水文與水文地質(zhì)總結(jié)

1、自然界的水循環(huán)按其循環(huán)途徑長短、循環(huán)速度的快慢以及涉及層圈的范圍，可分為水文循環(huán) 和地質(zhì)循環(huán)兩類。水文循環(huán)：是發(fā)生于大氣水、地表水和地殼巖石空隙中的地下水之間的水循環(huán)。水文循環(huán)的速度較快，途徑較短，轉(zhuǎn)換交替比較迅速。地質(zhì)循環(huán)：地球淺層圈和深層圈之間水的相互轉(zhuǎn)化過程稱為水的地質(zhì)循環(huán)。徑流與徑流系統(tǒng)基本概念徑流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流動的水流；徑流系統(tǒng)：匯注于某一干流的全部水流的總體，也稱水系；流域：某一水系的全部集水區(qū)域；分水嶺：相鄰兩個流域之間地形最高點的連線。有關(guān)空隙的幾個基本概念孔隙：組成松散巖石的顆?；蝾w粒集合體之間的空隙；裂隙：應(yīng)力作用下堅硬巖石破裂變形產(chǎn)生的，可分

2、為成巖裂隙、構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙;穴：可溶的沉積巖在地下水溶蝕下產(chǎn)生的空洞;孔隙度n：某一體積V巖石中孔隙體積Vn所占的比例=Vn / V裂隙Kr率：裂隙體積Vr與包括裂隙在內(nèi)的巖石體積 V的比值=Vr / V溶巖率K:溶穴白體積Vk與巖石總體積V的比值=Vk / V此處圖片未下載成功容水度：巖石完全飽水時所能容納的最大水體積與巖石總體積的比值,一般說來在數(shù)值上與孔隙度相當(dāng) 。給水度：地下水位下降一個單位深度，單位水平面積巖石柱體，在重力作用下釋放的水的體積。容水度-持水度 =合水度透水性：巖石允許水透過的能力，孔隙大小是決定透水性好壞的主要因素。影響巖層透水性的因素決定透水性好壞的主要因素是孔

3、隙大小，孔隙直徑愈小，透水性愈差當(dāng)孔隙直徑小于兩倍結(jié)合水層厚度時，在尋常條件下就不透水。只有在孔隙大小相等的前提下，孔隙度才對巖石的透水性起作用，孔隙度愈大，透水性愈好。當(dāng)包氣帶中存在局部隔水層時，在局部隔水層上積聚具有自由水面的自由水，這便是上層滯水。（1）定義：飽水帶中第一個具有自由表面的含水層中的水稱為潛水。充滿于兩個隔水層之間的含水層中的水叫作層間水，亦稱地層水、承壓水。、達(dá)西定律年，法國水力學(xué)家達(dá)西（H.Darcy）通過大量的實驗，得到線性滲透定律。根據(jù)實驗結(jié)果，得到下列關(guān)系式：=KWh/L = KWI （4-1）式中：Q-滲透流量（出口處流量，即為通過砂柱各斷面的流量）；-過水?dāng)嗝?/p>

4、（在實驗中相當(dāng)于砂柱橫斷面積）；水頭損失（h=H1-H2即上下游過水?dāng)嗝娴乃^差）；-滲透途徑（上下游過水?dāng)嗝娴木嚯x）；水力梯度（相當(dāng)于h/L ,即水頭差除以滲透途徑）；滲透系數(shù)。此即達(dá)西公式。從水力學(xué)已知，通過某一斷面的流量 Q等于流速V與過水?dāng)嗝鎤的乘積，即：Q=WV （4-2） 即V=Q/W據(jù)此及公式（4-1）,達(dá)西定律也可以另一種形式表達(dá)之：=KI 4-3 ）稱作滲透流速，其余各項意義同前。、水力梯度（I ）水力梯度I為沿滲透途徑水頭損失與相應(yīng)滲透途徑長度的比值。水在空隙中運動時，必須克服水與隙壁以及流動快慢不同的水質(zhì)點之間的摩擦阻力（這種摩 擦阻力隨地下水流速增加而增大），從而消耗機(jī)

