水文地質(zhì)學(xué)全冊(cè)配套完整課件1水文地質(zhì)學(xué)2014.9教材與參考書(shū)水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)（工程地質(zhì)專(zhuān)業(yè)）崔可銳、錢(qián)家忠編水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)王大純等地質(zhì)出版社地下水動(dòng)力學(xué)陳崇希等中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社水文地球化學(xué)沈照理地質(zhì)出版社專(zhuān)門(mén)水文地質(zhì)學(xué)房佩賢地質(zhì)出版社地下水流數(shù)值模擬陳崇希地質(zhì)出版社水文地質(zhì)手冊(cè)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)戚筠俊中國(guó)水利水電出版社工程滲流力學(xué)及應(yīng)用苑蓮菊等中國(guó)建材工業(yè)出版社教材及參考書(shū)目教學(xué)目的《水文地質(zhì)學(xué)》是巖土工程、勘察技術(shù)、資源勘察、土木工程和建筑工程（巖土工程方向）等與地下水有關(guān)的專(zhuān)業(yè)必修課；通過(guò)課程學(xué)習(xí)，能夠使大家系統(tǒng)地掌握水文地質(zhì)學(xué)的基本知識(shí)和地下水的形成、分布、運(yùn)移的基本理論；初步掌握運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，對(duì)與地下水有關(guān)的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行分析的基本方法和技能。

課程安排：講課32學(xué)時(shí)

先修課程：數(shù)學(xué)、化學(xué)等數(shù)理基礎(chǔ)課程，以及地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、第四紀(jì)地質(zhì)、水力學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等考試方式：閉卷考試（80%）+平時(shí)成績(jī)（20%）水文地質(zhì)與工程地質(zhì)關(guān)系？供水工程新疆吐魯番坎兒井中國(guó)漢代鑿龍首渠自貢鹽井浙江余姚河姆渡古文化向家壩電站壩頂高程線大峽谷溫泉向家壩水電站地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用工程抗旱工程隧道等地下工程涌突水2008-6-17，連天暴雨后，重慶市內(nèi)環(huán)高速上界立交高管處外，一片汪洋。高速路除防護(hù)欄等在水面上畫(huà)出一條條優(yōu)美弧線外，數(shù)百米長(zhǎng)的一段路已藏身水底。過(guò)往車(chē)輛在“湖”兩端排出兩道長(zhǎng)線。大量的地下水冒出地面涌入真武山隧道中，沖出兩米多高基坑開(kāi)挖中的地下水地下水開(kāi)發(fā)引起的環(huán)境問(wèn)題70年代以來(lái)，由于城市的迅速發(fā)展，城市供水量的日益增加，因過(guò)量開(kāi)采地下水產(chǎn)生的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題(或負(fù)環(huán)境效應(yīng)、或地質(zhì)災(zāi)害)，如水量枯竭(表現(xiàn)為地下水位持續(xù)下降、大泉流量日減等)，地面變形(如地面沉降、巖溶塌陷、地裂縫等)、水質(zhì)惡化(如海水入侵等)以及生態(tài)環(huán)境惡化等，引起人們廣泛的重視，促進(jìn)了水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展，成為環(huán)境水文地質(zhì)工作中的重要內(nèi)容。

沼澤化與鹽漬化1975-19801980-19951995-2000肅寧滄州黃驊19721972-19759.2148.6669.9990.4195.69滄州市深層水位降落漏斗

地裂縫地下水動(dòng)力學(xué)課程組

地面沉降在我國(guó)無(wú)論是在北方還是在南方，對(duì)巖溶塌陷都進(jìn)行了深入的研究，對(duì)巖溶塌陷的類(lèi)型、特征、形成條件與形成機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和總結(jié)，提出了具體的防治措施，個(gè)別研究者還對(duì)巖溶塌陷的預(yù)測(cè)進(jìn)行了嘗試性研究。

巖溶塌陷海水入侵沿海地區(qū)海水入侵問(wèn)題，在遼寧的大連、山東的萊州、龍口、煙臺(tái)和青島以及廣西的北海等地開(kāi)展了詳細(xì)的勘查研究。在治理對(duì)策方面，提出了調(diào)整開(kāi)采量、人工回灌、設(shè)置隔水帷幕等措施，除了調(diào)整濱海含水層地下水的開(kāi)采量外，其它治理措施在國(guó)內(nèi)付諸實(shí)踐的并不多見(jiàn)。

