最新《供水水文地质》第五章讲义

供水水文地质供水水文地质第一章地质基础知识§1.1 地球的构造与形态1、地球的构造与形态1、地球赤道半径6378.16km，极半径6356.755km，两者相差约21.4km2、地球内圈特征：地壳（莫霍面）地幔（古登堡面）地核P33、外圈特征：大气圈、水圈、生物圈P44、地壳表面特征：最高：喜马拉雅山的珠穆朗玛峰，海拔8844.43m最深：太平洋的马里亚纳海沟，海平面以下11034m5、陆地地形：山地，丘陵，平原，高原，盆地，洼地 P56、海底地形：大陆架，大陆坡，大陆基，海沟，岛弧，深海（大洋）盆地，洋中脊等大陆架——紧邻陆地的、地势平坦的浅海水底平原三、地壳的物质组成地壳上以氧硅铝为主钙钠钾亦较多地壳下依氧硅为主其他元素含量减少镁铁增加一、主要造岩矿物的特征1. 矿物的概念——具一定化学成分和物理性质的自然元素和天然化合物，一般为结晶质。

2.矿物是地壳的基本组成部分是矿石和岩石的组成单位3.矿物的主要性质详见P8表格矿物的主要物理性质：晶形、颜色、光泽、条痕、硬度、解理和断口、相对密度等二、岩石的分类P9岩石(rock)——在各种地质条件下一种或多种矿物组成的自然集合体。

按成因分为三大类：岩浆岩(magmatic rock)、沉积岩(sedimentary rock)、变质岩(metamorphic rock)1. 岩浆岩岩浆沿着地壳岩石的裂隙上升到地壳范围内或喷出地表，热量逐渐散失，最后冷却凝固而成的岩石就叫岩浆岩，又称火成岩。

1.1岩浆上升侵入周围岩层中所形成的岩石称为侵入岩，侵入岩又可分为深成岩和浅成岩两大类。

在地壳深处冷凝成的岩石叫深成岩产状多为岩基和岩株例：橄榄岩、辉长岩、闪长岩、花岗岩在地表深度较小处冷凝成的岩石叫浅成岩产状为岩盘、岩床、岩脉等例：闪长玢岩、花岗斑岩1.2岩浆喷出地表形成的岩浆岩称为喷出岩，又称火山岩，产状为岩流和火山锥例：玄武岩、安山岩、流纹岩岩浆岩的产状，是指岩浆岩在空间的位置、形态和大小1.3岩浆岩的结构——组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒大小、晶体形状，及其相互结合的方式。

水文地质学讲义
1.水文地质学的定义:
水文地质学是研究地下水的科学。

地下水：指赋存和运动于地表以下土层中和岩石空隙中的水。

水文地质学的研究内容
地下水本身：起源、分布、赋存状态、补给、径流、排泄、运动特征、水质、水量
地下水与周围环境的关系
利用地下水和防范地下水灾害
水文地质学的相关学科
1、与介质有关的
2、与水有关的
3、与运动规律有关的
4、新技术新方
法
水文地质学的分支学科
2.水文地质学在国民经济建设中的作用:
水在人类生产生活中起重要作用，而地下水是水资源的重要组成部分。

地下水是宝贵的资源
生活要用到地下水
工业要用地下水
农业要用地下水
地下水的其它用途
利用其热能：发电、工业锅炉、农业灌溉、医疗卫生
利用其化学成分：矿泉水、医疗保健、矿产资源、找矿作用 地下水对国民经济建设的不良影响
地下水对农业的影响：沼泽化、盐渍化
地下水对工矿业的影响：地下工程水灾、对地面建筑的影响
地下水使用不当引起的环境问题
过量开采地下水导致开采条件恶化
过量开采地下水造成地面沉降
大量开采地下水引起地面塌陷
某些地下水对人体的危害
地下水受污染的危害
3.地下水研究在煤矿勘查、建设和生产中的意义:
矿井水灾害
煤层顶板松散层含水体突水
煤层底板灰岩含水体突水
断层突水
陷落柱突水
老空区突水
矿井酸性水害
水资源利用：生活用水、工业用水（电厂用水）
第一章绪论。

第五章
研究对象：
●渗流－多孔介质中流体的运动
◎流体－水、油、气
◎多孔介质－由骨架和空隙构成；地下岩土体
●地下水动力学－研究地下水在地下多孔介质空间中运动的规律及其应用的科学
●广义：研究地下水在多孔介质中的运动规律及应用
●狭义：研究饱水带地下水水头分布规律，对含水层进行定量评价，为地下水的利用与防治提供依据。

