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水文地质论文

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矿井水害预测及防治

摘要:突水是煤矿生产安全的主要灾害之一,在煤矿生产实践过程中,提出一套合理的防治水措施,对预防和消除矿井水影响,保证煤矿的安全生产具有非常重要的意义。本文概括了岩溶水害的类型及其特征,对岩溶区矿井在采掘阶段的可能突水进行了预测,并对常见的突水预兆进行了总结,提出了不同类型岩溶突水的防治措施,为矿井安全生产提供了前提保障。

关键词:岩溶水害预测合理防治

一、研究的必要性

我国是世界上主要的产煤国,但同时也是受水害危害最为严重的国家之一。据新中国成立以来的资料统计,1955~1985年30年内全国统配煤矿工发生突水769次,淹井事故218次,且有逐年增长的趋势。20实际80年代与50年代相比,突水频率增长25.7%,淹井事故增长96%,同时突水水量的规模也越来越大。

矿井突水事故造成的经济损失是巨大的,已经严重影响生产、威胁采掘工作面的安全、增加吨煤成本,对我国经济的发展形成较大的障碍。深入研究矿井突水理论对抑制煤矿水害事故的发生,保证煤炭安全生产、减少经济损失、消除不良的社会影响,实现水害防治由被动防水变为主动治水的战略转变并降低矿井大量排水而导致的环境污染程度,开展矿区水防治技术及水资源综合利用的研究,具有十分重要的意义。

二、矿井水害类型及特征

造成矿井水害的水源有大气降水、地表水、地下水和老窑水。其中地下水按储水空隙特征又分为空隙水、裂隙水和岩溶水等。由于多数矿井水害往往是由2~3种水源造成的,单一充水水源的矿井水害很少,故矿井水害类型是按某一种水源或某一种水源为主命名的。按水源分类,把我国的矿井水害分为地表水、老窑水、空隙水、裂隙水和岩溶水水害五大类,其中岩溶水又按含水层分为薄层灰岩和厚层灰岩水害两类。本文主要介绍岩溶裂隙型水害

1、薄层灰岩岩溶水水害

水源主要是华北石炭二叠纪煤田的太原群薄层灰岩岩溶水,以河南、河北、

山东、江苏居多。这些地区太原群煤层的顶底板均有薄层灰岩含水层存在,在开采中必须要揭露这些含水层并疏干。在一般情况下,这些含水层是可以疏干的。但是,这些薄层含水层与地表水发生水体联系时,或被地质构造切割、造成垂向的导水通路和横向与厚层灰岩含水层对接水力联系时,这些汗水层的富水性便大大增加。因此,在具有强水源补给和接近导水通道的部位,常发生较大的灾害性突水事故。典型的矿井有徐州青山泉矿二号井、淮南谢一矿、肥城大封矿、新密芦沟矿等。

2、厚层灰岩岩溶水水害

厚层灰岩岩溶水水害可分为南方型和北方型两种。南方型厚层灰岩赋存与主采煤层顶底板,几乎无隔水保护层可以利用,但一旦发生溶洞突水、突泥,往往来势凶猛。此种厚层灰岩含水层岩溶系统发育与当地侵蚀基准面的高低有关,其充水水源亦与大气降水和地表水系有关。当于当地侵蚀基准面一下时,随深度的增加,岩溶发育程度明显减弱。

北方型煤田厚层灰岩主要是奥陶系灰岩含水层,一般构造正常地区均赋存与主采煤层之下,主采煤层与厚层灰岩含水层之间,常有不同厚度的煤系隔水保护层和灰岩顶面;常有一定厚度的风化残积铝土存在,亦起着隔水保护层的作用。所以此类奥灰突水常与构造有关,常见的主要有以下四种情况:(1)断层使开采煤层与厚层灰岩对接,当巷道掘进至断层带或断层附近时,断层另一侧奥灰含水层水便大量溃入矿井;(2)小断层带垂向导水裂隙使主采煤层之下的隔水保护层失隔水作用而转化为通道,使下伏奥灰含水层突水进入矿井;(3)个别在无构造破坏的地区也有因隔水层经采动破坏后,由于含水层水压高而发生突水;(4)奥灰岩溶陷落柱造成突水。前两种情况是常见的,约占此类水害的80%,后两种情况随少见,但危害很大,难于预测预防。

3、裂隙水水害

水源为砂岩、砾岩等裂隙含水层的水。这种水害发生在开采北方二叠机山西组煤层和侏罗纪没层,以及开采南方侏罗纪的煤层中。这些煤层顶部常有厚层砂岩和砾岩,其中裂隙发育,如与上覆第四系冲积层和下伏奥陶系含水层有水力联系时,可导致大面积突水事故,以及建井时期发生淹井事故。若砂岩层缺乏补给水源时,则涌水很快变小甚至疏干。发生过此类水害的狂井有徐州大黄山煤矿、

韩桥煤矿等。

三、岩溶裂隙型矿井的突水预测

1、巷道掘进中的突水预测

凡进行地下采掘的地方,采掘工作面顶底部隔水层皆承受着矿上压力和静水压力的作用,由于巷道断面小,加上巷道还有一定的支护,使巷道顶部岩层的重力较为均一地传给底部,可视为静水压力为主的类型。巷道掘进突水实质是静水压力、矿山压力与隔水层强度和重力,两者消长关系的产物。掘进过程中一般有三种情况:

(1)巷道掘进过程及以后皆不出水,这是常见的情况,表明巷道顶底部隔水层的强度和重力大大超过作用于隔水层上的静水压力;

(2)巷道掘进接近或揭露阻水断层、含水层时,立即或相隔一段时间突水,这表明作用于隔水层上的静水压力超过了隔水层或接近断层带物质的强度和重力;(3)巷道掘进一段距离后,产生矿压现象和底鼓后突水,该情况表示作用于隔水层上的静水压力与岩层强度和重力达到极限状态。巷道掘进突水的发展过程要经历以下三个阶段:1)巷道开凿,随掘进延伸,压力增大,产生顶板破碎、折梁断柱的现象;2)底板微鼓,逐渐加大至极值;3)地板破裂,产生突水。该过程与岩石受力破坏经历弹性变形、塑性变形、永久变形相对应。

