水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)課后思考題附答案

1、第1-2章思考題1、試概括地下水的功能及其意義。(1)寶貴的資源：地下水分布廣泛，變化穩(wěn)定，水質(zhì)良好，便于利用，是理想的飲用水源， 也是工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水的重要供水水源。含水介質(zhì)儲(chǔ)能，夏儲(chǔ)冬用。地源熱泵。地下水景觀， 如古井遺址、濕地等是良好的旅游資源。(2)重要的地質(zhì)營(yíng)力：地下水是物質(zhì)和熱量傳輸(溫泉)及應(yīng)力傳遞(水庫(kù)誘發(fā)地震，滑 坡)的載體。地下水是良好溶劑，成礦、找礦發(fā)揮重要作用。(3)不可忽視的致災(zāi)因子：地面沉降、地裂縫、巖溶塌陷、潛蝕管涌等。地方病，如甲狀 腺病。(4)活躍靈敏的生態(tài)環(huán)境因子：地下水是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中一個(gè)最為活躍靈敏的子系統(tǒng)。氣 候、水、土壤和生物，處于相互作用的動(dòng)平衡，人

2、類(lèi)活動(dòng)干擾天然地下水，成為生態(tài)環(huán)境惡 化的重要因素。如鹽漬化(干旱-半干旱地區(qū))、沼澤化(濕潤(rùn)地區(qū))、石漠化(南方巖溶 地區(qū))、地下水污染等。(5)極有價(jià)值的信息載體：地下水及其沉淀物、化學(xué)及微生物特征，可提供十分珍貴的環(huán)境變化信息?？深A(yù)測(cè)地震，提供不同時(shí)空尺度的環(huán)境信息，水文地質(zhì)找礦，可重塑歷史時(shí)期及地質(zhì)時(shí)期的氣候變化。2、試比較水文循環(huán)與地質(zhì)循環(huán)。水文循環(huán)：大氣水、地表水、地殼淺表地下水之間的水分交換。(1)是直接循環(huán)，淺部層圈水分子直接交換。(2)循環(huán)速度快，途徑短，交替迅速。(3)水文循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力是太陽(yáng)輻射和重力。(4)對(duì)于保障生態(tài)環(huán)境及人類(lèi)的生存發(fā)展，至關(guān)重要。水質(zhì)持續(xù)凈化，水量持續(xù)

3、更新再生。地質(zhì)循環(huán)：大氣圈到地幔之間發(fā)生的水分交換。(1)是間接循環(huán)，與沉積巖、巖漿活動(dòng)、巖石重結(jié)晶有關(guān)。(2)循環(huán)途徑長(zhǎng)，速度緩慢，周期長(zhǎng)。(3)有助于分析地層淺表和深部各種地質(zhì)作用，對(duì)于尋找礦產(chǎn)資源、預(yù)測(cè)大尺度環(huán)境變化 和深部地質(zhì)災(zāi)害等均有重大意義。第3章討論題1、孔隙度大和孔隙大有區(qū)別嗎？孔隙是松散巖層中顆粒及顆粒集合體之間的空隙；孔隙度是單位體積巖土(包括孔隙在內(nèi))中孔隙所占的比例。孔隙大表示松散巖層中顆粒及顆粒集合體之間的空隙大，孔隙度大指的是巖體中孔隙的比例大。前者只是對(duì)孔隙的單一形態(tài)描述，后者為孔隙在巖土體的占比。2、粘性土孔隙度大，是含水層嗎?不是含水層。粘性土的孔隙度大，但是

4、孔隙很小，并非好含水層，土粒表面有很多結(jié)合水，細(xì)小孔隙間 有毛細(xì)水，這兩部分水都很難釋出，不具備含水條件，含水能力較弱。3、某巖土的給水度是一個(gè)確定值嗎？不是確定值。給水度取決于顆粒大小、 分選、土層結(jié)構(gòu)、地下水位初始埋深、地下水位下降速度等多方面 因素的影響，這些因素不是確定和統(tǒng)一的。當(dāng)其它條件相同情況下， 初始水位深度大于支持毛細(xì)水高度時(shí)，其值與理論值接近；當(dāng)初水深小于毛細(xì)水高度， 隨著初水深下降，其值減小， 直到初水深小于飽和毛細(xì)水高度，其值接近于零。水位下降速度越快， 產(chǎn)生懸掛毛細(xì)水或孔角毛細(xì)水越多，其值越小。4、為什么巖層裂隙是較好的地下水運(yùn)移通道？在松散巖層中，孔縫分布連續(xù)均勻，構(gòu)

