水文学和水文地质学习PPT(全面、必学)

一般要求高水部分不应超过当年实测流量所占水位变幅 的30%，低水部分延长不应超过10%。
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第3章 水文统计基本原理和方法
一、概率论及数理统计基本知识
• 水文现象的特性：必然性和偶然性。偶然现象的规律称为统计规律。 • 水文统计的基本方法和内容：
（1）根据已有的资料（样本），进行频率计算，推求指定频率的水文特征 值；（2）研究水文现象之间的统计关系，应用这种关系延长、插补水文特征值 和作水文预报；
n
K xi 1 K yi 1
r
i 1
i 1
n
n
xi x2 yi y2
n
n
K xi 1 2 K yi 1 2
i 1
i 1
i 1
i 1
水文上常采用幂函数、指数函数两种曲线，基本作法是将其转换为直 线，再进行直线回归分析。
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第4章 河川径流情势特征值分析与计算
（3）径流深Y 将计算时段内的径流总量平铺在整个流域面
积上所求得的水层深度，以mm为单位。 Y W
1000F
（4）径流模数M (L/s/km2） 流域出口断面流量与流域面积
的比值
M 1000Q
F
（5）径流系数α 某一时段的径流深度与相应的降雨量的比值
α= Y/ P 8
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4、水文测量与信息采集
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② 实测水文系列由最小值组成时（研究枯水流量、 枯水位，发电，灌溉），设计频率标准>50% ，有
T 1 1 P
或：
T(X
xi )
1 P(X
xi )
1
1 P(X
xi )

孔隙－松散岩层 裂隙－基岩 溶隙（溶穴）－可溶性岩石
空隙性
指岩石空隙的大小、多少、形状、分 布特点以及连通情况等。这些特性 对于地下水的埋藏、分布、运动有 重要的影响。
岩石中的空隙
松散岩层孔隙特点
孔隙率（度）：一定体积岩石（包括孔隙）中孔隙体积所占的比例。
n Vn 100% V
影响松散岩层孔隙度的因素
“理想土”模型
颗粒排列方式和密实程度 颗粒大小和形状 分选程度 土壤结构（单粒、团粒结构） 其他因素：次生裂隙、根孔、虫孔等
裂隙
成岩裂隙 构造裂隙 风化裂隙
裂隙性
裂隙的方向、宽度、延伸方向、充填情况等。 裂隙率
Kr Vr V
溶穴
发生在可溶性岩石之中 具有继承性 岩溶率（溶隙率）
岩石空隙的特性（均匀性、方向性、连通性）
松散岩类：空隙分布均匀、连通性好 基岩裂隙：不均匀、具方向性、不同方向裂隙可形成裂隙网
络 可溶岩溶隙：极不均匀、很强的方向性、容易形成各自的岩
溶水流系统。
按含水介质的地下水分类
层。
支持毛细带 中间带 土壤水带
水文地质学研究的重点是饱水带。但包气 带作为补给通道作用也不容忽视。
地下水赋存
含水层
定义：饱含水的透水层，或能够透过并给出相当数量水的岩 层。
辨异：饱含水的弱透水层（粘土、沿粘土等）；不含水的透 水层（沙漠、被疏干的含水层等）
隔水层
定义：不透水的岩层，或不能透过并给出一定水量的岩层。 辨异：隔水层的相对性，并非完全隔水－弱透水层
下可以进行三种状态的相互转化 全球水文循环是闭合系统，局部为开放系统 水文循环过程伴随着能量的转换和其他物质的运移和聚集

某地潜水等水位线图（平面）
河
河
流
流
由于潜水在重力作用下由高处向低处流动，一般情况下，潜水面不水平，是一个向排泄区微微倾斜的曲面 。 该曲面往往与地表面一致，但起伏比较平缓 。 潜水面首先受地表水文网密度和切割深度的控制。 在地形切割强烈地区，地下水补给河水，潜水面向河道倾斜；在河流的下游，河床往往高于地面，河水位高于潜水位，河水补给潜水，则潜水面向河流外侧倾斜。 潜水面形状还受含水层岩性及过水断面大小影响 含水介质透水性越强，其中潜水水面越缓；介质透水性越差，潜水面越陡。在均质的介质中，当潜水流经较大的过水断面时，其水力坡度变缓。
3.3 地下水分类
孔隙水
裂隙水
岩溶水
包气带
上层滞水
上层滞水
上层滞水
潜水
孔隙潜水
裂隙潜水
岩溶潜水
承压水
孔隙承压水
裂隙承压水
岩溶承压水
上层滞水(a) 、潜水(b)、承压水(c)
a
b
c
一、潜水与潜水含水层概念 潜水：饱水带中第一个具有自由表面的稳定含水层中的水。 自由表面—没有隔水顶板或只有局部隔水顶板，与大气直接相通，除大气压强外不受其它任何附加压强。 稳定—具有一定的空间连续性（范围），以与上层滞水区分。 潜水含水层：赋存潜水的岩层。 建筑房屋时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水）
3.1 包气带与饱水带
3.2 含水层 隔水层 弱透水层
一、基本概念 饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力而进行的划分： 含水层（Aquifer）： 是能够透过并给出相当数量水的岩层—各类砂土，砂岩等 隔水层（Aquifuge)： 不能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层——裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土（致密） 弱透水层（Aquitard）： 渗透性很差，给出的水量微不足道，但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层——各种粘土，泥质粉砂岩、砂质页岩

