水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程

1、2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 提綱 第一章第一章 緒論緒論 第二章第二章 巖土中的空隙和水巖土中的空隙和水 第三章第三章 地下水的賦存地下水的賦存 第四章第四章 地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律 第五章第五章 地下水的補(bǔ)給與排泄地下水的補(bǔ)給與排泄 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 1.1 地球上的水與水資源：存在形式地球上的水與水資源：存在形式 水存在于：水存在于： 江、河、湖、海、渠、庫、塘等洼地江、河、湖、海、渠、庫、塘等洼地地表水地表水 水圈水圈 大氣層大氣層 大氣水大氣水 大氣圈大氣圈 生物體內(nèi)生物體內(nèi) 生物水生物水 生物圈生

2、物圈 地殼淺部（十幾地殼淺部（十幾kmkm，主要，主要1 12km2km） 地下水地下水 巖石圈巖石圈 礦物結(jié)晶格架礦物結(jié)晶格架 地下水地下水 巖石圈巖石圈 巖漿源巖漿源 地下水地下水 巖石圈巖石圈 地幔帶地幔帶 地下水地下水 巖石圈巖石圈 地下水圈地下水圈從地表到地幔帶各個(gè)層圈所構(gòu)成的具有一定水從地表到地幔帶各個(gè)層圈所構(gòu)成的具有一定水 力聯(lián)系的統(tǒng)一的含水整體，即地下水圈。力聯(lián)系的統(tǒng)一的含水整體，即地下水圈。 第一章第一章 緒緒 論論 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 1.1 1.1 地球上的水與水資源：重要性地球上的水與水資源：重要性 水水自然界存在，自然屬性自然界存在，自然屬性 不斷循環(huán)運(yùn)動(dòng)不斷循環(huán)運(yùn)動(dòng)

3、 良好的溶劑，重要的載體良好的溶劑，重要的載體 水具有能量水具有能量 水水人類生存、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺，人類生存、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺， 社會(huì)屬性社會(huì)屬性 生命之源，是地球系統(tǒng)的生命之源，是地球系統(tǒng)的“血液血液” 旱災(zāi)、水災(zāi)、水污染，對(duì)人類發(fā)展不協(xié)調(diào)旱災(zāi)、水災(zāi)、水污染，對(duì)人類發(fā)展不協(xié)調(diào) 水資源可再生，但水資源有價(jià)值（價(jià)值規(guī)律）水資源可再生，但水資源有價(jià)值（價(jià)值規(guī)律） 水資源管理不當(dāng)，成為社會(huì)不穩(wěn)定因素之一水資源管理不當(dāng)，成為社會(huì)不穩(wěn)定因素之一 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 1.1 地球上的水與水資源地球上的水與水資源:數(shù)量數(shù)量 v地球上的水及所占比例地球上的

4、水及所占比例 水體種類水體種類億億 km3%淡水億淡水億 km3 % 海洋水海洋水13.3896.5400 地表水地表水0.24251.750.241769.0 地下水地下水0.23701.710.108330.92 土壤水土壤水0.000160.0010.0001650.05 大氣水大氣水0.0001290.00090.0001290.04 生物水生物水0.0000110.000010.0000110.003 總儲(chǔ)量總儲(chǔ)量 13.85981000.3503100 淡水占全球水量的淡水占全球水量的2.528% 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 地球上的水與水資源：淡水 冰凍冰凍積雪積雪 地

5、下水地下水 河湖水河湖水 淡水淡水 2.5% 咸水咸水 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 1.2 1.2 地下水的功能（作用）地下水的功能（作用） 地下水是水資源組成部分地下水是水資源組成部分 其主要功能為：其主要功能為： 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 1.2.1 地下水是一種寶貴的資源地下水是一種寶貴的資源 a）工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要水源工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要水源 我我 國國 西西 北北 地地 區(qū)區(qū) 缺缺 水水 剪剪 影影 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 我國耕地與農(nóng)村用水我國耕地與農(nóng)村用水 Company Logo 地下水灌溉面積 其它灌溉面積 60%60% 全國60%的耕地 全部或

6、部分使用地下水灌 溉 農(nóng)村飲用地下水飲用其它水 全國95以上的農(nóng) 村飲用地下水 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 b) b) 液體礦產(chǎn)液體礦產(chǎn) 地下水含鹽類或稀有元素高，開發(fā)提煉具有工業(yè)開采價(jià)值地下水含鹽類或稀有元素高，開發(fā)提煉具有工業(yè)開采價(jià)值 如四川自貢，三疊紀(jì)巖層中的鹵水，每升達(dá)如四川自貢，三疊紀(jì)巖層中的鹵水，每升達(dá)300g300g之多之多 醫(yī)療或健身功能的礦泉水醫(yī)療或健身功能的礦泉水 療養(yǎng)院、天然礦泉水廠等療養(yǎng)院、天然礦泉水廠等尋找特殊功能的水資源尋找特殊功能的水資源 開發(fā)提取一定的能量（熱能，冷能）開發(fā)提取一定的能量（熱能，冷能） 地下水的露頭地下水的露頭泉，往往具有冬暖夏涼的特點(diǎn)，地球淺層泉，往往

7、具有冬暖夏涼的特點(diǎn)，地球淺層 是常溫帶是常溫帶保溫作用，起到保溫作用，起到“冬灌夏用，夏灌冬用冬灌夏用，夏灌冬用” 地球是個(gè)天然熱庫地球是個(gè)天然熱庫可以供熱，供取暖等用處可以供熱，供取暖等用處 1.2.1 地下水是一種寶貴的資源地下水是一種寶貴的資源 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 1.2.2 地下水是極其重要的生態(tài)環(huán)境因子地下水是極其重要的生態(tài)環(huán)境因子 地下水是影響生態(tài)與環(huán)境的重要因素之一地下水是影響生態(tài)與環(huán)境的重要因素之一 地下水的變化往往會(huì)打破原有的生態(tài)平衡地下水的變化往往會(huì)打破原有的生態(tài)平衡 ，使環(huán)境發(fā)生變，使環(huán)境發(fā)生變 化化即可以有益，也可以是有害的即可以有益，也可以是有害的 有害的例子：農(nóng)業(yè)用

8、水不當(dāng)?shù)拇紊}漬化，河西走廓的民勤有害的例子：農(nóng)業(yè)用水不當(dāng)?shù)拇紊}漬化，河西走廓的民勤 縣綠洲變沙漠，過量開采地下水縣綠洲變沙漠，過量開采地下水地面沉降（上海、天津地面沉降（上海、天津 、西安）、海水入侵、地面塌陷、地下水污染等、西安）、海水入侵、地面塌陷、地下水污染等 地下水與其周圍的環(huán)境，人、水、熱、動(dòng)是個(gè)相互依存的有地下水與其周圍的環(huán)境，人、水、熱、動(dòng)是個(gè)相互依存的有 著內(nèi)在聯(lián)系的生物生存鏈，打破一個(gè)環(huán)節(jié)就會(huì)引起或正或負(fù)著內(nèi)在聯(lián)系的生物生存鏈，打破一個(gè)環(huán)節(jié)就會(huì)引起或正或負(fù) 的反饋（報(bào)復(fù)）的反饋（報(bào)復(fù)） 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo v No Image

