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水文地质学基础ppt课件CONTENTS•水文地质学概述•岩石中水存在形式与性质•地下水流动系统与补给排泄条件•孔隙裂隙岩溶发育规律及其对渗透性影响•不同类型含水层特征及其富水性评价水文地质学概述01水文地质学定义与研究对象水文地质学定义研究地下水分布、运动、形成、变化及其与周围环境相互关系的科学。
研究对象以地下水为主要研究对象，同时涉及地表水与地下水的相互作用。
水文地质学发展历史及现状发展历史从19世纪中叶开始形成，经历了描述性、定量化和系统性三个阶段。
现状当前水文地质学已发展为一门综合性学科，广泛应用于水资源评价、环境保护、工程建设等领域。
水文地质学与其他学科关系与地质学的关系地质学为水文地质学提供基础理论和研究方法，水文地质学则是地质学的一个分支，专注于研究水与岩石圈的相互作用。
与水文学的关系水文学与水文地质学都研究水的循环和分布，但水文学更侧重于地表水的研究，而水文地质学则更关注地下水。
与环境科学的关系环境科学为水文地质学提供了宏观的研究视角和综合分析方法，水文地质学则为环境科学提供关于地下水环境的基础数据和理论支撑。
岩石中水存在形式与性质02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。
密度与温度水的密度随温度变化，4°C时密度最大，具有热传导性。
粘滞性水的粘滞性随温度降低而增大，影响地下水的流动。
表面张力水的表面张力使水滴呈球形，影响毛细水的上升高度。
岩石中水运动规律达西定律描述水在孔隙介质中的渗流速度与水力梯度成正比的关系。
渗流基本方程描述非饱和带与饱和带地下水流运动的偏微分方程。
地下水流系统由补给区、径流区和排泄区组成的统一整体，具有层次性。
地下水资源评价根据水文地质条件、开采技术经济条件等，对地下水资源数量和质量进行评价。
水文地质学课件-(含附件)水文地质学课件一、引言水文地质学是研究地下水的科学，它涉及到地下水资源的形成、分布、运动、化学成分以及与岩石、土壤等地质体的相互作用。
水文地质学对于理解和管理地下水资源具有重要意义，特别是在干旱和半干旱地区。
本课件旨在介绍水文地质学的基本概念、原理和方法，以及其在实际应用中的重要性。
二、水文地质学的基本概念2.含水层和隔水层：含水层是指能够储存和传递地下水的岩石或土壤层，而隔水层则是指不能储存和传递地下水的岩石或土壤层。
含水层和隔水层的分布和性质对于地下水的流动和储存具有重要影响。
3.地下水流动：地下水流动是指地下水在岩石和土壤中的运动过程。
地下水的流动受到重力、压力差和地质构造等因素的影响，其流动速度较慢，通常以米/天或米/年为单位。
4.地下水循环：地下水循环是指地下水从地表水体、降水等水源进入地下，经过流动、储存和排泄等过程，最终返回地表水体的循环过程。
地下水循环对于维持水资源平衡和生态系统的健康具有重要意义。
三、水文地质学的研究方法1.地下水勘探：地下水勘探是指通过地质调查、地球物理勘探、钻探和试验等方法，了解地下水的分布、性质和储量等信息。
地下水勘探是水文地质学研究的基础，对于水资源开发和利用具有重要意义。
2.地下水模拟：地下水模拟是指利用数学模型和计算机技术，模拟地下水的流动、传输和化学反应等过程。
地下水模拟可以帮助预测地下水的动态变化，为水资源管理和决策提供科学依据。
3.地下水监测：地下水监测是指通过监测井、水位计、水质分析等手段，对地下水的水位、水质、水温等参数进行长期观测和分析。
地下水监测可以帮助了解地下水的现状和变化趋势，为水资源管理和保护提供依据。
四、水文地质学的应用1.水资源开发和管理：水文地质学可以为水资源开发和管理提供科学依据，包括确定水源的位置和储量、评估水资源的可持续性、优化水资源配置等。
2.环境保护和治理：水文地质学可以帮助解决环境污染问题，包括地下水污染的监测和治理、废物处置场的选择和管理等。
第三章地下水的赋存The Occurrence of G.WBasis of Hydrogeology水文地质学基础环境与土木工程学院地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室吴勇博士、教授本章内容3.1 包气带与饱水带3.2 含水层隔水层弱透水层含水系统3.3 地下水分类3.4 潜水与潜水含水层3.5 承压水与承压含水层3.1 包气带与饱水带一、包气带与饱水带的划分地下水面（水位）：包气带与饱水带地下一定深度岩石中的空隙被重力水所充满，形成一个自由水面，以海拔高度表示称之地下水位（一般通过打井，地下开挖来确定）包气带与饱水地下水位带3.1.2 包气带包气带（zone of aeration or zone of unsaturation）特点：①岩石空隙未被水充满②是固、液、气三相介质并存介质水的存在形式（多样）结合水、毛细水（各种）、重力水、气态水包气带水的垂直分带土壤水带，中间带（过渡带）支持毛细水带，毛细饱和水带包气带是饱水带中地下水参与水文循环的一个重要通道；“重力水”通过包气带获得降水、地表水的入渗补给（补充），部分水又通过包气带将水分传输，蒸发，消耗出去。
