：时间（季节等）、空间（纬度、高度）时间（季节等）、空间（纬度、高度）2、气压、气压 水平变化（水平变化（全球气压带，全球气压带，地表热力状况的差异）；地表热力状况的差异）；地表覆盖状况不同（地表覆盖状况不同（季风季风）。）。3、湿度、湿度 绝对湿度：绝对湿度：m,g/m3；e,mmHg柱。柱。饱和水汽含量饱和水汽含量：M；E。相对湿度相对湿度：绝对湿度和饱和水汽含量之比。绝对湿度和饱和水汽含量之比。第一章第一章 地球上的水及其循环地球上的水及其循环 一、气象因素一、气象因素 4 4、蒸发、蒸发 空气中的水汽主要来自地表水、地下水、土壤和植物空气中的水汽主要来自地表水、地下水、土壤和植
9、物的蒸发。有了蒸发作用，水循环才得以不断进行。的蒸发。有了蒸发作用，水循环才得以不断进行。水面蒸发的速度和量取决于气温、气压、湿度、风速水面蒸发的速度和量取决于气温、气压、湿度、风速等因素。等因素。主要决定于气温和饱和差（饱和差饱和水汽主要决定于气温和饱和差（饱和差饱和水汽的含量绝对湿度）饱和差愈大，蒸发速度也愈大。风的含量绝对湿度）饱和差愈大，蒸发速度也愈大。风速是影响水面蒸发的另一重要因素。速是影响水面蒸发的另一重要因素。蒸发包括水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发等。通常用蒸发包括水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发等。通常用水面蒸发量的大小表征一个地区蒸发的强度水面蒸发量的大小表征一个地区蒸发的强度。
10、第一章第一章 地球上的水及其循环地球上的水及其循环 5 5、降水、降水气象部门用雨量计测定降水量，气象部门用雨量计测定降水量，降水的影响降水的影响:降水是水循环的降水是水循环的主要环节主要环节之一。之一。一个地区降一个地区降水量的大小，决定了该地区水资源的丰富程度，对地下水水量的大小，决定了该地区水资源的丰富程度，对地下水资源的形成具有重要影响。资源的形成具有重要影响。蒸发与降水对水文循环特别是地下水资源的形成与分布影蒸发与降水对水文循环特别是地下水资源的形成与分布影响重大，后续课程还会涉及响重大，后续课程还会涉及。第一章第一章 地球上的水及其循环地球上的水及其循环 径流是水文循环的重要环节和
11、水均衡的基本要素。径流是水文循环的重要环节和水均衡的基本要素。定义定义：指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。：指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。分类分类：降落到地表的水通过降落到地表的水通过下渗环节下渗环节，对降水进行地表与地下径流，对降水进行地表与地下径流的分配。径流可分为地表径流和地下径流，两者具有密切联系，并的分配。径流可分为地表径流和地下径流，两者具有密切联系，并经常相互转化。经常相互转化。径流具有系统分布的特点径流具有系统分布的特点。汇注于某一干流的全部河流的总体构成一。汇注于某一干流的全部河流的总体构成一个地表径流系统，称为水系。水系的集水区域
12、称为流域。相邻两个个地表径流系统，称为水系。水系的集水区域称为流域。相邻两个流域之间地形最高点的连线称分水岭。流域之间地形最高点的连线称分水岭。地表径流的表示方法地表径流的表示方法：在水文学中常用：在水文学中常用流量、径流总量、径流深度、径流量、径流总量、径流深度、径流模数和径流系数流模数和径流系数等特征值说明地表径流。等特征值说明地表径流。第一章第一章 地球上的水及其循环地球上的水及其循环二、水文因素（径流）二、水文因素（径流）(1)一个地区的年降水量，是用什么表示的，包括哪些组成部分？一个地区的年降水量，是用什么表示的，包括哪些组成部分？答：以答：以 雨量计降雨量，以某一地区某一时期的降水