工程设计中考虑因素及防范措施
地下水对工程影响预测
预测工程建设过程中可能出现的地下 水问题，如突水、涌水等，并制定相 应的防范措施。
工程降水与止水设计
根据工程需要，设计合理的降水或止 水方案，确保工程施工的顺利进行。
地基处理与加固措施
针对不良地基条件，采取地基处理或 加固措施，提高地基承载力和稳定性 。
渗透性对工程地质的影响
地基稳定性、边坡稳定性、地下工程涌水量等。
岩土中毛细现象和吸附作用
毛细现象的概念及产生条件
细小孔隙中的弯液面现象。
吸附作用的概念及分类
物理吸附和化学吸附。
毛细现象和吸附作用对岩土性质的影响
改变岩土含水量、强度和变形性质等。
地下水资源评价与
04
开发利用
地下水资源评价原则和方法
非稳定流数学模型
描述地下水在短时间尺度上由于各种因素引起的水位、流量等参数的变化规律，需采用 数值法进行求解。
数值模拟在解决复杂问题中应用
01
复杂地质条件下的地下水运动模拟
针对复杂地质条件，如断裂带、岩溶地区等，建立相应的数学模型进行
数值模拟，以揭示地下水的运动规律和特征。
02
人类活动对地下水影响的模拟
通过人工或机械挖掘方式揭露 地质体，观察和研究水文地质 现象。坑探方法包括试坑、浅 井、探槽等。
在水文地质勘察中，常需进行 各种试验以获取必要的参数和 数据。如抽水试验、注水试验 、压水试验等，用以确定含水 层的渗透性能、给水度、储水 系数等水文地质参数。
工程建设中水文地
07
质问题探讨
工程建设对水文地质条件影响分析
水资源保护措施
制定水资源保护方案，包括减少施工 废水排放、合理利用水资源等，确保 工程建设的可持续性。

2021/12/18
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水文的四大表现形式：
降水 渗流
蒸发 径流
（1）降水 ——指 雨 、 雪 、 雾 、雹、 霰。
降水的形式
下雪前降落 的小冰粒
（2）蒸发
截流蒸发
指：
地面蒸发
叶面蒸发
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水面蒸发
海洋蒸发
水上升为水 汽的五种
形式。
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（3）渗流
包含
入渗 地表水经过土壤表面进入土壤的过程。
c) 涨水时河道螺旋流：涨水时，河中央上涨较快，断面呈中高岸低的
“水2拱02”1/12形/18，且呈两螺旋流。
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2> 造成的后果：
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在过水断面上形成一封闭 的环流，与纵向水流结合 形成漩涡流，从而将冲刷 凹岸，淤积凸岸，影响取
水口位置的选择。
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四、河流的分段 1、河流 —— 江、河、溪、沟统称河流。
流域面积小，径流相对剧烈 流域面积大，径流相对平缓
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（5）流域的植物被覆—— 由于植物被覆截留降水，从而将会延缓坡地漫流 的速度，增加渗流，减少蒸发。
（6）土壤及地质构造——
影响下渗，地下水对河流的补给，流域地表 的冲刷等。
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（7）湖泊和沼泽——
可以通过蓄水作用，调节径流变化，特别是蒸 发影响径流量的大小。
我国的河流大多以此为主。
（2）融雪径流Biblioteka 局部地区或地段的河流以此为主。
如：青海、 新疆
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二、影响径流的主要因素
1、各种自然地理因素对其的影响
（1）气候因素

