水文地质学基础绪论概论

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水文地质学部分概论

▪ 循环路径不同：
大循环（海-陆）与小循环（海-海，陆-陆）
▪ 时空尺度不同：
全球水文循环，流域水文循环
（3）水文循环的特点
▪ 循环速度较快、途径较短、交替迅速
（4）水文循环的作用
▪ 水质量的净化，水数量的再生，是可持续发展的保证
5.1.3 岩石的空隙性
岩石：水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层（沉积物）
Wn
Vn V
100%
一般说来，容水度在数值上与空隙度相当。当具有膨胀性的粘土，充水后体积扩大，容水度会大于孔隙度；但当岩石空隙不连通时，容水度会小于空隙度。
5.1.5 岩石的水理性质
持水性：岩石依靠分子引力和毛细力，在重力作用下岩石仍能保持一定水量的性能。在数值上用持水度表示。
持水度：在重力作用下，岩石所保持的水体积与岩石体积之比。
水文循环示意图
水汽输送
降水
降水
蒸发下渗
水汽输送
径流
蒸发
a. 海洋蒸发 b. 大气中水汽转移 c. 降水 d. 地表径流 e. 入渗 f. 地下径流 g. 水面蒸发 h. 土面蒸发 i. 叶面蒸发
水文循环
（1）定义
▪ 水文循环是发生于大气水、地表水和岩石空隙中的地下水之间的水循环
（2）水文循环的划分
5.1.3 岩石的空隙性
裂隙率：固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，而存
在有各种内外力作用下破裂变形产生的裂缝（缝隙）
风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙
砂岩岩芯中的裂隙
5.1.3 岩石的空隙性
岩溶率：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等
5.1.3 岩石的空隙性
小结：
松散岩石的孔隙分布于颗粒之间，连通良好，分布均匀，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少都很接近。赋存于其中的地下水分布和流动都比较均匀。

地大水文地质学基础-课件

本章思考题：你家乡的主要饮用水水源有哪些？
本专业的相关期刊
中文期刊 – 、水文地质工程地质 – 、工程勘察 – 、水利学报
外文期刊 –《Water Resources Research》 – 《Ground Water》
– 《Journal of Hydrology》
第2章地球中水的分布与循环
1.1 水文地质学的研究对象（The scope of hydrogeology）
1. 水文地质学：是研究地下水及其流经岩石地层的科学。
hydrogeology
groundwater
2. 水文地质学的研究内容：它研究地下水与周围环境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。
网； -30年代，马斯卡特(M.Muskat)等根据水流与电流的相似性，提出用电流模拟连续
介质中； –1912年，德国人凯尔哈克(K.Keilhnck)进行了地下水和泉的分类； – 二十世纪20年代至30年代，美国人迈因策尔(O.E.Meinzer)对美国地下水作了总
结性描述；大致在二十世纪中叶，有关地下水赋存、运动、补给、排泄、起源、水化学以及水量评价等方面，已有了一套比较完整的理论与研究方法，水文地质学已经确立为一门成熟的学科
1.4 当代水文地质学的特点(The features of modern hydrogeology)
水文地质学——水资源的核心课程 1）核心课题转移 2）研究视野扩展 3）研究目标改变 4）研究内容扩展 5）研究思路的改变 6）多学科交叉渗透成为主流 7）多技术手段的应用 8）学科性质的转变
1.5 本课程的主要内容
地球是个天然热库──可以供热，供取暖等用处

水文地质学基础-绪论

由此可见，地下水在国民经济上的应用，应该在查明地下水分布和形成规律的基础上，寻找和勘察地下水源，进行水量水质评价。地下水应合理勘探和开发，以达到兴利除弊。
三.现在世界水资源面临的问题