13、总量平铺于地雨量计降雨量，以某一地区某一时期的降水总量平铺于地面得到的水层高度面得到的水层高度mm数表示。数表示。(2)某山区的地表水系如下图所示，由分水岭圈闭的流域面积为某山区的地表水系如下图所示，由分水岭圈闭的流域面积为24 km2,在在8月份观测到出山口月份观测到出山口A点的平均流量为点的平均流量为8.0 104 m3/d，而，而8月份这月份这个地区的总降水量是个地区的总降水量是700 mm。试求出该流域。试求出该流域8月份的径流深度和月份的径流深度和径流系数，并思考以下问题：为什么径流系数小于径流系数，并思考以下问题：为什么径流系数小于1.0；A点的平点的平均流量中是否包括地下径流。均
14、流量中是否包括地下径流。A分水岭分水岭A分水岭解解：Q=8.0104m3/d ,F=24km2,X=700mmmm103.3102431108.010FQTY3-43-15.07003.103XYa(3)空气湿度和风速如何影响蒸发量？空气湿度和风速如何影响蒸发量？(4)地球上水的循环包括水文循环和地质循环，它们有哪些区别？水循环的大气过地球上水的循环包括水文循环和地质循环，它们有哪些区别？水循环的大气过程属于其中哪一种？程属于其中哪一种？(4)地下径流与地表径流的特征有哪些不同点？地下径流与地表径流的特征有哪些不同点？(5)沙漠地区降雨量很少，但是也能发现大量的地下水或者泉水，为什么？沙漠地区
15、降雨量很少，但是也能发现大量的地下水或者泉水，为什么？(P14)它们或者是从周围高山冰雪融水获得补充，实际仍是固他体降水的转化补它们或者是从周围高山冰雪融水获得补充，实际仍是固他体降水的转化补给；或者是在长期地质历史时期积聚起来的，是多年水文循环的积累。给；或者是在长期地质历史时期积聚起来的，是多年水文循环的积累。（6）为什么称水资源为再生资源，可再生的水资源是取之不尽的吗？）为什么称水资源为再生资源，可再生的水资源是取之不尽的吗？o岩石中的空隙：岩石中的空隙：o岩石中水的存在形式岩石中水的存在形式o与水的储容及运移有关的岩石性质与水的储容及运移有关的岩石性质o有效应力原理与松散岩土压密有效应
16、力原理与松散岩土压密孔隙、孔隙、裂隙、溶穴裂隙、溶穴结合水、重力水、毛细水，结合水、重力水、毛细水，气态水、固态水及矿物中的水气态水、固态水及矿物中的水容水度、含水量、容水度、含水量、给水度给水度持水度持水度、透水性、透水性重难点：岩土中空隙的三种类型，以及影响孔隙的大小、多少（空隙率）重难点：岩土中空隙的三种类型，以及影响孔隙的大小、多少（空隙率）的因素（也是难点）；空隙中水的存在形式及其特征；重点掌握岩土的因素（也是难点）；空隙中水的存在形式及其特征；重点掌握岩土孔隙度、给水度（也是难点）和持水度的概念以及他们的关系。孔隙度、给水度（也是难点）和持水度的概念以及他们的关系。l空隙依据成因分
17、为三类，即：松散岩石中的空隙依据成因分为三类，即：松散岩石中的孔隙孔隙，坚，坚硬岩石中的硬岩石中的裂隙裂隙和可溶岩石中的和可溶岩石中的溶穴溶穴l研究空隙的意义：空隙是地下水的研究空隙的意义：空隙是地下水的赋存场所赋存场所（places）和）和运移通道运移通道（conduits）。空隙的多）。空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地下水的少、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。分布和运动具有重要影响。一、孔隙一、孔隙 孔隙孔隙:松散岩石中颗粒（颗粒集合体）间的空隙松散岩石中颗粒（颗粒集合体）间的空隙.土体孔隙特征土体孔隙特征主要描述主要描述孔隙的孔隙的大小、
18、多少、形状、连通性与胶结大小、多少、形状、连通性与胶结等。等。（1）砂砾石孔隙大小及其影响因素）砂砾石孔隙大小及其影响因素 用用孔喉（孔喉（d）和孔腹（和孔腹（d）来定量表征。）来定量表征。颗粒大小颗粒大小：与构成砂砾石土的颗粒粒径成正比：与构成砂砾石土的颗粒粒径成正比 颗粒排列颗粒排列：立方体排列，：立方体排列，d=0.414D，四面体排列，四面体排列，d=0.155D。试样的分选试样的分选：样品分选较差时，孔隙大小取决于充填大孔隙中实际构：样品分选较差时，孔隙大小取决于充填大孔隙中实际构成孔隙的细小颗粒的直径成孔隙的细小颗粒的直径 颗粒形状及胶结充填情况等。颗粒形状及胶结充填情况等。第二章