3.1.3 饱水带饱水带（saturation zone）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！3.2 含水层隔水层弱透水层含水系统一、基本概念给水与透水能力而进行的划分饱水岩层中，根据岩层给水与透水能力含水层（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•Aquifer-store & transmit–Unconsolidated deposits sand and gravel,sandstones etc.•Aquiclude–store, don’t transmit–Clays and less shale–Impervious boundaries of aquifers •Aquitard–transmit don’t store–Shales and less clay–Leaky confining layers of aquifers •Aquifuge don’t store don’t transmit3.2.2 概念的相对性定义中的模糊概念—“相当水量，微不足道，较大水力梯度”等严格的“是与非”的逻辑思维，在很多情况下是相对的和模糊的概念相对性的意义：从实际应用角度来看划分的相对的性——相当水量满足需要就可以了。
如在某处一口井出水量80m3/d，作为1万人的供水，非含水层；作为饮料厂、装瓶生产则为含水层。
又如一个小泉水流量0.11/s≈8.6m3/d，大厂——非，村用——是。
从理论意义来看——微不足道微不足道，有时空尺度的制约。
如华北平原早期地下水开采就是典型的例子，深层水与浅层水的开采有一粘土隔水层；后开采深层，水量大，水位降低快，浅层水向深层“越流”--粘土层成为“透水层”。
现在进行水文地质计算、模拟时，不再简单二分了，而是用模糊学的研究方法，给个隶属度1，0之间，可以为0.8,0.7,…0.3,表示“透水性”？时间的相对性①②③④54321概念的思考？1.这组地层是含水层还是隔水层？ 1. 2.煤层开采，巷道（矿坑）会否有水？ 3.如果需要修水库，建坝后库水是否渗漏？ 4.如供水的需要——如何布置勘探？大坝AB3.2.3 含水系统 含水系统—Groundwater aquifer system地下水含水系统： 是指由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系 的含水岩系 含水系统：包含多个含水层和弱透水层，或局部隔水层 含水系统：可以进行子系统划分含水系统的划分 含水系统的定义是从大的空间尺度研究含水层、隔水层 与弱透水层的组合关系，是从地质成因角度对岩层的水 文地质特征进行划分的分析方法(或给出的概念)含水层系统 补给区 径流区 排泄区• 含水层岩组为同一时期隔水层泉不透水边界• 统一的水化学场含水 层隔水层• 有水力学联系.含水系统层次划分—系统与子系统AB冲洪积平原地下水含水系统丘陵 倾斜平原区 低平原含水层系统类型• 水平台地型• 倾斜岩层型 • 褶皱型向斜型 背斜型• 断层型 • 接触面型不整合面型• 风化壳型3.3 地下水分类 广义地下水： 地表以下岩石空隙中的水(包气带、饱水带中的水) subsurface-water,under groundwater, groundwater 狭义地下水：地表以下饱水带岩层空隙中的水—重力水 地下水分类： 主要依据——含水介质的类型（赋存空间） 埋藏条件（赋存部位） 表3-1含水介质三类，埋藏三分，组合共分为9类 孔隙水 包气带 潜水 承压水 上层滞水 孔隙潜水 孔隙承压水 裂隙水 上层滞水 裂隙潜水 裂隙承压水 岩溶水 上层滞水 岩溶潜水 岩溶承压水地下水的类型地下水按照埋藏条件分为包气带水、潜水、承压水。
1.包气带水（土壤水） ——从地面到地下水面（潜水面）之间的地带（包气带、不饱和 带）所含的非重力地下水，以气态水、吸着水、薄膜水和毛细水 等状态存在。
2 .潜水 ——埋藏在地面以下，在第一个隔水层之上，具有自由表 面的重力水，称为潜水。
潜水的表面称为潜水 面，随地形起伏而变化， 具有潜水流。
同时因季节 变化而升降，雨季、旱季 潜水面的不同而形成一个 暂时饱和带。
