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第二章水文循环中的地下水§1 自然界中水的分布、循环1.1 自然界中水的分布1.1.1 地球上水储量的分布水储量是从静止的观点来考虑水的储存体积；地球上的水储量为13.6亿km3，其中海洋水量占96.54％。
只有3.46％的水分布于陆地。
陆地上的水虽然相对少得多，但它在与人类有关的自然地理环境中起着重要的作用。
这说明，地球上的水储量在空间上的分布极不均匀。
1.1.2 地球上淡水储量的分布∙全球的淡水储量很少，仅占总储量的2.53% ，分布同样不均匀。
∙地下淡水量是可观的，地下淡水不仅量大，而且分布较广；但大部分埋藏深难利用，仅很少部分浅层水可供利用。
∙目前人类较易利用的淡水量仅占全球淡水的0.3%，仅占全球总储水量的十万分之七。
1.1.3 地球上的水资源∙水资源是从循环和更新的观点来计算水资源量，其特点是：可流动性和可再生性。
∙地球上的水资源主要指两部分：地表水资源和地下水资源。
∙水资源量的表示：地表水资源量多以多年平均河川径流量来表示；地下水资源是以可恢复的浅层地下水的天然资源来表征。
∙全球淡水资源分布：淡水资源短缺，地区分布极不平衡。
由分布图可以看出：淡水缺乏地区主要分布在非洲大部、亚洲南部、澳洲、北美部分地区。
∙我国水资源分布：分区：一级区共10个，分为两部分：北方六区和南方四区，两部分的水资源量具有明显差别。
根据2006年水资源年报，全国水资源一级区水资源量见表。
可见，南方四区的面积远小于北方六区，而水资源总量却是后者的4倍以上。
反映我国水资源分布的极不均匀。
∙1.2 自然界中水的循环∙自然界的水循环是由大循环和小循环组成的。
小循环指由海洋表面蒸发的水汽，又以降水形式落回海洋；或由大陆表面蒸发的水汽仍以降水形式落回地表，这种就地蒸发、就地形成降水的局部循环称小循环。
而大循环则指发生在海陆之间的水循环，即由海洋表面蒸发的水汽，随气流带到大陆上空，形成降水落回地面，再通过地表及地下径流返回海洋。
水文地质学中的地下水化学成分地下水是地下流入的水体，通常在深层岩石或土壤中储存、流动和释放。
水文地质学是研究地下水现象的学科，涉及地球物理、地质学、化学等多个学科领域。
地下水的化学成分是水文地质学中的重要研究内容之一，主要涉及地下水中的溶解物质、离子浓度、pH值等。
地下水化学成分的特征地下水中溶解物质的类型和浓度取决于地下水流经的地质环境和土壤性质等因素。
一般来说，地下水中主要溶解物质包括离子、有机化合物、微生物等。
离子是地下水中主要的化学组成部分，包括阳离子和阴离子两种。
阳离子主要有钠、镁、钙、钾等，阴离子主要有氯离子、碳酸根、硫酸根等。
有机化合物包括有机酸、腐殖物、油等。
微生物包括细菌、病毒等。
此外，地下水中还存在一些较稀有的溶解物质，如硒、铊、铅等，这些元素含量较低，但会对人体健康造成负面影响。
地下水的pH值是另一个重要的化学特性。
pH值是一种表示水平酸碱程度的指标，一般在7左右为中性，小于7为酸性，大于7为碱性。
地下水的pH值通常介于6-8之间，但有时也会出现pH值过低或过高的情况。
例如，在饮用水井中，pH值过低可能会导致腐蚀性物质的浸出，而pH值过高则可能会引起水垢和钙沉积。
地下水的化学成分对环境和人类健康的影响地下水中的溶解物质、离子浓度和pH值都可以对环境和人类健康造成影响。
一些特定的化学物质会影响地下水的颜色、味道和气味，从而影响水的使用。
例如，硫化物可以导致地下水呈现不良气味和深紫色，而铁和锰的存在会使水变得黄色或棕色。
高浓度的硝酸盐和硫酸根则可能导致地下水变得饮用不安全。
此外，高浓度的氟化物会导致骨质疏松和牙齿疾病的发生。
地下水的pH值过低或过高也会对人体健康造成不良影响，如引起胃肠炎、腰痛、关节炎等。
总的来说，地下水化学成分的研究对于确保地下水质量的安全和可持续利用是非常重要的。
水文地质学家们利用现代化学技术进行地下水化学成分分析，以确定地下水资源的使用和保护策略。