9、No Image 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 城市防洪設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)降低，城市防洪設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)降低， 外灘防洪擋水墻越筑越高外灘防洪擋水墻越筑越高 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 蘇錫常蘇錫常40水位埋深等值線和水位埋深等值線和200mm地面沉降等值線地面沉降等值線 地下水位下降與地面沉降的相關(guān)性明顯 常州市 無錫市 蘇州市 蘇州市 無錫市 常州市 常州市 無錫市 蘇州市 1980年 1990年 2000年 01020km 40m水位埋深等值線 200mm地面沉降等值線 滬寧鐵路 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 1.2.3 地下水為應(yīng)力的傳遞者、

10、熱量及化學(xué)組分的傳輸 者，超靜孔隙水壓力導(dǎo)致滑脫構(gòu)造，地下水為良 好溶劑，參與巖漿、變質(zhì)、礦床、巖溶、成壤、 風(fēng)化、油氣遷移，在地球演變中起重要作用。 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 1.2.4 地下水是地球內(nèi)部地質(zhì)演變的信息載體 由于是應(yīng)力傳遞者，同時(shí)又是在流動(dòng)由于是應(yīng)力傳遞者，同時(shí)又是在流動(dòng) 所以地下水水位，水量，水溫，水化學(xué)等的變化 或異?？梢蕴峁┞癫卦诘叵碌脑S多信息 強(qiáng)的溶劑：在地質(zhì)循環(huán)和水文循環(huán)中化學(xué)組分溶強(qiáng)的溶劑：在地質(zhì)循環(huán)和水文循環(huán)中化學(xué)組分溶 解，傳遞到適宜的部位沉淀（沉積）：成礦解，傳遞到適宜的部位沉淀（沉積）：成礦 如找礦、找油、地震預(yù)報(bào)、地質(zhì)演變 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 主主 井井-廊廊

11、 道道 豎豎 井井 灌溉農(nóng)田灌溉農(nóng)田 山區(qū)山區(qū)-山前山前 隔水層隔水層 含含 水水 層層 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 1.3 水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展任務(wù)任務(wù) v目前任務(wù)：目前任務(wù)： 正確地預(yù)測在人類活動(dòng)干預(yù)下地下水的變化正確地預(yù)測在人類活動(dòng)干預(yù)下地下水的變化 正確地評(píng)價(jià)、開發(fā)、管理與保護(hù)地下水資源正確地評(píng)價(jià)、開發(fā)、管理與保護(hù)地下水資源 保護(hù)與地下水有關(guān)的生態(tài)環(huán)境，成為當(dāng)務(wù)之急保護(hù)與地下水有關(guān)的生態(tài)環(huán)境，成為當(dāng)務(wù)之急 正確地預(yù)測礦產(chǎn)開發(fā)的地下水問題，避免地下正確地預(yù)測礦產(chǎn)開發(fā)的地下水問題，避免地下 水害水害 。 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 1.3 水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)趨勢(shì) 核心課題轉(zhuǎn)移

12、：找水水文地質(zhì)學(xué)核心課題轉(zhuǎn)移：找水水文地質(zhì)學(xué)資源資源生態(tài)環(huán)境生態(tài)環(huán)境 n視野擴(kuò)展：含水層視野擴(kuò)展：含水層地下水系統(tǒng)地下水系統(tǒng)水文水文- -生態(tài)環(huán)境生態(tài)環(huán)境技術(shù)技術(shù)- -社社 會(huì)系統(tǒng)。會(huì)系統(tǒng)。 n目標(biāo)改變：由當(dāng)前的問題轉(zhuǎn)向長期的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)改變：由當(dāng)前的問題轉(zhuǎn)向長期的可持續(xù)發(fā)展 n內(nèi)容擴(kuò)展：從地下水的水量為主，轉(zhuǎn)向水量與水質(zhì)的研究并內(nèi)容擴(kuò)展：從地下水的水量為主，轉(zhuǎn)向水量與水質(zhì)的研究并 重；從狹義地下水，擴(kuò)大到廣義地下水重；從狹義地下水，擴(kuò)大到廣義地下水, ,乃至地下水圈乃至地下水圈 n思路的改變：從成生角度，加強(qiáng)過程與機(jī)理研究思路的改變：從成生角度，加強(qiáng)過程與機(jī)理研究 n多學(xué)科交叉滲透成為主流

13、：地下水科學(xué)與其它自然科學(xué)以及多學(xué)科交叉滲透成為主流：地下水科學(xué)與其它自然科學(xué)以及 社會(huì)科學(xué)交叉滲透，以多學(xué)科方式研究與處理問題社會(huì)科學(xué)交叉滲透，以多學(xué)科方式研究與處理問題 n服務(wù)方式轉(zhuǎn)變：如何使水文地質(zhì)工作成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，成服務(wù)方式轉(zhuǎn)變：如何使水文地質(zhì)工作成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，成 為一個(gè)急需解決的重大課題為一個(gè)急需解決的重大課題 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 1.4 水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)水文學(xué)與水文地質(zhì)學(xué) 水文學(xué)（水文地質(zhì)學(xué)）水文學(xué)（水文地質(zhì)學(xué)）水資源的核心課程水資源的核心課程 廣義地說：研究地球與水的科學(xué)廣義地說：研究地球與水的科學(xué) 具體地講：研究地球上各種水體的形成、循環(huán)和分布，探討水具體地講：研究地

14、球上各種水體的形成、循環(huán)和分布，探討水 體的化學(xué)和物理性質(zhì)以及它們對(duì)環(huán)境的反應(yīng)、與生物的關(guān)系體的化學(xué)和物理性質(zhì)以及它們對(duì)環(huán)境的反應(yīng)、與生物的關(guān)系 廣義水文學(xué)分支廣義水文學(xué)分支基礎(chǔ)理論、應(yīng)用基礎(chǔ)理論、應(yīng)用 基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論水文學(xué)原理水文學(xué)原理 研究對(duì)象研究對(duì)象河流、湖泊、河口海岸、冰川河流、湖泊、河口海岸、冰川 ，地下水文學(xué)等，地下水文學(xué)等 應(yīng)應(yīng) 用用工程水文學(xué)，農(nóng)業(yè)、森林、城市、環(huán)境水文學(xué)等工程水文學(xué)，農(nóng)業(yè)、森林、城市、環(huán)境水文學(xué)等 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 v 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 v 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 第二章第二章 巖土中的空隙和水巖土中的空

15、隙和水 （a）分選好的高孔隙度沉積 （b）分選差的低孔隙度沉積 （c）分選好的高孔隙度卵石沉積 （d）分選好的礦物充填沉積 （e）巖體溶解空隙 （f）巖體裂隙 2.1 2.1 巖土中的空隙巖土中的空隙 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 巖石中水的存在形式巖石中水的存在形式 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 裂隙裂隙: : 堅(jiān)硬巖石中的空隙，巖石中的空隙主要由各堅(jiān)硬巖石中的空隙，巖石中的空隙主要由各 種成因種成因 的裂隙的裂隙成巖裂隙、構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙成巖裂隙、構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙 所構(gòu)成。所構(gòu)成。 溶穴（隙）溶穴（隙）: : 可溶的沉積巖，如巖鹽、