2、工作面回采的突水预测

(1)顶板突水预测

当回采工作面上部隔水层冒裂带高度达到地表、水体、含水层以及老窑积水区时,水砂机会通过冒裂带溃入采区之内。在正常的地质条件下,缓倾角的采面从开切眼开始回采质老顶首次来压或第二次来压的距离时,或者临近回采工作收尾的地段,采场顶部隔水层破坏达到最大值时,相应其有效裂隙往上发展和相互沟通、扩展也达到最大值,若达到含水层或水体,这时采场内水量显著增大或突水。由此可见,回采工作面顶部突水时间或距离是在老顶初次来压或二次来压及收尾地段;突水点的位置与煤层的倾角有关,煤层倾角不同,则其破坏最高值的位置各不相同,破坏的形态也有变化;

(2)底板突水预测

①突水时间

在正常的地址条件下,多数突水实在工作面老顶第一、第二来压距离及回采工作面收尾地区,这是由矿山压力本身发展特点所决定的。在周期压力作用下,若工作面内存在薄弱带,也可能发生突水。

②突水地点

在正常的地质条件下,采场顶板属于冒落型,其底板突水位置多数在采场方近煤帮下溜子道附近,且据煤帮有一定的距离,少数在上回风道处;若采场顶板属于缓慢下沉型,其突水点位置在工作面后方采空区的溜子道内,也可因底鼓产生次一级裂隙系统,进一步破坏。此时,突水点也可不再上述位置,应从采场隔水层岩性、厚度、采场内构造展布等方面考虑矿上压力作用下的薄弱地段。

③底板突水的发展过程

随着回采工作面的推进,矿上压力增大。矿压的传地,使工作面底板岩层发生变形,在静水压力的作用下,促使底鼓进一步发展,当超过底部隔水层的弹性极限时,在张力区产生裂隙,当顶压持续增大至接近老顶来压时,上述裂隙向下延伸、扩大、加多,相互沟通,所以先从裂隙进一步沟通并伴随有延时破裂响声,接着大量突水,这时的突水是浑的,并携带大量物质,经一段时间以后水色变清,水量由大变下趋于稳定。

④底板突水类型

很据水量和动态底板突水可以分为三种类型:

突发型。采掘遇到充水断层,或含水层错动接近煤层时,随着采掘面放炮水立即涌出,一般水压高、水量大、来势猛,瞬间达到峰值,常伴有响声和岩屑碎块冲出。这种突水常形成大型或特大型突水,若排水能力不足有淹井的危险。

缓发型。当采掘工作面接近导水断层时,由于隔水层薄、水压高,常伴有底鼓,开始涌水量小,随矿压增大底鼓达到高峰,水突破底板大量涌出。这种突水类型比较普遍,多发于采煤工作面,由于有一段缓冲时间,可采取应急措施限制事故的发展。

滞后型。含水层距煤层较远,通道不畅,在矿压及水压长时间的作用下,沟通断层或裂隙而突水,突水前伴有底鼓和渗水,水由小渐大,最后突破。突水之后采掘时间可由数天或数月,这种突水多为中小型突水。

四、矿井突水预兆

矿井突水是因为井下采掘活动破坏岩体天然平衡,采掘工作面周围水体在静水压力和矿山压力的作用下,通过断层、隔水层和矿层的薄弱地带进入采掘共作面。这一现象的发生于发展是一个逐渐变化的过程,有的表现的很快,有的表现的叫慢,这与采掘工作面的具体位置、采场地质情况、水压力、矿上压力的大小有关。从开拓工作面开始到突水前的时间内,在工作面及其附近常显示异常现象,这些现象就称为突水预兆。常见的突水预兆有:

1、煤壁挂红。这是因为水中含有铁的氧化物,再通过煤层或岩层裂隙时,附着在裂隙表面的暗红色水锈,一般认为巷道接近积水区。

2、煤壁挂汗。当采掘工作面接近积水区时,因水在自身压力作用下,通过煤岩裂隙缝透过煤岩壁,聚成水珠。

3、空气变冷。工作面接近积水区时,气温邹然下降,煤壁发冷,人一进去有阴冷的感觉,时间越长就越感到阴凉。但有地热问题的矿井,地下水温高,当掘进面接近时,温度反而升高。

4、发生雾气。当巷道内温度很高时,积水渗到煤壁后,引起蒸发而形成雾气。

5、在采掘工作面若在煤壁、煤岩内听到‘吱吱’的水呼声时,表征因水压过大,水向裂隙中挤压发出的响声,说明离水体不远,即将突水,这时必须立即发出警报,撤出所有受水威胁地点的人员。

6、底板鼓起。底鼓有两种原因,一种是底板承压含水体静水压力和矿山压力共同作用的结果,这是突水预兆;另一种是受矿山压力单方面的作用而产生底鼓,一般不突水。当发生底鼓时,要监视底鼓的发展变化,并报告矿井调度室。经技术人员调查核实确定底鼓的原因。若是前一种原因,必须采取紧急措施,先在底鼓地段铺设密集地梁,打木跺控制底鼓的发展。在底鼓基本被控制之后,可在底鼓的地段外侧打钻孔放水泄压。

7、涌水,即水已经涌出

五、矿井突水的防治措施

对于矿区的防治工作,应该本着“以防为主,防治结合”的原则,要花大力气把工作放在“防”上,因为与“治”比较起来,“防”不仅能最大限度的节省大量的人力物力财力,而且能大大的降低重特大事故的发生率,减少死亡率。针对