地下水概论
包气带
地表以下到地下水面之上，岩石中的空隙未被重力水所充满
饱水带
岩石空隙被水完全充满→是二相介质（固相+液相水）空隙中水的存在形式：
①重力水②结合水
饱水带中重力水：连续分布（孔隙是连通）→传递压力→在水头差作用下，地下水（空隙中的水）可以连续运动。

地下开挖，坑道，巷道，基坑，打井在此带均有重力水涌出来！
潜水：
地表以下，第一个具有自由表面的稳定含水层中的重力水
自由表面—即没有隔水层限制，与大气直接相通，除大气压强外不受其它力。

稳定含水层—指具有一定的空间连续性（范围）以示区分上层滞水
潜水含水层——赋存潜水的岩层
房屋建筑时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水）。

绪论供水水文地质学是研究地下水资源作为供水水源的应用科学。

拟解决的主要问题：1、何处有可供利用的地下水资源？2、已发现的地下水资源水质如何？水量有多少？3、如何使有限的地下水资源发挥最大的效益，并减少负环境效应？地下水：埋藏在地表以下岩石空隙中的水。

地下水作为供水水源的优点（1）一般不需净化处理；（2）不易受地表污染；（3）水温较低且恒定；（4）输水管道较短，构筑物较简单，基建费用低，占地面积小；（5）分布广，供水能力较稳定。

（6）可以“以丰补欠”，提高水资源的利用率。

供水水文地质主要包括地下水资源的寻找和勘探、地下水资源评价、地下水资源开采及地下水资源的保护和管理四方面的内容，简述如下：1、地下水资源的寻找和勘探（供水水文地质勘察）研究目的：确定哪里有可供开采利用的地下水。

研究内容：地下水资源的形成条件；利用各种技术手段查明其埋藏、分布和运动规律、圏出地下水富集地段，为进一步评价和开采提供资料。

2、地下水资源评价研究目的：评价供水水源的质和量。

研究内容：水质评价和水量评价。

3、地下水资源开采研究目的：通过技术经济合理的取水构筑物把地下水开采出来，以满足各种用水的需要。

研究内容：水源地的选择、取水方法的选择、取水构筑物的布置以及提高取水构筑物出水能力等。

4、地下水资源的保护和管理研究目的：使有限的地下水资源发挥最大的效益。

研究内容：地下水开采过程中的地下水资源质和量的变化及负环境效应。

第一章1、通过地震波在地球内部传播速度的变化，发现在地球内部存在两个明显的分界面，即莫霍面和古登堡面___，它们把地球分为三个圈层，即地壳、地幔和地核。

2、名词解释：硅铝层：大陆地壳上层平均成分相当于花岗岩类岩石，主要为富硅铝的硅酸盐矿物所组成，常称为硅铝层硅镁层：大陆地壳下层和大洋地壳平均成分相当于玄武类岩石，主要为富硅镁的硅酸盐矿物所组成，常称为硅镁层。

岩石圈：软流圈以上的地幔与地壳均由坚硬的岩石组成，二者统称为岩石圈。

第一章地质基础知识1．地下水有哪些优点？答：1、经过天然过滤，水质透明，一般无需净化处理；2、不易受污染；3、水温低，常年变化不大；4、地下水取水建筑物可适当靠近用水户，需水管道短，基建费用较低；5、水量、水质稳定，受气候影响小；6、可以利用含水层调蓄多余的地表水。

2.造岩矿物、矿物、岩石的概念分别是什么？答：造岩矿物——构成岩石的主要成分、明显影响岩石性质，对鉴定岩石类型起重要作用的矿物。

岩石——在地质作用下产生的，由一种或多种矿物以一定的规律组成的自然集合体。

矿物——具有一定化学成成分和物理性质的自然元素和化合物，是矿石和岩石的组成单位。

第二章地下水的储存与循环1构成含水层的基本条件有哪些？答：1、先决条件：岩层要具有能容纳重力水的空隙，外部的水方有可能进入岩层形成含水层2、有储存和聚集地下水的地质条件；3、具有充足的补给来源：2地下水补给、径流、排泄条件的转化，有哪几类？答：1自然条件改变引起的转变：（1）河水位的变化;（2）地下水分水岭的改变2.人类活动引起的转化：（1）修建水库；（2）人工开采和矿区排水；（3）农田灌溉与人工回灌第三章地下水的物理性质和化学性质1人类活动对地下水化学成分的影响有哪些?答（一）人为抬高地下水位，蒸化加强→淡水咸化。