19、第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分（2）砂砾石的孔隙度（）砂砾石的孔隙度（porosity）及其影响因素）及其影响因素 孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标，常用孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标，常用n表示。表示。孔隙度孔隙度是指某一体积岩土是指某一体积岩土(包括孔隙在内包括孔隙在内)中孔隙体积所占的中孔隙体积所占的比例。比例。式中：式中：为孔隙度，为孔隙度，为孔隙体积，为孔隙体积，为岩石总体积。为岩石总体积。空隙比空隙比(,隙比）隙比）：是指某一岩石内孔隙的体积（：是指某一岩石内孔隙的体积（Vn）与固体）与固体岩石体积（岩石体积（Vs）的比值。）的比值。(100%)nVnV 第
20、二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分nnVsn1Va.与排列有关与排列有关：立方体排列，孔隙度为立方体排列，孔隙度为47.64%；四面体排列，；四面体排列，25.95%。自然界中。自然界中松散岩石的孔隙度大多介于此两者之间。松散岩石的孔隙度大多介于此两者之间。b.与分选有关与分选有关：分选程度越差，颗粒大小越悬殊，孔隙度便越小：分选程度越差，颗粒大小越悬殊，孔隙度便越小 理想情况下砾石与砂石混合的试样孔隙度：理想情况下砾石与砂石混合的试样孔隙度：n混合混合=n砾石砾石n沙石沙石c.与颗粒形状、胶结充填情况有关与颗粒形状、胶结充填情况有关：颗粒越不规则，孔隙度越大；颗粒间发生胶结或孔
21、隙被充填，直接减颗粒越不规则，孔隙度越大；颗粒间发生胶结或孔隙被充填，直接减少孔隙数量，使孔隙度减小。少孔隙数量，使孔隙度减小。第二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分 砂砾类土的孔隙度大小与什么有关？砂砾类土的孔隙度大小与什么有关？思考表思考表2-1给出的孔隙度数值与上述分析影响孔隙度大小的因素给出的孔隙度数值与上述分析影响孔隙度大小的因素是否不一致？是否不一致？请总结有哪些不同？为什么会不同。请总结有哪些不同？为什么会不同。不同：不同：（1）在表）在表2-1中，自然界中松散岩石的孔隙度与粒径大小有关，粒中，自然界中松散岩石的孔隙度与粒径大小有关，粒径小孔隙度大。径小孔隙度大。（2
22、）孔隙度超过最疏松排列的）孔隙度超过最疏松排列的47.64%？粘性土孔隙度高达？粘性土孔隙度高达70%-80%。对于粘性土，决定孔隙大小的不仅是颗粒大小及排列，结构孔隙及对于粘性土，决定孔隙大小的不仅是颗粒大小及排列，结构孔隙及次生空隙的影响是不可忽视的。次生空隙的影响是不可忽视的。第二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分 固结的坚硬岩石中，固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙一般仅残存很小部分孔隙，而存在有各种应力作用，而存在有各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。裂隙必须是多组发育，构成裂隙网络，才有水下岩石破裂变形产生的裂隙。裂隙必须是多组发育，构成裂隙网络，才有水文地质意
23、义文地质意义l成因分类：成因分类：成岩裂隙成岩裂隙 是岩石在成岩过程中由于冷凝收缩是岩石在成岩过程中由于冷凝收缩(岩浆岩岩浆岩)或固结或固结 (沉积岩沉积岩)而而产生的。岩浆岩中成岩裂隙比较发育，尤以玄武岩中柱状节理最有意义。产生的。岩浆岩中成岩裂隙比较发育，尤以玄武岩中柱状节理最有意义。构造裂隙构造裂隙 是岩石在应力作用下产生的裂隙，具有方向性，大小悬殊，分布是岩石在应力作用下产生的裂隙，具有方向性，大小悬殊，分布不均一。不均一。风化裂隙风化裂隙 是风化营力作用下，岩石破坏产生的裂隙是风化营力作用下，岩石破坏产生的裂隙,主要分布在地表附近。主要分布在地表附近。l裂隙的描述包括：裂隙的描述包括