水文地质学基础习题和答案

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开采 矿区水文地质勘查阶段划分:1,普查勘探阶段:普查、详查(初步勘探)、精查(详细勘探)2,生产建设阶段(补充勘探) 3水文地质调查包括哪些方法?水文地质测绘(地面调查)、水文地质钻探、水文地质物探、水文地质化探、水文地质试验、实验室试验分析、其它方法 4水文地质勘探工作程序应遵偱的原则? A工作范围由大到小,工作要求由粗到精。B按测绘—勘探—试验—长期观测的顺序安排。C根据具体条件由少到多,由点到线,进一步控制到面。D每一勘查阶段按准备工作、野外施工和室内总结三段时期进行。 5水文地质地面调查(测绘)主要进行哪些方面的调查? 气象资料、地表水、地质地貌、地下水露头 6水文地质观测路线及测点的布置要求?观测路线:a沿垂直岩层或岩浆岩体构造线走向。b沿地貌变化显著方向。c 沿河谷沟谷和地下水露头多的地带。d沿含水层带走向。观测点:a,地层界线断层线褶皱轴线岩浆岩与围岩接触带b,标志层典型露头和岩性岩相变化带等c地貌分界线和自然地质现象发育处d井泉、钻孔、矿井、坎儿井、地表坍陷、岩溶水点如暗河出入口、落水洞、地下湖和地表水体。 7水文地质钻探的任务和特点?任务:1、研究地质、水文地

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水文地质学-教学大纲

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*水循环的概念、水文循环、地质循环; *影响水循环的因素; 我国水文循环概况。 *1.2 地下水的赋存 岩石的空隙性:孔隙、裂隙、溶穴的概念、表征和特征; 岩石中水的存在形式:岩石骨架中的水、岩石孔隙中的水(重力水*、毛细水*)。 岩石的水理性质:容水性、持水性、给水性和透水性的概念、表征及相互间的关系; 有效应力原理与岩土压密:有效应力原理*、地下水位变动引起的岩土压密; 包气带与饱水带:概念; 含水层、隔水层与弱透水层:理解掌握概念; 地下水的分类:按埋藏条件分为:上层滞水、潜水、承压水;按介质条件分为:孔隙水、裂隙水、岩溶水。 *1.3 地下水的物理性质和化学成分 *地下水的物理性质:色、嗅、味、比重、透明度、温度等; *地下水的化学性质:PH值、硬度、矿化度、侵蚀性。 *地下水化学成份的形成作用:溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子交换吸附作用、混合作用及人为作用。 地下水化学成分的基本类型:溶滤水、沉积水和内和生水。 *地下水化学成分的分析与资料整理:简分析、全分析和专门分析;库尔洛夫式、舒卡列夫分类表。 *1.4 不同埋藏条件下的地下水 上层滞水:概念及特征; *潜水:相关概念、特征(分布特征、补给与排泄特征、动态特征及水化学特征等)、等水位线图及其应用; *承压水:相关概念、特征(分布特征、补给与排泄特征、动态特征及水化学特征等)、等水压线图及其应用; 潜水与承压水的转化。 第2章地下水的运动和动态 *#2.1 重力水的运动

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第一章地球上的水及其循环 一、名词解释: 1.水文地质学:水文地质学是研究地下水的科学。它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作业下地下水水量和水质的时空变化规律,并研究如何运用这些规律去兴利除害,为人类服务。 2.地下水:地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。 3.矿水:含有某些特殊组分,具有某些特殊性质,因而具有一定医疗与保健作用的地下水。 4.自然界的水循环:自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水相互联系、相互转化的过程。 5.水文循环: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。 6.地质循环:地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。 7.大循环:海洋与大陆之间的水分交换。 8.小循环:海洋或大陆内部的水分交换。 9.绝对湿度:某一地区某一时刻空气中水汽的含量。 10.相对湿度:绝对湿度和饱和水汽含量之比。 11.饱和差:某一温度下,饱和水汽含量与绝对湿度之差。 12.露点:空气中水汽达到饱和时的气温。 13.蒸发:在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。 14.降水:当空气中水汽含量达饱和状态时,超过饱和限度的水汽便凝结,以液态或固态形式降落到地面。14.径流: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。 15.水系:汇注于某一干流的全部河流的总体构成的一个地表径流系统。 16.水系的流域:一个水系的全部集水区域。 17.分水岭:相邻两个流域之间地形最高点的连线。 18.流量:单位时间内通过河流某一断面的水量。 19.径流总量:某一时间段内,通过河流某一断面的水量。 20.径流模数:单位流域面积上平均产生的流量。 21.径流深度:计算时段内的总径流量均匀分布于测站以上整个流域面积上所得到的平均水层厚度。 22.径流系数:同一时段内流域面积上的径流深度与降水量的比值。 二、填空 1.水文地质学是研究地下水的科学。它研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律。 2.地下水的功能主要包括:资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力、或信息载体。 3.自然界的水循环分为水文循环和地质循环。 4.水文循环分为大循环和小循环。 5.水循环是在太阳辐射和重力作用下,以蒸发、降水和径流等方式周而复始进行的。 6.水循环是在太阳辐射和重力作用下,以蒸发、降水和径流等方式周而复始进行的。 7.主要气象要素有气温、气压、湿度、蒸发、降水。 8.在水文学中常用流量、径流总量、径流深度、径流模数和径流系数等特征值说明地表径流。 三、判断题 1.地下水是水资源的一部分。 ( √ ) 2.海洋或大陆内部的水分交换称为大循环。 ( ×) 3.地下水中富集某些盐类与元素时,便成为有工业价值的工业矿水。 ( √ ) 4.水文循环是发生于大气水和地表水之间的水循环。(× ) 5.水通过不断循环转化而水质得以净化。(√) 6.水通过不断循环水量得以更新再生。 ( √ ) 7.水文循环和地质循环均是H2O分子态水的转换。 ( ×) 8.降水、蒸发与大气的物理状态密切相关。(√) 9.蒸发是指在100℃时水由液态变为气态进入大气的过程。(× ) 10.蒸发速度或强度与饱和差成正比。 ( √) 四、简答题 1.水文地质学的发展大体可划分为哪三个时期? 1856年以前的萌芽时期,1856年至本世纪中叶的奠基时期,本世纪中叶至今的发展时期。 2.水文地质学已形成了若干分支学科,属于基础性的学科分支有哪些? 水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、水文地质调查方法、区域水文地质学。 3.水文循环与地质循环的区别?

