《水文地质学基础》能力拓展练习
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一、阅读以下材料，分别说明A、B两区的气候类型并比较两种气候类型对地下水的影响。
（1）A区处于黄土高原地带，气候变化显著，属温带大陆季风气候气候。
年平均气温9.9℃，最高气温35℃，最低气温-19.8℃。
年降水量分配极不均匀，多集中在六、七、八三个月，多年平均降水量为567.2mm，最大年降水量767.4mm（2003年），最小年降水量385.4mm（2004年）。
最大年蒸发量2346.4mm，最大冻土深度61cm。
全年风向夏季多东南风，冬季多西北风。
（2）B区为温带季风区海洋～大陆性气候气候，四季分明。
据气象站1959年1月到1998年11月的观测资料：
年平均气温13.5℃，月平均最高气温34.3℃(1957年7月)，日最高气温41.6℃(1960年6月21日)，月平均最低气温-9.8℃(1963年1月)，日最低气温-19.4℃(1964年2月18日)，多年来最低平均气温月为1月，平均气温-2℃，平均最高气温月为7月，平均29℃。
年平均降雨量677.17mm，年最大降雨量为1186.0mm(1964年)，年最小降雨量为347.90mm(1988年)，日最大降雨量177.1mm(1965年7月9日)，降雨多集中于每年的7、8月份。
一般春季雨量少，时有春早。
年平均蒸发量1728.27mm，年最大蒸发量2228.2mm(1960年)，年最低蒸发量1493.0mm(1984年)。
春夏两季多东及东南风，冬季多西北风，最大风力8级，平均风速为2.3m／s。
历年最大积雪厚度0.15m，最大冻土深度0.3lm。
说明：本题通过实际材料向学生说明气候因素对地下水的影响。
本题主要从降水量、蒸发量等要素说B区比A区降水量丰富，蒸发量小，更有利于地下水形成。
本题中A区实际是山西省潞安矿区，B区实际是山东省济宁矿区。
二、下图为某地综合柱状图，请分析各含水层的介质类型，这些含水层是否可以划分含水层组。
说明：本题主要通过一个实际水文地质柱状图，让学生了解实际情况中含水层和隔水层是如何划分的，并了解孔隙、裂隙、溶隙三种不同类型的含水层。
本例中，从上到下共划分了8个含水层，可向学生逐一介绍。
本例中，一含到四含为孔隙含水层，也可划分为一个含水层组，为第四系松散含水层组；五、六、七含为裂隙含水层，其中六、七含可划分为一个含水层组，为煤系砂岩含水层组。
八含为岩溶含水层，其下奥灰也不岩溶含水层。
三、对以下四个表中数据，说明了水文地质学中的哪些理论？
说明：
（1） 松散岩土的孔隙度与岩土颗粒大小有关，粒径越小，孔隙度越大；
（2） 岩土的持水度主要是结合水持水度，与颗粒的比表面积有关，颗粒粒径越小，
比表面积越小，持水性越强。
（3） 给水度主要与岩土的孔隙大小有关，岩土的颗粒粒径越大，孔隙越大，给水度
越高。
（4） 渗透系数主要也与岩土的孔隙大小有关，岩土的颗粒粒径越大，孔隙越大，渗
透系数越大。
（5）渗透系数主要与给水度关系较大，与持水度负相关。
四
（1）如图示，有一潜水含水层由均质砂组成，隔水底板水平，在平面上水流呈稳定平面流动，潜水面浸润曲线为一下降曲线。
请推导该含水层流量公式。
（设渗透系数为K ，渗透宽度为B ，其它数据如图示）
解：根据达西定律：ds
dh
I -
= 设含水层的厚度为h ，则单位宽度水流断面积为1.h=h,单位宽度渗流量q 为： ds
dh Kh
q -=
分离变量得： hdh ds k
q
-=
由断面1到断面2对上式积分：
hdh ds k q h h s s ⎰⎰-=212
1
得 2
)(222112h h s s k q
-=-
令S 2-S 1=L 得：L
h h h h K q 2
121*2-+= 如渗透宽度为B ，则：L
h h h h KB
Q 2
121*2-+= （2）某水库区经过水文地质工作后，得到如图-1所示的水文地质剖面图(均质、稳定的二维流)，已知河1水位1H =40m,河2水位2H =35 m ，水平隔水底板的标高Z=20m ，河间地段长度L=1000m ，如在河1修建水库并蓄水至库水位1H =50m ，K=10m/d ，如无入渗补给，请问蓄水后水库会不会向河2渗漏，渗漏量是多大？
解：根据条件，本例可用上题单宽流量公式计算
