水文地質(zhì)學(xué)考試資料.ppt

緒 言,研究對(duì)象：,研究?jī)?nèi)容,研究地下水的科學(xué),研究與巖石圈、地幔、水圈、大氣圈、生物圈以及人類(lèi)活動(dòng)相互作用下地下水水量和水質(zhì)的時(shí)空變化規(guī)律，以及對(duì)各個(gè)圈層所產(chǎn)生的影響；,并研究如何運(yùn)用這些規(guī)律和影響去興利除害，為人類(lèi)服務(wù),賦存于地面以下巖石空隙中的水,水文地質(zhì)學(xué)概念,（土層）,（任務(wù)）,第二章 巖石中的空隙與水分,2.1 巖石中的空隙,意義：巖石空隙是地下水儲(chǔ)存場(chǎng)所和運(yùn)動(dòng)通道?？障兜亩嗌?、大小、形狀、連通情況和分布規(guī)律，對(duì)地下水的分布和運(yùn)動(dòng)具有重要影響。,松散巖石中的孔隙,分類(lèi)：將巖石空隙作為地下水儲(chǔ)存場(chǎng)所和運(yùn)動(dòng)通道研究時(shí)，可分為三類(lèi)，即：,可溶巖石中的溶穴,堅(jiān)硬巖石中的裂隙,第二章 巖石中的空隙與水分,2.1.1 孔隙,定義：松散巖石是由大小不等的顆粒組成的，顆?；蝾w粒集合體之間的空隙，稱(chēng)為孔隙。,意義：孔隙體積的多少是影響巖石儲(chǔ)容地下水能力大小的重要因素。,孔隙度：指某一體積巖石（包括孔隙在內(nèi)）中孔隙體積所占的比例。,其中，n 表示巖石的孔隙度，V 表示包括孔隙在內(nèi)的巖石體積，Vn 表示巖石中孔隙的體積。,第二章 巖石中的空隙與水分,2.1.1 孔隙,次生孔隙：在碳酸鹽巖層中，除粒間孔隙或晶粒間孔隙所構(gòu)成的原生孔隙外，還有由孔洞、裂隙、白云巖化所構(gòu)成的次生孔隙。,顆粒形狀,結(jié)構(gòu)孔隙：粘性土顆粒表面帶有的電荷，在沉積過(guò)程中粘粒聚合，構(gòu)成顆粒集合體，形成直徑比顆粒本身還大的結(jié)構(gòu)孔隙。,第二章 巖石中的空隙與水分,2.1.1 孔隙,孔隙度的影響因素： 孔隙度的大小主要取決于分選程度及顆粒排列情況，另外顆粒形狀及膠結(jié)充填情況也影響孔隙度。對(duì)于粘性土，結(jié)構(gòu)及次生孔隙常是影響孔隙度的重要因素。,松散巖石孔隙度參考數(shù)值,第二章 巖石中的空隙與水分,2.1.2 裂隙,固結(jié)的堅(jiān)硬巖石，包括沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖，一般不存在或只保留一部分顆粒之間的孔隙，而主要發(fā)育各種應(yīng)力作用下巖石破裂變形產(chǎn)生的裂隙。,成巖裂隙,構(gòu)造裂隙,風(fēng)化裂隙,裂隙率：體裂隙率、面裂隙率、線裂隙率,卸荷裂隙,第二章 巖石中的空隙與水分,野外研究裂隙時(shí)，應(yīng)注意測(cè)定裂隙的方向、寬度、延伸長(zhǎng)度、充填情況等。因?yàn)檫@些都對(duì)地下水的運(yùn)動(dòng)具有重要影響。 2.1.3 溶穴,可溶的沉積巖，如巖鹽、石膏、石灰?guī)r和白云巖等，在地下水溶蝕下會(huì)產(chǎn)生空洞，這種空隙稱(chēng)為溶穴（隙）。,巖溶率,錄像,圖片,第二章 巖石中的空隙與水分,孔隙、裂隙、溶穴不是獨(dú)立存在。自然界巖石中空隙的發(fā)育狀況遠(yuǎn)較上面所說(shuō)的復(fù)雜。,總結(jié)與比較,松散巖石固然以孔隙為主，但某些粘土干縮后可產(chǎn)生裂隙，而這些裂隙的水文地質(zhì)意義，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其原有的孔隙。,第二章 巖石中的空隙與水分,因此，在研究巖石空隙時(shí)，必須注意觀察，收集實(shí)際資料，在事實(shí)的基礎(chǔ)上分析空隙的形成原因及控制因素，查明其發(fā)育規(guī)律。,巖石中的空隙，必須以一定方式連接起來(lái)構(gòu)成空隙、網(wǎng)絡(luò)，才能成為地下水有效的運(yùn)移通道（）和儲(chǔ)容空間和。松散巖石、堅(jiān)硬基巖和可溶巖石中的空隙網(wǎng)絡(luò)具有不同的特點(diǎn)。賦存于不同巖層中的地下水，具有不同的分布與運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。 孔隙水、裂隙水和巖溶水,固結(jié)程度不高的沉積巖，往往既有孔隙，又有裂隙。