天津市地面沉降水文地質(zhì)與工程地質(zhì)密不可分！水文地質(zhì)學(xué)（hydrogeology）主要研究地下水的分布、運(yùn)動(dòng)和形成規(guī)律，地下水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分，地下水資源評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)及其合理利用，地下水對(duì)工程建設(shè)和礦山開(kāi)采的不利影響及其防治等。隨著科學(xué)的發(fā)展和生產(chǎn)建設(shè)的需要，水文地質(zhì)學(xué)又分為區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)、地下水動(dòng)力學(xué)、水文地球化學(xué)、供水水文地質(zhì)學(xué)、礦床水文地質(zhì)學(xué)、土壤改良水文地質(zhì)學(xué)等分支學(xué)科。近年來(lái)，水文地質(zhì)學(xué)與地?zé)?、地震、環(huán)境地質(zhì)等方面的研究相互滲透，又形成了若干新領(lǐng)域，如環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)、地下水資源管理、同位素水文地質(zhì)學(xué)等。學(xué)科簡(jiǎn)介緒言教學(xué)目的：（1）掌握水文地質(zhì)學(xué)的研究對(duì)象、內(nèi)容；（2）掌握地下水的作用；（3）了解水文地質(zhì)學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀（4）了解水文地質(zhì)與工程地質(zhì)的關(guān)系水文地質(zhì)學(xué)的概念水文地質(zhì)學(xué)的研究?jī)?nèi)容水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展與展望水文地質(zhì)學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)水文地質(zhì)學(xué)的概念

——Hydrogeoloy水文學(xué)+地質(zhì)科學(xué)水文學(xué)(hydrology)是地球物理學(xué)和自然地理學(xué)的分支學(xué)科。研究存在于大氣層中、地球表面和地殼內(nèi)部各種形態(tài)水在水量和水質(zhì)上的運(yùn)動(dòng)、變化、分布，以及與環(huán)境及人類(lèi)活動(dòng)之間相互的聯(lián)系和作用地質(zhì)學(xué)(geology)：地質(zhì)學(xué)是對(duì)地球的起源、歷史和結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的學(xué)科。主要研究地球的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造、外部特征、各圈層間的相互作用和演變歷史。在現(xiàn)階段，由于觀察、研究條件的限制，主要以巖石圈為研究對(duì)象，并涉及水圈、大氣圈、生物圈。水汽輸送蒸發(fā)

降水蒸發(fā)降水植物蒸騰湖地表徑流地下徑流海洋下滲水文學(xué)研究?jī)?nèi)容

研究存在于大氣層中、地球表面和地殼內(nèi)部各種形態(tài)水在水量和水質(zhì)上的運(yùn)動(dòng)、變化、分布，以及與環(huán)境及人類(lèi)活動(dòng)之間相互的聯(lián)系和作用地質(zhì)學(xué)研究?jī)?nèi)容主要研究地球的物質(zhì)組成、內(nèi)部構(gòu)造、外部特征、各圈層間的相互作用和演變歷史。水文地質(zhì)學(xué)的概念地下水：埋藏和運(yùn)動(dòng)于地表以下不同深度的土層和巖石空隙中的水（地表以下約10Km范圍）。地下水的功能主要包括：資源、生態(tài)環(huán)境因子、災(zāi)害因子、地質(zhì)營(yíng)力與信息載體。水是人類(lèi)賴(lài)以生存的寶貴資源生活用水農(nóng)業(yè)用水工業(yè)用水環(huán)境用水水是生態(tài)環(huán)境的敏感因子水是生命的源泉水是農(nóng)業(yè)的命脈水是工業(yè)的血液水的開(kāi)發(fā)利用給人類(lèi)帶來(lái)的危害土壤次生鹽漬化、荒漠化、沙漠化、地面沉降、海水入侵、水質(zhì)惡化等地下水是一種寶貴資源地下水是一種很活躍的地質(zhì)營(yíng)力傳遞應(yīng)力水庫(kù)誘發(fā)地震等通過(guò)觀測(cè)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)地震地下水的作用會(huì)加劇地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，如滑坡地下水是一種很活躍的地質(zhì)營(yíng)力