1水文地质学基础教学大纲

《水文地质学基础》教学大纲 一、大纲说明 1.课程性质和地位 《水文地质学基础》是水文与水资源工程和地质工程专业必修的重要专业基础课。该课程的基本知识也是与地下水有关专业的选修内容。 通过本课程的教学,使学生系统地获得水文地质学的基本知识和地下水的形成、分布、运移的基本理论;初步掌握运用所学知识对与地下水有关问题进行水文地质分析的基本方法和技能。 2.教学目的和要求 本课程在公共基础课与地质基础课的基础上进行教学。它既作为一门专业基础课阐述其本身的理论,又为后继课程《地下水动力学》、《水文地球化学》、《岩土工程勘察》、《专门水文地质学》及《工程地质学》等专业课的教学准备必要的基础知识。通过本课程的教学,使学生重点掌握以下几方面的知识: 了解课程的性质、任务、研究对象以及在所学专业的地位,对水文地质学有一个整体的认识。★ 重点掌握水文地质学的基本概念,基本原理和基本研究方法 ★ 掌握地下水的形成、分布、运移特征和规律,学会运用水文地质学原理,科学分析和解决相关水文地质问题的思维方法。 ★ 掌握简单的水文地质专业作业方法。 二、主要教学环节安排 课程的主要内容应以地下水的形成、赋存、分布和运移规律及各类地下水的特征为中心进行选材,并注意与本专业其它课程的配合与衔接。 教学内容共分十五章,一至九章阐述地下水形成的理论和有关概念,为本课程的基本理论部分。十至十二章进一步阐述各类地下水的埋藏、分布、交替循环等特征,是前一部分理论的应用和深化。十三、十四章介绍地下水的资源特征及其供水意义,并介绍人类开发利用地下水资源过程中出现的某些环境问题。十五章介绍地下水研究的基本内容和方法。 课程总学时为72,其中讲授50学时,课程实习12学时,综合课程设计(实习)10学时。在大纲基本内容和总学时不变的前提下,部分教学内容、体系和课时分配,可根据本学科的发展和具体条件以及专业所需,适当灵活掌握。学时分配见下表。 课程教学学时分配表

水文地质学资料

第8章 ◆系统思想与方法的核心: 把所研究的对象看作一个有机的整体(系统),并从整体的角度去考察、分析与处理事物。 8.2 地下水系统的概念 1.地下水系统概念的产生 2.地下水系统的概念: ☆地下水含水系统:由隔水或相对隔水岩层圈闭 的,具有统一水力联系的含水岩系。 ☆地下水流动系统:由源到汇的流面群构成的, 具有统一时空演变过程的地下水体。 3.地下水含水系统与地下水流动系统的比较 (1)含水系统将包含若干含水层与相对隔水层的整体作为所研究的系统。系统的边界是不变的; 流动系统以地下水流作为研究实体,边界是可变的。 (2)含水系统的整体性体现于它具有统一的水力联系; 地下水流动系统的整体性体现于它具有统一的水流。 (3)含水系统与流动系统都具有级次性。 ?控制含水系统发育的主要是:地质构造 ?控制地下水流动系统发育的主要是:水势场 8.3 地下水含水系统 含水系统在概念上是含水层的扩大,因此,关于含水层的许多概念均可用于含水系统。 8.4 地下水流动系统 1.地下水流动系统的水动力特征 2.地下水流动系统的水化学特征 地下水流动系统的不同部位,由于流速和流程对水质的控制作用,显示出很好的水化学分带: 在地形复杂,同时出现局部、中间、区域流动系统时,以垂直分带为主。 地形变化简单,只出现区域流动系统时,主要呈水平分带。 3.地下水流动系统的水温度特征 地下水流动系统提供了一个十分有用的水文地质分析框架; 根据渗流场、水化学场、水温度场之间的密切内在联系,利用地下水流动系统这一理论框架,可以将各方面零散的信息综合成一副有序的图景。 第9章 9.1 地下水动态与均衡的概念 1. 地下水动态: 在与环境相互作用下,含水层(含水系统)各要素(如水位、水量、水化学成分、水温等)随时间的变化。 2. 地下水均衡: 指某一时段某一地段内地下水水量(盐量、热量、能量)的收支状况。 3. 地下水动态与均衡的关系 ◆均衡是地下水动态变化的内在原因(实质); 动态是地下水均衡的外部表现; ◆均衡的性质和数量决定了动态变化的方向与幅度; 动态反映了地下水要素随时间变化的状况。 4.地下水动态与均衡研究的意义

水文地质学基础各章习题及答案

《水文地质学基础》习题库 [第1章] (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? 答:以 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mm 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24 km 2, 在8月份观测到出山口A 点的平均流量为8.0?104 m 3/d ,而8月份这个地区的总降水量是700 mm 。试求出该流域8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1.0;A 点的平均流量中是否包括地下径流。 解:Q= 8.0?104m3/d , F=24km2, X=700mm (3)空气湿度和风速如何影响蒸发量? 答:水面蒸发的速度和量取决于气温、气压、湿度、风速等因素。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。风速是影响水面蒸发的另一重要因素。 (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?水循环的大气过程属于其中哪一种? 答:水文循环与地质循环是很不相同的自然界水循环。水文循环通常发生于地球浅层圈中,是H2O 分子态水的转换,通常更替较快。水文循环对地球的气候、水资源、生态环境等影响显著,与人类的生存环境有直接的密切联系。水的地质循环常发生于地球深部层圈水与表层圈水之间,常伴有水分子的分解和合成,转换速度缓慢。 (4)地下径流与地表径流的特征有哪些不同点? 答: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。 降落到地表的水通过下渗环节,对降水进行地表与地下径流的分配。 (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?(P14) 答: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。 [第2章] (1) 对比以下概念: 空隙和孔隙;孔隙度和孔隙比;孔隙和裂隙; (2) 在一个孔隙度为30%的砾石堆积体中,充填了孔隙度为60%的粉质粘土,试估算该堆积体的实际孔隙度。 (3) 请对以下陈述作出辨析: A. 地层介质的固体颗粒越粗大,孔隙度就越大; A 分 水 岭 mm 103.3102431108.010F QT Y 3-43-=???=?=15.0700 3.103≈==X Y a

