水文循环与水均衡

《地下水科学概论》一、名词解释。

第一章地下水分布1. 地下水：分布在地下岩石空隙之中的水。

2．岩石的透水性：岩石允许水透过的能力。

3. 结合水：由于固体颗粒表面的静电作用而吸附在颗粒表面的水。

4. 重力水：重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力，因而能在自身重力作影响下运动的那部分水。

5. ★☆毛细水：在毛细力作用，水从地下水面沿着细小空隙上升到一定高度，形成一个毛细水带6. 支持毛细水：由于毛细力的作用，水从地下水面沿孔隙上升形成一个毛细水带，此带中的毛细水下部有地下水面支持。

7．孔角毛细水：在包气带中颗粒接点上由毛细力作用而保持的水。

8. 悬挂毛细水：由于上下弯液面毛细力的作用，在细土层会保留与地下水面不相联接的毛细水。

9. 空隙：地下岩石中没有被固体颗粒或固体骨架占据的那一部分空间。

10. 多孔介质：含有空隙的固体称为多孔介质。

11．孔隙：松散的（或未固结的）固体颗粒之间或颗粒集合体之间的空隙。

12．★孔隙度：某一体积的孔隙介质中孔隙体积与孔隙介质体积之比。

13. ★孔隙比：某一体积孔隙介质内孔隙体积与固体颗粒体积之比14. 有效空隙：相互连通而能使水流通过的孔隙称为有效空隙。

15. 孔隙介质的比表面积：一定体积的孔隙介质中所有颗粒的总面积与孔隙介质体积之比。

16．裂隙：固结的和坚硬的岩石在成岩过程中或成岩以后由于受到一些地质营力的作用而形成的沿一定平面方向展布的空隙。

17．★裂隙率：一定体积的裂隙介质内裂隙的体积与裂隙介质体积之比。

18．溶穴：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空洞。

19．岩溶率：一定体积的岩溶介质内溶穴的体积与岩溶介质体积之比。

20. ☆容水度：一定体积的多孔介质完全被水饱和时所能容纳的水的体积与多孔介质体积之比。

21．★持水度：地下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。

22. ★☆给水度：一定体积的饱水多孔介质在重力作用下释放出的水体积与多孔介质体积之比（重力给水度：地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出的水的体积）。

1.3.2 径流径流是水文循环的重要环节和水均衡的基本要素，系指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。

因此，径流可分为地表径流和地下径流，两者具有密切联系，并经常相互转化。

据统计，全球大陆地区年平均有47 000km3 的水量通过径流返回海洋，约占陆地降水量的40％。

这部分水量大体上是可资人类利用的淡水资源。

一条河流常常可以根据其地理—地质特征分为河源、上游、中游、下游和河口五段。

根据一年内河流水情的变化，可以分为若干个水情特征时期，如汛期、平水期、枯水期或冰冻期。

平均水位是单位时间内水位的平均值。

平均高水位与平均低水位则是各年最高水位与最低水位各自的平均值。

中水位是一年中观测水位值的中值。

常水位指一年中水位最常出现值。

河流各站的水位过程线上，上下游站在同一次涨落水期间位相相同的水位，叫相应水位。

可以用纵轴表示上游站水位，以横轴表示下游站水位，绘制出两个测站的相应水位曲线地表径流和地下径流均有按系统分布的特点。

·汇注于某一干流的全部河流的总体构成一个地表径流系统，称为水系。

·一个水系的全部集水区域，称为该水系的流域。

流域范围内的降水均通过各级支流汇注于干流。

·相邻两个流域之间地形最高点的连线即为分水线，又称分水岭。

这些概念同样可用于地下水，但地下水的系统不像地表水系那样明显和易于识别，具有自己的一些特点。

在水文学中常用流量、径流总量、径流深度、径流模数和径流系数等特征值说明地表径流。

水文地质学中有时也采用相应的特征值来表征地下径流。

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。

Q流量等于过水断面面积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 ）：系指某一时段T 内，通过河流某一断面的总水量，单位为m3。