5、械能，造成水頭損失。因此，水力梯度可以理 解為水流通過單位長途滲透途徑為克服摩擦阻力所耗失的機(jī)械能。從另一個角度，也可以將 水力梯度理解為驅(qū)動力，即克服摩擦阻力使水以一定速度流動的力量。既然機(jī)械能消耗于滲 透途徑上，因此求算水力梯度I時，水頭差h必須與相應(yīng)的滲透途徑L相對應(yīng)。二、繪制流網(wǎng)的步驟（1）首先根據(jù)邊界條件繪制容易確定的等水頭線或流線（邊界包括水頭邊界、隔水邊界及地 下水面邊界）（2）流線總是由源指向匯的，因此，根據(jù)補給區(qū)（源）和排泄區(qū)（匯）可以判斷流線的趨向。 滲流場中具有一個以上補給點或排泄點時，首先要確定分流線，分流線是虛擬的隔水邊界（3）根據(jù)流線與等水頭線正交這一規(guī)則，在已知流

6、線與等水頭線間插補其余部分、地下水中主要氣體成分地下水中常見的氣體成分有 O2 N2、CO2 CH4及H2s等，尤以前三種為主。 一一通 常情況下，地下水中氣體含量不高，每公升水中只有幾毫克到幾十毫克。地下水中的氣體成分很有意義。一方面，氣體成分能夠說明地下水所處的地球化學(xué)環(huán)境；另一方面，地下水中的有些氣體會增加水溶解鹽類的能力，促進(jìn)某些化學(xué)反應(yīng)。地下水中分布最廣、含量較多的離子共七種，即：氯離子 （Cl-）、硫酸根離子（SO42-）、 重碳酸根離子（HCO3-）、鈉離子（Na ）、鉀離子（K ）、鈣離子（Ca2 ）及鎂離子（Mg2 ）。構(gòu)成這些離子的元素，或是地殼中含量較高，且較易溶于水的（

7、如O2 Ca Mg Na K）,或是地殼中含量雖不很大，但極易溶于水的（Cl、以SO42花式出現(xiàn)的S）。Si、Al、Fe等元 素，雖然地殼中含量很大，但由于其難溶于水，地下水中含量通常不大。一般情況下，隨著總礦化度（總?cè)芙夤腆w）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Cl-及Na為主；中 等礦化的地下水中，陰離子常以 SO42-為主，主要陽離子則可以是 Na ,也可以是Ca2。地下水的礦化度與離子成分間之所以往往具有這種對應(yīng)關(guān)系，一個主要原因是水中鹽類 的溶解度不同。在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，這就是

8、溶濾作用。溶濾作用的 結(jié)果，巖土失去一部分可溶物質(zhì)，地下水則補充了新的組分。溶濾作用的強度，即巖土中的組分轉(zhuǎn)入水中的速率，取決于一系列因素：（1）取決于組成巖土的礦物鹽類的溶解度。顯然，含巖鹽沉積物中的NaCl將迅速轉(zhuǎn)入地下水中，而以SiO2為主要成分的石英巖，是很難溶于水的。 巖土的空隙特征是影響溶濾作用的另一因素缺乏裂隙的致密基巖，水難以與礦物鹽類接 巖土的空隙特征是影響溶濾作用的另一因素缺乏裂隙的致密基巖，水難以與礦物鹽類接觸，溶濾作用便也無從發(fā)生水的溶解能力決定著溶濾作用的強度。水對某種鹽類的溶解能力隨該鹽類濃度增加而減弱。 某一鹽類的濃度達(dá)到其溶解度時，水對此鹽類便失去溶解能力。因此