最新专门水文地质学--渗透系数和导水系数

专门水文地质学--渗透系数和导水系数

吉林大学精品课>>专门水文地质学>>教材>>专门水文地质学 §6.2渗透系数和导水系数 渗透系数又称水力传导系数,是描述介质渗透能力的重要水文地质参数。根据达西公式,渗透系数代表当水力坡度为1时,水在介质中的渗流速度,单位是m/d 或cm/s 。渗透系数大小与介质的结构(颗粒大小、排列、空隙充填等)和水的物理性质(液体的粘滞性、 容重等)有关。 导水系数即含水层的渗透系数 与其厚度的乘积。其理论意义为水 力梯度为1时,通过含水层的单宽流量,常用单位是m 2/d 。导水系数只适用于平面二维流和一维流,而在三维流及剖面二维流中无意义。 利用抽水试验资料求取含水层的渗透系数及导水系数方法视具体的抽水试验情况而定,下面就各种情况下的计算公式加以简述,其原理及具体计算步骤可参考地下水动力学相关教材。 一、单孔稳定流抽水试验抽水孔水位下降资料求渗透系数 1. 当Q ~s (或2h ?)关系曲线呈直线时, (1)承压水完整孔:r R sM Q K ln 2π= (6-9) (2)承压水非完整孔: 当M ﹥150r ,l /M ﹥0.1时, )12.1ln (ln 2r M l l M r R sM Q K ππ-+= (6-10) 当过滤器位于含水层的顶部或底部时, )]2.01ln([ln 2r M l l M r R sM Q K +-+= π(6-11) (3)潜水完整孔:r R h H Q K ln )(22-=π (6-12) (4)潜水非完整孔: 图6-2 土壤含水率变化曲线

当h ﹥150r ,l /h ﹥0.1时,)12.1ln (ln ) (2 2r h l l h r R h H Q K ππ?-+-= (6-13) 当过滤器位于含水层的顶部或底部时, )]2.01ln([ln )(22r h l l h r R h H Q K +-+-= π (6-14) 式中 K —渗透系数(m/d ); Q —出水量(m 3/d ); s —水位下降值(m ); M —承压水含水层的厚度(m ); H —自然情况下潜水含水层的厚度(m ); h —潜水含水层在自然情况下和抽水试验时的厚度的平均值(m ); h —潜水含水层在抽水试验时的厚度(m ); l —过滤器的长度(m ); r —抽水孔过滤器的半径(m ); R —影响半径(m )。 2. 当Q ~s (或2h ?)关系曲线呈曲线时,采用插值法得出Q ~s 代数多项式,即: n n Q a Q a Q a s +++= 221 (6-15) 式中 a 1、a 2……a n —待定系数。a 1宜按均差表求得,可相应地将公式中的 Q/s 和公式中的 2 2h H Q -以1/ a 1代换,分别进行计算。 3. 当Q s /(或Q h /2?)~Q 关系曲线呈直线时,可采用作图截距法求出a 1后,按上述方法计算。 二、单孔稳定流抽水试验观测孔水位下降资料求渗透系数 当利用观测孔中的水位下降资料计算渗透系数时,若观测孔中的值s (或2h ?)在s (或2h ?)~r lg 关系曲线上连成直线,可采用下列公式: 1.承压水完整孔:1 221ln )(2r r s s M Q K ?-= π (6-16) 2.潜水完整孔:122 221ln ) (r r h h Q K ??-?= π (6-17) 式中 s 1、s 2 —在s ~r lg 关系曲线的直线段上任意两点的纵坐标值(m ); 21h ?、2 2h ?—在2h ?~r lg 关系曲线的直线段上任意两点的纵坐标值 (m 2);

水文地质学基础课程读书报告

水文地质学基础读书报告 水文地质学基础这门课程主要介绍的是有关地下水这方面的知识,水文地质学是研究地下水的科学。水文地质学基础的研究对象与内容1、研究对象:水文地质学是研究地下水的科学,它研究与岩石圈、水圈、大气圈以及人类活动相互作用地下水水量和水质的时空变化规律。2、特征:水文地质学是一门边缘交叉学科。3、研究内容:1)地下水的形成、埋藏、赋存、分布2 )地下水的运动3 )地下水的补给、径流、排泄4)物理化学性质、成份及形成原因5 )地下水的起源、循环、转化规律6)地下水的动态与均衡 水文地质学研究的是:地下水在于岩石圈、地幔、水圈、大气圈、生物圈和人类活动相互作用下其水量与水质在时间和空间上的变化,以及对各种圈层产生的影响,从而服务于人与自然相互协调的可持续发展。 地下水,是贮存于包气带以下地层空隙,包括岩石孔隙、裂隙和溶洞之中的水。地下水是水资源的重要组成部分,由于水量稳定,水质好,是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。但在一定条件下,地下水的变化也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利自然现象。 岩石上部水未饱和带,岩石孔隙或裂隙未被液态地下水充满,含有大量空气。在包气带中的地下水称饱气带水,如土壤水。包气带水受重力作用顺岩石的洞穴、孔隙、裂隙向下运动,但有时在包气带内,因透水层中夹有扁豆状的隔水层,当包气带水向下渗透时,地下水受其阻隔可局部饱和,