,可溶巖石，由于溶蝕不均一，有的部分發(fā)育溶穴，而有的部分則為裂隙，有時(shí)還可保留原生的孔隙與裂縫。,第二章 巖石中的空隙與水分,2.3.3 給水度,定義：我們把地下水位下降一個(gè)單位深度，從地下水位延伸到地表面的單位水平面積巖石柱體， 在重力作用下釋出的水的體積， 稱(chēng)為給水度 。,例如，地下水位下降 2m，1m2水平面積巖石柱體，在重力作用下釋出的水的體積為0.2m3（相當(dāng)于水柱高度0.2m），則給水度為 0.1或 10。,影響因素：對(duì)于均質(zhì)的松散巖石，給水度的大小與巖性、初始地下水位埋藏深度以及地下水位下降速率等因素有關(guān)。,單位體積飽水巖石體在重力作用下自由釋出的水的體積,第二章 巖石中的空隙與水分,2.3.3 給水度,巖性對(duì)給水度的影響主要表現(xiàn)為空隙的大小與多少。,例如，顆粒粗大的松散巖石，裂隙比較寬大的堅(jiān)硬巖石，以及具有溶穴的可溶巖，空隙寬大，重力釋水時(shí)，滯留于巖石空隙中的結(jié)合水與孔角毛細(xì)水較少， 理想條件下給水度的值接近孔隙度、 裂隙率與巖溶率。,相反，若空隙細(xì)小（如粘性土），重力釋水時(shí)大部分水以結(jié)合水與懸掛毛細(xì)水形式滯留于空隙中，給水度往往很小。,第二章 巖石中的空隙與水分,2.3.3 給水度,當(dāng)初始地下水位埋藏深度小于最大毛細(xì)上升高度時(shí)，地下水位下降后，重力水的一部分將轉(zhuǎn)化為支持毛細(xì)水而保留于地下水面之上，從而使給水度偏小。,第二章 巖石中的空隙與水分,2.3.3 給水度,可能的原因,1）重力釋水并非瞬時(shí)完成，而往往滯后于水位下降； 2）迅速釋水時(shí)大、小孔道釋水不同步，大的孔道優(yōu)先釋水，在小孔道中形成懸掛毛細(xì)水而不能釋出。,地下水位下降速率,第二章 巖石中的空隙與水分,2.3.4 持水度,定義：地下水位下降一個(gè)單位深度，單位水平面積巖石柱體反抗重力而保持于巖石空隙中的水量，稱(chēng)作持水度。,包氣帶充分重力釋水而又未受到蒸發(fā)、蒸騰消耗時(shí)的含水量稱(chēng)作殘留含水量數(shù)值上相當(dāng)于最大的持水度。,給水度、持水度與孔隙度的關(guān)系,影響因素,第二章 巖石中的空隙與水分,2.3.5 透水性巖石允許水透過(guò)的能力,以松散巖石為例，分析一個(gè)理想孔隙通道中水的運(yùn)動(dòng)情況,第二章 巖石中的空隙與水分,2.3.5 透水性巖石允許水透過(guò)的能力,圓管狀孔隙通道的縱斷面，孔隙的邊緣上分布著在尋常條件下不運(yùn)動(dòng)的結(jié)合水，其余部分是重力水。由于附著于隙壁的結(jié)合水層對(duì)于重力水，以及重力水質(zhì)點(diǎn)之間存在著摩擦阻力，最近邊緣的重力水流速趨于零，中心部分流速最大。,結(jié)論：孔隙直徑愈小，結(jié)合水所占據(jù)的無(wú)效空間愈大，實(shí)際滲流斷面就愈?。煌瑫r(shí)，孔隙直徑愈小，可能達(dá)到的最大流速愈小。 因此，孔隙直徑愈小，透水性就愈差。當(dāng)孔隙直徑小于兩倍結(jié)合水層厚度時(shí)，在尋常條件下就不透水。,第二章 巖石中的空隙與水分,2.3.5 透水性,把松散巖石中的全部孔隙通道概化為一束相互平行的等徑圓管，則不難推知： 當(dāng)孔隙度一定而孔隙直徑愈大， 則圓管通道的數(shù)量愈少， 但有效滲流斷面愈大，透水能力就愈強(qiáng)；反之，孔隙直徑愈小，透水能力就愈弱。,由此可見(jiàn)，決定透水性好壞的主要因素是孔隙大?。恢挥性诳紫洞笮∵_(dá)到一定程度，孔隙度才對(duì)巖石的透水性起作用，孔隙度愈大，透水性愈好。,第二章 巖石中的空隙與水分,b概化為沿程等經(jīng)的圓管,a孔隙通道原型,c概化為沿程不等徑圓管,第二章 巖石中的空隙與水分,實(shí)際的孔隙通道并不是直徑均一的圓管，而是直徑變化、斷面形狀復(fù)雜的管道系統(tǒng)（圖a）。巖石的透水能力并不取決于平均孔隙直徑（圖b），而在很大程度上取決于最小的孔隙直徑（圖c）（木桶原理）,實(shí)際的孔隙通道也不是直線的，而是曲折的（圖a）?？紫锻ǖ烙鷱澢?，水質(zhì)點(diǎn)實(shí)際流程就愈長(zhǎng)，克服摩擦阻力所消耗的能量就愈大。,孔隙大小,孔隙通道沿程直徑的 變化和曲折性,顆粒分選程度,孔隙度,第三章 地下水的賦存,3.2 含水層、隔水層（弱透水層）,含水層,隔水層,透水性能好空隙大的巖層?！