潜水(b)、承压水(c)、上层滞水(a)透水层（d）(a) perched water (b) unconfined aquifer (c) confined aquifer (d)permeable layer d a b c分析下图可能错误的地方？3.4 潜水与潜水含水层3.4.1 潜水与潜水含水层概念潜水：地表以下，第一个具有自由表面的稳定含水层中的水自由表面—即设有隔水层限制，与大气直接相通，除大气压强外不受其它力。
稳定—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---赋存潜水的岩层屋建筑时的基坑排水，大堤堤角处的散浸渗漏（潜水）二、基本要素（专业术语） 潜水面(water table)潜水位(water level )潜水含水层（unconfined aquifer) 含水层厚度(thickness)潜水埋深(Depth)3.4 潜水与潜水含水层潜水要素图2345 678D1M潜水与潜水含水层图Sketch map of unconfined aquifer1-潜水含水层2-隔水层3、4 潜水面潜水位M-含水层厚度D-潜水埋深5-大气降水入渗6-蒸发7-流向8-泉3.4 潜水与潜水含水层三、主要特征—学习P30~31,总结补给(recharge)：降水入渗，河湖入渗排泄(discharge)：泉，（河）泄流，蒸发补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！动态(regime)：受气象，水文因素影响明显，变化快（水量、水位季节性变化）受人为因素影响也显著，易污染水循环交替迅速(updating)：水循环周期短，更新恢复快 潜水研究基本方法—绘制潜水等水位线图—获取信息-资料的手段——调查、勘探，分析实习：编制潜水等水位线图某地潜水等水位线图（平面）contour of water table河流河流一、承压水定义充满于2个隔水层（或弱透水层）之间的含水层中的水，称之。
（图P31，图3-6）二、基本要素与特征①承压含水层；②隔水顶板；③隔水底板；④承压含水层厚度（H ）；⑤埋深（D ）⑥测压水位线（面）：测压水位线的连线（面）—此线是虚拟的（如图有压管）⑦承压高度；⑧补给区；⑨承压区；⑩排泄区⑾自溢区—测压水位线与地形等高线的交点连接区绘制一张承压含水层的等测压水位线图（加地形等高线）3.5 承压水与承压含水层Confined aquifer承压水要素基岩自流盆地中的承压水①承压含水层②隔水顶板③隔水底板④承压含水层厚度（M）⑤埋深（D）⑥测压水位线（面）：⑦承压高度-H⑧补给区⑨承压区⑩排泄区⑾自溢区3.5 承压水与承压含水层特征：补给与排泄有限区域与外界联系，水循环迟缓些，水交替慢，平均滞留时间长（年龄老或长）——恢复性差水化学变化较大，矿化度一般要高点，可以保留“古老”的水动态要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定—则调节能力很强 问题？承压含水层的变化：在储水与释水时，含水层厚度是不变的，承压含水层的储水与释水是如何进行的？！承压含水层的储水与释水弹性给水度μe承压含水层中当测压水位下降(或上升)1个单位，单位水平面积含水层较体所释放(或储存)的水量测压水位降低导致1)含水层孔隙中水的压力降低—水体积膨胀释水，水的膨胀系数约为1/200002)孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加—骨架被压缩•颗粒不变—骨架压缩= 空隙体积减小（排列改变）———发生释水（挤出来）水这两部水很有限，所以μe 很小；与重力给水度μd 相比要小10-1 ~ 10-33.5.3 承压含水层的储水与释水承压含水层的弹性给水度从理论上来看：弹性给水度是可以恢复的实际上弹性是有限恢复的越过含水层弹性范围（限定），将产生一次性的变形—即永久性不可恢复的变形最终导致含水层的弹性给水与释水能力降低3.5.4 潜水与承压水的相互转化在自然或实际条件下，潜水与承压水的划分也是相对的在复杂条件下，很难将某些含水层中的水划定为潜水或承压水几个例子：山区基岩互层一个较厚的含水层一个封闭的含水层—潜水？¾开采前—潜水含水层¾开采后—承压含水层开采潜水与承压水的转化例：潜水与承压水的转化3.6 上层滞水介绍内容——上层滞水（perched water）—要求自学P35这是包气带中唯一有实际利用价值的重力水上层滞水前第一、二、三章，是水文地质学中常用的基本概念和术语，要求掌握后几章将着重介绍一些基本理论与方法有关地下水运动的内容，请参考学习《水力学》中有关水头、水力梯度的概念。
第三章结束。