形成上层滞水。当地下水向下运动到一定深处,遇到不透水层阻隔时,就不能往下运动了,于是在不透水层之上,地下水便逐渐积成一层饱和带,这就是饱和带水。 潜水:地表以下第一个稳定的隔水层之上的饱和带水。隔水层顶面即潜水的下界,潜水的上界为自由表面,称为潜水面。日常井水即潜水,井水面即潜水面,其起伏与地面起伏一致,但起伏较小,还与雨水补给有关,潜水的动力使潜水面起伏变小。 承压水:处于两个稳定的隔水层之间的地下水。深处的承压水在上部水体的静水压力之下,具有水头压力,打钻通过上隔水层,水可自由喷出自流水。 通过学习,我们掌握地下水在地质剖面中的分布;掌握含水层、隔水层与弱透水层的概念及它们之间的辨证关系(相对性);深刻理解地下水赋存特征对水量、水质时空分布的影响。在此基础上,明确按地下水埋藏条件划分的包气带水(包括上层滞水)、潜水、承压水和按含水介质类型划分的孔隙水、裂隙水、岩溶水的概念及其一般特点。 地下水的潜蚀作用:地下水的剥蚀作用发生在地面以下,故称之。机械潜蚀作用地下水流动缓慢,机械潜蚀作用较弱,但在黄土区较常见,地下水可把黄土淘空,引起地面陷塌。化学溶蚀作用:地下水溶有一定数量的CO2 ,其中约1%成H2CO3 ,故较纯水具有更大的溶解能力,地下水CO2 愈多,岩石溶解度愈大,溶蚀作用愈强烈,迅速。影响潜蚀作用的因素:气候炎热多雨地区,地下水丰富,潜蚀作用强。岩性可溶性岩石--- 碳酸盐岩、石膏、石盐。构造运动弱,有利于地下水长期作用,潜蚀强。

专门水文地质学填空题

二、填空题 1.小比例尺一般小于l:10万,比例尺根据工作任务而定,一般要求大于1:5万 2.供水水文地质勘察工作划分为:普查阶段、详查阶段、勘探阶段、开采阶段 3.水文地质调查工作的类型可分为区域水文地质调查和专门性水文地质调查 4.地质调查主要包括:地层岩性调查、地质构造调查 5.地层岩性调查包括基岩调查、松散岩层调查和地层调查。 6.基岩调查主要调查基岩的岩石类型、可溶性、层厚和层序组合。 7.在水文地质测绘中地质构造调查包括:褶皱构造调查、断层调查、裂隙调查。 8.流量的测量方法有堰测法、容量法、断面法。堰测法有三角堰、矩形堰、梯形堰。 9. 水文地质调查应查明地下水的补给、径流和排泄条件、渗流参数 10.水文地质调查必须按照先设计后施工、先测绘后勘探的程序进行。 11.稳定流抽水试验在技术要求上主要有水位降深、抽水试验流量、稳定延续时间及水位和流量观测。 12.非稳定流抽水试验技术要求抽水流量、选择水位观测、抽水延续时间。 13.观测孔的深度一般应达到所要观测的含水层最低水位以下2~5m,其管口应高出地面0.5~1m,孔口应设置保护装置,在孔口地面应采取防渗措施。 14.岩石按力学性质可分为脆性岩石、半脆性岩石和塑性岩石三类。 15.按富水程度可将断层划分为富水断层、储水断层和无水断层,按导水性能将断层分为导水断层和阻水断层。 16.气象资料调查主要是降水量、蒸发量、气温。 17.一般要求孔深小于lOOm时,孔斜不得超过1.5度,当孔深大于lOOm时,每增加lOOm 孔斜不得超过1度,并要求每50m测一次孔斜,以检查是否符合设计要求。 18.抽水试验主要分为单孔抽水、多孔抽水、群孔干扰抽水、试验性开采抽水。 19.过滤器类型:骨架过滤器、包网过滤器、缠丝过滤器、填粒过滤器。 20.地下水动态观测项目主要包括水位、水温、水质、水量、水文及气象等因素。 21.一般包括四类图件:基础性图件、要素性图件、综合性图件和应用性图件。 22.地下水水质指标可划分为物理性质指标、化学性质指标和生物性质指标。 23.我国《生活饮用水卫生标准》中的水质指标项目类别分为感官性状指标、一般化学指标、毒理学指标、细菌学指标和放射性指标。 24.侵蚀方式有分解性侵蚀、结晶性侵蚀和分解结晶复合性侵蚀等 25.地下水资源的特点系统性、流动性、可恢复性、可调节性 26.地下水资源划分为补给量、储存量和允许开采量三类 27.管井的成井工艺,包括从钻进开始直至下管、回填、洗井等多道工序。 28. 水文地质钻孔的基本类型有勘探孔、试验孔、观测孔、开采孔 29. 水文地质试验包括抽水试验放水试验注水试验 30. 矿井水灾害按水源划分类型有:地表水害、松散含水层水害、煤系砂岩水害、灰岩水害 31.按矿泉水的用途:可分为工业矿水,医疗矿水和饮用矿泉水。 32.地下水允许开采量的计算方法水量均衡法、相关外推法、开采试验法、补偿疏干法. 33地下水资源评价包括地下水水质评价和地下水水量评价。 1、水文地质调查方法包括:地面调查钻探物探水文地质试验 2、水文地质钻孔的基本类型有勘探孔试验孔观测孔开采孔