可由下式求得：W＝Q·T河流的年正常径流量：是指多年径流量的算术平均值，即平均每年中流过河流某一断面的水量。

水文地质学复习资料§1 绪论1、水文地质学是一门研究地下水的科学2、水文地质学的研究内容：研究地下水与周围环境（岩石圈、水圈、生物圈、大气圈）及人类活动的相互作用下，其水质、水量的时空变化规律；并研究如何运用这些规律兴利除害，造福于人类。

§2 地球中水的分布与循环1、水文循环是指发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中地下水之间的水循环。

大循环是指海洋或大陆之间的水分交换。

小循环是指海洋或大陆内部的水分交换。

2、地质循环是地球浅部层圈和深部层圈之间水的相互转化过程。

3、湿度：表示空气中水汽含量或空气干湿程度的物理量，是大气中的水汽含量。

有绝对温度、相对湿度、饱和差和露点等多种表示方法。

4、绝对湿度：表示某一地区某一时刻中的水汽含量，即单位体积空气中所含水汽的质量。

用重量表示时，符号记为m，单位为g/m3；用压力表示时，符号记为e，为空气中所含水汽分压，相当于水银柱高度的mm数或mba（1mba=102Pa），表示空气中水分的不饱和程度。

5、相对湿度：大气中实际水汽含量与饱和时水汽含量的比值，亦即绝对湿度与饱和水汽含量之比，数值上也等于实际水汽压与同温度下饱和水汽压之比值，即r（%）=e/E×100%=m/M×100%式中，f为相对湿度，以百分数表示，表示实际水汽压，单位为毫米隶柱；E为饱和水汽压、（同一温度下，水汽压的最大值）。