敬怼柯咽⒌[石、粗砂的沉積物（孔隙）；富含裂隙的巖層；巖溶發(fā)育的巖層,aquifer kwif,定義：能夠透過(guò)并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層,定義：不能透過(guò)與給出水，或者透過(guò)給出的水量微不足道的巖層,【代表】致密的基巖；壓實(shí)性強(qiáng)的粘性土層。,aquiclude kwiklu:d,第三章 地下水的賦存,3.2 含水層、隔水層（弱透水層）,對(duì)于一些滲透性相當(dāng)差的巖層，在一般的供水排水中他們所能提供的水量微不足道，視乎可以看作隔水層； 但是，當(dāng)發(fā)生越流（相鄰含水層通過(guò)其間的弱透水層發(fā)生水量交換）時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)水流的水力梯度大且發(fā)生滲透的過(guò)水?dāng)嗝婧艽螅搅鹘粨Q的水量相當(dāng)可觀，此時(shí)，再稱(chēng)作隔水層就不合適了。,【代表】在平原區(qū)：粉質(zhì)粘土層，粉質(zhì)亞粘土層，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層和亞砂土層等； 在堅(jiān)硬巖石地區(qū)：一些微裂隙、節(jié)理發(fā)育的泥巖層、頁(yè)巖層、砂礫巖層等。,弱透水層（相對(duì)隔水層）,第三章 地下水的賦存,含水層、隔水層概念的相對(duì)性（巖層滲透性能的相對(duì)性）,利用地下水的工作供水水源（需要水量） A）在利用地下水供水時(shí)，某一巖層能夠給出的水量較小，對(duì)于水源豐沛、需水量很大的地區(qū)，由于遠(yuǎn)不能滿足供水需求，而被視為隔水層； B）在水資源匱乏、需水量較小的地區(qū)，就可以被視為含水層。,排除地下水的工作工程防滲（杜絕水量） 如某種巖層的滲透性較低，從供水的角度來(lái)說(shuō)，它被視作隔水層；但是從水庫(kù)滲漏的角度出發(fā)，這種滲漏量就不容忽視，依舊視作隔水層就不合適了。,第三章 地下水的賦存,時(shí)間尺度：,m3,m3/s,m/s,m/s,m2,s,s,m2,s,在討論油氣二次運(yùn)移這種時(shí)間尺度很大的水文地質(zhì)過(guò)程時(shí)，流體能夠穿越所有的地層。從整體上說(shuō)，地層具有水力連續(xù)性。,如上圖： 有5個(gè)含水層被4個(gè)弱透水層所阻隔。 當(dāng)在含水層3中抽水時(shí)，短期內(nèi)相鄰的含水層2與4的水位均未變動(dòng)，圖中所示a的范圍構(gòu)成一個(gè)有水力聯(lián)系的單元。 當(dāng)抽水持續(xù)時(shí)，最終影響將波及圖中b所示范圍，這時(shí)5個(gè)含水層與4個(gè)弱透水層構(gòu)成一個(gè)發(fā)生統(tǒng)一水力聯(lián)系的單元。,第三章 地下水的賦存,巖石的各向異性： 以沉積巖為例，由于不同巖性層的互層，有的層次發(fā)育裂隙或溶穴，垂直方向上是隔水的，但在順層的方向上都是透水的。 例如，薄層頁(yè)巖和石灰?guī)r互層時(shí)，頁(yè)巖中裂隙接近閉合，灰?guī)r中裂隙與溶穴發(fā)育，便成為典型的順層透水而垂直層面隔水的巖層。 下為示意圖,第三章 地下水的賦存,第三章 地下水的賦存,構(gòu)成含水層必須具備的3個(gè)條件,巖層必須有儲(chǔ)水空間 即應(yīng)有孔隙、裂隙和溶隙（穴）等空隙。這是儲(chǔ)存地下水的前提條件。,第三章 地下水的賦存,含水層存在的意義,具備保存住地下水的地質(zhì)構(gòu)造（儲(chǔ)水構(gòu)造） 在透水性良好的巖層下有隔水層（弱透水層）的存在，以免重力水向下全部漏失； 或在水平方向上有隔水層阻擋，以免全部漏空。 要有足夠的水源（良好的補(bǔ)、排條件） 使儲(chǔ)水空間能不斷地獲得補(bǔ)給，方能成為含水層。,第三章 地下水的賦存,3.3 地下水分類(lèi),廣義：指賦存于地面以下巖土空隙中的水,狹義：指賦存于飽水帶巖土空隙中的水重力水,包括：包氣帶及飽水帶中所有含于巖石空隙中的水,地下水概念的從“狹義”“廣義”,從只研究“重力水”研究“包氣帶水&重力水”,水文地質(zhì)學(xué)從研究“地殼淺層地下水”研究“地下水圈”,第三章 地下水的賦存,3.4 潛水,1）概念,潛水：飽水帶中第一個(gè)具有自由表面且有一定規(guī)模的含水層中的水稱(chēng)作潛水。 