16、石膏、石可溶的沉積巖，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，灰?guī)r和白云巖等，在地下水溶蝕下會(huì)產(chǎn)生空洞， 這種空隙稱為溶穴（隙）。這種空隙稱為溶穴（隙）。 巖石中的裂隙和溶穴（隙）巖石中的裂隙和溶穴（隙） 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 2.2 2.2 巖土中的水巖土中的水 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 2.2 2.2 巖土中的水巖土中的水 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 2.3 2.3 與水有關(guān)的巖土性質(zhì)與水有關(guān)的巖土性質(zhì) 容水性容水性巖石能容納一定數(shù)量水的性質(zhì)。用容水度巖石能容納一定數(shù)量水的性質(zhì)。用容水度 表示。表示。 持水性持水性巖石在重力釋水后能

17、在空隙中保持一定數(shù)量巖石在重力釋水后能在空隙中保持一定數(shù)量 水的性質(zhì)。用持水度表示。水的性質(zhì)。用持水度表示。 給水性給水性飽水巖石在重力作用下能自由排出一定數(shù)量水飽水巖石在重力作用下能自由排出一定數(shù)量水 的性質(zhì)。用給水度表示。的性質(zhì)。用給水度表示。 透水性透水性巖石允許讓水通過的性質(zhì)。用滲透系數(shù)或單位巖石允許讓水通過的性質(zhì)。用滲透系數(shù)或單位 吸水量表示。吸水量表示。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 常見松散巖石的孔隙度與給水度 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 第三章第三章 地下水的賦存地下水的賦存 3.1 3.1 包氣帶與飽水帶包氣帶與飽水帶 3.2 3.2 含水層、隔水層與弱透水

18、層含水層、隔水層與弱透水層 3.3 3.3 地下水分類地下水分類 3.4 3.4 潛水潛水 3.5 3.5 承壓水承壓水 3.6 3.6 潛水與承壓水的相互轉(zhuǎn)化潛水與承壓水的相互轉(zhuǎn)化 3.7 3.7 上層滯水上層滯水 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 包氣帶與飽水帶的劃分包氣帶與飽水帶的劃分 地下水面（水位）地下水面（水位）：地下一定深度巖石中的空隙被重力地下一定深度巖石中的空隙被重力 水所充滿，形成一個(gè)自由水面，稱為地下水面，以海拔水所充滿，形成一個(gè)自由水面，稱為地下水面，以海拔 高度表示稱之高度表示稱之地下水位地下水位 （一般通過打井，地下開挖來確（一般通過打井，地下開挖來確 定）。定

19、）。 包氣帶：地下水面以上部分，包括毛細(xì)水帶、中間帶和包氣帶：地下水面以上部分，包括毛細(xì)水帶、中間帶和 土壤水帶，巖石中的空隙未被水充滿，稱為包氣帶。土壤水帶，巖石中的空隙未被水充滿，稱為包氣帶。 飽水帶：地下水面以下部分，巖石中的空隙被水充滿，飽水帶：地下水面以下部分，巖石中的空隙被水充滿， 稱為飽水帶。稱為飽水帶。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 包包 氣氣 帶帶 與與 飽飽 水水 帶帶 地下水位地下水位 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 包氣帶包氣帶（zone of aeration or zone of unsaturati

20、on） v特點(diǎn)：特點(diǎn)： 巖石空隙未被水充滿巖石空隙未被水充滿 是固、液、氣三相介質(zhì)并存介質(zhì)是固、液、氣三相介質(zhì)并存介質(zhì) v水的存在形式（多樣）水的存在形式（多樣） 結(jié)合水、毛細(xì)水（各種）、氣態(tài)水、（過路）重力水結(jié)合水、毛細(xì)水（各種）、氣態(tài)水、（過路）重力水 v包氣帶的垂直分帶包氣帶的垂直分帶 土壤水帶土壤水帶 毛細(xì)水帶（支持毛細(xì)水帶、毛細(xì)飽和水帶）毛細(xì)水帶（支持毛細(xì)水帶、毛細(xì)飽和水帶） 中間帶（過渡帶）中間帶（過渡帶） v包氣帶水的來源包氣帶水的來源 大氣降水的入滲、地表水體的滲漏、飽水帶水分上移（毛大氣降水的入滲、地表水體的滲漏、飽水帶水分上移（毛 細(xì)水進(jìn)入包氣帶、地下水蒸發(fā)進(jìn)入包氣帶）細(xì)水

21、進(jìn)入包氣帶、地下水蒸發(fā)進(jìn)入包氣帶） 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 飽水帶飽水帶 v巖石空隙被水完全充滿巖石空隙被水完全充滿 是二相介質(zhì)（固相是二相介質(zhì)（固相+液相水）液相水） v空隙中水的存在形式：空隙中水的存在形式： 重力水重力水 結(jié)合水結(jié)合水 重力水：連續(xù)分布（孔隙是連通）重力水：連續(xù)分布（孔隙是連通）傳遞靜水壓力傳遞靜水壓力在在 水頭差作用下，地下水（空隙中的水）可以連續(xù)運(yùn)動(dòng)。水頭差作用下，地下水（空隙中的水）可以連續(xù)運(yùn)動(dòng)。 飽水帶中的重力水是開發(fā)利用或者排除的主要對(duì)象，是飽水帶中的重力水是開發(fā)利用或者排除的主要對(duì)象，是 水文地質(zhì)學(xué)研究的重點(diǎn)。水文地質(zhì)學(xué)

22、研究的重點(diǎn)。 地下開挖、坑道、巷道、基坑、打井在此帶均有重力水地下開挖、坑道、巷道、基坑、打井在此帶均有重力水 涌出來涌出來 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 飽水巖層中，根據(jù)巖層飽水巖層中，根據(jù)巖層而進(jìn)行的劃分：而進(jìn)行的劃分： v 含水層含水層： 是能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層是能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層各類砂土，砂巖等。各類砂土，砂巖等。 v 隔水層隔水層： 不能透過與給出水或透過與給出的水量微不足道的巖層不能透過與給出水或透過與給出的水量微不足道的巖層 裂隙不發(fā)育的基巖、頁巖、板巖、粘土（致密）。裂隙不發(fā)育的基巖、頁巖、板巖、粘土（致密）。 v 弱透水

23、層弱透水層： 滲透性很差，給出的水量微不足道，但在較大水力梯度作滲透性很差，給出的水量微不足道，但在較大水力梯度作 用下，具有一定的透水能力的巖層用下，具有一定的透水能力的巖層各種粘土，泥質(zhì)粉各種粘土，泥質(zhì)粉 砂巖、砂質(zhì)頁巖。砂巖、砂質(zhì)頁巖。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 巖層滲透性巖層滲透性 與時(shí)間尺度與時(shí)間尺度 的關(guān)系的關(guān)系 5 4 3 21 如華北平原早如華北平原早 期地下水開采期地下水開采 就是典型的例就是典型的例 子，深層水與子，深層水與 淺層水的開采淺層水的開采 有一粘土隔水有一粘土隔水 層；開采深層層；開采深層 ，水量大，水，水量大，水 位降低快，淺位降低快，淺 層水向深