水文地质学基础

1.自然界的水循环分为水文循环与地质循环。 2.水文循环: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。水文循环的速度较快,途径较短,转换交替比较迅速。 3.地质循环:地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。 4.海洋与大陆之间的水分交换为大循环。海洋或大陆内部的水分交换称为小循环。 5.表征大气状态的物理量和物理现象,统称气象要素,包括:气温、气压、空气湿度、降水、蒸发、风等 6.简述水文循环的驱动力及其基本循环过程? 水文循环的驱动力是太阳辐射和重力。 由海洋和陆地表面的水蒸发成为水汽进入大气圈,水汽随气流飘移。在适宜的条件下,重新凝结成液态或固态降落,降落的水分,一部分汇集江河湖泊形成地表水,另一部分渗入土壤岩石,成为地下水。地表水蒸发为水汽,返回大气圈;有的渗入地下,成为地下水;其余部分流入海洋。地下水直接蒸发或通过植物间接返回大气圈,部分形成地下径流。地下径流或直接流入海洋,或在转化为地表水,然后再返回海洋。 7.影响水面蒸发的因素有哪些? 如何影响? 影响因素有:气温、气压、湿度和风速。主要取决于气温和绝对湿度。温愈高,绝对湿度愈低,蒸发愈强烈,反之,蒸发愈弱。气压是通过气压差的大小影响空气对流而影响蒸发的,气压差和风速愈大,蒸发就强烈,反之,蒸发愈弱 8.自然界水循环的意义? 水通过不断循环转化使水质得以净化;水通过不断循环水量得以更新再生;维持生命繁衍与人类社会发展;维持生态平衡。 9. 孔隙度是指某一体积岩石中孔隙体积所占的比例 孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况,另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。对于粘性土,结构及次生孔隙常是影响孔隙度的重要因素。

水文地质学重点

第一节:水文地质学基础 1.地下水:地下水是赋存于地面以下土层和岩石空隙中的水。 地下水起源 渗入水:降水渗入地下形成的水,是地下水形成的主要形式 凝结水:空气中的水汽在颗粒和岩石表面凝结形成地下水 初生水:岩浆中分离岀来的气体冷凝形成的水 埋藏水:与沉积物同时生成或海水渗入到原生沉积物的孔隙中而形成的地下水径流的定义:径流是指一个流域内的降水除去消耗于蒸发以外的全部水流。径流流量决定于流域面积规模和降水量等。 第二节:地下水的赋存 (体积)裂隙率:裂隙的体积(Vr)与包含裂隙在内的岩石的总体积(V)之比。面裂隙率:裂隙的总面积与岩层面总面积之比 线裂隙率:裂隙的总宽度与岩芯总长度之比。 给水性:饱水岩石在重力作用下,能自由给岀一定水量的性能。 给水度:地下水下降1个单位深度时,单位水平面积的岩石柱体在重力作用下释放出水的体积。(单位体积在重力作用下释放出水量)(注意与释水率的区别透水性:透水性指岩石可以被水透过的性能。 渗透系数(水力传导系数):水力坡度为1时,渗透系数在数值上等于渗流速度。渗透系数不仅取决于岩石的性质,而且与渗透液体的物理性质有关。 渗透率(内在透水率):衡量岩石透水性大小的指标称渗透率。与渗透液体的性质无关。 一般情况下,地下水的容重和粘滞性改变不大,可用渗透系数近似当作岩层的透水性指标。 含水层:能透过水并给出相当数量水的岩层。1 ?含水层形成的条件岩层具有储存 重力水的空间(孔隙、裂隙、溶隙)2?具备储存地下水的地质结构(透水-含水- 隔水、隔水-含水-隔水)3?具有充足的补给水源 含水层与透水层的区别:含水层首先应该是透水层,是透水层中位于地下水位以下经常为地下水所饱和的部分上部未饱和的部分则是透水不含水层。故一个透水层可以是含水层,如冲击沙砾含水层,也可以是透水不含水层,如坡积亚砂土层, 还可以是一部分为位于水面以下的是含水层,另一部分位于水面以上的为透水不含水层含水带:是指空间延伸长度较大,而宽度有限的狭长带状地带。如:断层破碎带、岩溶径流带、岩脉含水带、侵入岩与围岩接触带 含水岩段:某一厚度较大的含水层内,由于不同层段的含水性差异较大,而划分出的不同强、弱含水层段或相对隔水层段。 含水岩组:指具有统一的水力联系和一定的水化学特征的多层含水层的空间组合。蓄三节:地下水的运动(饱水带) 饱水带:地下水面以下为饱水带,饱水带岩石空隙全部为液态水所充满,既有重力水乂有结合水。 水头:渗流场中某一点位置至基准面的高度乙称为位置水头;该点压强的液柱高度 ,称为压强水头;二者之和称为测压水头 水力坡度匸水力坡度为沿渗透途径水头损失与相应渗透长度的比值。 渗透:地下水在岩石空隙中的运动称为渗透。 渗流:不考虑渗流途径的迂回曲折,不考虑岩层的颗粒骨架,假想地下水充满整个岩石空间并只向整体水流方向流动的水流称为渗流。

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《水文地质勘查》试题库 绪言 1.水文地质勘查? 2.水文地质勘查的任务? 3.水文地质勘查研究内容? 4.水文地质勘查理论与技术方法在哪些方面还需加强研究? 第一篇水文地质调查方法 第一章水文地质调查工作概况 1.水文地质调查的目的、任务? 2.水文地质调查工作,按其目的、任务和调查方法的特点分为三 类:、、。 3.区域水文地质调查的目的、任务、比例尺? 4.专门性水文地质调查的目的、任务、比例尺? 5.水文地质调查工作阶段划分的必要性? 6.我国不同部门对供水水文地质调查阶段的划分? 7.划分水文地质调查阶段的具体要求? 8.最基本的水文地质调查所使用的手段(或称工作种类)有六 种:、、、、和。9.水文地质勘探包括、和,其中最主要的是,其次是 。 10.水文地质野外试验包括、、、、等。 11.地下水动态长期观测的项目一般包括、、、等。 12.区域性水文地质调查(水文地质普查)使用的调查手段(工作种类):以为主, 配合少量的和工作。 13.水文地质初步勘探阶段使用的调查手段(工作种类)为:、、、 。 14.水文地质详细勘探阶段使用的调查手段(工作种类)以和为主,以及 地下水动态观测和室内分析、实验。 15.水文地质调查工作的一般程序? 16.水文地质调查设计书编写的主要内容有哪些?