——地殼內(nèi)能量、熱量及化學(xué)組分的傳輸者地下水是地球內(nèi)部地質(zhì)演變的信息載體

由于是應(yīng)力傳遞者，同時(shí)又在流動(dòng)——

地球是個(gè)天然熱庫(kù)——在地質(zhì)循環(huán)和水文循環(huán)中傳輸?shù)貧?nèi)部的能（熱）量的傳輸者，地下水水位、水量、水溫、水化學(xué)等的變化或異?？梢蕴峁┞癫卦诘叵碌脑S多信息

強(qiáng)的溶劑：在地質(zhì)循環(huán)和水文循環(huán)中化學(xué)組分

溶解，傳遞到適宜的部位沉淀（沉積）：

這一結(jié)果（和信息）可以指導(dǎo)找礦、找油，或研究地震和地質(zhì)演變水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史四個(gè)時(shí)期：1856年以前的萌芽時(shí)期，1856年至20世紀(jì)中葉的奠基時(shí)期，20世紀(jì)中葉至今的發(fā)展時(shí)期，21世紀(jì)的轉(zhuǎn)變時(shí)期。萌芽時(shí)期：由逐水而居到鑿井取水——大轉(zhuǎn)折奠基時(shí)期：1856年，達(dá)西定律出現(xiàn)，標(biāo)志可進(jìn)行地下水滲流的定量計(jì)算（奠定了水文地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)）發(fā)展階段：二次世界大戰(zhàn)后，科學(xué)技術(shù)推動(dòng)生產(chǎn)迅猛發(fā)展及人口急劇增長(zhǎng)泰斯非穩(wěn)定流理論提出，對(duì)地下水資源量的認(rèn)識(shí)—革命計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在地下水模擬、規(guī)劃管理等推進(jìn)轉(zhuǎn)變時(shí)期：核心內(nèi)容的轉(zhuǎn)變，可持續(xù)發(fā)展觀的提出水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展正向“地下水科學(xué)”的轉(zhuǎn)變——坎兒井發(fā)展趨勢(shì)

人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用地下水的歷史

我國(guó)最古老的水井－浙江余姚河姆渡水井，C－14測(cè)定，修建于公元前3710年左右。古波斯時(shí)期德黑蘭附近的坎兒井。約公元前250年四川采地下鹵水開(kāi)鑿的自流井。世界鑿井歷史上第一口超深井是我國(guó)自貢燊海井。自貢燊海井自貢燊海井坐落在大安區(qū)阮家壩山下，占地面積3畝，井位海撥341.4米。該井開(kāi)鉆于清代道光十五年（公元1835年），歷時(shí)13年，方始鑿成。井深1001.42米，既產(chǎn)鹵，又產(chǎn)氣。燊海井燊海井井鹽生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)水的來(lái)源萌芽時(shí)期(1856以前)：滲入說(shuō)、凝結(jié)說(shuō)、沉積說(shuō)等。公元前1世紀(jì)，古羅馬建筑師MV波得奧提出滲入說(shuō)，認(rèn)為地下水是雨水和雪水滲入地下形成的。美國(guó)的蘭、戈登，俄國(guó)的安德魯索夫埋藏水(沉積水)的存在。這些水是與沉積物堆積同時(shí)存在于巖石孔隙之中的，粘性土固結(jié)壓密時(shí)也可能將水釋入周?chē)畬又小?/p>

18世紀(jì)德國(guó)水文學(xué)家福利蓋爾反對(duì)滲入說(shuō)，提出了凝結(jié)說(shuō)，認(rèn)為水汽冷凝為液態(tài)水是地下水的主要來(lái)源。后遭反駁而被放棄。1907～1919期間，俄國(guó)的列別捷夫通過(guò)觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)，在新的基礎(chǔ)上恢復(fù)了凝結(jié)說(shuō)。與此同時(shí)，法國(guó)的帕利西、中國(guó)的徐光啟和法國(guó)的馬略特，先后指出了井泉水的來(lái)源，馬略特還提出了含水層與隔水層的概念。