6、蒸发：是指常温下水由液态变为气态进入大气的过程，亦即温度低于沸点时，水分子从液态或固态水的自由面逸出而变成气态的过程或现象。

7、径流是指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的现象。

为水流的重要环节和水均衡的基本因素。

分为地表径流和地下径流。

8、水系是指汇流于某一干流的全部河流所构成的地表径流系统。

9、流域是指一个水系的全部集水面积，亦即地表水、地下水的分水岭所包围的集水区域。

10、分水线（分水岭）是指相邻两个流域之间地形最高点的连线。

水文循环的概念水文循环是地球大气与水体之间的能量和水分交换过程，是地球上水循环的一个重要组成部分。

以下是关于水文循环的详细解释。

水文循环是指在地球上水的不断循环流动，包括了水的蒸发、凝结、降水、径流和蓄水等过程。

这个过程是由太阳能的照射和地球自身的热量驱动的。

水从地球表面升腾至大气中，形成云层，然后以降水的形式返回地球表面，再经过河流、湖泊、地下水等途径流入海洋，再次蒸发升至大气中，如此循环不已。

水文循环中的各个环节相互关联、相互作用，共同组成了一个复杂而庞大的系统。

首先，太阳能的照射使得水体中的水分形成蒸气，通过蒸发的方式升腾至大气中。

蒸发主要发生在海洋、湖泊、河流和土壤中。

其次，升腾的水蒸气在大气中逐渐冷却凝结成云，形成了水循环的第二环节——凝结。

凝结过程中的云滴通过碰撞、凝结和冻结不断生长，最终形成了云和降雨颗粒。

第三，降水是水循环中的一个重要环节。

它包括了雨、雪、雾、露、霜等形式的水从大气中下降到地面的过程。

降水的分布和强度受到大气温度、湿度、气流和地形等因素的影响。

降水进一步分为径流和入渗两种方式流入地表水和地下水中。

第四，径流主要是指降水通过地表流动进入河流、湖泊等水体的过程。

入渗则是指降水通过渗透进入土壤中的过程，一部分水进入植被根系，并经由植被蒸腾返回大气中。

第五，蓄水是指水在地表和地下的储存过程。

地表的蓄水主要集中在河流、湖泊、水库和雪冰上。

地下蓄水主要储存在地下水层中。

水文循环对地球上的生态系统、气候和水资源均发挥着重要的作用。

首先，水文循环是维持地球生态系统平衡和稳定的重要因素。

通过水循环，水分在地球上的分布变得相对均衡，维持了植被的生长和动物的生存。

水文循环还通过降水和蒸发影响陆地的温度和湿度，影响地球上各种气候类型的形成和变化。

其次，水文循环对水资源的分配和利用有着重要影响。

水文循环通过降水、径流和蓄水等过程，调节了地表水和地下水的供给。

水文循环还为淡水资源的再生提供了基础，对于农业、工业和居民生活有着重要的价值。

第一章水文循环第一节地球上的水（简单概念）地球是一个富水的行星。

地球上的水从大气到地球表面至地核各个层圈都赋存有水。

即：地球浅部层圈水，如大气圈、地球表面、岩石圈和生物圈中；地球深部的地幔和地核中。

（1）地球浅部层圈水分布有大气水、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水均以自由态H2O 分子形式存在，以液态为主，也呈气态与固态存在。

我们从表1-1中，可以建立地球浅部层圈水的分布状况与数量概念。

（2）地球浅部层圈水的淡水从表1-1中可知，浅部层圈中水的总体积约为13.86×108。

若将这些水均匀平铺在地球体表面，水深约为2718m。

但是，其中海水等咸水约占97.47%，淡水只占2.53%。

各淡水体的比例：约68.8%为冰川与积雪，0.3%为河湖，30%为地下水，其他淡水占0.9%。

（3）地球深层圈水（一般性了解）地球深层圈水分布于地壳下部直到下地幔这一范围内。

在地壳下部深约15~35km处，地温达400℃以上，压力也很大，这里的水不可能以普通液态水或气态水形式存在，而成为被压密的气水溶液。

表1-1 地球浅部层圈水的分布关于地幔的含水量，有关学者通过不同方式得到的结论基本一致。

认为未经去气作用的地幔物质约含5％—7％的水。

假定地幔总重量为4×1027g，其中熔融物质占25％，则地幔软流层中所含的水分总量约相当于现代海洋水总量的35~50倍。

据推测，在极高的温压下，这里的水电离为及，甚至近一步电离为及。

当软流层的岩浆沿通道上升，温压降低时，氢、氧离子将结合为自由态的水（）而析出〔区永和等，1988〕。

第二节水循环水循环概念：上述讨论的地球上各部位（层圈的）的水是相互联系、相互转化的，这一过程称为水循环。

地球上各层圈的水也是称水系统。

自然界的水循环分为图1-1 自然界的水循环〔据阿勃拉莫夫〕Ⅰ—海洋水；Ⅱ—沉积盖层；Ⅲ—地壳的晶质岩；Ⅳ—岩浆源；Ⅴ—地幔岩；Ⅵ—大陆冰盖；1—来自地幔源的初生水；2—返回地幔的水；3—岩石重结晶脱出水（再生水）；4—沉积成岩时排出的水；5—和沉积物一起形成的埋藏水；6—与热重力和化学对流有关的地内循环；7—蒸发和降水（小循环）；8—蒸发和降水（大循环）；9—地下径流；10—地表径流地质循环的概念：地球深部层圈水与表层圈水之间的转化过程称为地质循环。