24、：a.裂隙的连通性裂隙的连通性 b.张开性（宽度）张开性（宽度）c.裂隙率裂隙率 d.充填情况等充填情况等 第二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分 二、二、裂隙裂隙 溶穴溶穴(隙隙)可溶的沉积岩（岩盐、石膏、石灰岩、白云岩等）在地可溶的沉积岩（岩盐、石膏、石灰岩、白云岩等）在地下水溶蚀下产生的空洞。下水溶蚀下产生的空洞。岩溶率：溶穴的体积与岩石总体积比值岩溶率：溶穴的体积与岩石总体积比值(1 0 0%)kkVKV 第二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分三、溶穴三、溶穴（solution cavity）四、岩石空隙发育的多样性及空隙特征的比较（孔隙、裂隙、溶穴）四、岩石空
25、隙发育的多样性及空隙特征的比较（孔隙、裂隙、溶穴）p18 松散岩石以孔隙为主，但粘土干缩后可产生裂隙，而这些超过其原有松散岩石以孔隙为主，但粘土干缩后可产生裂隙，而这些超过其原有的孔隙。固结程度不高的沉积岩，往往既有孔隙，又有裂隙。的孔隙。固结程度不高的沉积岩，往往既有孔隙，又有裂隙。可溶岩石，有的部分发育溶穴，有的部分则为裂隙，有时还可保留原可溶岩石，有的部分发育溶穴，有的部分则为裂隙，有时还可保留原生的孔隙与裂缝。生的孔隙与裂缝。空隙特点与地下水类型空隙特点与地下水类型 空隙特点：连通性空隙特点：连通性、空间分布（均匀性）、空间分布（均匀性）空隙比率（大小）空隙比率（大小）、空、空隙渗透性
26、（大小、方向）隙渗透性（大小、方向）岩石中的空隙，连接成网络，成为地下水有效的储容空间和运移岩石中的空隙，连接成网络，成为地下水有效的储容空间和运移通道。通道。孔隙孔隙连通良好，分布均匀，在不同方向上，孔隙通道的大小和多连通良好，分布均匀，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少很接近。地下水分布与流动都比较均匀。少很接近。地下水分布与流动都比较均匀。裂隙：裂隙：宽窄不等、长度有限的线状缝隙，具有一定的方向性，连宽窄不等、长度有限的线状缝隙，具有一定的方向性，连通性较差。地下水分布不均匀，水力联系差。通性较差。地下水分布不均匀，水力联系差。溶穴：溶穴：空隙大小悬殊且分布极不均匀。地下水分布与流动通常
27、极空隙大小悬殊且分布极不均匀。地下水分布与流动通常极不均匀。不均匀。第二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分结合水：结合水：（抗剪强度，固态和液态水的双重性质；当孔隙（抗剪强度，固态和液态水的双重性质；当孔隙直径小于直径小于2倍结合水厚度时，孔隙中只存在不能运动的倍结合水厚度时，孔隙中只存在不能运动的结合水（此时的孔隙被视为无效空间）。结合水（此时的孔隙被视为无效空间）。重力水重力水：自由运动（层流，紊流）；泉，或井流出；：自由运动（层流，紊流）；泉，或井流出；重重力水是水文地质学研究的主要对象。力水是水文地质学研究的主要对象。毛细水毛细水：支持毛细水；支持毛细水；悬挂毛细水悬挂毛细
28、水；孔角毛细水孔角毛细水 2.2 岩石中水的存在形式岩石中水的存在形式2.3 2.3 与水的储容及运移有关的岩石性质与水的储容及运移有关的岩石性质 本课程主要涉及的是与水分储容、释出与运移有本课程主要涉及的是与水分储容、释出与运移有关的岩石水理性质。关的岩石水理性质。主要包括：主要包括：容水度、容水度、给水度、持水度和给水度、持水度和透水性透水性。一、容水度一、容水度 反映岩石的最大含水能力，与水分储容反映岩石的最大含水能力，与水分储容 定义定义：容水度是指岩石完全饱水时，所能容纳的最大水：容水度是指岩石完全饱水时，所能容纳的最大水体积与岩石总体积之比。体积与岩石总体积之比。与孔隙度的关系与孔
29、隙度的关系：一般说来容水度在数值上与孔隙度（裂：一般说来容水度在数值上与孔隙度（裂隙率、岩溶率）相当。但是对于具有膨胀性的粘土，充水隙率、岩溶率）相当。但是对于具有膨胀性的粘土，充水后体积扩大，容水度可大于孔隙度。后体积扩大，容水度可大于孔隙度。第二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分 反映岩石实际保留水分的状况，反映岩石实际保留水分的状况，含水状态的划分：含水状态的划分：饱和含水量：饱和含水量：孔隙充分饱水时的含水量。孔隙充分饱水时的含水量。饱和差饱和差:饱和含水量与实际含水量之间的差值。饱和含水量与实际含水量之间的差值。饱和度饱和度:实际含水量与饱和含水量之比实际含水量与饱和含水