5、成有統(tǒng)一水力聯(lián)系、水量分布均勻的層狀孔縫含水層。而對(duì)于堅(jiān)硬基巖，由于裂縫在巖石中發(fā)育不均勻，從而導(dǎo)致儲(chǔ)存其間水的分布不均勻。裂縫發(fā)育的地方透水性強(qiáng)，含水量多，反之，透水性弱，含水量也少。因裂縫率比孔縫率小，加之裂縫發(fā)育不均勻且具方向性，在裂縫發(fā)育密集均勻且開(kāi)啟性和連通性較好的情況下，裂縫水呈層狀分布，并且具有良好的水力聯(lián)系和統(tǒng)一的地下水面。在裂縫發(fā)育不均勻，連通條件較差時(shí)，通常只在巖石中某些局部范圍內(nèi)連通而構(gòu)成若干個(gè)互不聯(lián)系或聯(lián)系很差的脈狀含 水系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間水力聯(lián)系很差，往往又無(wú)統(tǒng)一的地下水位。同時(shí)， 裂縫水的分布和富集受地質(zhì)構(gòu)造條件控制明顯。所以說(shuō)巖層裂隙是較好的地下水運(yùn)移通道。第四章1

6、、為什么承壓含水層的彈性給水度遠(yuǎn)小于潛水含水層的重力給水度？因?yàn)樵诔袎汉畬又?，彈性給水度是當(dāng)承壓含水層中測(cè)壓水位升降一個(gè)單位，單位水平面積含水層柱體釋放或儲(chǔ)存的水量。潛水含水層的重力給水度是指在潛水含水層中，當(dāng)水位下降一個(gè)單位時(shí)，從單位面積含水層存貯體中，由于重力疏干釋放地下水的體積。開(kāi)采承壓含水層時(shí)，釋出的水量主要是由于減壓水體積發(fā)生彈性膨脹。但由于水的膨脹系數(shù)很小，所以這一部分釋出水量很小，由于水壓下降導(dǎo)致的有效應(yīng)力增加量很小，這一部分釋出水量很小，還有有效應(yīng)力增大而導(dǎo)致含水層微量壓密。承壓含水層能釋出的水量遠(yuǎn)小于潛水含水層。下降單位面積單位水位時(shí)，承壓含水層釋出的水量要比潛水含水層小1

7、-3個(gè)數(shù)量級(jí)。2、如何理解“自然界中并不存在絕對(duì)的隔水層”？含水層與隔水層的劃分具有相對(duì)性，取決于應(yīng)用場(chǎng)合及涉及的時(shí)空尺度。同一巖層，在不同場(chǎng)合下，可歸為含水層，亦可歸為隔水層。如：作為大型供水水源，供水能力強(qiáng)的巖層才是 含水層；滲透性較差的巖層，只能看做隔水層。但對(duì)于小型供水水源，滲透性較差的巖層也可以看做含水層。再如， 裂隙極不發(fā)育的基巖，無(wú)論對(duì)于供水還是礦坑排水，都是典型的隔水層；但是對(duì)于核廢料處置，就必須看做含水層。同時(shí)，從較大時(shí)間尺度考察，所有巖層都 是可以滲透的3、在實(shí)際劃分含水層和隔水層時(shí)要考慮哪些因素？從時(shí)空尺度、供水（給水能力）、排水、需求等角度來(lái)考慮。比如供水時(shí)出水量是否發(fā)

8、到理想供水量；建大壩時(shí)水庫(kù)是否滲透等； 在核廢料的處置等重要的工程選址時(shí)， 對(duì)含水層滲透 性的要求和標(biāo)準(zhǔn)更高，在考慮巖層的滲透性時(shí)，不只考慮透不透水，還要考慮通道中釋放氣 體的濕度。4、為什么弱透水層不能給出水，卻能發(fā)生越流？弱透水層一般為粘土層，其滲透能力低，但是在垂直層面方向上，由于滲透斷面大，水力梯度大，通過(guò)垂直層面越流，與相鄰的含水層發(fā)生水量交換。第5章討論題1 .滲流的驅(qū)動(dòng)力是什么？能態(tài)差異是地下水滲流的驅(qū)動(dòng)力。2 .地下水的質(zhì)點(diǎn)流速、實(shí)際流速、滲透流速有何關(guān)系？滲透流速：假想的流速，相當(dāng)于滲流包括骨架與孔隙內(nèi)的斷面上的平均流速，也稱(chēng)作“達(dá)西 流速”或比流量。實(shí)際流速：水通過(guò)實(shí)際過(guò)水