24、層層水向深層“ 越流越流”-粘土粘土 層成為層成為“透水透水 層層”。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 含水系統(tǒng)含水系統(tǒng)Groundwater aquifer system 地下水含水系統(tǒng)：地下水含水系統(tǒng)： v 是指由隔水或相對(duì)隔水巖層圈閉的，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系是指由隔水或相對(duì)隔水巖層圈閉的，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系 的含水巖系的含水巖系 。 v 含水系統(tǒng)：包含多個(gè)含水層和弱透水層，或局部隔水層含水系統(tǒng)：包含多個(gè)含水層和弱透水層，或局部隔水層 v 含水系統(tǒng)：可以進(jìn)行子系統(tǒng)劃分含水系統(tǒng)：可以進(jìn)行子系統(tǒng)劃分 v 含水系統(tǒng)的定義是從大的空間尺度研究含水層、隔水層含水系統(tǒng)的定義是從大的空間尺度研究含水層、

25、隔水層 、與弱透水層的組合關(guān)系，是從地質(zhì)成因角度對(duì)巖層的、與弱透水層的組合關(guān)系，是從地質(zhì)成因角度對(duì)巖層的 水文地質(zhì)特征進(jìn)行劃分的分析方法水文地質(zhì)特征進(jìn)行劃分的分析方法(或給出的概念或給出的概念)。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo A B 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 丘陵丘陵 傾斜平原區(qū)傾斜平原區(qū) 低平原低平原 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 v 廣義地下水廣義地下水： 賦存于地面以下巖石空隙中的水賦存于地面以下巖石空隙中的水( (包氣帶、飽水帶中的水包氣帶、飽水帶中的水) ) 狹義地下水：狹義地下水：地表以下飽水帶巖層空

26、隙中的水地表以下飽水帶巖層空隙中的水重力水重力水 v 地下水分類：地下水分類： 主要依據(jù)主要依據(jù)含水介質(zhì)的類型（賦存空間）含水介質(zhì)的類型（賦存空間） 、 埋藏條件（賦存部位）埋藏條件（賦存部位） 地下水的埋藏條件：指含水巖層在地質(zhì)剖面中所處的部位及地下水的埋藏條件：指含水巖層在地質(zhì)剖面中所處的部位及 受隔水層（弱透水層）限制的情況。受隔水層（弱透水層）限制的情況。 v表表3-13-1含水介質(zhì)三類，埋藏三分，組合共分為含水介質(zhì)三類，埋藏三分，組合共分為9 9類類 孔隙水孔隙水裂隙水裂隙水巖溶水巖溶水 包氣帶包氣帶上層滯水上層滯水上層滯水上層滯水上層滯水上層滯水 潛水潛水孔隙潛水孔隙潛水裂隙潛水裂

27、隙潛水巖溶潛水巖溶潛水 承壓水承壓水孔隙承壓水孔隙承壓水裂隙承壓水裂隙承壓水巖溶承壓水巖溶承壓水 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 上層滯水上層滯水(a) 、潛水、潛水(b)、承壓水、承壓水(c) a b c 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 3.4.1 3.4.1 潛水與潛水含水層概念潛水與潛水含水層概念 v潛水：飽水帶中第一個(gè)具有自由表面的穩(wěn)定含水層中的潛水：飽水帶中第一個(gè)具有自由表面的穩(wěn)定含水層中的 水。水。 v自由表面自由表面沒有隔水頂板或只有局部隔水頂板，與大氣沒有隔水頂板或只有局部隔水頂板，與大氣 直接相通，除大氣壓強(qiáng)外不受其它任何附加壓強(qiáng)。直接相通，除大氣壓強(qiáng)外不受其它任

28、何附加壓強(qiáng)。 v穩(wěn)定穩(wěn)定具有一定的空間連續(xù)性（范圍），以與上層滯水具有一定的空間連續(xù)性（范圍），以與上層滯水 區(qū)分。區(qū)分。 v潛水含水層：賦存潛水的巖層。潛水含水層：賦存潛水的巖層。 建筑建筑房房屋時(shí)的基坑排水、大堤堤角處的散浸滲漏（潛水）屋時(shí)的基坑排水、大堤堤角處的散浸滲漏（潛水） 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 3.4.2 3.4.2 基本要素（專業(yè)術(shù)語）基本要素（專業(yè)術(shù)語） v潛水面潛水面 (water table) ：潛水表面是一個(gè)自由的水面。：潛水表面是一個(gè)自由的水面。 v潛水位潛水位 (water level ) ：潛水面上任一點(diǎn)的海拔高程。：潛水面

29、上任一點(diǎn)的海拔高程。 v潛水含水層厚度：從潛水面到隔水底板的垂直距離。潛水含水層厚度：從潛水面到隔水底板的垂直距離。 v潛水埋藏深度：潛水面到地面的垂直距離。潛水埋藏深度：潛水面到地面的垂直距離。 潛水含水層厚度與潛水埋藏深度隨潛水面的升降而潛水含水層厚度與潛水埋藏深度隨潛水面的升降而 發(fā)生相應(yīng)的變化。發(fā)生相應(yīng)的變化。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 2 3 4 5 6 7 8 D 1 M 潛水與潛水含水層圖潛水與潛水含水層圖 1-1-潛水含水層潛水含水層 2-2-隔水層隔水層 3 3、4 4 潛水面潛水面 潛水面潛水面 M-M-含水層厚度含水層厚度 D-D-潛

30、水埋深潛水埋深 5-5-大氣降水入滲大氣降水入滲 6-6-蒸發(fā)蒸發(fā) 7-7-流向流向 8-8-泉泉 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 3.4.3 3.4.3 潛水研究基本方法潛水研究基本方法潛水等水位線圖潛水等水位線圖 v潛水等水位線圖：由某時(shí)刻潛水位相等的各點(diǎn)連線潛水等水位線圖：由某時(shí)刻潛水位相等的各點(diǎn)連線 組成的圖件。（某時(shí)刻潛水面的等高線圖）組成的圖件。（某時(shí)刻潛水面的等高線圖） v潛水流向：垂直等水位線由高到低為潛水的流向。潛水流向：垂直等水位線由高到低為潛水的流向。 v潛水面坡度：相鄰兩條等水位線的水位差除以其水潛水面坡度：相鄰兩條等水位線的水位差除以其水 平距離。平距離。 當(dāng)潛

31、水面坡度不大時(shí)，即可視為潛水水力梯度。當(dāng)潛水面坡度不大時(shí)，即可視為潛水水力梯度。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 某地潛水等水位線圖（平面）某地潛水等水位線圖（平面） 河河 河河 流流 流流 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 3.5.1 承壓水定義承壓水定義 充滿于兩個(gè)隔水層（弱透水層）之間的含水層中的水，稱充滿于兩個(gè)隔水層（弱透水層）之間的含水層中的水，稱 之為承壓水。之為承壓水。 3.5.2 基本要素基本要素 承壓含水層；承壓含水層； 隔水頂板；隔水頂板； 隔水底板；隔水底板； 承壓含水層厚度（承壓含水層厚度（M）；）； 承壓高