只有采取科学的水资源管理和保护措施，才能确保地下水资源的长期稳定和可持续利用。
第二章地下水资源调查第一节地下水资源调查的目的、任务及工作步骤一、地下水资源调查的目的与任务地下水资源调查又称水文地质调查，其目的是查明天然及人为条件下地下水的形成、赋存和运移特征，地下水水量、水质的变化规律，为地下水资源评价、开发利用、管理和保护以及环境问题防治提供所需的资料。
虽然地下水资源调查的任务，视不同的用途和不同的精度要求而定，但都应查明地下水系统的结构、边界、水动力系统及水化学系统的特征，具体需查明下面3个基本问题：1）地下水的赋存条件。
查明含水介质的特征及埋藏分布情况。
2）地下水的补给、径流、排泄条件。
查明地下水的运动特征及水质、水量变化规律。
3）地下水的水文地球化学特征。
不仅要查明地下水的化学成分，还要查明地下水化学成分的形成条件。
地下水资源调查是一项复杂而重要的工作，其复杂性是由地下水自身特征所确定的。
地下水赋存、运动在地下岩石的空隙中，既受地质环境制约又受水循环系统控制，影响因素复杂多变，因此地下水资源调查需要采用种类繁多的调查方法，除采用地质调查方法之外，还要应用各种调查水资源的方法，调查工作十分复杂。
地下水资源调查又是一项基础性工作，其成果为国民经济发展规划及工程项目设计提供科学依据，为社会经济可持续发展及生态和环境保护服务，是一项极为重要的工作。
这就要求地下水资源调查人员既要掌握地下水的基本理论并具有较高水平的专业知识，又要熟练掌握地下水资源调查的基本方法，还要熟悉一些非专业的技术在地下水资源调查中的应用方法。
二、地下水资源调查工作的步骤地下水资源调查工作一般分三步进行，即准备工作、野外工作和室内资料整理工作。
（一）准备工作准备工作包括组织准备、技术准备及物资后勤管理工作准备，而其核心是技术准备工作中调查设计书的编写。
1．地下水资源调查设计书的定义设计书是调查工作的依据和总体调度方案，是完成地下水资源调查工作的关键环节，在编写设计书之前应充分收集、整理、研究前人资料，如水文、气象、地理、地貌、地质及水文地质等资料，根据现有资料，确定调查区的研究程度，对调查区水文地质条件和存在问题有初步认识。
《地下水污染与防治》习题指导第一章绪论1 什么是地下水污染？哪些物质可污染地下水？途径如何？2 地下水污染如何分类？怎样防治？3 地下水污染调查有何意义？如何进行地下水污染调查？4 污染的地下水如何进行修复？第二章地下水的赋存和化学成分1 地下水的赋存形式有哪几种？2 什么叫岩石的水理性质？包含哪些指标？3 请简述地下水的分类。
4 地下水中包含哪些化学成分？哪些指标可判断地下水的化学性质？5 为什么Cl-总是随着TDS的增长而增加，而Ca2+没有这种性质？6 地下水中化学成分形成机理如何？7 水文地质研究中常见的环境同位素有哪些，有什么意义？8 有哪些方法可以对地下水进行化学分类？下表为两个水样的分析数据，请用已学过的分类方法进行分类分析。
组分Na++K+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-A 171 119 16 15 42 817B 26 60 12 100 47 64 注：组分浓度单位为mg/L。
第三章地下水运动1 试将渗流同空隙中的真实水流进行对比，看其流量、水头、过水断面、流速大小、水流运动方向等有何不同？2 地下水能从压力小的地方向压力大的地方运动吗？为什么？3 为什么导水系数在三维条件下无意义？4 在计算地下热水运动时，能否将渗透系数当成是岩层透水性常数？为什么？5 流网为什么旨在稳定渗流条件下才有意义？6 为什么一定要有识别(校正)模型阶段？直接用野外测得的参数进行建立模型可行吗？为什么？7 抽水试验的主要目的和作用是什么？8 什么叫水文地质参数？各参数分别有什么意义？第四章地下水污染物运移1 试写出轴对称条件下一维弥散方程式。
2 为什么确定弥散问题的解需要给出研究区域水头场的分布？如果只知道水头的初始状态、边值和有关参数怎么办？3 水动力弥散系数如何确定？4 试推导地下水污染物运移的对流-弥散方程。