9、斷面上的平均流速。此過(guò)水?dāng)嗝娌话ü羌?、不連通的死孔隙和不流動(dòng)的結(jié)合水膜。質(zhì)點(diǎn)流速：水質(zhì)點(diǎn)在滲流過(guò)程中某個(gè)時(shí)刻的實(shí)際流速。三種速度的關(guān)系：滲流流速總小于實(shí)際流速，而質(zhì)點(diǎn)流速和實(shí)際流速大小關(guān)系不一定。實(shí)際流速是各個(gè)水質(zhì)點(diǎn)流速的再平均，滲透流速是假想的流速，質(zhì)點(diǎn)流速才是真正意義上的地下水的流速。3 .達(dá)西公式的應(yīng)用條件是什么？達(dá)西公式的適用范圍的上限是雷諾數(shù)小于1至10的層流。適用下限暫無(wú)定論。但目前我們認(rèn)為粘性土中的滲流，只有在一定（較大）的水力梯度作用下，才有滲流發(fā)生，滲流速度與水力梯度呈線(xiàn)性關(guān)系。4 .下圖為河間地塊剖面二維地下水穩(wěn)定流動(dòng)，兩河水位相等、均勻穩(wěn)定入滲。試在剖面圖 上示意畫(huà)出潛

10、水位線(xiàn)與流網(wǎng)，標(biāo)明地下分水嶺，并用達(dá)西定律簡(jiǎn)述理由士:細(xì)砂 匕明粗砂礫 IT1降水入演 S河水位第4題圖 非均質(zhì)河間地塊含水層答：由達(dá)西定律 Q=KIA可知，因?yàn)榇稚暗[的滲透系數(shù)大于細(xì)砂的滲透系數(shù)，且是均勻穩(wěn)定 等流量下滲，滲透面積相等，所以只有I變化。因?yàn)榇稚暗[的水力梯度小于細(xì)砂的水力梯度， 反映在潛水面上就是左側(cè)潛水面坡度較緩，右側(cè)較陡；在圖上就是相較于均質(zhì)土層，分水嶺發(fā)生右移。第6章討論題1 .從下表可以看出，土的顆粒越細(xì)、孔徑越小、毛細(xì)上升高度越大；是否顆粒越細(xì)，毛細(xì) 水上升速度也越大？為什么？機(jī)獨(dú)委楣稿牖麹稗艙慎1±玄珊吁戢山）百二1A-&D*0二:.Ji .35-

11、120J36D微科布秋岷建版蜘J網(wǎng)不一定。因?yàn)楦鶕?jù)線(xiàn)性滲透定律 V=KI,可以知道毛細(xì)上升速度取決于滲透系數(shù)和水力梯度。再取潛水面為基準(zhǔn)面分析，可知 V=k （ hc/Zc 1）。顆粒越細(xì)小，其毛細(xì)上升高度雖然越 大，但同時(shí)它的滲透系數(shù)也越小，二者的相乘后，毛細(xì)水上升速度不一定很大。2 .給水度與土壤水分特征曲線(xiàn)有關(guān)嗎？為什么？給水度與土壤水分特征曲線(xiàn)有關(guān)。在飽和土壤中施加負(fù)壓，當(dāng)負(fù)壓絕對(duì)值較小時(shí)， 土壤中無(wú)水排出，土壤含水量維持飽和值； 當(dāng)負(fù)壓絕對(duì)值超過(guò)某一臨界值時(shí)，土壤最大孔隙中的水分開(kāi)始向外排出，隨著負(fù)壓絕對(duì)值的增大，較小孔隙中的水被排出。 不同土質(zhì)的土壤進(jìn)氣值不同，一般輕質(zhì)土（如砂土）