1.水资源危机；
2.地下水资源污染； 3.与地下水开发有关的环境问题。

地下水是一种宝贵的资源

六.水文地质学课程内容

本课主要内容一、水文地质学基本概念概念、名词与术语二、水文地质学基本原理地下水形成基本规律——赋存、分布、运动三、地下水科学的分析方法微观——以概念为基础的分析方法宏观——地下水系统理论为基础的综合分析四、应用分析——概念与原理的掌握
地下水利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重
地下水利用产生的环境问题：上海地面沉降
地下水利用产生的环境问题：地下水污染
地下水是一种很活跃的地质营力

地下水是一种很活跃的地质营力 ─地壳内能量、热量的传输者传递应力：水为诱发地震，地质灾害是地下水作用人工地震预报──观测地下水地球是个天然热库——在地质循环和水文循环中传输地壳内部的能（热）量的传输者
地下水是极其重要的生态环境因子

地下水是影响生态与环境的重要因素之一地下水的变化往往会打破原有的生态平衡，使环境发生变化──即可以有益，也可以是有害的。有害的例子：农业用水不当的次生盐渍化、不统一开采，河西走廓的民勤县，绿州变沙漠、过量开采地下水──地面沉降（上海、天津）、海水入侵，地面塌陷，地下水污染等。地下水与其周围的环境，人、水、热、动是个相互依存的有着内在联系的生物生存链，打破一个环节就会引起或正或负的反馈（报复）。

环境水文地质学第一章绪论

吉林市及郊区地下水氮污染机理研究，
北京市城近郊区地下水硝酸盐污染调查研究等。
• 90年代：
• 由定性研究转为定量研究， • 由单一研究进入综合研究，
• 由现状评价发展到趋势评价，
• 由统计分析发展到建立水质模型，
• 由警告性预测发展为目标导向性预测，
• 由事后治理变为预先防治， • 由短期行为转为考虑长期效应。
• 林年丰，李昌静曾认为，本学科研究内容可分为天然的（原生的）和人为的环境水文地质问题两大部分。 • 前一部分，目前仅限于天然水文地质环境（包括地下水环境及土壤环境）与地方病的关系，研究范围较窄，但研究深度较深（指地下水质与人体健康关系方面）； • 后一部分研究范围较广，不仅包括地下水水质恶化引起的环境质量问题，而且涉及地下水开采引起的环境问题和废物排放的环境水文地质问题，但在污染物与人类健康关系研究方面深度较浅。后一部分是环境水文地质研究的主要内容。
研究方向
• 1．水资源短缺与供需矛盾及其出路的研究 • 2．三峡库区及长江下游地质环境变迁与可持续发展研究（陈梦熊，1998） • 3．黄河下游地上“悬河”对人类生存环境影响的研究 • 4．跨流域调水的重大环境地质问题研究
• 5．城市化引起的环境地质与核废物地质处置
• 6．地质灾害防治与生态环境改良研究 • 7．重视矿山开采地质环境变化为矿山可持续发展做出贡献 • 8．重视元素的地球化学行为与地方病的关系研究 • 9．重视海平面变化及浅海海域的环境地质研究 • 10．水工环信息系统建设与开发
环境水文地质学的产生和发展
• 环境水文地质学的产生阶段
•
环境科学是20世纪五十年代以后逐渐发展起来的边缘学科虽然，环境水文地质学形成较晚，但是我国古代就有了较多这方面的研究。世界上最早发现地方性甲状腺肿与饮水有关的是唐朝的陆羽。而论环境，水质与疾病的关系，要数《长白山江岗志略》阐述得最为明确，该志写道:“按岗后山核桃树最能伤人，树叶花果根皮年久腐烂于山中，加以雨雪滋浸，其毒气随水流于沟渠，灌入江河，印于井泉，居山中者年不过十五六岁之男女，手足缩而短，指节生痛，腿亦如足，妇女中转筋病死者不少。”前者指的是大骨节病，后者指的是克山病，病因是有机物的腐烂分解。该志还指出了防病措施，在长白山病区“唯多凿深井人即不至受害”。明代的汪颖论述了城镇对地下水的污染问题。他指出“凡井水有远从地脉来着为上，有从江湖渗来者次之，其城市近沟渠污水杂入者成咸。”这表明井水水质的好坏与补给来源，渗流途径以及是否被污染等有关。