（二）人为降低地下水位，蒸化减弱→咸水淡化。

（三）工业废水、废渣、废气、化肥、农药影响地下水化学成分。

2.地下水在运动过程中有哪些作用？答：1溶滤作用2浓缩作用3离子的交替和吸附作用4脱硫酸作用5脱碳酸作用第四章地下水的运动1引用影响半径R引得特征有哪些？答：①在距抽水井R引处有一个理想的“切割”圆柱体，圆柱体外侧有为常水头，抽水井在这个圆柱体内抽水的效果将和在实际含水层中抽水的效果一样。

②抽水的实际影响范围比R引大得多。

③R引不受S和Q的影响。

2袭布依公式的推导前提条件答：1、含水层为一以井轴为中心的圆柱体，其外围为一高水头的水圈；2、含水层为均质含水层；3、无垂向补给，仅有侧向补给；4、原始水位和隔水底板平行；5、地下水为层流状态。

第五章毛细现象与包气带水的运动学习目的和要求：了解毛细现象及有关理论，掌握土壤水势的概念及有关参数，了解非饱和土壤水运动的基本方程。

重点掌握基质势的概念和非饱和土壤水流动的达西定律（或Richards方程）。

5．1 毛细现象及有关理论毛细现象：将细小的玻璃管插入水中，水会在管中上升一定的高度才停止，这便是固、液、气三相界面上产生的毛细现象。

最大毛细上升高度与毛细管直径成反比，颗粒细小的土，最大毛细上升高度也大。

有关土壤水分的运动有两种理论：1．毛管理论将土壤看成均匀的或不同管径的毛细管，将土壤水在土壤孔隙中的运动简化为在毛管中的运动进行研究。

2．势能理论用在土壤水势基础上推导出的土壤水运动方程，研究土壤水的运动。

目前主要用势能理论研究土壤水的运动。

5．2 土水势1．重力势ψg重力势——是由重力场的存在而引起的，它决定于所讨论的土壤水的高度或垂直位置。

单位重量土壤水分的重力势为：ψg＝±z2．压力势ψp压力势——是由于压力场中压力差的存在而引起的。

单位重量土壤水分的压力势为：ψp＝h3．基质势ψm(以往常称为毛管势)基质势——土壤水的基质势是由于基质（颗粒）对土壤水分的吸持作用引起的。

（1）非饱和土壤水ψm<0→基质势用负压水头h来表示：ψm＝h （h<0）（称为土壤负压或土壤水张力；（2）饱和土壤水ψm＝04．溶质势ψ溶质势——是土壤溶液中所有形式的溶质对土壤水分综合作用的结果。

土壤水溶液中的溶质对水分子有吸引力，溶质势为一负值，ψs<0。

5．温度势ψT温度势——是由于温度场的温差而引起的。

实际应用中，分析非饱和土壤水分的运动时，土壤水的五个分势中溶质势、温度势一般不考虑，压力势ψp=0。

因此，总水势由基质势ψm＝h和重力势ψg＝±z组成：ψ＝ψm+ψg＝h±z5．3 有关参数1．土壤水分特征曲线（h-θ）土壤水分特征曲线——土壤水的基质势（负压）是随土壤水含水率（量）而变化的，其关系曲线称为土壤水分特征曲线。

供水水文地质勘察规范来源：发布时间：2004-5-23 16:53:17供水水文地质勘察规范GBJ27—88主编部门：中华人民共和国冶金工业批准部门：中华人民共和国国家计划委员会施行日期：1988年10月1日关于发布《供水水文地质勘察规范》的通知计标［1988］43号根据国家计委计综〔1986〕250号文的通知,由冶金工业部同有关部门共同修订的《供水水文地质勘察规范》TJ27—78，经有关部门会审。

现批准修订后的《供水水文地质勘察规GBJ27—88为国家标准，自1988年10月1日起施行。

原《供水文地质勘察规范》TJ27—78同时废止。

本规范由冶金工业部管理。

其具体解释等工作，由冶金工部武汉勘察研究院负责。

出版发行由中国计划出版社负责。

国家计划委员会1988年1月9日修订说明本规范是根据国家计委计综〔1986〕250号文的要求,由冶金工业部负责主编，具体由冶金工业部武汉勘察研究院会同有关勘察、科研和高等院校等10个单位组成修订组，对原《供水水文地质勘察规范》TJ27—78进行修订而成的。

在修订过程中，修订组针对原规范在执行中发现的问题及生产中提出的新的要求，结合近年来有关科研所取得的新成果，列专题进行了比较深入的调查研究，并召开了３次全国性技术会议和多次书面征求意见。

