水文地质学

水文地质学

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。

水循环：自大气圈到地幔的地球各个圈层中的水构成的系统中水相互联系、相互转化的过程叫做自然界的水循环。（地质循环和水文循环） 水文循环：大循环；小循环； 循环环节：蒸发-运移-降水-径流 水循环的作用：1促进天然水的更新2促进海洋和大气水的交换，也促进大陆内部不同流域内德水交换3促进各个圈层的水交换。

降水：空气中水汽含量达到饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态降落到地面，形成降水。 蒸发：常温下水由液态变为气态进入大气的过程叫做蒸发。水面的蒸发速度取决于气温、气压、湿度、风速等。 径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表和地下流动的水流。

流量(Q)：系指单位时间内通过河流某一断面的水量，单位为m3/s。流量Q等于过水断面面积F与通过该断面的平均流速V的乘积，即：Q= V•F 径流总量: W (Runoff

Volume)：指一定的时段内T(=t2 - t1)通过河流某一断面的总水量，(单位：m3)。可由下式求得：W=Q•T

径流模数(M)：系指单位流域面积F（km2）上平均产生的流量，以L/s•km2为单位，计算式为： M=Q/F•103 (1L=10—3m3)

径流深度：径流深度(Y)：系指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，单位为mm，计算式为：Y=W/F•10|3

径流系数(ɑ)：为同一时段内流域面积上的径流深度Y (mm)与降水量X(mm)的比值：

ɑ=Y/X， 以小数或百分数表示。 蒸发系数（β）：为同一时段内流域面

积上的蒸发量Z (mm)与降水量X(mm)的比值：

β=Z/X， 以小数或百分数表示。 第二章 岩石中的空隙与水分 岩石的空隙是地下水储存和运移的先决条件，空隙的多少、大小、形状、联通状况和分布规律，决定着地下水的埋藏、分布和运动。

将岩石空隙作为地下水储存场所和运动通道研究时，可分为三类，即：松散岩石中的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴。

1、孔隙：在松散堆积物中或胶结不好的沉积岩中以及部分喷出岩中，组成岩石的颗粒或颗粒集合体之间能存在的多孔状的空隙。

2、孔隙性：岩土孔隙的大小、分布规律、数量、形状、性质、联通情况等的总称。 3、孔隙度：岩石孔隙体积与岩石总体积之比。n=Vn/V

4、影响孔隙度大小的因素： 1）分选程度

2）颗粒排列状况：排列方式相同但颗粒直径不同的等粒岩石，其孔隙度完全相同。

3）颗粒形状 4）胶结充填情况

固结的坚硬岩石，包括：沉积岩、岩浆岩、变质岩，一般不存在或只是保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。

按照成因分类：成岩裂隙 构造裂隙 风化裂隙

裂隙率：裂隙体积与岩石总体积之比。Kr=Vr/V

野外研究裂隙时，还应注意测定裂隙的方向、宽度、延伸长度、充填情况。 在花岗岩闪长岩岩体边坡上，分布大量陡于80倾角的构造裂隙。

1、溶穴：起因于水的溶蚀，在可溶岩（白云岩、岩盐、石膏、石灰岩等）中

1

形成的空洞（溶隙）。 2、岩溶率：Kk=Vk/V

特点：岩溶率的变化范围很大，且在相邻很近地点处岩溶率完全不同，同一地点的不同深度处岩溶率也有很大变化。 2、分布特点：孔隙主要分布于松散堆积物中，分布广泛，联通均匀 裂隙分布于坚硬岩石中，分布不均 溶穴分布可溶性岩石中，分布不均 3、孔隙度，运用范围广；裂隙率、岩溶率受到地区限制，运用不广，代表性不强。三者定义也各不相同。 4、裂隙率和岩溶率可以直接评价赋水性，孔隙度加孔隙大小才可评价。 5、孔隙度及其影响因素。

按岩层的空隙类型分为三种类型地下水：①孔隙水；②裂隙水；③岩溶水。 岩石空隙中水的存在形式有： ①结合水； ②重力水； ③毛细水； ④固态水和气态水。

岩石骨架中的水（矿物结合水） 一、结合水

1、强结合水（吸着水）： 2、弱结合水（薄膜水）：

结合水区别于普通液态水的最大特征是：具有抗剪强度，即必须施加一定的力方能使其发生变形，施加的外力越大，发生流动的水层厚度也越大。 二、重力水

1、定义：受重力作用在孔隙中自由运动的水

2、重力水是水文地质研究的主要对象 三、毛细水 1、支持毛细水 2、悬挂毛细水

3、悬留孔角毛细水（触点毛细水）： 四、气态水、固态水以及矿物中的水：气态水在一定温度、压力条件下，于液态水相互转化，两者之间保持动态平衡。 五、1、重力水是水文地质研究的主要对象，毛细水是消耗地下水水量的，结

合水影响地下水的运动。

2、在大孔隙中以重力水为主，细小孔隙中以结合水为主，裂隙、溶穴中几乎全部为重力水。

3岩石空隙大小、多少、连通程度及其分布的均匀程度，都对其储容、滞留、释出以及透过水的能力有影响。 一、容水性

1、容水性：岩石的孔隙具有容纳地下水的性质。

2、容水度：岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积之比。Sc=Vw/V。一般说来，容水度在数值上于孔隙度（裂隙率、岩溶率）相当。 3、含水量：某一时刻岩石孔隙中的实际水量与岩石的比值。该指标说明松散岩石实际保留水份的状况。 1）重量含水量：Wg=Gw/Gs 2）体积含水量：Wv=Vv/V