32、度（承壓高度（H） ：鉆孔中：鉆孔中 靜止水位到含水層頂面的距離；測壓水位：鉆孔中靜止水位到含水層頂面的距離；測壓水位：鉆孔中 靜止水位的高程即為承壓水在該點(diǎn)的測壓水位；靜止水位的高程即為承壓水在該點(diǎn)的測壓水位； 測壓水位線（面）：測壓水位的連線（面）測壓水位線（面）：測壓水位的連線（面）此線是此線是 虛擬的；虛擬的； 補(bǔ)給區(qū)；補(bǔ)給區(qū)； 承壓區(qū)；承壓區(qū)； 排泄區(qū)排泄區(qū) 自溢區(qū)自溢區(qū)測壓水位線與地形等高線的交點(diǎn)連接區(qū)測壓水位線與地形等高線的交點(diǎn)連接區(qū) 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 基巖自流盆地中的承壓水基巖自流盆地中的承壓水 承壓含水層承壓含水層 隔水頂板隔水頂

33、板 隔水底板隔水底板 承壓含水層承壓含水層 厚度（厚度（M M） 承壓高度（承壓高度（H H） 測壓水位線測壓水位線 （面）：（面）： 補(bǔ)給區(qū)補(bǔ)給區(qū) 承壓區(qū)承壓區(qū) 排泄區(qū)排泄區(qū) 自溢區(qū)自溢區(qū) 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 3.5.3 3.5.3 特征特征 承壓性承壓性 承壓性是受到了大氣壓以外的壓力。承壓性是受到了大氣壓以外的壓力。 承壓區(qū)含水層的水受到了來自出露區(qū)地下水的靜水壓力作用，承壓區(qū)含水層的水受到了來自出露區(qū)地下水的靜水壓力作用， 不但充滿含水層，而且承受了附加壓強(qiáng)。不但充滿含水層，而且承受了附加壓強(qiáng)。 概念：概念：承壓高度；測壓水位。承壓高度；測壓水位。 補(bǔ)給與排泄補(bǔ)給與排

34、泄 主要補(bǔ)給來源：大氣降水入滲與地表水入滲主要補(bǔ)給來源：大氣降水入滲與地表水入滲 有限區(qū)域與外界聯(lián)系，水循環(huán)遲緩些，水交替慢，平均滯留有限區(qū)域與外界聯(lián)系，水循環(huán)遲緩些，水交替慢，平均滯留 時(shí)間長（年齡老或長）時(shí)間長（年齡老或長）恢復(fù)性差恢復(fù)性差 ； 高補(bǔ)低排（從高處獲得補(bǔ)給，在低處排泄）；高補(bǔ)低排（從高處獲得補(bǔ)給，在低處排泄）； 隔水頂?shù)装鍖?duì)承壓區(qū)補(bǔ)水的影響。隔水頂?shù)装鍖?duì)承壓區(qū)補(bǔ)水的影響。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 承壓含水層的儲(chǔ)水與釋水機(jī)理承壓含水層的儲(chǔ)水與釋水機(jī)理 v 貯水系數(shù)貯水系數(shù)S(彈性給水度彈性給水度e ) 承壓含水層中當(dāng)測壓水位下降承壓含水層

35、中當(dāng)測壓水位下降( (或上升或上升)1)1個(gè)單位深度，單位水個(gè)單位深度，單位水 平面積含水層所釋出平面積含水層所釋出( (或儲(chǔ)存或儲(chǔ)存) )的水的體積。的水的體積。 v 測壓水位降低導(dǎo)致測壓水位降低導(dǎo)致 含水層孔隙中水的壓力降低含水層孔隙中水的壓力降低水體積膨脹釋水水體積膨脹釋水，水的膨脹系，水的膨脹系 數(shù)約為數(shù)約為 1/20000 1/20000 孔隙水壓力降低，巖層顆粒間承受壓力增加孔隙水壓力降低，巖層顆粒間承受壓力增加骨架被壓縮骨架被壓縮 顆粒不變顆粒不變骨架壓縮骨架壓縮 = = 空隙體積減?。ㄅ帕懈淖儯┛障扼w積減?。ㄅ帕懈淖儯?發(fā)生釋水（擠出來）水發(fā)生釋水（擠出來）水 v 這兩部水很有

36、限，所以這兩部水很有限，所以 S S很小很小 ； 1)1)一般，一般， 貯水系數(shù)貯水系數(shù)S S為為0.0050.000050.0050.00005，與重力給水度，與重力給水度 相比要相比要 小小1010-1 -1 10 10-3 -3 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 承壓含水層的貯水系數(shù)與潛水含水層給水度的比較承壓含水層的貯水系數(shù)與潛水含水層給水度的比較 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 等水壓線圖等水壓線圖 根據(jù)承壓水測壓水根據(jù)承壓水測壓水 位，按一定高差間距位，按一定高差間距 繪制的各條等水位線繪制的各條等水位線 所構(gòu)成的圖。所

37、構(gòu)成的圖。 等水壓線圖反映的等水壓線圖反映的 水文地質(zhì)信息水文地質(zhì)信息 承壓水的流向、水承壓水的流向、水 力梯度力梯度 測壓水位測壓水位 測壓水位的埋深測壓水位的埋深 承壓高度承壓高度 含水層埋深含水層埋深 承壓水自溢區(qū)承壓水自溢區(qū) 確定與其它含水層確定與其它含水層 或地表水體的相互補(bǔ)或地表水體的相互補(bǔ) 給關(guān)系。給關(guān)系。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 No Image 某地區(qū)含水層剖面示意圖某地區(qū)含水層剖面示意圖 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 Company Logo 上層滯水：當(dāng)包氣帶存在局部隔水層（弱透水層）時(shí)，局上層滯水：當(dāng)包氣帶存在局部隔水層（弱透水層）時(shí)，局 部隔水層

38、（弱透水層）上會(huì)積聚具有自由水面的重力水，這便部隔水層（弱透水層）上會(huì)積聚具有自由水面的重力水，這便 是上層滯水。是上層滯水。 v 分布最接近地表，接受大氣降水的補(bǔ)給，通過蒸發(fā)或向隔水底分布最接近地表，接受大氣降水的補(bǔ)給，通過蒸發(fā)或向隔水底 板（弱透水層底板）的邊緣下滲排泄；板（弱透水層底板）的邊緣下滲排泄； v 水量小，動(dòng)態(tài)變化顯著，只有在缺水地區(qū)才能成為小型供水水水量小，動(dòng)態(tài)變化顯著，只有在缺水地區(qū)才能成為小型供水水 源或暫時(shí)性供水水源；源或暫時(shí)性供水水源； v 包氣帶中的上層滯水，對(duì)其下部的潛水的補(bǔ)給與蒸發(fā)排泄，起包氣帶中的上層滯水，對(duì)其下部的潛水的補(bǔ)給與蒸發(fā)排泄，起 到一定的滯后調(diào)節(jié)作