在此期間，人們對(duì)地下水的起源提出了一些新的看法。1902年，奧地利的修斯初生水學(xué)說(shuō)，認(rèn)為地下水來(lái)源于巖漿冷凝時(shí)析出的水。后來(lái)，因?yàn)榈貌坏阶C實(shí)而逐漸被人們冷落。前蘇聯(lián)水文地質(zhì)學(xué)家卡明斯基內(nèi)生說(shuō)，內(nèi)生水主要由巖漿及變質(zhì)(由地球內(nèi)力作用收起巖石改造與變化)起源的水、汽組成。是人們對(duì)地下水起源問(wèn)題認(rèn)識(shí)上的一個(gè)新的突破。奠基時(shí)期(1856-1945)：

我國(guó)的李時(shí)珍在《本草綱目》中按成分進(jìn)行了泉的分類(lèi)［沈照理等，1986］。19世紀(jì)，油田地下水的研究積累了大量水化學(xué)資料。1930年，前蘇聯(lián)的伊利茵(B．C．Hxbuu)提出了蘇聯(lián)潛水化學(xué)分帶規(guī)律。隨后，前蘇聯(lián)學(xué)者伊格納托維奇提出了自流盆地的水化學(xué)分帶。本世紀(jì)中葉，前蘇聯(lián)學(xué)者奧弗琴尼科夫建立了水文地質(zhì)學(xué)的一個(gè)新分支——水文地球化學(xué)。

1912年，德國(guó)人凱爾哈克(K，Keilhaek)進(jìn)行了地下水和泉的分類(lèi)，總結(jié)了地下水的埋藏條件和排泄條件。本世紀(jì)20年代至30年代，美國(guó)人邁因策爾(O．E．Meinzer)對(duì)美國(guó)地下水作了總結(jié)性描述，并對(duì)一系列水文地質(zhì)概念和術(shù)浯進(jìn)行了探討。他還在1923年對(duì)于1915年提出的安全抽水量重新下了定義[柴崎達(dá)雄，1988]，在實(shí)質(zhì)上提出了地下水資源的概念。由此可見(jiàn)，大致在20世紀(jì)中葉，有關(guān)地下水賦存、運(yùn)動(dòng)、補(bǔ)給、排泄．起源、水化學(xué)以及水量評(píng)價(jià)等方面，已有了一套比較完整的理論與研究方法，水文地質(zhì)學(xué)已經(jīng)確立為一門(mén)成熟的學(xué)科了。1856年法國(guó)水力工程師達(dá)西達(dá)西定律。達(dá)西定律提供了地下水定量計(jì)算的依據(jù)，奠定了作為學(xué)科分支的水文地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)。

1863年法國(guó)人裘布依地下水穩(wěn)定井流公式。

886年奧地利的福希海默繪制了地下水流網(wǎng)。

1935年美國(guó)人泰斯地下水非穩(wěn)定井流方程——泰斯公式。使地下水定量計(jì)-算向?qū)嵱梅较蛲七M(jìn)廠一大步。實(shí)際上早在1925年，在奧地利土力學(xué)家太沙基(K．Texzaghi，1883—1963)所提出的土的一維固結(jié)理淪中已經(jīng)蘊(yùn)含了地下水非穩(wěn)定流的解法，但因“隔行如隔山”，11年后水文地質(zhì)學(xué)家另行獨(dú)立地提出地下水非穩(wěn)定流方程。

越流水文地質(zhì)模擬技術(shù)。發(fā)展時(shí)期(1946-1999)：轉(zhuǎn)變時(shí)期(2000至今)：

核心課題、視野、目標(biāo)、內(nèi)容、思路多學(xué)科交叉滲透、服務(wù)方式。

我國(guó)水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展歷史，可劃分為四個(gè)階段：①萌芽階段（20世紀(jì)前）；②初始階段（1900－1950年），開(kāi)始應(yīng)用地質(zhì)學(xué)的基本理論研究地下水；③奠基階段（1950－1970年），主要有前蘇聯(lián)學(xué)術(shù)思想影響下，奠定水文地質(zhì)的理論基礎(chǔ)，是區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)與農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)學(xué)的開(kāi)創(chuàng)時(shí)期；④成長(zhǎng)時(shí)期（1970－2000年），是水資源水文地質(zhì)學(xué)與環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展時(shí)期，主要受西方科學(xué)技術(shù)思想影響，如系統(tǒng)論、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)等新理論、新技術(shù)的輸入，使我國(guó)的傳統(tǒng)水文地質(zhì)學(xué)，發(fā)展到一個(gè)以研究水資源與環(huán)境問(wèn)題為重點(diǎn)的現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)。