12、的土壤進(jìn)氣值較小，重質(zhì)黏性土壤進(jìn)氣值較大。3 .怎樣才能使測(cè)定的給水度接近理論最大值？使地下水位盡可能緩慢勻速下降時(shí)，測(cè)出的給水度接近理論值。4 .為什么井打到毛細(xì)飽和帶不出水，而土壤水取樣器（用比包氣帶巖性細(xì)很多的飽水陶土頭制成密封容器并抽真空）卻可以取出包氣帶水？答：是毛細(xì)力作用的結(jié)果。因?yàn)槿呙?xì)力的大小順序可以表示為為井包氣帶沉積物土 壤水取樣器。第七章1 .為什么TDS高的地下水以易溶鹽類(lèi)的離子為主？為什么TDS低的地下水以難溶鹽類(lèi)物的離子為主？ 因?yàn)槿芙舛龋禾妓猁}類(lèi)硫酸鹽類(lèi)氯化物。隨著 TDS增大，鈣、鎂的碳酸鹽首先達(dá)到飽 和并沉淀析出，繼續(xù)增大，鈣的硫酸鹽飽和析出，故TDS高的水

13、中以易溶的氯和鈉占優(yōu)勢(shì)。TDS很低時(shí)，表明該地區(qū)經(jīng)受的溶濾作用越強(qiáng)烈，持續(xù)時(shí)間越久，可溶鹽類(lèi)離子成分在地 下水源源不斷的徑流與交替過(guò)程中早已被溶解帶走，因而最后巖層中保留下來(lái)的就只剩難溶的碳酸鹽及硅酸鹽，地下水的成分也因此以難溶離子成分為主。2 .地下水中出現(xiàn) TDS小于1g/L的Cl-Na型水，有哪些可能原因？可能該區(qū)地下水主要的化學(xué)成分就是Cl-Na ,且可能因本身或溶濾作用帶走等因素導(dǎo)致其含量本就較少?？赡苁翘幱跒I海地區(qū)由于大氣降水或海風(fēng)帶來(lái)細(xì)末狀的海水使得出現(xiàn)TDS較低且以Cl-Na 型的地下水。3 .溶濾作用能否形成 TDS高的地下水？為什么？溶濾作用較難形成 TDS高的地下水。在此

14、過(guò)程中，氯化物、硫酸鹽依次溶解運(yùn)移而被貧化， 經(jīng)受溶濾強(qiáng)烈，隨著持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)， 巖體保留下來(lái)的只是難溶鹽類(lèi)，其溶解度小，地下水中含量通常不大，故最終形成低 TDS地下水。4 .某一熱水的水化學(xué)特征的庫(kù)爾洛夫式如下，試在派珀三線(xiàn)圖上標(biāo)出該水樣的位置。H2S iO3o. 07 H2so. 021 CO2o. 031 M 2 984產(chǎn)° 14 3 產(chǎn) 52 a7L6a27.8第8章討論題1.試解釋下圖所示入滲速率隨時(shí)間變化的原因。0.8 -2 口4060X。時(shí)網(wǎng)(min)第1題用圖 地面入滲速率隨時(shí)間變化曲線(xiàn)（石生新，1992 ）入滲能力受控于包氣帶滲透性， 隨著降水延續(xù)而降低， 最后趨于

15、穩(wěn)定。這與入滲過(guò)程中驅(qū)動(dòng) 下滲的水力梯度變化有關(guān)，隨著時(shí)間的推移，水力梯度趨于定值（1=1）,入滲能力趨于穩(wěn)定（V=K）。2,利用定水位埋深的地中蒸滲儀求取降水入滲系數(shù)時(shí)，可能產(chǎn)生哪些誤差？ 可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。其中系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因：在天然條件下，地下水埋藏深度較淺時(shí)，隨著降水補(bǔ)給，地下水位抬升，毛細(xì)飽和帶接近地表， 入滲能力降低。但地中蒸滲儀中的地下水埋藏深度人為控制 為定值，故地下水位淺時(shí)測(cè)的的補(bǔ)給量明顯偏大，求取的降水入滲系數(shù)也偏大。隨機(jī)誤差產(chǎn)生的原因：地中蒸滲儀充填的原狀土樣在采樣和運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)受到擾動(dòng)，其物理邊界也與天然邊界有所差異。3.降水分別以活塞式或捷徑式入滲時(shí)，對(duì)地