39、用；到一定的滯后調(diào)節(jié)作用； v 極易受污染，利用其作為飲用水源時(shí)要格外注意衛(wèi)生防護(hù)。極易受污染，利用其作為飲用水源時(shí)要格外注意衛(wèi)生防護(hù)。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 上層滯水上層滯水 a b c 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 第四章第四章 地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律 4.1 4.1 滲流基本概念及地下水的運(yùn)動(dòng)形態(tài)滲流基本概念及地下水的運(yùn)動(dòng)形態(tài) 4.2 4.2 重力水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律重力水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律 4.3 4.3 流網(wǎng)流網(wǎng) 4.4 4.4 飽水粘性土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律飽水粘性土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 4.1 4.1 滲流基本概念及地下

40、水的運(yùn)動(dòng)形態(tài)滲流基本概念及地下水的運(yùn)動(dòng)形態(tài) 滲流：地下水在巖石空隙中的運(yùn)動(dòng)稱為滲流或滲透。滲流：地下水在巖石空隙中的運(yùn)動(dòng)稱為滲流或滲透。 地下水滲流地下水滲流遵循水力學(xué)基本原理；水力學(xué)的許多概念、定律遵循水力學(xué)基本原理；水力學(xué)的許多概念、定律 、方法都可用來研究滲流；、方法都可用來研究滲流； 兩者差異：兩者差異： 水力學(xué)研究水在管道、渠道中的流動(dòng)，水流速度較快水力學(xué)研究水在管道、渠道中的流動(dòng)，水流速度較快明流；明流； 流體（水）在巖石空隙中的流動(dòng)，因空隙細(xì)小，水流很緩慢流體（水）在巖石空隙中的流動(dòng)，因空隙細(xì)小，水流很緩慢 地下水滲流。地下水滲流。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 4.1

41、4.1 滲流基本概念及地下水的運(yùn)動(dòng)形態(tài)滲流基本概念及地下水的運(yùn)動(dòng)形態(tài) 滲流場：發(fā)生滲流的區(qū)域稱為滲流場。滲流場：發(fā)生滲流的區(qū)域稱為滲流場。 滲流場是地下水運(yùn)動(dòng)的空間；滲流場是地下水運(yùn)動(dòng)的空間； 滲流場由固體顆粒骨架和巖石空隙兩部分組成，滲滲流場由固體顆粒骨架和巖石空隙兩部分組成，滲 流只發(fā)生在巖石空隙中；流只發(fā)生在巖石空隙中； 無論是固體顆粒骨架，還是巖石空隙空間，在微觀無論是固體顆粒骨架，還是巖石空隙空間，在微觀 上講都不是連續(xù)的。上講都不是連續(xù)的。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 4.1 4.1 滲流基本概念及地下水的運(yùn)動(dòng)形態(tài)滲流基本概念及地下水的運(yùn)動(dòng)形態(tài) 地下水的運(yùn)動(dòng)形態(tài)地下水的運(yùn)

42、動(dòng)形態(tài) 按水流流態(tài)分為：按水流流態(tài)分為： 層流：在巖層空隙中滲流時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)作有秩序的、互不混雜的流層流：在巖層空隙中滲流時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)作有秩序的、互不混雜的流 動(dòng)，稱為層流運(yùn)動(dòng)。如砂、裂隙不很寬大的基巖中水的流動(dòng)。動(dòng)，稱為層流運(yùn)動(dòng)。如砂、裂隙不很寬大的基巖中水的流動(dòng)。 紊流：在巖層空隙中滲流時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)作無秩序的、互相混雜的流紊流：在巖層空隙中滲流時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)作無秩序的、互相混雜的流 動(dòng)，稱為紊流運(yùn)動(dòng)。如大的溶穴、寬大裂隙中水的流動(dòng)。動(dòng)，稱為紊流運(yùn)動(dòng)。如大的溶穴、寬大裂隙中水的流動(dòng)。 作紊流運(yùn)動(dòng)時(shí)，水流所受阻力比層流狀態(tài)大，消耗的能量較多。作紊流運(yùn)動(dòng)時(shí)，水流所受阻力比層流狀態(tài)大，消耗的能量較多。 按地

43、下水運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間的變化情況分為：按地下水運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間的變化情況分為： 穩(wěn)定流：水在滲流場內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各個(gè)運(yùn)動(dòng)要素（水位、流速、流穩(wěn)定流：水在滲流場內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各個(gè)運(yùn)動(dòng)要素（水位、流速、流 向等）不隨時(shí)間改變，稱為穩(wěn)定流。向等）不隨時(shí)間改變，稱為穩(wěn)定流。 非穩(wěn)定流：水質(zhì)點(diǎn)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間改變的水流運(yùn)動(dòng)。非穩(wěn)定流：水質(zhì)點(diǎn)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間改變的水流運(yùn)動(dòng)。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 4.1 4.1 滲流基本概念及地下水的運(yùn)動(dòng)形態(tài)滲流基本概念及地下水的運(yùn)動(dòng)形態(tài) 水頭：水流中空間上某點(diǎn)所具有的總勢(shì)能。根據(jù)水力學(xué)原理水頭：水流中空間上某點(diǎn)所具有的總勢(shì)能。根據(jù)水力學(xué)原理 ，水流運(yùn)動(dòng)中任意點(diǎn)

44、總水頭可表示為：，水流運(yùn)動(dòng)中任意點(diǎn)總水頭可表示為： 在滲流場中：在滲流場中： 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 （一）達(dá)西定律（一）達(dá)西定律 達(dá)西達(dá)西( (1856年):法國水力學(xué)家 ，通過大量實(shí)驗(yàn)得到線性滲透 定律。 實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：裝有砂的圓筒（圖)。 水由筒的上端加入,流經(jīng)砂柱,由 下端流出。上游用溢水設(shè)備控制水 位,使實(shí)驗(yàn)過程中水頭始終保持不變 。在圓筒的上下端各設(shè)一根測壓管 ，分別測定上下兩個(gè)過水?dāng)嗝娴乃?頭。下端出口處設(shè)管嘴以測定流量 。 4.2 4.2 重力水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律重力水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到下列關(guān)系式：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到

45、下列關(guān)系式： Q = Kh/L = KIQ = Kh/L = KI （達(dá)西公式）達(dá)西公式） 式中式中:Q:Q滲透流量滲透流量( (出口處流量，通過砂柱各斷面的流量；出口處流量，通過砂柱各斷面的流量； 過水?dāng)嗝孢^水?dāng)嗝? (在實(shí)驗(yàn)中相當(dāng)于砂柱橫斷面積在實(shí)驗(yàn)中相當(dāng)于砂柱橫斷面積) )； hh水頭損失水頭損失(h=H(h=H1 1-H-H2 2, ,即上下游過水?dāng)嗝娴乃^差即上下游過水?dāng)嗝娴乃^差) )； LL滲透途徑（上下游過水?dāng)嗝娴木嚯x滲透途徑（上下游過水?dāng)嗝娴木嚯x) )； II水力梯度水力梯度( (相當(dāng)于相當(dāng)于h/Lh/L，即水頭差除以滲透途徑）；，即水頭差除以滲透途徑）； kk滲透系數(shù)。滲透