潛水沒(méi)有隔水頂板，或只有局部的隔水頂板,潛水面：潛水的表面為自由水面，稱(chēng)作潛水面,潛水含水層厚度：從潛水面到隔水底板的距離,潛水理藏深度：潛水面到地面的距離,第三章 地下水的賦存,2）補(bǔ)給,3）排泄： 徑流排泄 蒸發(fā)排泄,潛水與大氣圈及地表水圈的密切聯(lián)系性，潛水與大氣圈及地表水圈的聯(lián)系通道是包氣帶，影響包氣帶水分的因素都影響潛水。氣象、水文因素對(duì)潛水影響顯著。,4）動(dòng)態(tài)變化,第三章 地下水的賦存,5）潛水特征,沒(méi)有隔水頂板，具有自由的水面,潛水分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)常常一致,濕潤(rùn)氣候（補(bǔ)給豐富）及地形切割強(qiáng)烈（利于徑流）的地區(qū)，有利于潛水的徑流排泄，往往形成含鹽量不高的淡水。 干旱氣候下，由細(xì)顆粒組成的盆地平原，潛水的蒸發(fā)排泄為主，常形成含鹽高的咸水。,易污染,潛水的水位、水量、水質(zhì)等動(dòng)態(tài)變化與氣象水文、地形等因素密切相關(guān)，動(dòng)態(tài)變化明顯。,埋藏淺，易于開(kāi)發(fā)，重要水源,7）潛水等水位線圖,潛水等水位線圖：將潛水位相等的各點(diǎn)連線，得到潛水等水位線圖。該圖與各種等值線圖，例如等高線圖類(lèi)似，能反映潛水面形狀,潛水位：潛水面上任一點(diǎn)的高程稱(chēng)為該點(diǎn)的潛水位,第三章 地下水的賦存,確定潛水的流向,第三章 地下水的賦存,水面坡度：相鄰兩條等水位線的水位差除以其水平距離,水力梯度：沿滲透途徑水頭損失與相應(yīng)滲透途徑長(zhǎng)度的比值,當(dāng)潛水面坡度不大時(shí)，潛水面坡度可視為潛水水力梯度,確定潛水面的水面坡度,第三章 地下水的賦存,第三章 地下水的賦存,判斷潛水和地表水的補(bǔ)排關(guān)系,第三章 地下水的賦存,確定泉水出露位置和沼澤化范圍,侵蝕（下降）泉,接觸泉,溢流泉,溢流泉,溢流泉,溢流泉,侵蝕（上升）泉,斷層泉,接觸帶泉,第三章 地下水的賦存,第三章 地下水的賦存,推斷含水層巖性或厚度的變化,第三章 地下水的賦存,確定潛水埋藏深度（結(jié)合地形等高線圖）,確定含水層厚度（結(jié)合隔水地板等高線圖）,確定泉水出露位置和沼澤化范圍,取水工程最好布置在潛水流匯合的地區(qū)（點(diǎn)工程取水）; 或潛水集中排泄的地段。取水建筑物排列方向一般應(yīng)垂直地下水流向，即與等水位線相一致。（線狀工程取水）,第三章 地下水的賦存,承壓水：充滿于兩個(gè)穩(wěn)定隔水層（弱透水層）之間的含水層中的水 隔水頂板：承壓含水層上部的隔水層（弱透水層） 隔水底板：下部的隔水層（弱透水層） 承壓含水層厚度：隔水頂板與隔水底板之間的距離 承壓區(qū)與非承壓區(qū) 承壓高度：鉆孔中靜止水位到含水層頂面之間的距離成為承壓高度 測(cè)壓水位：井中靜止水位的高程就是承壓水在該點(diǎn)的測(cè)壓水位,3.5 承壓水,1）概念,第三章 地下水的賦存,2）補(bǔ)給與排泄方式,補(bǔ)給：大氣降水及地表水體入滲； 從其它含水層越流補(bǔ)給,排泄：泉；徑流；向其它含水層越流排泄,3）水質(zhì)：取決于埋藏條件及其與外界聯(lián)系的程度,與外界聯(lián)系愈密切，參加水循環(huán)愈積極，承壓水的水質(zhì)就愈接近于入滲的大氣降水與地表水，通常為含鹽量低的淡水。與外界聯(lián)系差，水循環(huán)緩慢，水的含鹽量就高。,承壓水不像潛水那樣容易污染，但是一旦污染后則很難使其凈化,第四章 地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,4.1 重力水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,4.1.1 達(dá)西定律線性滲透定律,達(dá)西試驗(yàn)示意圖,A,第四章 地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,第四章 地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,第四章 地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,4）信手流網(wǎng)繪制例2,第四章 地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,第四章 地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,1）已知某向斜盆地中，有一承壓砂巖含水層，由大氣降水補(bǔ)給，以泉群形式呈線狀排泄，水位穩(wěn)定。