30、量之比 第二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分二、含水量（二、含水量（重量含水量重量含水量，体积含水量）体积含水量）定义定义：地下水位下降一个：地下水位下降一个单位深度单位深度，从地下水位延伸到地表面的，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积，称为，在重力作用下释出的水的体积，称为给水度（给水度（）。）。影响给水度影响给水度值的因素：值的因素：岩性岩性：空隙大空隙大的样品，的样品，重力释水后，结合水与孔角毛细水较少，重力释水后，结合水与孔角毛细水较少，给水度大，给水度大，n，砾，砾粗砂粗砂粉砂；孔隙细小（粘性土），粉砂；孔隙细小
31、（粘性土），给水度小。给水度小。地下水位初始埋深地下水位初始埋深（H0）：当地下水位初始埋深小于支持毛）：当地下水位初始埋深小于支持毛细水带高度细水带高度 时，当地下水位下降时，原重力水大多转化为支持时，当地下水位下降时，原重力水大多转化为支持毛细水而保留于地下水面之上，从而使毛细水而保留于地下水面之上，从而使变小。变小。第二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分三、给水度三、给水度（）：）：反映岩石反映岩石最大释水能力最大释水能力的指标的指标 与地下水位下降速度有关：与地下水位下降速度有关：当地下水位下降速率大时，给水度偏小，此点对于细粒松当地下水位下降速率大时，给水度偏小，此点对于
32、细粒松散岩石尤为明显。可能的原因：重力释水并非瞬间完成，而往往散岩石尤为明显。可能的原因：重力释水并非瞬间完成，而往往滞后于水位下降；此外，迅速失水时大小孔道失水不同步，在小滞后于水位下降；此外，迅速失水时大小孔道失水不同步，在小孔道形成悬挂毛细水而不能释出。孔道形成悬挂毛细水而不能释出。土层结构：土层结构：均质土特征与上述讨论一致，岩土层为层状非均质土时，往均质土特征与上述讨论一致，岩土层为层状非均质土时，往往会影响往会影响值，多层状土的特征而言，上粗下细，上细下粗产生值，多层状土的特征而言，上粗下细，上细下粗产生不同影响给水度。不同影响给水度。第二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与
33、水分 给水度小结（影响给水度的因素）：给水度小结（影响给水度的因素）：均值土、地下水位初始埋深大于支持毛细水高度（均值土、地下水位初始埋深大于支持毛细水高度（hc)、水、水位降速慢时，给水度最接近理论值。位降速慢时，给水度最接近理论值。水位初始埋深小于支持毛细水高度水位初始埋深小于支持毛细水高度 时，埋深愈浅，时，埋深愈浅，越小。越小。水位降速愈快，水位降速愈快，偏小。偏小。一般而言，层状土的给水度一般而言，层状土的给水度小于均值土层。小于均值土层。第二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分 定义定义：地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石：地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩
34、石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。给水度、持水度与孔隙度给水度、持水度与孔隙度的关系是：的关系是：影响因素给水度的因素与影响持水度的相同。影响因素给水度的因素与影响持水度的相同。残留含水量残留含水量（W0):包气带充分重力释水而又未受到蒸包气带充分重力释水而又未受到蒸发、蒸腾消耗时的含水量。数值上相当于发、蒸腾消耗时的含水量。数值上相当于最大的持水度。最大的持水度。rSn 第二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分4 4、持水度、持水度（Sr）：反映）：反映岩石最小含水能力岩石最小含水能力的指标的指标 孔隙大小及孔隙度孔隙大小及孔隙度 当