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§1—4 水文现象的特性
1、水文现象时程变化的
周期性 随机性
的对立统一
2、水文现象地区分布的
相似性 特殊性
的对立统一
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§1—5 水文学的研究方法
成因分析法
数理统计法
地理综合法
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第二章 水文学的一般
概念与水文测验
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长江南京附近八卦洲 分汊型河段
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顺直型河段
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2、河流横断面
有单式断面 和复式断面
（1）横断面 —— 与水流方向正交的断面
1>基本河槽 —— 枯水期水主流槽通或过枯的水部河分槽
2>洪水河槽 —— 洪水期被洪河水漫淹滩没或的河部滩分
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图2—3河流横断面图示
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可在适当比例
的地图上量得
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计算：
s z1 z2 l
其中：Ｚ１、Ｚ２ ——若为河面高程差，则 s 为 河面比降 ； 若为河底高程差，则 s 为 河底比降。
如果一条河流各段比降不同，一般 可用分段计算法，求得平均比降。
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（1）*纵比降计算式：
6—31式 （p186）
特点
断面变大， 流速骤减，极易形成沙洲
或三角洲。
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五、分水线及流域 1、有关概念：
流域 —— 指河流的集水区域。凡降落在该流域的 水最终都将汇入该条河流中。
分水线 —— 即流域四周的边界线。地势最高 点的连线。

地下水的运动
地下水在重力作用下由高处向低处运 动，同时受地质构造、地貌、气候等 因素的影响。
地下水的补给、径流与排泄
地下水的补给
主要通过大气降水、地表 水渗入等方式进行补给。
地下水的径流
地下水在补给区接受补给 后，沿一定路径向排泄区 运动。
地下水的排泄
地下水通过泉水、蒸发、 人工开采等方式排泄到地 表或大气中。
本课程的学习目标与要求
学习目标
掌握水文地质学的基本概念、原理和方法，具备分析和解决水文地质问题的能 力。
学习要求
认真听讲，积极思考，按时完成作业和实验报告，注重理论与实践相结合。
02
地球的水圈与水循环
地球的水圈组成与特点
水圈的组成
包括海洋、河流、湖泊、冰川、地下水等。
水圈的特点
连续而不均匀，不断循环运动，与大气圈、生物圈、岩石圈等相互作用。
透水性
01
指岩石允许水透过的能力，用渗透系数表示。
给水性
02
指岩石在重力作用下能释放出一定水量的性质，用给水度表示。
透水性与给水性的关系
03
透水性好的岩石，其给水性一般也较好，但两者并非完全对应。
岩石的持水性与释水性
持水性
指岩石在饱水状态下保持水分的能力。
释水性
指岩石在失水状态下释放水分的性质。
持水性与释水性的关系
利用卫星或航空遥感影像，解译 区域水文地质条件。
水文地质试验的类型与实施
抽水试验
通过抽水设备在钻孔中进行抽水，观测地下水位变化，计算水文 地质参数。
注水试验
向钻孔中注入水，观测注水量和地下水位变化，判断含水层富水 性。
压水试验
通过一定压力将水压入钻孔中，观测压水量和地下水位变化，评 估含水层渗透性。

● 06
第六章 总结与展望
水文地质的基本 概念
水文地质是研究地下水运动规律和地下水与地质环境关系 的学科，通过对地下水系统的深入了解，可以更好地应用 于环境保护和工程建设中。地下水的开发利用也是未来的 重要方向。
地下水运动规律
地下水循环
描述地下水在地球 中的循环方式
地下水排泄
解释地下水的排泄 方式
01 矿区地下水的运动规律
地下水在矿区中的流动特点
02 矿产开采影响
矿产开采对地下水资源的影响
03
矿产开采对地下水的影 响
矿产开采活动可能导致矿区地下水位下降，地下水紧缺，地 下水质污染等问题。矿产开采对周边环境和生态系统的影响 较大，需要进行科学评估和合理控制，以保护地下水资源的 可持续利用。
学习方法
结合理论与实 践
多进行案例分析
加强动手能力
多进行田野调查和 实验
评估方式
课堂测验
考察学生对课程内容的掌握程 度
作业与实验报告
加强学生的实践能力和独立思 考能力
参考书目
《水文地质学》
深入了解水文地质 领域的理论知识
《水文地质与 水文地质工程》
应用水文地质知识 解决实际工程问题
● 02
第2章 地下水的形成与分布
● 04
第4章 地下水与地质环境
岩溶地质特点
岩溶地质是一种特殊的地质构造，其特点包括岩溶溶蚀作用 强烈、地下水流动通道复杂等。岩溶地质景观丰富多样，例 如溶洞、溶岩地貌等，对地下水运动有重要影响。
岩溶地下水运动规律
溶蚀作用影响
溶蚀作用形成的裂 隙是地下水流动通
道
水文特性
地下水水位波动大， 水质多变
能够运用水文地质知识解决实际问题