46、系數(shù)。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 由水力學(xué)可知由水力學(xué)可知, ,通過某一斷面的流量通過某一斷面的流量Q Q等于流速等于流速 V V與過水?dāng)嗝媾c過水?dāng)嗝娴某朔e的乘積, ,即：即： Q = V Q = V 即即 V = Q/V = Q/ 據(jù)此達(dá)西定律可以寫為另一種形式，即：據(jù)此達(dá)西定律可以寫為另一種形式，即： V = KIV = KI 水在多孔介質(zhì)中的滲透流速與水力梯度水在多孔介質(zhì)中的滲透流速與水力梯度 的一次方成正比的一次方成正比達(dá)西定律（線性滲透定律）。達(dá)西定律（線性滲透定律）。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 （二）滲透流速（二）滲透流速（V V） 過水?dāng)嗝孢^水?dāng)嗝妫褐干爸?/p>

47、的橫斷面積指砂柱的橫斷面積 在該面積中在該面積中, ,包括砂顆粒所占據(jù)的面積及空隙包括砂顆粒所占據(jù)的面積及空隙 所占據(jù)的面積，而水流實(shí)際流過的面積是扣除結(jié)所占據(jù)的面積，而水流實(shí)際流過的面積是扣除結(jié) 合水所占據(jù)的范圍以外的空隙面積合水所占據(jù)的范圍以外的空隙面積 ,即: 式中: 有效空隙度。有效空隙度。 e n e n 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 有效空隙度有效空隙度 ： 指重力指重力水流動(dòng)的空隙體積水流動(dòng)的空隙體積( (不包括結(jié)合水占據(jù)的不包括結(jié)合水占據(jù)的 空間）與空間）與巖石體積巖石體積之比。之比。 e n 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 討論可知：不是實(shí)際的過水?dāng)嗝?故V V

48、也并 非真實(shí)的流速,而是假設(shè)水流通過包括骨架與空隙 在內(nèi)的斷面（）時(shí)所具有的一種虛擬流速虛擬流速。 令通過實(shí)際過水?dāng)嗝?時(shí)的實(shí)際流速實(shí)際流速為u 即 : 因?yàn)镼 =VQ =V，比較上兩式，比較上兩式可寫為以下等式： 又因?yàn)?，所以可得 即：滲透 流速等于實(shí)際流速與有效空隙度的乘積。 uQ uv e n unv e 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 水力梯度的概念：水力梯度的概念： 水力梯度水力梯度I I的定義：的定義： 沿滲透途徑水頭損失滲透途徑水頭損失與相應(yīng)滲透途徑長度相應(yīng)滲透途徑長度的比值 。 水力梯度水力梯度I I的討論：的討論： 水在空隙中運(yùn)動(dòng)時(shí)水在空隙中運(yùn)動(dòng)時(shí), ,必須克服水與隙

49、壁以及流必須克服水與隙壁以及流 動(dòng)快慢不同的水質(zhì)點(diǎn)之間的摩擦阻力動(dòng)快慢不同的水質(zhì)點(diǎn)之間的摩擦阻力( (摩擦阻力隨摩擦阻力隨 水流速增加而增大水流速增加而增大),),而消耗機(jī)械能而消耗機(jī)械能, ,造成水頭損失造成水頭損失 。 （三）水力梯度（三）水力梯度（I I） 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 水力梯度的理解：水力梯度的理解： 水流通過單位長度滲透途徑為克服摩擦阻力所 耗失的機(jī)械能。 驅(qū)動(dòng)力,即克服摩擦阻力使水以一定速度流動(dòng)的 力量。 從這個(gè)角度來說，達(dá)西定律的實(shí)質(zhì)是從這個(gè)角度來說，達(dá)西定律的實(shí)質(zhì)是能量守恒與能量守恒與 轉(zhuǎn)化定律轉(zhuǎn)化定律在地下水流運(yùn)動(dòng)中的具體體現(xiàn)。在地下水流運(yùn)動(dòng)中的具體體

50、現(xiàn)。 注意注意： 既然機(jī)械能消耗于滲透途徑上，因此，求算水力既然機(jī)械能消耗于滲透途徑上，因此，求算水力 梯度梯度I I時(shí)時(shí), ,水頭差必須與相應(yīng)的滲透途徑相對(duì)應(yīng)。水頭差必須與相應(yīng)的滲透途徑相對(duì)應(yīng)。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 滲透系數(shù)的概念：滲透系數(shù)的概念： 滲透系數(shù)滲透系數(shù)表征巖石滲透性能的定量指標(biāo)。 滲透系數(shù)的單位：滲透系數(shù)的單位：一般采用m/d、cm/s 滲透系數(shù)的物理意義：滲透系數(shù)的物理意義： 由達(dá)西公式(V = KIV = KI）可知： 滲透系數(shù)為水力梯度滲透系數(shù)為水力梯度I=1I=1時(shí)的滲透流速。時(shí)的滲透流速。 （四）滲透系數(shù)(K) 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程

51、滲透系數(shù)的影響因素：滲透系數(shù)的影響因素： (V = KIV = KI） a. a.滲透系數(shù)與滲透系數(shù)與水力梯度水力梯度、滲透流速滲透流速有關(guān)有關(guān) 水力梯度 = 定值時(shí),滲透系數(shù)愈大,滲透 流速就愈大； 滲透流速 = 定值時(shí),滲透系數(shù)愈大,水 力梯度愈小。 滲透系數(shù)愈大,巖石透水能力愈強(qiáng)。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 b.b.滲透系數(shù)與滲透系數(shù)與巖石的空隙性質(zhì)巖石的空隙性質(zhì)有關(guān)有關(guān) C.C.滲透系數(shù)與滲透系數(shù)與水的某些物理性質(zhì)水的某些物理性質(zhì)有關(guān)有關(guān) 水流在巖石空隙中運(yùn)動(dòng),需要克服隙壁與水及 水質(zhì)點(diǎn)間的摩擦阻力摩擦阻力，例如： 粘滯性不同的兩種液體在同一巖石中運(yùn)動(dòng),則 粘滯性大的液體滲

52、透系數(shù)就小于粘滯性小的液體。 一般情況下當(dāng)水的物理性質(zhì)變化不大時(shí),把滲 透系數(shù)看成單純說明巖石滲透性能的參數(shù)；但在研 究鹵水或熱水運(yùn)動(dòng)時(shí),還需要考慮其它因素。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 表表4-1 4-1 松散巖石滲透系數(shù)參考值松散巖石滲透系數(shù)參考值 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 達(dá)西定律的適用范圍：達(dá)西定律的適用范圍： 滲透流速V與水力梯度I的一次方成正比,故達(dá)西定律又 稱線性滲透定律線性滲透定律。 但多次實(shí)驗(yàn)表明,只有雷諾數(shù)（Re）1-10之間某一數(shù) 值的層流運(yùn)動(dòng)層流運(yùn)動(dòng)才服從達(dá)西定律，超過此范圍，V與I不是線性 關(guān)系。 絕大多數(shù)情況下,地下水的運(yùn)動(dòng)都符合線性滲透定律,