水文地质学基础

附件2
2012年度省级精品课程建设项目申报书
（本科）
推荐单位长安大学
课程学校长安大学
课程名称水文地质学基础
课程类型专业基础课
所属一级学科名称水利工程
所属二级学科名称水文与水资源工程
课程负责人马致远
填报日期2012.11.05
陕西省教育厅制二○一二年九月
填写要求
一、以word文档格式如实填写各项。

二、表格文本中外文名词第一次出现时，要写清全称和
缩写，再次出现时可以使用缩写。

三、有可能涉密和不宜大范围公开的内容不可作为申
报内容填写。

四、课程团队的每个成员都须在“2．课程团队”表格中
签字。

五、“8．承诺与责任”需要课程负责人本人签字，课程
建设学校盖章。

1．课程负责人情况
2．课程团队
3．课程建设
4．课程内容
8．承诺与责任
9．学校推荐意见
—21 —。

水文地质学概论

19
第一章自然界的水循环 Water /hydrological cycle
地球上的水水循环与水文循环有关的气象水文因素我国水文循环概况
第一节地球上的水
地球是个富水行星，地球各层圈水的分布状况及其存在状况差别很大。
深部层圈：地壳下部直到下地幔范围内的总水量为现代海洋的35-50倍。地壳下部深约15-35km范围，压力很大，400OC，水以压密的气水溶液存在；地幔物质的5-7%为水。
12
西北地区荒漠化
13
地下水污染情况
14
地下水污染： 1、开采漏斗 2、地面沉降 3、海水入侵 4、水质污染
15
3、地下水是一种很活跃的地质营力
─地壳内能量、热量的传输者
传递应力：水为诱发地震，地质灾害是地下水作用人工地震预报──观测地下水
地球是个天然热库——在地质循环和水文循环中传输地壳内部的能（热）量的传输。
10
1、地下水是一种宝贵的资源（resources）
b) 液体矿产:
地下水高含盐类或稀有元素，具工业开采价值。如四川自贡三叠纪岩层中的卤水，每升水含盐300g之多。
医疗或健身功能的矿水(natural mineral water) 。疗养院、天然矿泉水厂、啤酒厂等需特殊功能的水资源。
地下热能利用地球是个天然热库──可以供热，发电等。
17
三、水文地质学的发展历史
三个时期：1856年以前的萌芽时期，1856年至20世纪中叶的奠基时期，20世纪中叶至今的发展时期。萌芽时期：由逐水而居到凿井取水的大转折—坎儿井奠基时期：1856年，达西定律出现，标志可进行地下水渗流的定量计算（奠定了水文地质学的基础）。发展阶段：二次世界大战后，科学技术推动生产迅猛发展及人口急剧增长，需水量越来越大，迫切需要预测开采地下水引起的地下水变化。正确地评价、开发、管理与保护地下水资源以及保护与地下水有关的生态环境，成为水文地质学的主要工作。