35、孔隙度一定而孔隙直径越大，则圆管通道的数量越少，但有当孔隙度一定而孔隙直径越大，则圆管通道的数量越少，但有效渗流断面越大，透水能力就越强；反之，孔隙直径越小，透水效渗流断面越大，透水能力就越强；反之，孔隙直径越小，透水能力就越弱。由此可见，决定透水性好坏的能力就越弱。由此可见，决定透水性好坏的主要因素是孔隙大小主要因素是孔隙大小；只有在孔隙大小达到一定程度，孔隙度才对岩石的透水性起作用，只有在孔隙大小达到一定程度，孔隙度才对岩石的透水性起作用，孔隙度越大，透水性越好孔隙度越大，透水性越好。第二章第二章 岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙与水分 孔隙通道变化与曲折性孔隙通道变化与曲折性：很大程度上取
36、决于：很大程度上取决于最小的孔隙直径最小的孔隙直径；孔隙通；孔隙通道愈弯曲，水质点实际流程就愈长，克服摩擦阻力所消耗的能量就愈大。道愈弯曲，水质点实际流程就愈长，克服摩擦阻力所消耗的能量就愈大。颗粒分选性颗粒分选性，除了影响孔隙大小，还决定着孔隙通道沿程直径的变，除了影响孔隙大小，还决定着孔隙通道沿程直径的变化和曲折性，因此，分选程度对于松散岩石透水性的影响，化和曲折性，因此，分选程度对于松散岩石透水性的影响，往往要超过往往要超过孔隙度。孔隙度。五、透水性：岩石允许水透过的能力，渗透系数五、透水性：岩石允许水透过的能力，渗透系数 习习 题题o对比以下概念：对比以下概念：o 空隙和孔隙；孔隙度和
37、孔隙比；孔隙和裂隙；空隙和孔隙；孔隙度和孔隙比；孔隙和裂隙；o在一个孔隙度为在一个孔隙度为30%的砾石堆积体中，充填了孔隙度为的砾石堆积体中，充填了孔隙度为60%的粉的粉质粘土，试估算该堆积体的实际孔隙度。质粘土，试估算该堆积体的实际孔隙度。o请对以下陈述作出辨析：请对以下陈述作出辨析：o地层介质的固体颗粒越粗大，孔隙度就越大；不一定地层介质的固体颗粒越粗大，孔隙度就越大；不一定o分布有裂隙的岩石中，一般不发育孔隙；分布有裂隙的岩石中，一般不发育孔隙；对对 p17o毛细水不受重力作用，只受表面张力作用；错毛细水不受重力作用，只受表面张力作用；错o松散岩层的给水度虽然经验上被认为是固定的参数，但
38、实际上也随松散岩层的给水度虽然经验上被认为是固定的参数，但实际上也随时间变化，并且总是小于孔隙度；对时间变化，并且总是小于孔隙度；对4 潜水含水层的给水度和承压含水层的给水度存在很大的潜水含水层的给水度和承压含水层的给水度存在很大的区别，你知道为什么吗？区别，你知道为什么吗？o概念不同：概念不同：承压含水层的储水系数（弹性给水度）是指测压水位下承压含水层的储水系数（弹性给水度）是指测压水位下降（或上升）一个单位深度，单位水平面积含水层释出（或储存）的水降（或上升）一个单位深度，单位水平面积含水层释出（或储存）的水的体积。的体积。o 潜水位的抬高或降低，含水层厚度加大或变薄；承压含水层测压水位潜
39、水位的抬高或降低，含水层厚度加大或变薄；承压含水层测压水位下降（上升），不改变含水层厚度。测压水位上升，含水层水密度加大下降（上升），不改变含水层厚度。测压水位上升，含水层水密度加大及含水介质空隙增加；测压水位下降，含水层水密度变小及含水介质空及含水介质空隙增加；测压水位下降，含水层水密度变小及含水介质空隙缩减。隙缩减。o释出（储存释出（储存）水机理不同：）水机理不同：水位下降时潜水含水层所释出的水来自水位下降时潜水含水层所释出的水来自部分空隙的排水；测压水位下降时承压含水层所释出的水来自含水层体部分空隙的排水；测压水位下降时承压含水层所释出的水来自含水层体积的膨胀及含水介质的压密（从而与含水