含水層等厚均質(zhì)各向同性，平面上流線平行，其剖面如圖所示。點(diǎn)A、B、C、D、E、F分別在同一鉛直面上。A、C、E是沿隔水頂板流線上的三個(gè)點(diǎn)；B、D、F是沿隔水底板流線上的三個(gè)點(diǎn)。畫(huà)出向斜盆地的流網(wǎng)圖。,第四章 地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,第四章 地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,6.3 地下水的化學(xué)特征,6.3.1 地下水中主要?dú)怏w成分,各種氣體、離子、膠體物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)以及微生物等,主要的氣體組分：O2、N2、CO2、H2S、CH4、H2、碳?xì)浠衔锛吧倭康亩栊詺怏w。 來(lái)源：空氣（O2、N2、CO2）、生物化學(xué)（H2S、CH4、N2、CO2），化學(xué)及核反應(yīng)（He、Rn）,氣體成分存在的意義：氣體成分能夠說(shuō)明地下水所處的地球化學(xué)環(huán)境；地下水中的有些氣體會(huì)增加水溶解鹽類(lèi)的能力，促進(jìn)某些化學(xué)反應(yīng)。,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,6.3.2 地下水中的主要離子成分 一般情況下，隨著總礦化度（溶解性總固體/TDS）的變化，地下水中占主要地位的離子成分也隨之發(fā)生變化。 低礦化水中常以HCO3-及Ca2+、Mg2+為主； 高礦化水則以C1-及Na+為主； 中等礦化的地下水中，陰離子常以SO42-為主，主要陽(yáng)離子則可以是Na+，也可以是Ca2+。這是因?yàn)椋?地下水中常見(jiàn)鹽類(lèi)的溶解度（0，單位g/L）,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,6.4 地下水化學(xué)成分的形成作用 6.4.1 溶濾作用,1）定義：水與巖土相互作用下，巖土中一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入地下水中,2）結(jié)果：巖土失去一部分可溶物質(zhì)，地下水則補(bǔ)充了新的組分,3）溶解的過(guò)程,4）溶解與結(jié)晶同時(shí)進(jìn)行溶解度,5）不同鹽類(lèi)具有不同的溶解度（原因）,水是偶極分子,結(jié)晶格架中的鹽類(lèi)離子,不同鹽類(lèi)，結(jié)晶格架中離子間的吸引力不同,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,6）溫度對(duì)溶解度的影響,隨著溫度上升，結(jié)晶格架內(nèi)離子的振蕩運(yùn)動(dòng)加劇，離子間引力削弱，水的極化分子易于將離子從結(jié)晶格架上拉出。因此，鹽類(lèi)溶解度通常隨溫度上升而增大。 但是，某些鹽類(lèi)例外，如 Na2SO4 在溫度上升時(shí)，由于礦物結(jié)晶中的水分子逸出，離子間引力增大，溶解度反而降低； CaCO3 及 MgCO3的溶解度也隨溫度上升而降低，這與下面所說(shuō)的脫碳酸作用有關(guān)。,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,7）溶濾作用的強(qiáng)度（巖土中的組分轉(zhuǎn)入水中的速率）與下列因素有關(guān)：,組成巖土的礦物鹽類(lèi)的溶解度 NaCl與SiO2比較 巖土的空隙特征 缺乏裂隙的致密基巖，水難以與礦物鹽類(lèi)接觸，溶濾作用便也無(wú)從發(fā)生。 水的溶解能力決定著溶濾作用的強(qiáng)度 總的說(shuō)來(lái)，低礦化水溶解能力強(qiáng)而高礦化水弱。 