01
02
03
04
水均衡法
通过计算区域水均衡要素，评 估地下水资源量。
解析法
利用数学物理方程描述地下水 运动，通过解析解计算资源量
。
数值法
建立地下水数值模型，模拟地 下水运动过程，评估资源量。
综合法
结合多种方法，综合考虑地质 、水文、气象等因素，进行综
合评价。
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地下水资源开发利用现状及问题
定义
研究地下水的分布、形成、运动 、化学和物理性质及其与周围环 境的相互关系的科学。
特点
综合性、区域性、实践性、预测 性。
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水文地质学研究意义
水资源评价与合理开发
为水资源评价提供科学依据，指导水资源的合 理开发和利用。
工程地质问题
研究地下水对工程建筑物的影响，预测和防治 工程地质问题。
环境地质问题
物探
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应用地球物理勘探方法，如电法、磁 法、重力法等，间接推断地下水的分
布和埋藏条件。
钻探
利用钻探设备向地下钻进，获取岩芯 、水样等资料，揭示地下水的赋存状 态。
化探
通过采集和分析地下水、地表水、土 壤和岩石等样品中的化学元素和化合 物，了解水文地球化学特征。
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水文地质图编制和成果表达
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8
地下水循环过程
01
02
03
地下水的补给
大气降水、地表水、凝结 水等通过包气带下渗，成 为地下水的补给来源。
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地下水的径流
在重力作用下，地下水由 高处向低处流动，形成地 下径流。
地下水的排泄
通过泉、人工开采、蒸发 等方式排泄到地表或大气 中。

(b)
(c)
(a)
直段横比降及水内环流现象
a)直段河道螺旋流：原因是横向与垂线流速不均匀。
b)退水时河道螺旋流：退水时，河中水位下降快，两岸退水慢，水流
一面向下游流动，一面向河道集中，且呈两螺旋流，横断面呈凹形水面。
c) 涨水时河道螺旋流：涨水时，河中央上涨较快，断面呈中高岸低的
“水2拱02”0/1/形15 ，且呈两螺旋流。
或三角洲。
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五、分水线及流域 1、有关概念：
流域 —— 指河流的集水区域。凡降落在该流域的 水最终都将汇入该条河流中。
分水线 —— 即流域四周的边界线。地势最高 点的连线。
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流域面积 ——流域分水线所包围的面积。
闭合流域 ——地面分水线与地下分水线所重合的流域。 非闭合流域 ——地面分水线与地下分水线
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（2）横比降 —— 指水面的横向比降。 1> 产生横比降的原因 ： 地球自转产生的偏转力； 河流弯道处所受离心力； 流速分布的不均匀性。
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F
F
地球自转偏力作用：地球由西向东自转，其自转偏力将
造成自北向南流动的河流右岸受冲刷；自南向北流动的
河流左岸受冲刷。
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凹岸水深大，水质好， 是取水口的最佳位置。
弯段横比降及水内环流现象
a)弯段河道螺旋流 b)重力与离心力作用 c)断面单环流现象
20d20)/1断/15面冲淤现象 e)平面河流呈蜿蜒曲折平面形态
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涨水时水流冲刷两岸，故常出现崩岸， 泥沙向河中搬运；退水时，河中受冲刷， 泥沙向两岸搬运而淤积。

有利于岩溶发育。
岩溶地区水文地质特征分析
1 2 3
地下水的赋存状态
岩溶地区地下水以溶洞水、裂隙水和孔隙水等形 式赋存，具有动态变化大、水力联系复杂等特点 。
水文地质结构
岩溶地区水文地质结构复杂，包括溶蚀裂隙、溶 洞、暗河等，对地下水的运动、储存和排泄具有 重要影响。
水文地球化学特征
岩溶地区地下水化学成分复杂，受岩石成分、气 候、地形和人为活动等因素影响，具有水平分带 和垂直分带的特点。
化肥的使用量，同时加强农田排水系统的建设和维护，降低农业活动对
地下水的污染风险。
04
工程地质问题中的水文地质因素
工程地质概述及与水文地质关系
工程地质学定义及研究内容 工程地质与水文地质的密切关系 水文地质对工程地质的影响
工程建设中遇到的主要水文地质问题
01
地下水对工程 建设的影响
02
渗透变形问题
VS
措施
加强地下水监测网络建设，掌握动态变化 情况；推广节水技术和设备，提高用水效 率；加强污染源治理和生态修复工作，改 善水环境质量。
03
地下水污染与防治技术
地下水污染来源及途径
工业污染源
包括工业废水、废气、废渣的排放，以及化工、 冶金等行业的渗漏。
农业污染源
农药、化肥的过量使用，以及畜禽养殖产生的废 水。
新技术在水文地质领域应用前景
新技术种类及特点
包括遥感技术、GIS技术、数值模 拟技术等，具有获取信息快速、 处理数据高效、模拟过程逼真等 特点。
新技术在水文地质领 域应用现状及挑战
目前新技术在水文地质领域已有 广泛应用，如遥感技术用于获取 区域水文地质信息、GIS技术用于 空间数据管理和分析等，但仍面 临数据获取精度、模型验证等方 面的挑战。