3）当水的比重为1，岩石的干容重（单位体积干土的重量）为rα时，重量含水量与体积含水量的关系为：Wv=Wg*rα 二、给水性

1、给水性：含水岩石在重力作用下能释放出水的性质。

2、给水度：在重力作用下岩石所能释放出水体积与岩石总体积的比值。μ＝Vw/V。

野外识别：地下水水位下降一个单位深度，从地下水水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出水的体积，称为给水度。 3、注意：野外地层的给水度为一变值，室内试验中给水度为定值。 4 、给水度的影响因素：

1 ）岩性：主要是孔隙的大小与多少； 2 ）初始地下水埋藏深度 3 ）地下水下降速率 4 ）地下水下降幅度

5、给水度在理想数值上等于容水度减去持水度 三、持水性

1 、持水性：饱水岩石在重力作用下失

水，依赖静电引力和毛细力依然能保持水的性质。

2 、持水度：地下水水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量，称作持水度。Sr

3、 给水度、持水度与孔隙度的关系： μ＋Sr=n 四、透水性

1、透水性：岩石允许水透过的能力叫做透水性。

2、定量指标：渗透系数 3、影响透水性的因素： 1）空隙的大小和联通情况，特别是最小空隙直径的影响，平均孔隙直径。 2）孔隙度：粘土和砂砾石孔隙度的区别。

颗粒的分选性，决定孔隙的变化和曲折性。

五1一般情况下，孔隙越小，持水度越大，给水度越小。

2一般不能用容水性来评价水资源，因为容水性同时包括有重力水、结合水和毛细水。真正能利用的只有重力水。 第三章 地下水的赋存

§一、包气带：地表到地下水面的这部分。饱水带：地下水面以下。 1形态:不同部位，不同时间运动方向速度都在变化，受到气象因素影响严重。 2、分带： 1）土壤水带2）中间带3）毛细水带 3、研究意义：

1）降水要经过包气带下渗，地下水蒸发排泄也必然经过包气带。

2）包气带水盐的形成及其运动规律对饱水带水的形成有重要意义。 4、包气带中水的几种形式：结合水、毛细水、气态水、过路重力水 四、饱水带的特征

1、饱水带中岩石的空隙完全被液态水充满。

2、饱水带中水是连续分布的，可以传递静水压力，在水头差的作用下可以发生连续运动。这也是打井一定要打到饱

2

水带的重要原因。

饱水带中的重力水是开发利用或排除的主要对象。

1 、按照渗透性可以分为透水层和不透水层。

2 、含水层：能够透过并给出相当数量水的饱水岩层。

3 、隔水层：不能透过与给出水，或者透过与给出的水量微不足道的岩层。不透水层通常称为隔水层。

4、弱透水层：在越流场很有意义。 二、含水层的构成条件

1、岩土体必须具备饱含重力水的空隙——足够空间

2、具有有利于地下水聚集和储存的地质构造。

1）含水层下要有隔水层，使得水不能向下渗漏； 2）在地下水流动方向上要有阻水构造，使得水不能排空。 3、要有充足的补给来源。

三、含水层和隔水层的相对性 1、隔水层的相对性 1）没有绝对隔水的岩层； 2）粘土层也可以含水；

3）石英岩在多数地区是富水的，但是在华北震旦系的石英岩又是隔水的。 4）不同岩性组合时，隔水层是相对的。如细砂层。

2、含水层划分的相对性

1）释出多少水就是含水层并无定量绝对指标。要根据供水意义和研究目的来区别。

2） 地表的亚粘土覆盖在砂砾石层上，两种情况。

四、野外如何判断含水层

1、仔细研究岩性，不同岩性的储水空间也不同。

2、研究岩层的组合关系。 3、地质构造条件的分析。 4、地貌条件分析 。

1、孔隙含水层称为含水层比较符合实际。

2、裂隙称为含水带，因不同部位裂隙

的成因不同，裂隙发育情况不同。 3、岩溶称为含水系统较为合适。因其不均匀性比裂隙带更严重。 一、地下水定义

1、广义地下水:指赋存于地面以下岩土体空隙中的水；包气带及饱水带中所有含于岩土体空隙中的水均属之。 2、狭义地下水:仅指赋存于饱水带岩土体空隙中的水。 二、按照含水介质分类： 1 、孔隙水 2 、裂隙水 3、岩溶水

三、按照埋藏条件分类。 1、潜水2、承压水：3、上层滞水 一上层滞水狭义：包气带中局部隔水层（弱透水层）上面积聚的具有自由水面的重力水。

2、广义：同包气带水，包括有毛细水，结合水和过路重力水。 二、形成上层滞水的条件

1.较厚砂层中夹有粘土或亚粘土透镜体时，降水或下渗的地下水受到透镜体阻挡而滞留于其上。

2.在裂隙发育、透水性好的基岩下有裂隙发育程度较差的相对隔水层. 3.在岩溶发育的岩层中夹有局部非岩溶化的岩层.

4.在黄土中夹有钙质板层时，其上形成上层滞水。

5.在酷寒地带有永久冻土层时，夏季地表解冻后永冻层起到局部隔水层的作用。 三、 上层滞水的特征

1 、 补给：接受大气降水的补给 2 、 排泄：通过蒸发或向隔水底板( 弱透水层底板) 的边缘下渗排泄 3 、 基本特征：

1 ） 一般水量小，动态不稳定，水量、水位季节性变化明显。 2 ） 一个局部隔水层上的上层滞水与其他含水层之间无水力联系，无统一水位。