五十年來(lái)我國(guó)水文地質(zhì)學(xué)的演變與發(fā)展

A、50年代―區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)的開(kāi)創(chuàng)時(shí)期

B、60年代―農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)學(xué)的開(kāi)創(chuàng)時(shí)期

C、70年代―環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)的開(kāi)創(chuàng)時(shí)期

D、80年代―水資源水文地質(zhì)學(xué)的開(kāi)創(chuàng)時(shí)期

E、90年代―信息水文地質(zhì)學(xué)的開(kāi)創(chuàng)時(shí)期地下水系統(tǒng)理論的提出

環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)的誕生

基于3S技術(shù)的地下水科學(xué)

地下水污染的控制與處理的發(fā)展

深部水文地質(zhì)學(xué)的誕生20世紀(jì)水文地質(zhì)學(xué)重要研究領(lǐng)域多相流理論研究

地下水模型的非確定性研究

含水層污染控制與恢復(fù)治理

點(diǎn)源污染場(chǎng)地地下水污染的研究

3S技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用地下水資源的可持續(xù)利用全球環(huán)境變化及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地下水的影響21世紀(jì)水文地質(zhì)科學(xué)展望天然狀態(tài)下的地下水轉(zhuǎn)向人類(lèi)活動(dòng)影響下的地下水；飽水帶的含水層轉(zhuǎn)向包氣帶及隔水層；表層地下水轉(zhuǎn)向深層地下水。發(fā)展趨勢(shì)：地下水的利用——坎兒井，近3000年歷史地下水的形成和分布與地質(zhì)環(huán)境有密切聯(lián)系。水文地質(zhì)學(xué)以地質(zhì)學(xué)為基礎(chǔ)，同時(shí)又與巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地史學(xué)、地貌學(xué)、第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)等學(xué)科關(guān)系密切。工程地質(zhì)學(xué)是與水文地質(zhì)學(xué)是同時(shí)相應(yīng)發(fā)展起來(lái)的，因此兩者有不少內(nèi)容相互交叉。地下水積極參與水文循環(huán)，一個(gè)地區(qū)水循環(huán)的強(qiáng)度與頻率，往往決定著地下水的補(bǔ)給狀況。因此，水文地質(zhì)學(xué)與水文學(xué)、氣象學(xué)、氣候?qū)W有密切關(guān)系，水文學(xué)的許多方法也可應(yīng)用于水文地質(zhì)學(xué)。地下水運(yùn)動(dòng)的研究，是以水力學(xué)、流體力學(xué)理論為基礎(chǔ)的，并應(yīng)用各種數(shù)學(xué)方法和計(jì)算技術(shù)。水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)水文地球化學(xué)地下水動(dòng)力學(xué)專(zhuān)門(mén)水文地質(zhì)學(xué)工程水文地質(zhì)專(zhuān)題相關(guān)學(xué)科：水文學(xué)、水力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)等。水文地質(zhì)學(xué)科分類(lèi)水文地質(zhì)學(xué)的研究?jī)?nèi)容

水文地質(zhì)學(xué)是從尋找和利用地下水源開(kāi)始發(fā)展的，圍繞實(shí)際應(yīng)用，逐漸開(kāi)展了理論研究。目前已形成了一系列分支。

地下水動(dòng)力學(xué)是研究地下水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，探討地下水量、水質(zhì)和溫度傳輸?shù)挠?jì)算方法，進(jìn)行水文地質(zhì)定量模擬。這是水文地質(zhì)學(xué)的重要基礎(chǔ)。

水文地球化學(xué)是水文地質(zhì)學(xué)的另一個(gè)重要基礎(chǔ)。研究各種元素在地下水中的遷移和富集規(guī)律，利用這些規(guī)律探討地下水的形成和起源、地下水污染形成的機(jī)制和污染物在地下水中的遷移和變化、地下水與礦產(chǎn)形成和分布的關(guān)系，尋找金屬礦床、放射性礦床、石油和天然氣，研究礦水的形成和分布等。供水水文地質(zhì)學(xué)是為了確定供水水源而尋找地下水，通過(guò)勘察，查明含水層的分布規(guī)律、埋藏條件，進(jìn)行水質(zhì)與水量評(píng)價(jià)。合理開(kāi)發(fā)利用并保護(hù)地下水資源，按含水系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)管理。