h 1=30m ，h 2=15m ，L=1000m 、K=10m/d 代入计算得：
q =3.375 m 2/d 。
五（1）根据下面流网图，请分析河流与地下水的补给关系。
（2）参照上图，请画出河流补给地下水情况的流网。
说明：
（1）地下水补给河流 （2）与图相反即可
六、根据下表的水化学资料，请写出该水样的库尔洛夫式，画出柯林柱状图，该水样如用布罗茨和阿廖金分类法属于哪一类。
某地地下水化学分析结果表示形式
说
明
：
库
尔
洛
夫
式
离 子
Mg/L 毫克当量/L
毫克当量% 其他成分 阳离子
Na ＋K
9.3 0.40 16.8 CO 2:11mg/L 总矿化量： 120mg/L 水温：11℃ 流量：2.6L/s
Ca 36.9 1.84 77.3 Mg 1.7 0.14 5.9 总计 47.9 2.38 100.0 阳离子
Cl
3.9 0.11
4.6 SO 4 1.0 0.02 0.9 HCO 3 137.5 2.25 94.5 总计
142.4
2.38
100.0
布罗茨分类为②型，矿化度小于1g/L亚型阿廖金分类法
七、下表1为某矿一出水点的水质化验表，表2为该矿各含水层的水质特征。
请问表2中水质类型是按什么方法分类的？请将表1水样也按此方法分类，并分析该出水点可能是哪一个含水层出水。
表1 某矿一出水点的水质化验表
说明：表2为舒上路卡列夫分类法。
表1水质类型为：HCO
Cl-Na
3
为煤系砂岩水。
八、下图为娘子关泉域分布图，请查阅相关资料，分析娘子泉域的补径排关系。
娘子关泉域分布范围
九、如图所示的冲积平原。
平原西部以山脉为界，山脉由不透水的花岗岩和石英岩组成，平原东部以一大河为界，山脉与河流间的平原面积为33.7km2，地下水系统由砂质沉积物组成，可看做单一潜水含水层。
含水层的降水补给为130mm/年，几条小溪在山脚处汇入沙质冲击区，也补给地下水系统3000m3/d。
主河流附近有几处泉水，测得总排量为5000m3/d。
泉水完全用于家庭供水，其对含水层的回归流忽略不计。
另外，河流有基流，其部分源自河流以西地区，图中已标明，该基流估计为10000m3/d。
试计算该含水层是否均衡？
答案：收入项（A）包括降水量（X
f ）、地表水流入量(Y
f
)(2分)
支出项（B）包括泉水排泄量（Q
1）、潜水向地表水排泄量(Q
2
)(2分)
X
f
=130 mm/y(1分)
Y
f
=（3000×365×1000）÷33.7×106=32.49 mm/y
A= X
f + Y
f
=162.49 mm/y(2分)
Q
1
=（5000×365×1000）÷33.7×106=54.15 mm/y
Q
2
=（10000×365×1000）÷33.7×106=108.31 mm/y
B= Q
1 +Q
2
=162.46 mm/y(2分)
A≈B，达到平衡
十、北京永定河冲洪积扇（如图）面积约1000Km2,地势西北高，东南低，本区多年平均降水量636mm。
永定河是区内主要河`流,现已在三家店被上游水库调蓄并通过引水渠向北京市供水，目前永定河除三家店以下河段直接渗入冲洪积物外，在山区主要经寒武—奥陶系岩溶裂隙水分布区大量入渗并通过构造间接补给第四系含水层（补给量1×108m3/a）。
冲积扇第四系含水层覆盖在第三纪地层之上，北京城区以西（占总面积50%）是单一的砂砾卵石潜水含水层，降水入渗系数0.65；城区及其以东地区，为砂砾石、砂层潜水含水层分布区，入渗系数0.35。
基岩水山前侧向补给量 1.15×108m3/a，农田灌溉水的回灌水量0.75×108m3/a。
地下水水质以低矿化水的重碳酸盐型为主，矿化度小于1g/l。
试分析说明冲积扇地下水类型、主要补给来源及控制因素并估算总补给量。
（1）冲积扇地下水类型为孔隙水、潜水；（1分）
（2）由题目和条件可知，该洪积扇地下水的主要补给来源有：
①自然降水补给②地表经流补给③基岩水山前侧向补给④人工回灌（2分）影响各种补给来源的控制因素有：
①岩石的性质②水位和水力关系③岩石成分、渗透系数（3分）
（3）降水补给量Q1＝636*10-3*109*（0.65+0.35）/2＝3.18*108m3/a 地表径流补给Q2＝1*108m3/a
基岩水山前侧向补给Q3＝1.15*108m3/a
人工回灌Q4＝0.75*108m3/a
总补给量Q＝Q1+Q2+Q3+Q4＝6.08*108m3/a（4分）。