水的循环和水文循环水是地球上最宝贵的资源之一，它的循环和水文循环对维持地球生态平衡具有重要作用。

本文将探讨水的循环过程、水文循环的意义以及人类对水资源的利用与保护。

一、水的循环过程水的循环是指水在地球上不断循环流动的过程。

首先，太阳能使得地球上的水蒸气升华，形成云层。

随着温度的下降，水蒸气凝结成小水滴，形成云。

当云中的水滴增大到一定程度时，便会形成降水，包括雨水、雪水等，降落到地面。

一部分降水直接蒸发回到大气层中，另一部分则渗入土壤或流入河流湖泊，最终汇入海洋。

水的循环过程中，地表水和地下水相互转化，不断补充和消耗着地球的水资源。

地下水是指藏在地下岩石中的水，它是地下水文循环的重要组成部分。

二、水文循环的意义水文循环对于地球上的水资源平衡和生态环境具有重要的意义。

首先，水文循环可保持地球的水循环平衡，保证水资源的可持续利用。

通过水的蒸发、降水和地下水补给，地球上的水总量能够得到平衡，不会出现总量减少或过多的情况。

其次，水文循环是地球上的水资源再分配过程。

通过水的蒸发和降水，在地球各个地方的水资源得以再分配，保证不同地区的水资源得以均衡利用。

另外，水文循环也对地球上的气候和生态系统有着深远影响。

水的蒸发和降水过程中释放出的热量可以影响大气环流，进而影响地球的气候变化。

同时，水的循环过程中的降水对于陆地和海洋的水平分布具有调节作用，维持了陆地植被的正常生长和海洋生态系统的稳定。

三、人类对水资源的利用与保护人类对水资源的合理利用和保护对于维护水文循环的平衡至关重要。

首先，合理规划水资源利用是保护水文循环的重要前提。

通过科学管理和规划，合理分配和利用地表水和地下水资源，可避免水资源的过度开发和浪费。

其次，加强水资源保护是保证水文循环可持续的关键。

减少污染物排放和加强水体的治理，保护河流湖泊的生态系统健康，维护地下水和地表水的质量，是保护水文循环的重要措施。

此外，加强水资源的节约利用也是维护水文循环的有效途径。

一、自然界水的循环：1.水文循环2.地质循环1、水文循环：地球浅部层圈中的水，即大气水、地表水及地壳浅部地下水相互间的交替转换。

水文循环的速度较快，途径较短。

水文循环的动力主要为太阳辐射和地球引力。

大循环（外循环）：水分从海洋蒸发，以固态或液态的形式降落到陆面，最后又以地表和地下径流的形式再回到海洋。

小循环（内循环）：水从海洋表面蒸发，又降落到海洋表面或者水从陆地上的湖泊、河流。

植被叶面和地下水蒸发，重新降落回到陆地，这种局部性的水循环）加强小循环是改变当地自然条件和增加地下水资源的有效途径。

2、地质循环：地球浅部层圈水域深部层圈水之间的相互转化过程。

一般属于间接循环。

二、地下水开发利用带来的环境问题1、地面沉降；2、地面塌陷；3、海（咸）水入侵；4、土壤次生荒漠化三、根据泉水的出漏原因可将泉水分为：1、侵蚀泉；2、接触泉；3、溢流泉；4、断层泉；5、接触带泉。

三、水文循环的动力主要来源是太阳辐射和地球引力。

四、岩土的水理性质：1、溶水性；2、给水性；3、持水性；4、透水性六、地下水的补给来源包括：1、大气降水的补给；2、地表水对地下水的补给；3、凝结水的补给；4、含水层之间的补给；5、其他补给来源：侧向补给，人类活动造成的地下水补给，融雪水、融冻水补给。

七、反应地下水环境状态的指标：1、化学需氧量；2、生化需氧量；3、总有机碳；4、氧化还原电位。

八、承压水特征：1、承压性；2、承压水的补给区和分布区不一致；3、承压水的动态比较稳定，其资源具有多年调节能力；4、承压水的化学成分一般比较复杂；5、承压含水层的厚度，一般不随补给量的增减而发生变化；6、承压水一般不易受污染。

九、岩土中的空隙：1、孔隙；2、裂隙；3、溶隙十、导水系数：，在数值上，等于渗透系数与含水层厚度之积；物理含义：在水力坡度等于1时，通过整个含水层厚度上单宽流量，量纲时L²T﹣¹,单位常用m²。

导水系数的概念仅适用于一维、二维的地下水流，对三维水流没有意义。

地下⽔⽂学地下⽔⽔⽂学1 ⾃然界⽔的分布、循环与均衡⾃然界⽔均衡 (water equilibrium)⽔分循环三要素：蒸发(Z)、降⽔(X)和径流(Y)⽔均衡：在⼀定时间、⼀定区域内，⽔分循环的三要素之间的数量关系⽔均衡原理：对于任⼀地区(系统)，在任⼀时间内，收⼊的⽔量与⽀出的⽔量之间的差额必等于其蓄⽔量的变化。

在海洋：Z 0=X 0 + Y在陆地：Z c =X c - Y全球： Z 0 + Z c = X 0 + X c⽔在岩⼟中的赋存形式液态⽔结合⽔：受到固相表⾯的吸引⼒⼤于其⾃⾝重⼒的那部分⽔重⼒⽔：距离固相表⾯更远的、能在重⼒下运移的那部分⽔⽑细⽔：松散岩⼟中细⼩孔隙通道构成⽑细管，在⽑细⼒的作⽤下，地下⽔沿着细⼩孔隙上升到⼀定⾼度，这种既受重⼒⼜受⽑细⼒作⽤的⽔。