9、，總的說來，低礦化水 溶解能力強而高礦化水弱。(4)水中CO2 O2等氣體成分的含量決定著某些鹽類的溶解能力。水中 CO的量愈高，溶解碳 酸鹽及硅酸鹽的能力愈強。02的含量愈高，水溶解硫化物的能力愈強。(5)水的流動狀況是影響其溶解能力的一個關(guān)鍵因素。流動停滯的地下水，隨著時間推移，水中溶解鹽類增多，C02 02等氣體耗失，最終將失去溶解能力，溶濾作用便告終止。地下水 流動迅速時，礦化度低的、含有大量 CO才口 02的大氣降水和地表水，不斷入滲更新含水層中 原有的溶解能力降低了的水，地下水便經(jīng)常保持強的溶解能力，巖土中的組分不斷向水中轉(zhuǎn) 移，溶濾作用便持續(xù)地強烈發(fā)育。濃縮作用溶濾作用將巖土中的

10、某些成分溶入水中，地下水的流動又把這些溶解物質(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，隨著時間延續(xù)，地下水溶 液逐漸濃縮，礦化度不斷增大。隨著地下水礦化度上升，溶解度較小的鹽類在水中相繼達(dá)到飽和而沉淀析出，易溶鹽類(如NaCl)的離子逐漸成為水中主要成分。水中CO2的溶解度受環(huán)境的溫度和壓力控制。CO2的溶解度隨溫度升高或壓力降低而減 小，一部分CO2成為游離CO縱水中逸出，這便是脫碳酸作用。巖土顆粒表面帶有負(fù)電荷，能夠吸附陽離子。一定條件下，顆粒將吸附地下水中某些陽離 子，而將其原

11、來吸附的部分陽離子轉(zhuǎn)為地下水中的組分，這便是陽離子交替吸附作用。從形成地下水化學(xué)成分的基本成分出發(fā)，可將地下水分為三個主要成因類型：溶濾水、沉積 水和內(nèi)生水。下面以海相淤泥為例說明其變化：海相淤泥通常含大量有機(jī)質(zhì)和各種微生物，處于后缺氧環(huán)境，有利于生物化學(xué)作用。一一海水的平均化學(xué)成分是礦化度 35g/L的氯化鈉水(M35T Na/ T Cl=0.85 , Cl/Br=293)。海相淤泥沉積水與海水比較有以下不同：礦化度很高，最高可達(dá)300g/L;(2)硫酸根離子減少乃至消失； 鈣的相對含量增大，鈉相對含量減少 (丫 Na/ 丫 Cl 0.87, 可能是滲透水(現(xiàn)代滲透水、古滲透水)、 現(xiàn)代滲透

12、水與沉積水的混合水，或受巖石中鈉與其他鹽類(非氯化物)影響的沉積水。 TSO4/t ( SO4 Cl )或 rSO42- 102/rCl表征脫硫酸作用程度，作用完全，此系數(shù)為0,封閉程度好。對于脫硫系數(shù) (rSO42-100/rCl-)而言，一般認(rèn)為在油田水中，由于生物化學(xué)作用及碳?xì)浠衔锏膮⑴c 反應(yīng)，使SO2-4離子還原成H2s而失去，發(fā)生脫硫酸作用，致使油田水中SO42禹子減少。脫硫 酸可以在厭氧硫酸鹽還原細(xì)菌作用下發(fā)生，也可以在氣態(tài)姓:或液態(tài)姓:作用下發(fā)生。一般脫硫系數(shù)越小，地層越封閉，還原環(huán)境越強，對有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化及油氣的保存越有利。( T HC03 C03)/rCl碳酸鹽平衡系數(shù)r(Cl-Na)/rMg該系數(shù)越大，表明封閉程度好，水/巖作用強油田水概念：廣義的油田水是指油田內(nèi)的地下水，包括油層水和非油層水狹義的油田水是指油田范圍內(nèi)直接與油層連通的地下水，即油層水。油田水與非油田水中有機(jī)組分的差異油層水的姓:類有氣態(tài)燒：(C1-4姓:類)和液態(tài)姓:。而非油層水中常只含少量甲烷。 油層水中 苯系化合物含量高，一般可達(dá)0.011.58mg/l,最高可達(dá)56mg/l,且甲苯/苯大于1;非油層水中苯系化合物含量低，且甲苯/苯小于1。酚在油層水中含量較高，一般大于0.1mg/l,最高可達(dá)1015mg/l,且以鄰甲酚和甲酚為主；非油層水的含量低，且以苯酚為主。油