5 在研究地下水流问题中，什么叫边界条件，可分为几类，在实际中应如何进行处理？第五章地下水污染数值模拟技术1 对污染物在含水层中的运移、控制、修复，国内外研究现状如何？2 地下水污染数值模拟方法有哪些？简述目前地下水污染水质模拟软件。
《水文地质学》课程教学大纲【英文译名】：Hydrogeology【适用专业】：地质工程【学分数】：2【总学时数】：32【实践学数】：0一、本课程教学目的和课程性质《水文地质学》是地质工程专业的一门专业基础必修课。
本课程重点讲授有关的基本概念、地下水赋存、地下水运动的规律、地下水的补给与排泄、地下水的物化性质、地下水资源、地下水的生态环境特性。
介绍了地球上水的循环、包气带水的运动、化学成分成因类型、地下水的动态与均衡等。
本课程的目的是通过本课程的教学使学生系统掌握水文地质的基本知识，学会分析区域水文地质条件的问题的基本方法，能阅读和分析常用的水文地质图件和资料，为学生从事该方面的工作打下基础。
二、本课程的基本要求通过本课程所有教学环节，要求学生掌握水文地质的基本知识，熟悉水文地质工作的技术和方法，能阅读和分析常用的水文地质图件和资料。
通过以上学习，学生应具有分析、研究、解决水文地质实际问题的基本能力。
三、本课程与其他课程的关系本课程学习前必须学习《普通地质学》、《矿物学》、《岩石学》、《构造地质学》等课程。
后继课程有《土力学与基础工程》等课程。
四、课程内容注：“*”为重点部分；“＃”为难点部分。
绪论水文地质学概念；研究内容；地下水在国民经济中的作用；水文地质学的分支；水文地质学的发展简史及发展趋势。
第1章地下水概论1.1 地球上的水及其循环地球上水的分布；*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。
复习题与思考题1. 名词解释（1）阳离子交换容量；（2）弥散通量；（3）水文地球化学；（4）水动力弥散；（5）弥散问题数学模型；（6）大陆效应；地下水污染；（7）碱度；（8）酸度；（9）硬度；（10）永久硬度；（11）暂时硬度；（12）碳酸盐硬度；（13）非碳酸盐硬度；（14）生化耗氧量（BOD）；（15）化学耗氧量（COD）（16）物理吸附；（17）化学吸附；（18）离子交替吸附作用；（19）阳离子交换容量；（20）同位素效应；（21）同位素分馏；（22）同位素交换反应；（23）射性同位素的半衰期；（24） TDS；（25）全等溶解；（26）非全等溶解；2.思考并回答下列问题绪论（1）试说明水文地球化学的含义。
（2）试说明水文地球化学作为一个独立学科的发展历史。
（3）说明水文地球化学的研究意义。
第一章地下水的化学成分（1）试说明水的结构特征。
（2）水有那些特异性质，试分别对其予以说明。
（3）地下水的化学成分有那几类，分别予以简要说明。
（4）通常有哪些方法可用来对水质分析结果进行检验？（5）地下水化学成分的图示方法有哪些？试分别予以简要说明。
第二章地下水化学成分的形成作用（1）怎样根据化学反应的自由能资料计算反应的平衡常数？（2）水溶液中组分活度系数的计算方法主要有哪些？试说明其适用条件。
（3）试说明影响矿物在水中溶解度的因素。
（4）试分别说明纯水中石膏、萤石、石英、三水铝石溶解度的计算方法。
（5）试说明矿物稳定场图的绘制方法。
（6）试定性地说明为什么在CO2-H2O系统中水溶液显酸性，而在CaCO3-H2O系统中水溶液显碱性。
（7）已知H2CO3的一、二级电离常数分别为K a1和K a2，试导出CO2──H2O系统中：溶解碳总量为C T、氢离子浓度为[H+]时，H2CO3、HCO3-和CO32-含量的计算公式。
若25℃时，K a1=10-6.35、K a2=10-10.33，试分析说明上述组分中那一种组分在什么样的pH区间内含量最大？（8）在CO2分压（p）已知的CO2—H2O系统中，已知下述反应的平衡常数分别为CO2分压为10-3.5（atm），水的离子积为10-14，且上述反应均已达到平衡状态。