53、因 此,達(dá)西定律適用范圍很廣。它不僅是水文地質(zhì)定量計(jì)算的 基礎(chǔ)，還是定性分析各種水文地質(zhì)過程的重要依據(jù)。深入掌 握達(dá)西定律的物理實(shí)質(zhì)，靈活的運(yùn)用它來分析問題，是水文 地質(zhì)工作者應(yīng)當(dāng)具備的基本功。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 達(dá)西定律具體適用范圍為：達(dá)西定律具體適用范圍為： 存在一個(gè)臨界雷諾數(shù)Re臨（110）， Re臨是達(dá)西定 律成立的上限，當(dāng)ReRe R Re e臨 臨，即低雷諾數(shù)時(shí)，屬 低速流，這時(shí)該區(qū)域內(nèi)達(dá)西定律適用。 當(dāng)Re臨Re2060時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)過渡帶過渡帶，從層流 運(yùn)動(dòng)過渡到非線性層流運(yùn)動(dòng)。 高雷諾數(shù)時(shí)為紊流紊流，達(dá)西定律失效達(dá)西定律失效。 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基

54、礎(chǔ)教程 第五章 地下水的補(bǔ)給與排泄 地下水是通過補(bǔ)給與排泄兩個(gè)環(huán)節(jié)參與自然界的水循環(huán)地下水是通過補(bǔ)給與排泄兩個(gè)環(huán)節(jié)參與自然界的水循環(huán) ：含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程 ：含水層或含水系統(tǒng)向外界排出水量的過程含水層或含水系統(tǒng)向外界排出水量的過程 5.1 地下水的補(bǔ)給地下水的補(bǔ)給 5.2 地下水的排泄地下水的排泄 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 補(bǔ)給使含水層的水量、水化學(xué)特征和水溫發(fā)生變化補(bǔ)給使含水層的水量、水化學(xué)特征和水溫發(fā)生變化 思考：補(bǔ)給獲得水量后，含水層或含水系統(tǒng)會(huì)發(fā)思考：補(bǔ)給獲得水量后，含水層或含水系統(tǒng)會(huì)發(fā) 生什么變化？生什么變化？ 地下水

55、位上升，增加了勢(shì)能，使地下水保持不停的流動(dòng)地下水位上升，增加了勢(shì)能，使地下水保持不停的流動(dòng) 由于構(gòu)造封閉或氣候干旱，得不到補(bǔ)給，地下水的流動(dòng)將由于構(gòu)造封閉或氣候干旱，得不到補(bǔ)給，地下水的流動(dòng)將 停滯停滯 補(bǔ)給的研究包括：補(bǔ)給的研究包括：補(bǔ)給來源、影響因素補(bǔ)給來源、影響因素與與補(bǔ)給量補(bǔ)給量 地下水的補(bǔ)給來源有：地下水的補(bǔ)給來源有： 天然：天然：大氣降水、地表水、凝結(jié)水大氣降水、地表水、凝結(jié)水及及相鄰含水層相鄰含水層的補(bǔ)給等的補(bǔ)給等 人類活動(dòng)有關(guān)的：人類活動(dòng)有關(guān)的：灌溉水入滲、水庫滲漏灌溉水入滲、水庫滲漏及及人工回灌人工回灌 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 大氣降水對(duì)地下水的補(bǔ)給 1 1、大

56、氣降水入滲機(jī)制、大氣降水入滲機(jī)制 包氣帶是降水對(duì)地下水補(bǔ)給的樞紐，包氣帶的巖性結(jié)包氣帶是降水對(duì)地下水補(bǔ)給的樞紐，包氣帶的巖性結(jié) 構(gòu)和含水量狀況對(duì)降水人滲補(bǔ)給起著決定性作用構(gòu)和含水量狀況對(duì)降水人滲補(bǔ)給起著決定性作用 目前認(rèn)為，松散沉積物的降水入滲有兩種方式：目前認(rèn)為，松散沉積物的降水入滲有兩種方式： 降水入滲的現(xiàn)象降水入滲的現(xiàn)象 兩類空隙的入滲過程兩類空隙的入滲過程總結(jié)：總結(jié)： 均勻砂土層均勻砂土層活塞式活塞式 (piston/diffuse) 含裂隙的土層含裂隙的土層捷徑式捷徑式 (bypass) 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 下滲過程中水分分布帶 下滲水流運(yùn)移模式下滲水流運(yùn)移模式 的

57、條件的條件 ？ 飽和帶飽和帶- 厚度厚度1.5cm1.5cm 含水量接近含水量接近- 水分傳輸帶水分傳輸帶 過渡帶過渡帶 含水量在含水量在- 厚度厚度 濕潤帶濕潤帶 含水量變化大含水量變化大 濕潤鋒（面）濕潤鋒（面） 含水量含水量% 深深 度度 cm 風(fēng)干土風(fēng)干土 田田 間間 持持 水水 量量 飽飽 和和 含含 水水 量量 飽和帶飽和帶 過渡帶過渡帶 水分傳輸帶水分傳輸帶 濕潤帶濕潤帶 濕潤鋒濕潤鋒 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 P = P = R Rs s + E +S + q + E +S + qG G 氣候因素（氣候因素（P P，E E）；）； 降水總量降水總量, ,降水強(qiáng)度降水

58、強(qiáng)度, ,降水頻率；降水頻率； 降水延續(xù)時(shí)間降水延續(xù)時(shí)間 總量大，強(qiáng)度適中，間隔短，時(shí)間總量大，強(qiáng)度適中，間隔短，時(shí)間 長的綿綿細(xì)雨最有利。長的綿綿細(xì)雨最有利。 溫度適中，溫差較小，相對(duì)濕度大溫度適中，溫差較小，相對(duì)濕度大 ，蒸發(fā)強(qiáng)度小。，蒸發(fā)強(qiáng)度小。 地形地形: : 高或低，陡或緩高或低，陡或緩 地質(zhì)地質(zhì): : 滲透性愈大則愈有利滲透性愈大則愈有利 地下水位埋深：地下水位埋深： 其他：其他： Rs E P S qs 大氣降水對(duì)地下水的補(bǔ)給 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 大氣降水對(duì)地下水的補(bǔ)給 3 3、補(bǔ)給量的確定方法、補(bǔ)給量的確定方法 平原區(qū)一般采用入滲系數(shù)法（平原區(qū)一般采用入滲系數(shù)法（） 降水入滲系數(shù)降水入滲系數(shù)多用年平均值表示多用年平均值表示 由經(jīng)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)等方法得出由經(jīng)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)等方法得出 全年降水入滲補(bǔ)給量：全年降水入滲補(bǔ)給量：Q = P Q = P F F 1000 1000 m m3 3/a/a，mmmm，無量綱，無量綱，kmkm2 2 降水入滲系數(shù)可用入滲試驗(yàn)儀、地中滲透儀來測降水入滲系數(shù)可用入滲試驗(yàn)儀、地中滲透儀來測 定定 P qG 2021-4-30水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教程 地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給 地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給（要求以自學(xué)為主）地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給（要求以自學(xué)為主） 地