第二章水文地质测绘 1.水文地质测绘? 2.水文地质测绘的目的? 3.水文地质测绘是水文地质调查的基础,在水文地质普查阶段,主要进行。 4.水文地质测绘通常在比例尺的地质图上填水文地质图。若没有地质底图,则 要同时进行地质图,水文地质图的填图,这时称为综合性地质—水文地质测绘,此种测绘所用的地形底图比例尺,一般要求比最终成果图的比例尺大倍。 5.水文地质测绘的主要任务和调查内容? 6.水文地质测绘的成果主要有、水文地质剖面图、各种地下水点和地表水体的调 查资料,以及水文地质测绘报告。 7.水文地质图的主要内容? 8.水文地质测绘中对岩性观察研究的主要内容? 9.水文地质测绘中调查研究地质构造的目的? 10.地貌调查在水文地质测绘中的意义? 11.调查是水文地质测绘工作的核心工作。 12.泉的调查研究内容? 13.泉的不稳定系数? 14.水井(钻孔)的调查内容? 15.水文地质测绘中对地表水调查研究的意义及调查研究的内容? 16.与地下水有关的环境地质问题及其调查研究的内容? 第三章水文地质钻探 1.水文地质调查中采用的勘探工程,包括、、、。 其中最主要的是水文地质。 2.水文地质钻探的基本任务? 3.水文地质钻孔设计书的内容主要包括哪些? 4. 用于供水的钻孔,一般要求孔身斜度每100m 小于度。 5.在钻进过程中水文地质观测的主要项目? 6.水文地质勘探钻孔的布置原则? 7.为查明区域水文地质条件布置的钻孔,一般主要勘探线应沿着区域水文地质条件变化最的 方向布置。 8.在山前冲洪积平原地区,主要勘探线应沿着冲洪积扇的方向布置;在河谷地 区,主要勘探线应河谷布置; 9.以供水勘查为目的的探采结合孔,钻孔一般应布置在含水层、成井把握性最 大的地段。 10.对于傍河取水水源地,为计算河流侧向补给量,必须布置河流的勘探线。 第四章水文地质物探 1.水文地质物探? 2.物探方法的特点? 3.物探方法的基本原理? 4.在水文地质调查中使用的物探方法有两大类:和。 5.简述在水文地质、工程地质调查中主要使用的物探方法?

最新水文地质学基础复习重点

水文地质重点(结合以前画的) 绪论&第一章 一、名词解释 & 填空: 1、水文地质学:水文地质学是研究地下水的科学。 2、地下水:地下水是指赋存和运动于地表以下土层和岩石空隙中的水。 3、自然界的水循环包括水文循环和地质循环。 4、水文循环分为大循环和小循环。 5、小循环:是指海洋表面蒸发的水汽,又以降水形式降落入海洋;或是大陆表面蒸发的水汽,仍以降水形式降落回陆地表面。 6、大循环:是指海洋表面蒸发的水汽,随气流带到大陆上空,形成降水落在地面,再通过径流返回海洋的过程。 二、简答: 地下水的功能: (1)地下水是城市供水的重要水源。 (2)工业生产需要大量使用地下水。 (3)农业生产需要有充足的水源保证。 (4)地下水是良好的载热物质,可将热能源源不断地输送到地表供人们使用(5)某些地区的地下水含有特殊的化学成分,并具有较高的温度,利用这些地下水可治疗某些疾病。 (6)有些地下水本身就是一种宝贵的矿产资源。 (7)利用地下水的化学成分作为找矿标志寻找某些有用矿产的工作得到了很大的发展。 第二章 一、名词解释 & 填空: 1、空隙:包括松散沉积物中的孔隙、坚硬岩石的裂隙和可溶岩的溶穴。 2、对地下水储存和运移具有重大影响的是孔隙的多少和孔隙的大小。 3、孔隙度:衡量孔隙多少的指标称为孔隙度。它指岩石中孔隙体积和岩石总体积之比。 4、裂隙:是坚硬岩石形成时或形成之后由于各种内外应力的作用,使岩体遭受破坏而形成的空隙。 5、结合水:由于静电引力作用而吸附在岩石颗粒上的水叫结合水。可分为强结合水和弱结合水。 6、重力水:岩石空隙全部被充满,在重力作用下运动的液态水称为重力水。

专门水文地质学复习与总结

专门水文地质学总结与复习 第一章:地下水资源与地下水系统 1. 我国的地下水资源特点: ①时空分布极不均匀,与降水量和地表水分布趋势相似,南方多、北方少、东部多、西部少。 ②松散岩类孔隙水主要分布在北方,岩溶水和裂隙水主要分布在南方。 ③在北方地区,东部的松辽地区和华北地区地下水资源总量约占北方地下水总量的50%,补给模数大于西部。 ④北方地区中部的黄河流域,包括黄土高原及其相邻地区是我国地下水资源相对贫乏的地区。 ⑤西闻的内陆盆地处于干旱的沙漠地区,年降水量小于100m m,但由于四周高山的降水及冰雪融水的补给,50%--80%地表水自山区进入盆地后便转化为地下水,地下水资源量较丰富,但地表水与地下水应统一规划和开采利用。 2. 地下水资源特点系统性和整体性流动性循环再生性可调节性 3. 地下水储量分类动储量静储量调节储量开采储量 4. 允许开采量定义:允许开采量,又称可开采量或可开采资源量,是指在技术上可能、经济上合理,并在整个开采期内出水量不会减少,动水位不超过设计要求,水质和水温在允许范围之内变化,不影响已建水源地正常开采,不发生危害性环境地质问题等前堤下,单位时间内从含水系统或取水地段开采含水层中可以取得的水量,常用单位为 m3/d 或m3/a。 简言之,允许开采量就是用合理的取水工程,能从含水系统或取水地段中取得出来,但不会引起一切不良后果的最大出水量。 组成:由以下三部分组成,即开采补给量减少的天然排泄量储存的变化量。 5. 地下水系统水力方面的主要功能:储存功能、传输功能、延时功能、平滑功能。 第二章:地下水资源调查 1. 地下水资源调查的目的和任务地下水资源调查(水文地质调查)的目的:查明天然及

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