水中CO2、O2等氣體成分的含量決定著某些鹽類(lèi)的溶解能力 如水中CO2含量愈高，溶解碳酸鹽及硅酸鹽的能力愈強(qiáng)。O2的含量愈高，水溶解硫化物的能力愈強(qiáng)。 水的流動(dòng)狀況,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,水的流動(dòng)狀況 流動(dòng)停滯的地下水，最終將失去溶解能力，溶濾作用便告終止。地下水流動(dòng)迅速，礦化度低的、含有大量CO2、O2的大氣降水和地表水，不斷更新含水層中原有的溶解能力已經(jīng)趨于飽和的水，溶濾作用便持續(xù)地強(qiáng)烈發(fā)育。 地下水的徑流與交替強(qiáng)度是決定溶濾作用強(qiáng)度的最活躍最關(guān)鍵的因素,8）溶濾作用與純化學(xué)的溶解作用的區(qū)別,溶濾作用時(shí)間上的階段性,溶濾作用是一種與一定的自然地理與地質(zhì)環(huán)境相聯(lián)系的歷史過(guò)程。,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,經(jīng)受構(gòu)造變動(dòng)與剝蝕作用的巖層，接受來(lái)自大氣圈及地表水圈的入滲水補(bǔ)給而開(kāi)始其溶濾過(guò)程。 設(shè)想巖層中原來(lái)含有包括氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽及硅酸鹽等各種礦物鹽類(lèi)。 開(kāi)始階段，氯化物最易于由巖層轉(zhuǎn)入水中，而成為地下水中主要化學(xué)組分。 隨著溶濾作用延續(xù)，巖層含有的氯化物由于不斷轉(zhuǎn)入水中并被水流帶走而貧化，相對(duì)易溶的硫酸鹽成為遷入水中的主要組分。 溶濾作用長(zhǎng)期持續(xù)，巖層中保留下來(lái)的幾乎只是難溶的碳酸鹽及硅酸鹽，地下水的化學(xué)成分當(dāng)然也就以碳酸鹽及硅酸鹽為主了。 因此，一個(gè)地區(qū)經(jīng)受溶濾愈強(qiáng)烈，時(shí)間愈長(zhǎng)久，地下水的礦化度愈低，愈是以難溶離子為其主要成分。,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,溶濾作用空間上的差異性,難溶離子的相對(duì)含量也就愈高,氣候愈是潮濕多雨,地質(zhì)構(gòu)造的開(kāi)啟性愈好,巖層的導(dǎo)水能力愈強(qiáng),地形切割愈強(qiáng)烈,地下徑流與水交替愈迅速,巖層經(jīng)受的溶濾便愈充分,保留的易溶鹽類(lèi)便愈貧乏,地下水的礦化度愈低,8）溶濾作用與純化學(xué)的溶解作用的區(qū)別,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,6.4.2 濃縮作用,溶濾作用將巖土中的某些成分溶入水中，地下水的流動(dòng)又把這些溶解物質(zhì)帶到排泄區(qū)。 在干旱半干旱地區(qū)的平原與盆地的低洼處，地下水位埋藏不深，蒸發(fā)成為地下水的主要排泄去路。 由于蒸發(fā)作用只排走水分，鹽分仍保留在余下的地下水中，隨著時(shí)間延續(xù)，地下水溶液逐漸濃縮，礦化度不斷增大。,1）濃縮作用的過(guò)程（定義）,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,6.4.2 濃縮作用,2）濃縮作用對(duì)地下水礦化度的影響,隨著地下水礦化度上升，溶解度較小的鹽類(lèi)在水中相繼達(dá)到飽和而沉淀析出，易溶鹽類(lèi)（如 NaCl）的離子逐漸成為水中主要成分。,未經(jīng)蒸發(fā)濃縮前,隨著蒸發(fā)濃縮,繼續(xù)濃縮,水“走” 鹽“留”,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,3）產(chǎn)生濃縮作用必須同時(shí)具備的條件,干旱或半干旱的氣候；,較淺的地下水位埋深；,有利于毛細(xì)作用的顆粒細(xì)小的松散巖土；,空間上位于地下水流動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)匯排泄處。,干旱氣候下，濃縮作用的規(guī)模從根本上說(shuō)取決于地下水流動(dòng)系統(tǒng)的空間尺度以及其持續(xù)的時(shí)間尺度。