16、下水補(bǔ)給有何不同？降水以活塞式補(bǔ)給時(shí)： 下滲水流猶如活塞推進(jìn)， 老水先于新水到達(dá)含水層，且需在使得包氣帶飽和后才可補(bǔ)給下方含水層，地下水位對(duì)降水的響應(yīng)的延遲和滯后現(xiàn)象明顯。降水以捷徑式補(bǔ)給時(shí)： 下滲水流呈指狀推進(jìn)， 存在快速運(yùn)移的優(yōu)先流， 新水可以超過(guò)老水優(yōu) 先到達(dá)含水層，且不必等包氣帶達(dá)到飽和即可補(bǔ)給下方含水層， 地下水位對(duì)降水的響應(yīng)迅速。4,濕潤(rùn)平原區(qū)的潛水同樣存在蒸發(fā)消耗，為什么水土不會(huì)鹽化？因?yàn)闈駶?rùn)平原地區(qū)氣候濕潤(rùn)，潛水蒸發(fā)不很強(qiáng)烈。在蒸發(fā)過(guò)程中，隨著水分消耗，鹽分累積于支持毛細(xì)水帶及土壤表層，在降水時(shí)入滲水流淋濾鹽分返回潛水，濕潤(rùn)平原地帶由于其降水充沛，故鹽分不會(huì)累積于土壤表層和支持

17、毛細(xì)水帶，水土也不會(huì)鹽化。5.在干旱一半干旱地區(qū)，砂土、粉砂土、粘土哪種土最容易出現(xiàn)鹽堿地？為什么？粉砂土最容易產(chǎn)生鹽堿地。包氣帶巖性通過(guò)控制毛細(xì)上升高度和速度影響潛水蒸發(fā)。砂的毛細(xì)上升速度快，但毛細(xì)上升高度??； 亞黏土和黏土毛細(xì)上升高度大，但毛細(xì)上升速度慢，都 不利于潛水蒸發(fā)；粉質(zhì)亞砂土及粉砂，有較高的毛細(xì)上升高度與速度，潛水蒸發(fā)最為強(qiáng)烈， 故其最容易廣生鹽堿地。第九章1 .試列舉地下含水系統(tǒng)與地下水流系統(tǒng)的異同。2 .潛水含水層中也可以打成自流井，那么，潛水和承壓水的區(qū)別究竟在哪里？二者產(chǎn)生自流的機(jī)理不同。 潛水的自流是緣于重力作用與高程差，是需要有特殊的地形切割才能讓水在重力作用下流出地

18、形線(xiàn)的；而承壓水產(chǎn)生自流更普遍，其由于具有承壓性， 一直有個(gè)壓力勢(shì)促使其在排泄點(diǎn)流出，相當(dāng)于被壓力“擠出”，一旦承壓含水層有一處排泄點(diǎn)使其具備排泄條件，便可以在承壓作用下卸壓排泄。3 .復(fù)雜的地形盆地形成多級(jí)水流系統(tǒng)的條件，試做圖加以說(shuō)明。書(shū)P87第10章討論題1 .試比較：接受降雨及河流補(bǔ)給時(shí)，地下水位的響應(yīng)有哪些共同點(diǎn)與不同點(diǎn)？2 .河流補(bǔ)給地下水時(shí)，潛水和承壓水水位的響應(yīng)有何不同？3 .某一地區(qū)深層地下水和淺層地下水的水位變化同步，能否說(shuō)明兩者具有良好的水力聯(lián)系嗎？為什么？第十一章1 .舉例說(shuō)明水流動(dòng)力環(huán)境對(duì)松散沉積物及其賦存的地下水的控制性影響。2 .比較我國(guó)不同地區(qū)孔隙水形成的主導(dǎo)因素的不同點(diǎn)。3 .簡(jiǎn)要說(shuō)明孔隙水開(kāi)發(fā)利用會(huì)引起的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)（最好用框圖代替文字說(shuō)明）。第十二章1 .利用下圖說(shuō)明構(gòu)造裂隙水的特征。第1題圖夾于塑性巖層中的脆性巖層的裂隙發(fā)育受層厚的控制2 .簡(jiǎn)要說(shuō)明裂隙研究的要點(diǎn)以及注意事項(xiàng)。3 .你如何理解斷裂帶的貯水、導(dǎo)水與集水功能？最好能用圖