⽀持⽑细⽔悬挂⽑细⽔孔⾓⽑细⽔⽓态⽔固态⽔其它：矿物结合⽔(沸⽯⽔、结晶⽔、结构⽔)与⽔分贮存、运移有关的岩⼟性质容⽔性：岩⼟能容纳⼀定⽔量的性能,常⽤含⽔率表⽰。

含⽔率θ：单位体积岩⼟中所含⽔的体积(water content; mositure content)容⽔度(water capacity) C w ：岩⼟完全饱和时所容纳的最⼤⽔体积与岩⼟总体积之⽐。

在数值上，⼀般与孔隙度(裂隙率、溶隙率)相等，但对于有膨胀性的岩⼟，由于充⽔后体积扩⼤，其容⽔度可⼤于孔隙度饱和度(saturation) S ：含⽔率与容⽔度的⽐值。

S =1表⽰饱和，0== 式中—体积含⽔率--含⽔体积 —包括孔隙在内的岩⼟总体积 --重量含⽔率--含⽔的重量 --⼲燥岩⼟的重量持⽔性(moisture retention)：含⽔岩⼟在重⼒作⽤下释⽔时，由于固体颗粒表⾯的吸附⼒和⽑细⼒的作⽤，使在其空隙中能保持⼀定⽔量的性能持⽔度R e ：指饱⽔岩⼟在重⼒作⽤下，经过2—3天释⽔后，岩⼟空隙中尚能保持的⽔体积与岩⼟总体积之⽐，这时的岩⼟含⽔率也称为⽥间持⽔率。

地下水文学复习一、名词解释1、弹性贮水和弹性释水：水头升高引起的含水层贮水现象；水头降低引起含水层释水的现象。

2、均质介质和非均质介质：渗流场中所有点都具有相同的渗透系数；渗流场中不同点渗透系数不相同。

3、各向同性介质和各向异性介质：渗流场中某点不管渗流方向如何均具有相同的渗透系数；某点渗滤方向不同，渗透系数不同。

4、流网：渗流场中由一系列的等水头线和流线所组成的网格。

5、流线和迹线：流场中某一瞬时的一条线，线上各水质点此时刻的流向均与此线相切。

流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。

6、越流系数：表示当主含水层和供给越流的含水层之间的水头差为1个单位时，通过主含水层和弱透水层间单位面积的界面上的水流量。

7、潜水回水：地表水和潜水存在水力联系时，地表水位的抬升，引起潜水水位相应抬高的现象。

8、河渠引渗：利用河渠水的侧渗作用来补充地下水，以达到灌溉目的。

9、地下水污染：人为或自然原因导致地下水化学、物理、生物性质改变使地下水水质恶化的现象。

10、工程地下水：从工程角度出发，探讨地下水的性质、地下水所引发的工程地质问题及其防治。

11、地热田：在技术条件下可以采集的富含可经济开发和利用的地热流体的地域。

二、填空题1.地下水文学中将岩土空隙分为三类，分别是松散沉积物中的孔隙、坚硬不可溶岩石中的裂隙、可溶岩中的溶隙。

2.松散岩土孔隙率的大小主要取决于岩土的颗粒的排列情况和分选程度和颗粒形状。

3.多孔介质的类型有固结岩石、半固结岩石、非固结沉积物。

4.岩土空隙中的液态水包括结合水、毛细水和重力水。

5.孔隙率越大的岩土的渗透性越好，对吗?6.裂隙类型包括成岩裂隙、风化裂隙、构造裂隙、卸荷裂隙。

7.溶隙种类：溶孔、溶蚀裂隙、溶洞、地下暗河。

8.常见的可溶岩有石灰岩、白云岩、盐岩、石膏。

9.液态水的赋存形式包括结合水、重力水、毛细水，其中毛细水又可分为支持、悬挂、孔角毛细水。

10.构成含水层的必要条件：空隙空间+地质构造+补给水源11.饱水岩土在重力作用下自由排出一定水量的性质称为给水度，它可以表示为容水度和持水度之差。