水文地质学基础教学

Fundamentals of Hydrogeology
水文地质学基础
2019/12/28
参考教材
• 教材：《水文地质学基础》-王大纯等编著，地质出版社，95版/2010版
2019/12/28
提纲
第一章绪论第二章岩土中的空隙和水第三章地下水的赋存第四章地下水运动的基本规律第五章地下水的补给与排泄
0.000165
0.05
大气水
0.000129
0.0009
0.000129
0.04
生物水
0.000011 0.00001 0.000011
0.003
总储量
13.8598
100
0.3503
100
ww2w0.1th9e/m12e/
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地球上的水与水资源：淡水
1、地下水是一种宝贵的资源 2、地下水是极其重要的生态环境因子 3、地下水是一种很活跃的地质营力 4、地下水是地球内部地质演变的信息载体
2019/12/28
我国西北缺水剪影
2019/12/28
我国耕地与农村用水
60%
地下水灌溉面积其它灌溉面积
全国60%的耕地全部或部分使用地下水灌溉
全国95％以上的农村饮用地下水
2019/12/28 有一定的粘滞性和抗剪强度
（3）毛细水依靠毛细力而保持在毛细空隙中的水，称为毛细水。
毛细空隙是岩土中的细小空隙，一般指直径小于1mm的
孔隙或宽度小于0.25mm的裂隙。
2019/12/28
毛细水类型
支持毛细水：存在于饱水带以上并与地下水面相连
的毛细空隙中的水。能传递静水压力，当温度低于0℃时结冰。

水文地质学基础第1章_水文地质学基础_绪论

二次运移
地下水与岩土体稳定性
膨胀岩的崩解（Zhang，2012）
边坡失稳（CGS）
护坡
边坡排水管道（Alden）
地下水与地震
印度洋地震致广东出现井喷 (2004)
水库诱发地震：广东河源（水信息网, 2012）
不可忽视的致灾因子地面沉降
不均匀沉降：比萨斜塔
抽水沉降：墨西哥城 1891~1973年老城区下沉8.7m
水文地质学基础
第一章绪论
杨峰田讲师吉林大学环境与资源学院 yangfengtian@
2012年11月7日
苏联学者：水文地质学是研究地下水圈的科学
地下水的功能
宝贵的资源：地下水的特点生产生活用水：占总供水量的~20%
西北、华北：主要供水水源
矿水、地热水
储能、热源
地下水与板块构造
大气降水
安山火山 -2 0 ‰
加积楔
-2 0 ‰ 水热系统
陆壳岛弧岩浆
1 0 0 0O 地幔楔
洋中脊水热系统
0‰
1 0 0 0O
-60‰
地幔对流
-60‰ 沉
含积水物
蚀变洋玄武岩+孔隙水壳 -60-3‰0‰
安山水的形成机制
地下水与油气成藏
油气聚集
初次运移
运载岩生油岩运载岩
20世纪中叶，理论研究方法框架完备，我国开始引入
发展时期：环境水文地质学
地下水系统概念的提出，新技术的应用
Darcy
Bear
Neuman
Theis
William B. White
Elizabeth L. White Witherspoon
国外著名水文地质学家（部分)

水文地质学基础--1.绪论

源，应急水源地——紧急打井（发展历史
四个时期：1856年前的萌芽时期，1856年至20世纪中叶的奠基时期，20世纪中叶至末的发展时期， 21世纪的转变时期。
萌芽时期：由逐水而居到凿井取水——重大转折；
奠基时期：1856年，达西定律，标志可进行地下水渗流的定量计算—— 奠定了水文地质学的基础；
信息，可以重塑历史时期及地质历史时期的气候变化，是全球变化的新方向。
1.2 研究内容
研究地下水的形成、演化、分布及运移规律，掌握地下水水量和水质的时空变化特征；研究地下水在自然状态及人工干扰下对周围环境的影响及其变化趋势，并运用所发现的规律合理调控地下水，达到兴利除害，为人类服务的目的。
普查勘探水文地质学
专门水文地质学
水文地质学基础
地水下文水地动球力化学学
区域水文地质学
物
钻
制
遥
同
农
探
探
图
感
位
业
水文地质
水文地质
水文地质
水文地质
素水文地质
水文地质
学
学
学
学
学
学
城市水文地质学
矿区水文地质学
水资源水文地质学
➢ 利用地下水水位、水温、水化学、气体等的变化或异常，可以预测地震；
➢ 地下水及其沉淀物的化学组分（常量组分、微量组分、痕量组分、同位素组分、气体组分、现代元素等），能够提供不同时空尺度的环境信息，重塑一个地区的水文地质历史；
➢ 水文地球化学找矿； ➢ 利用同位素和现代元素对地下水及其沉淀物测年并提取气候
第1章绪言(Preface)