,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,思考： 純粹的蒸發(fā) 濃縮作用 有什么不同之處？,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,6.4.8 人類(lèi)活動(dòng)在地下水化學(xué)成分形成中的作用,1）人類(lèi)生活與生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的廢棄物污染地下水；,工業(yè)生產(chǎn)的廢氣、廢水與廢渣以及農(nóng)業(yè)上大量使用化肥農(nóng)藥，使天然地下水富集了原來(lái)含量很低的有害元素，如酚、氰、汞、砷、鉻、亞硝酸等；,濱海地區(qū)過(guò)量開(kāi)采地下水引起海水入侵；,不合理的打井采水使咸水運(yùn)移；,干旱半干旱地區(qū)不合理地引入地表水灌溉，引起大面積次生鹽漬化等。,2）人為作用大規(guī)模地改變了地下水形成條件，從而使地下水化學(xué)成分發(fā)生變化。,第六章 地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分及其演變,二、庫(kù)爾洛夫式表示法,庫(kù)爾洛夫式是用分?jǐn)?shù)的形式來(lái)表示水化學(xué)成分的，分子表示陰離子，分母表示陽(yáng)離子，單位為毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)，排列次序從左到右為含量減少方向。 含量小于10%毫克當(dāng)量的離子不列入示內(nèi)。 氣體成分及特殊組分，礦化度（M），列在分式的左邊，單位為g/L，右邊列上水溫（t），pH值等。 表示式中各種含量一律標(biāo)于該成分符合的右下角，將右下角的原子數(shù)移至右上角，例如：,第七章 地下水的補(bǔ)給與排泄,7.1 地下水的補(bǔ)給,定義：含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量（鹽量、熱量）的過(guò)程,補(bǔ)給來(lái)源（人工）：灌溉回歸水、水庫(kù)滲漏水，以及專(zhuān)門(mén)性的人工補(bǔ)給,研究?jī)?nèi)容：補(bǔ)給來(lái)源、補(bǔ)給條件、補(bǔ)給量。,補(bǔ)給來(lái)源（自然）：大氣降水、地表水、凝結(jié)水，來(lái)自其它含水層或含水系統(tǒng)的水等,一、大氣降水入滲機(jī)制,7.1.1 大氣降水對(duì)地下水的補(bǔ)給,第七章 地下水的補(bǔ)給與排泄,目前認(rèn)為，松散沉積物中的降水入滲存在活塞式與捷徑式兩種：,第七章 地下水的補(bǔ)給與排泄,二、影響大氣降水補(bǔ)給地下水的因素,滲入地面以下的水 補(bǔ)給含水層（潛水）的水,土面蒸發(fā),葉面蒸騰,土壤水,大氣水,第七章 地下水的補(bǔ)給與排泄,影響大氣降水補(bǔ)給地下水的因素比較復(fù)雜，其中主要有年降水總量、降水特征、包氣帶的巖性和厚度、地形、植被等。,降水特征也影響值的大小。 間歇性的小雨 過(guò)分集中的暴雨 不超過(guò)地面入滲速率的連綿細(xì)雨,降水量中相當(dāng)一部分要補(bǔ)足水分虧缺，因此年降水量過(guò)小時(shí)，能夠補(bǔ)給地下水的有效降水量就很小；年降水量大則有利于補(bǔ)給地下水， 值較大。,第七章 地下水的補(bǔ)給與排泄,7.1.2 地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給,一、河流與地下水的補(bǔ)給關(guān)系沿河流縱斷面的變化,第七章 地下水的補(bǔ)給與排泄,7.1.2 地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給,第七章 地下水的補(bǔ)給與排泄,汛期開(kāi)始，河水浸濕包氣帶并發(fā)生垂直下滲，使河下潛水面形成水丘（圖a）。 河水不斷下滲，水丘逐漸抬高與擴(kuò)大，與河水聯(lián)成一體（圖b）。 汛期結(jié)束，河水撤走，水丘逐漸趨平，使一定范圍內(nèi)潛水位普遍抬高（圖c）。,二、間歇性河流對(duì)地下水的補(bǔ)給過(guò)程,第七章 地下水的補(bǔ)給與排泄,7.2 地下水的排泄,定義：含水層或含水系統(tǒng)失去水量的過(guò)程稱(chēng)作排泄。 