40、层厚度无关）。积的膨胀及含水介质的压密（从而与含水层厚度无关）。o数量及不同：数量及不同：承压含水层的出水系数为承压含水层的出水系数为0.00500.00005,常较潜水含水层常较潜水含水层小小1-3个数量级。个数量级。(5)某岩石的裂隙中，有的充填了细砂，有的充填了粘土，有的没有充某岩石的裂隙中，有的充填了细砂，有的充填了粘土，有的没有充填，试分析各种情况下岩石的透水性；填，试分析各种情况下岩石的透水性；(6)当潜水的水位下降时，水面下岩石的固体骨架有效应力将如何变当潜水的水位下降时，水面下岩石的固体骨架有效应力将如何变化？而水面上的岩石含水量如何变化？化？而水面上的岩石含水量如何变化？(7
41、)对于上海市的地面沉降，有人认为是抽取地下水引起的，也有人对于上海市的地面沉降，有人认为是抽取地下水引起的，也有人认为是高层建筑不断兴建引起的，试分析这些论断所依据的原理认为是高层建筑不断兴建引起的，试分析这些论断所依据的原理和可能的论证方法。和可能的论证方法。有效应力原理与松散岩土压密有效应力原理与松散岩土压密(8)请分析一下孔隙度与饱和体积含水量之间的关系？请分析一下孔隙度与饱和体积含水量之间的关系？相等相等水井水井土壤水带土壤水带中间带中间带毛细水带毛细水带饱水带饱水带 Saturated Zone包气带包气带Vadose Zone地下水面地下水面第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存
42、包气带包气带：地表以下到地下水面之上，岩石中的空隙未被重力水所充满。：地表以下到地下水面之上，岩石中的空隙未被重力水所充满。毛细水带：毛细水带：包气带底部由地下水面支持的毛细水构成毛细水带。包气带底部由地下水面支持的毛细水构成毛细水带。饱水带饱水带：地下水面以下，岩石中的空隙被重力水所充满的带。：地下水面以下，岩石中的空隙被重力水所充满的带。3.1 包气带与饱水带包气带与饱水带结合水；孔角毛细水、悬挂毛细水、支持毛细水；空隙空气中的气态水；局部滞留重力水3.2含水层，隔水层与弱透水层含水层，隔水层与弱透水层 划分原则划分原则：在地下水位以下，饱水岩层中，根据岩层：在地下水位以下，饱水岩层中，根
43、据岩层给水与透水给水与透水能力能力而进行划分而进行划分 含水层含水层：是能够透过并给出相当数量水的岩层，如各类砂土、砂：是能够透过并给出相当数量水的岩层，如各类砂土、砂岩等。岩等。隔水层：隔水层：不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层，不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层，如裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密）如裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密）弱透水层弱透水层：渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯：渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层（驱动），如各种粘土，度作用下，具有一定的透水能力的岩层（驱动），如各
44、种粘土，泥质粉砂岩。泥质粉砂岩。时间尺度足够长，任何岩层可视为可渗透的。时间尺度足够长，任何岩层可视为可渗透的。第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存3.3 地下水分类地下水分类l广义地下水：广义地下水：赋存于地面以下岩土空隙中的水：包气带及饱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。水带中所有含于岩石空隙中的液态水和气态水。l狭义地下水：狭义地下水：赋存于饱水带岩土空隙中的液态水（饱水带中赋存于饱水带岩土空隙中的液态水（饱水带中重力水）。重力水）。l 地下水分类依据地下水分类依据 含水介质的类型（赋存空间）：孔隙水、裂隙水和岩溶水含水介质的类型（赋存空