水文地质学基础(2024)

水文地质学基础
2024/1/29
1
2024/1/29
CONTENTS
• 水文地质学概述 • 地下水基本知识 • 岩土体水理性质 • 地下水动态与均衡 • 水文地质调查与评价方法 • 水资源开发与保护策略
2
2024/1/29
01
水文地质学概述
3
定义与发展历程
定义
水文地质学是研究地下水分布、运动、形成、性质以及与周围环境相互关系的科学。
运动
地下水的运动遵循达西定律，受水力梯度控制，由高水位向低水位流动。
排泄
地下水的排泄方式主要有泉排泄、向河流泄流、蒸发排泄和人工排泄等。
2024/1/29
10
2024/1/29
03
岩土体水理性质
11
岩土体渗透性
2024/1/29
渗透系数
表示岩土体渗透性能的重要指标，反映流体通过岩土体的难易程度。
20
水文地质试验与观测技术
抽水试验
通过抽水设备从地下含水层中抽取一定量的水，观测水位、水量、水质等参数的变化，评价含水层的富水性和渗透性。
注水试验
向地下注水以观测水位、水量等参数的变化，了解地下水的运动规律和补给来源。
长期观测
对地下水水位、水质、水温等参数进行长期连续的观测，掌握地下水动态变化规律。
分析水文地质条件。
水文地质物探
2024/1/29
借助地球物理勘探方法，探测地下水的分布、埋藏条件以及含水层的空间
结构。
水文地质钻探
利用钻探设备在地下不同深度获取岩心、水样等实物资料，揭示地下水的赋存状态和运动特征。
水文地质化探
通过采集地下水、地表水等样品进行化学分析，了解水化学特征及其与地质环境的关系。

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地下水开采利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重

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地下水开采利用产生的环境问题：上海地面沉降
城市防洪设施标准降低，外滩防洪挡水墙越筑越高

疗养院、天然矿泉水厂等—寻找特殊功能的水资源 ※开发提取一定的能量（热能，冷能）
地下水的露头──泉，往往具有冬暖夏凉的特点，地球浅层是常温带─保温作用，起到“冬灌夏用，夏灌冬用” 地球是个天然热库──可以供热，供取暖等用处
地下水是影响生态与环境的重要因素之一 ※地下水的变化往往会打破原有的生态平衡，使环境发生变化
※中国的大气降水与水资源分带 ※中国的人口密度与分省人均淡水资源
我国是世界上最缺水的13个国家之一人均水资源占有量仅为世界平均值的1/4
中国的大气降水
❖
50
3000 2000 1600 1200 800 600 400 200
400 200
800 1200
Fundamentals of Hydrogeology
主讲教师：高佩玲
教材：《水文地质学基础》-张人权等编著，地质出版社，2011版
参考资料：
1.《普通水文地质学》，潘宏雨等，地质出版社， 2010。 2.各种版本的《水文地质手册》、教材等。
总学时数：
32学时，9-16周
成绩：
平时考勤20%、期末考试80%。
地下水——赋存于地面以下岩石空隙中的水。 ※ 地下水是水资源组成部分
※ 其主要功能为：
1、地下水是一种宝贵的资源 2、地下水是极其重要的生态环境因子 3、地下水是一种很活跃的地质营力 4、地下水是地球内部地质演变的信息载体
a) 供水水源—— 优点：分布广泛，水质良好、不易污染，变化稳定，便于利用。水是人们赖以生存的不可缺少的宝贵资源，作为水资源重要组成的地下水，由于其水质良好、分布广泛、变化稳定、便于利用而成为理想的供水水源，有时为唯一的供水水源。地球含有地下热能资源，热水、热蒸汽为载热流体。
水文地质学重点论述水文地质学的基本原理和分析方法，是勘查技术
与工程专业的一门专业选修课程。该课程从地下水的基本概念、赋存、运动、化学特征，补给与排泄、动态与均衡、地下水资源、地下水与环境、水文地质研究方法等内容，论述了与水文地质学的基本理论、方法及其应用。培养学生在从事资源勘查、岩土工程、环境工程等工作中认识地下水作用，分析、解决与地下水相关的技术与工程问题的能力。
981 2544
1113 2048
3452 3603
5451
4090 2480
2981
5306
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概念：水文地质学──简言之，研究地下水的科学。它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务。
大气层
—大气水大气圈
生物体内
—生物水生物圈
地壳浅部（十几km，主要1～2km） —地下水岩石圈
矿物结晶格架
—地下水岩石圈
岩浆源
—地下水岩石圈
地幔带
—地下水所构成的具有一定水
力联系的统一的含水整体，即地下水圈。
※水——自然界存在，自然属性 ◦ 不断循环运动 ◦ 良好的溶剂，重要的载体 ◦ 水具有能量 ※水——人类生存、社会经济发展不可或缺，社会属性 ◦ 生命之源，是地球系统的“血液” ◦ 旱灾、水灾、水污染，对人类发展不协调 ◦ 水资源可再生，但，水资源有价值（价值规律） ◦ 水资源管理不当，成为社会不稳定因素之一
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我国各省人均淡水资源
2091
1501
5139
889 2198
12668
181237
人均淡水资源M3
2278
全国平均值
1139
全国平均值的一半
570
全国平均值的四分之一