最后，由冶金部会同有关部门审查定稿。

本规范共分9卓和5个附录。

修订的主要内容有：关于勘察阶段的划分和要求；有关影像判释与填图的要求；有关填粒过滤器填粒规格的要求；关于地下水允许开采量的精度要求。

并增补了报告书编写提纲，地层符号和图例符号3个附录的规定等。

在执行本规范过程中，希望各单位注意积累资料，总结经验。

如发现需要修改和补充之处，请将意见和有关资料寄交冶金工业部武汉勘察研究院《供水水文地质勘察规范》国家标准管理组（武汉市青山区），以便今后修订时参考。

冶金工业部1988年1月主要符号B——计算断面的宽度（m）、越流系数；E——地下水的蒸发量F——含水层的面积、降水入渗面积（㎡）；H——自然情况下潜水含水层的厚度（m）；h——承压水含水层自顶板算起的压力水头高度,潜水含水层在抽水试验时的厚度、潜水含水层在降水前观测孔中的水位高度、水位恢复时的潜水含水层的厚度（m）；h——潜水含水层在自然情况下和抽水试验时的厚度平均值（m）；——潜水含水层在自然情况下的厚度H和抽水试验时的厚度h的平方差（㎡）；I——地下水的水力坡度；K——渗透系数（m/d）；1——过滤器的长度（m）；M——承压水含水层的厚度（m）；mi——曲线拐点处的斜率；Q——出水量、地下水径流量、降水入渗补给量R——影响半径（m）；r——抽水井过滤器的半径、观测孔至抽水井的距离（m）；S——承压水含水层的释水系数；s——水位下降值、水位恢复时的剩余下降值（m）；t——时间；V——潜水含水层的体积W（u）——井函数；W——地下水的储存量、弹性储存量△W——连续两年内相同一天的地下水储存量之差X——降水量（m）；α——降水入渗系数；μ——潜水含水层的给水度。

供水水文地质第一章地质基础知识1、了解地球分圈；了解地球表面；2、掌握地壳物质组成含量最多的成分；3、掌握矿物与岩石的关系；掌握矿物的主要物理性质（硬度、解理）；4、掌握岩石按自然成因的分类；掌握岩浆岩的分类及产状；掌握岩浆岩根据SiO2分类与岩石颜色的关系；掌握沉积岩的形成过程；沉积岩的产状；认识化石存在是沉积岩的特征之一；掌握沉积岩在地球的的分布；掌握松散岩石（第四纪松散堆积物）的概念；5、掌握岩层地质时代分类；掌握国际时代单位与底层单位及对应关系；了解地质年代表；6、掌握岩层产状的要素；掌握文字记录的格式和地质图上的表示方法；7、了解岩层接触关系；8、掌握褶曲基本类型及区别；了解褶曲的几何要素；了解褶曲分类；9、了解裂隙；10、掌握断层（上盘、下盘、上升盘、下降盘、正断层、逆断层）；了解其它断层分类；了解断层组合。

第二章地下水的储存与循环1、掌握岩石空隙作为地下水储存场所和运动通道的分类；掌握孔隙表征、影响因素；掌握不同岩石的孔隙度、给水度、渗透系数的大小；掌握孔隙、裂隙、溶隙的联通、分布、方向的差异；2、掌握岩石空隙中的水的形式；掌握各种水的特点；掌握包气带和饱水带；3、掌握岩石的水理性质；了解容水度与孔隙度的区别；掌握给水度；掌握渗透系数的影响因素；4、掌握饱水带岩层按透过和给出水的能力的分类；掌握含水层和隔水层的联系和区别；5、掌握构成含水层的条件；6、掌握地下水按埋藏条件的分类、按含水层的空隙性质分类；了解上层滞水；掌握潜水概念；潜水表征；潜水特点；掌握岩性、厚度对潜水面的影响；掌握潜水等水位线及潜水等水位线图的应用；掌握承压水的概念；承压水的表征；了解承压水的地质构造条件；7、掌握地下水循环的补给方式、排泄方式；掌握泉按补给来源和出露原因的分类；掌握地下水补、径、排的转化。

第三章地下水的物理性质和化学成分1、了解地下水中的气体成分如何反映地下水所处的地球化学环境；2、掌握地下水中的离子；掌握TDS；了解硬度；3、掌握库尔洛夫式、舒卡列夫分类；4、掌握地下水在运动过程中的各种作用的概念；溶滤作用强度的影响因素；浓缩作用的结果；离子交换和吸附作用的强弱；脱硫酸作用的环境；脱碳酸作用的条件及结果。