岩石水理性质的意义
影响地下水的赋存状态、分布规律、运动特征以及地下水资源评价和开发利用等。
达西定律是描述地下水运动的基本定律，它表明地下水的运动速度与水力梯度成正比，而与地下水的粘滞性成反比。
地下水运动基本规律
包括含水层的渗透性、地下水的粘滞性、地形地貌、地质构造和气候条件等。
地下水运动的影响因素
生物性污染
加强污染源监管，减少污染物排放。
源头控制
采取工程措施，如截污沟、防渗墙等，防止污染物进入地下水。
过程阻断
对已污染的地下水进行治理，如抽出处理、原位修复等。
末端治理
04
CHAPTER
水文地质调查方法与技术
03
研究地下水与环境的相互作用，为生态环境保护提供科学依据。
01
查明区域水文地质条件，为水资源评价、开发利用和规划管理提供依据。
生态环境保护
随着全球生态环境问题的日益严重，水文地质学将在生态环境保护中发挥更大作用，如地下水生态修复、土壤污染治理等。
多学科交叉融合
未来水文地质学将与更多学科进行交叉融合，形成更为综合的研究领域和应用方向。
国际化合作与交流
加强国际间的合作与交流，共同应对全球性的水资源和环境问题，推动水文地质学的国际化发展。
02
预测人类活动对地下水环境的影响，提出防治措施和建议。
水文地质测绘
通过野外实地观察和测量，收集地形地貌、地层岩性、地质构造、水文气象等资料，编制水文地质图件。
遥感技术应用
利用卫星、航空等遥感技术获取大范围、多时相的地表信息，提取与水文地质相关的特征信息，为区域水文地质调查提供重要手段。
利用地球物理勘探方法（如重力、磁法、电法、地震等）探测地下岩层的物理性质差异，推断地下水的赋存状态和运移规律。

02
岩石中水存在形式与性质
岩石中水存在形式
吸附水
附着在岩石颗粒表面或矿物晶体内部的水 分子，受固体表面吸附力作用。
毛细水
存在于岩石毛细孔隙中的地下水，受毛细 力作用上升。
重力水
在岩石大孔隙或裂隙中，受重力作用自由 运动的水。
岩石中水物理化学性质
溶解性
水能溶解多种物质，形成水溶液，改变水 的化学性质。
01
可溶岩类含水层主要分布在石灰 岩、白云岩等可溶岩地区。
02
这类含水层的富水性受岩溶发育 程度、溶洞规模、地下暗河等因 素绘、地球物理勘探、钻孔揭露、 示踪试验等。
04
注意：以上内容仅为示例，实际 课件内容应根据具体需求和教学 目标进行设计和编写。
06
水文地球化学基础知识
对流、扩散、弥散等作用。
地下水化学成分转化
氧化还原、酸碱中和、络合等反应。
地下水化学类型划分和命名方法
地下水化学类型划分
01
根据地下水中主要离子成分进行划分，如Ca-HCO3型、Na-Cl
型等。
地下水化学类型命名方法
02
采用舒卡列夫分类法，根据地下水中6种主要离子成分进行命名。
地下水化学类型与水文地质条件关系
类型划分
根据地下水的赋存条件、运动特征等因素，可将地下水流动系统划分为孔隙水 流动系统、裂隙水流动系统和岩溶水流动系统等类型。
补给排泄条件分析
补给条件
指地下水获得补给的来源和方式，包括大气降水、地表水、其 他含水层等。补给条件的好坏直接影响地下水的数量和质量。
排泄条件
指地下水向外界排泄的途径和方式，包括泉、人工开采、蒸发 等。排泄条件的差异会导致地下水位、水质等发生变化。