339
187
460
386
1107 1250 445
414
3029
2010 2878
大气水
0.000129
0.0009
0.000129
0.04
生物水
0.000011 0.00001 0.000011
0.003
总储量
13.8598
100
0.3503
100

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淡水 2.5%
咸水
河湖水
冰冻\积雪
地下水
水存在于：
江、河、湖、海、渠、库、塘等洼地—地表水水圈
0.1 地球上的水与水资源：量的概念
❖ 地球上的水及所占比例淡水占全球水量的2.528%
水体种类
亿 km3
%
淡水亿 km3
%
海洋水
13.38
96.54
0
0
地表水
0.2425
1.75
0.2417
69.0
地下水
0.2370
1.71
0.1083
30.92
土壤水
0.00016
0.001
0.000165
0.05
我国西北缺水剪影
60%
地下水灌溉面积其它灌溉面积
全国60%的耕地全部或部分使用地下水灌溉
全国95％以上的农村饮用地下水
95%
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农村饮用地下水饮用其它水
b) 液体矿产 ※地下水含盐类或稀有元素高，开发提炼具有工业开采价值
如四川自贡，三叠纪岩层中的卤水，每升达300g之多 ※医疗或健身功能的矿泉水
课程总体要求为：学生应具备较强的自主学习能力，需要主动探索和
独立思考，要善于抓住水文地质问题的背景和本质；善于对水文地质现象和过程进行合理解释；能用准确、简明、规范的水文地质专业语言进行表达；能深入理解水文地质学的基本概念和基本原理，掌握用水文地质学知识解决实际问题的方法与手段。
0.1 地球上的水与水资源 0.2 地下水的功能（作用） 0.3 水文地质学的发展 0.4 水文学与水文地质学 0.5《水文地质学基础》课程内容
──即可以有益，也可以是有害的 ※有害的例子：农业用水不当的次生盐渍化，河西走廓的民勤
县绿洲变沙漠，过量开采地下水——地面沉降（上海、天津、西安）、海水入侵、地面塌陷、地下水污染等 ※地下水与其周围的环境，人、水、热、动是个相互依存的有着内在联系的生物生存链，打破一个环节就会引起或正或负的反馈（报复）