在排泄過(guò)程中，含水層與含水系統(tǒng)的水質(zhì)也發(fā)生相應(yīng)變化。 研究?jī)?nèi)容：研究含水層（含水系統(tǒng)）的排泄包括排泄去路、排泄條件與排泄量等。 排泄方式： 地下水通過(guò)泉、向河流泄流及蒸發(fā)、蒸騰等方式向外界排泄。 此外，還存在一個(gè)含水層（含水系統(tǒng)）向另一含水層（含水系統(tǒng)）的排泄。（越流） 用井孔抽汲地下水，或用渠道、坑道等排除地下水，均屬地下水的人工排泄。,第七章 地下水的補(bǔ)給與排泄,7.2.1 泉,定義：泉是地下水的天然露頭，在地形面與含水層或含水通道相交點(diǎn)地下水出露成泉。,地下水集中排泄于河、湖或海的底部時(shí)，便形成水下泉,第七章 地下水的補(bǔ)給與排泄,侵蝕（下降）泉,接觸泉,溢流泉,溢流泉,溢流泉,溢流泉,侵蝕（上升）泉,斷層泉,接觸帶泉,第八章 地下水系統(tǒng),二、系統(tǒng)相關(guān)概念（錢(qián)學(xué)森，1978年）,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)內(nèi)部各要素相互聯(lián)系和作用的方式便是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。,系統(tǒng)方法認(rèn)為：不應(yīng)當(dāng)將系統(tǒng)理解為各組成部分（要素）的簡(jiǎn)單集合，而應(yīng)將其理解為諸要素以一定規(guī)則組織起來(lái)并共同行動(dòng)的整體。,系統(tǒng)：由相互作用和相互依賴(lài)（聯(lián)系）的若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的（有機(jī)）整體。,系統(tǒng)的概念所涉及的范圍廣泛,1+1=2,1+12,1+12,第八章 地下水系統(tǒng),8.2.2 地下水含水系統(tǒng)與地下水流動(dòng)系統(tǒng)的比較,含水系統(tǒng)：超越單個(gè)含水層而將包含若干含水層與相對(duì)隔水層的整體作為所研究的系統(tǒng)。,力求用系統(tǒng)的觀點(diǎn)去考察、分析與處理地下水問(wèn)題。,擺脫了長(zhǎng)期統(tǒng)治水文地質(zhì)界的“含水層思維”，不再以含水層作為基本的功能單元。,流動(dòng)系統(tǒng)：擺脫了傳統(tǒng)的地質(zhì)邊界的制約，而以地下水流作為研究實(shí)體。,兩者都屬于地下水系統(tǒng)，兩者雖然從不同角度出發(fā)，但卻都揭示了地下水賦存與運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)性（整體系）。,相同,不同,具體不同之處比較如下：,第九章 地下水的動(dòng)態(tài)與均衡,蒸發(fā)型動(dòng)態(tài)出現(xiàn)于干旱半干旱地區(qū)地形切割微弱的平原或盆地。 此類(lèi)地區(qū)地下水徑流微弱，以蒸發(fā)排泄為主。 雨季接受入滲補(bǔ)給，潛水位普遍以不大的幅度（通常為13m）抬升，水質(zhì)相應(yīng)淡化。隨著埋深變淺，旱季蒸發(fā)排泄加強(qiáng)，水位逐漸下降，水質(zhì)逐步鹽化。降到一定埋深后，蒸發(fā)微弱，水位趨于穩(wěn)定。 此類(lèi)動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)是：年水位變幅小，各處變幅接近，水質(zhì)季節(jié)變化明顯，長(zhǎng)期中地下水不斷向鹽化方向發(fā)展，并使土壤鹽漬化。,第九章 地下水的動(dòng)態(tài)與均衡,徑流型動(dòng)態(tài)廣泛分布于山區(qū)及山前。 地形高差大，水位埋藏深，蒸發(fā)排泄可以忽略，以徑流排泄為主。 雨季接受入滲補(bǔ)給后，各處水位抬升幅度不等。接近排泄區(qū)的低地，水位上升幅度小；遠(yuǎn)離排泄點(diǎn)的高處，水位上升幅度大；因此，水力梯度增大，徑流排泄加強(qiáng)。 補(bǔ)給停止后，徑流排泄使各處水位逐漸趨平。 此類(lèi)動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)是：年水位變幅大而不均（由分水嶺到排泄區(qū)，年水位變幅由大到?。?，水質(zhì)季節(jié)變化不明顯，長(zhǎng)期中則不斷趨于淡化。,第九章 地下