45、间）：孔隙水、裂隙水和岩溶水 埋藏条件（赋存部位）：包气带（上层滞水）、埋藏条件（赋存部位）：包气带（上层滞水）、饱水带（潜水和承压水）饱水带（潜水和承压水）第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存3.4 3.4 潜水潜水 潜水潜水（Phreatic Water）：）：地表以下，第一个具有自地表以下，第一个具有自由表面（由表面（潜水面）潜水面）的稳定（具有一定的空间连续性）含水的稳定（具有一定的空间连续性）含水层（层（潜水含水层潜水含水层）中的水。）中的水。第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存一、潜水与潜水含水层概念一、潜水与潜水含水层概念 潜水面潜水面(phreatic surface)。潜
46、水位（潜水位（water level)潜水含水层潜水含水层含水层厚度含水层厚度潜水埋深潜水埋深潜水的基本要素潜水的基本要素承压水的承压水的基本特征基本特征：是由于上部受到隔水层或弱透水层的隔离，承压：是由于上部受到隔水层或弱透水层的隔离，承压水与大气圈、地表水圈的联系较差，水循环也缓慢得多。承压水不像水与大气圈、地表水圈的联系较差，水循环也缓慢得多。承压水不像潜水那样容易污染，但是一旦污染后则很难使其净化。潜水那样容易污染，但是一旦污染后则很难使其净化。隔水层隔水层 承承压压 水水 潜水潜水 第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存图图3-6 基岩自流盆地中的承压水基岩自流盆地中的承压水 承压含
47、水层承压含水层：隔水顶板：隔水顶板：隔水隔水底板：底板：承压含水层厚度承压含水层厚度（H）测压水位线测压水位线（面）：（面）：承压高度承压高度：补给区补给区：承承压区压区：排泄区排泄区：自溢区自溢区充满于两个隔水层（或弱透水层）充满于两个隔水层（或弱透水层）之间的含水层的水。之间的含水层的水。当包气带存在局部隔水层当包气带存在局部隔水层(弱透水层弱透水层)时，局部隔水层时，局部隔水层(弱透水弱透水层层)上会积聚具有自由水面的重力水，为上层滞水。上会积聚具有自由水面的重力水，为上层滞水。上层滞水上层滞水是包气带中有实际利用价值的重力水。是包气带中有实际利用价值的重力水。特点特点：最接近地表，接受
48、大气降水的补给，通过蒸发或向隔水底板：最接近地表，接受大气降水的补给，通过蒸发或向隔水底板（弱透水层底板）的边缘下渗排泄。雨季积存一定水量，旱季逐渐（弱透水层底板）的边缘下渗排泄。雨季积存一定水量，旱季逐渐耗失；不能终年保持有水；动态变化显著。耗失；不能终年保持有水；动态变化显著。作用作用：只有在缺水地区才能成为小型供水水源或暂时性供水水源。：只有在缺水地区才能成为小型供水水源或暂时性供水水源。上层滞水极易受污染，利用其作为饮用水源时要格外注意卫生防护。上层滞水极易受污染，利用其作为饮用水源时要格外注意卫生防护。上层滞水上层滞水 习题习题o1.对比以下概念：对比以下概念：o 毛细水带与包气带；
49、隔水层与弱透水层；排泄区与补给区；毛细水带与包气带；隔水层与弱透水层；排泄区与补给区；上层滞水与潜水；上层滞水与潜水；o2.请对以下陈述作出辨析：请对以下陈述作出辨析：n在排泄区，地下水不接受大气降水的补给；不一定在排泄区，地下水不接受大气降水的补给；不一定n只有测压水位高于地面的地下水才叫承压水；错只有测压水位高于地面的地下水才叫承压水；错n地面的污染物可以通过包气带扩散到潜水中，但不会影响承压水；地面的污染物可以通过包气带扩散到潜水中，但不会影响承压水；错错n包气带中有结合水，而饱水带没有结合水。错包气带中有结合水，而饱水带没有结合水。错o3.在地下水的补给、径流、排泄上，承压含水层具有哪
50、些特点在地下水的补给、径流、排泄上，承压含水层具有哪些特点?o结合水与重力水的最根本的区别是结合水（结合水与重力水的最根本的区别是结合水（）。）。oa.不能转化为气态水；不能转化为气态水；b.具有抗剪强度；具有抗剪强度；oc.不能运动；不能运动；d.结合水层薄。结合水层薄。4.当潜水水位下降时，支持毛细水和悬挂毛细水的运动有什么不同特点？5.在无入渗补给而有蒸发排泄的条件下，如果潜水含水层地下水水位逐渐下降，其上部包气带的含水量将 减小 ，而地下水蒸发强度将 增加 ，这时潜水面 否 （填“是”或者“否”）还可以看作流面。主要内容主要内容：掌握达西定律及其表示方法，并理解渗透流速、：掌握达西定律