礦床水文地質(zhì)學(xué)是研究采礦時(shí)地下水涌入礦坑的條件，預(yù)測(cè)礦坑涌水量以及其他與采礦有關(guān)的水文地質(zhì)問(wèn)題。

農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)學(xué)的內(nèi)容主要包括兩方面，一方面為農(nóng)田提供灌溉水源進(jìn)行水文地質(zhì)研究；另一方面為沼澤地和鹽堿地的土壤改良，防治次生土壤鹽堿化等問(wèn)題進(jìn)行水文地質(zhì)論證。地?zé)崾且环N新的能源，如何利用由地下熱水或熱蒸汽攜至地表的地?zé)崮?，用?lái)取暖、溫室栽培或地?zé)岚l(fā)電等，以及地下熱水的形成、分布規(guī)律，以及勘察與開(kāi)發(fā)方法等，是水文地?zé)釋W(xué)的研究?jī)?nèi)容（地源熱泵和地溫空調(diào)）。

區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)是研究地下水區(qū)域性分布和形成規(guī)律，以指導(dǎo)進(jìn)一步水文地質(zhì)勘察研究，為各種目的的經(jīng)濟(jì)區(qū)劃提供水文地質(zhì)依據(jù)。

古水文地質(zhì)學(xué)是研究地質(zhì)歷史時(shí)期地下水的形成、埋藏分布、循環(huán)和化學(xué)成分的變化等。據(jù)此，可以分析古代地下水的起源與形成機(jī)制，闡明與地下水有關(guān)的各種礦產(chǎn)的形成、保存與破壞條件。新技術(shù)新方法環(huán)境同位素應(yīng)用(一)地下水年齡測(cè)定(二)研究地下水的起源和形成(三)示蹤研究地下水運(yùn)動(dòng)及水文地質(zhì)過(guò)程的機(jī)理(四)測(cè)定水文地質(zhì)參數(shù)

環(huán)境遙感技術(shù)在水文地質(zhì)中的應(yīng)用地下水?dāng)?shù)值模擬地下水運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬地下水中污染物運(yùn)移模擬地下水地球化學(xué)模擬一、MODFLOW

(modularthree-dimensionalfinite-differenceground-waterflowmodel)

二、VisualMODFLOW三、VisualGroundwater四、FEFLOW

(finiteelementsubsurfaceflowsystem)

水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)“當(dāng)代水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展趨勢(shì)與對(duì)策”《水文地質(zhì)工程地質(zhì)》2005.第1期，51-56，張人權(quán)等核心課題轉(zhuǎn)移：找水水文地質(zhì)學(xué)→資源…→生態(tài)環(huán)境…視野擴(kuò)展：含水層→地下水系統(tǒng)→水文-生態(tài)環(huán)境→技術(shù)-社會(huì)系統(tǒng)。目標(biāo)改變：由當(dāng)前的問(wèn)題轉(zhuǎn)向長(zhǎng)期的可持續(xù)發(fā)展…內(nèi)容擴(kuò)展：從地下水的水量為主，轉(zhuǎn)向水量與水質(zhì)的研究并重；從狹義地下水，擴(kuò)大到廣義地下水,乃至地下水圈…思路的改變：從成生角度，加強(qiáng)過(guò)程與機(jī)理研究…多學(xué)科交叉滲透成為主流：地下水科學(xué)與其它自然科學(xué)以及社會(huì)科學(xué)交叉滲透，以多學(xué)科方式研究與處理問(wèn)題服務(wù)方式轉(zhuǎn)變：…方式發(fā)生了很大改變，如何使水文地質(zhì)工作成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，成為一個(gè)急需解決的重大課題水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展與趨勢(shì)——任務(wù)目前任務(wù)：§正確地預(yù)測(cè)在人類(lèi)活動(dòng)干預(yù)下地下水的變化§正確地評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)、管理與保護(hù)地下水資源§保護(hù)與地下水有關(guān)的生態(tài)環(huán)境，成為當(dāng)務(wù)之急§正確地預(yù)測(cè)礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)的地下水問(wèn)題，避免地下水害§。。。預(yù)測(cè)地下水的污染與保護(hù)措施調(diào)用純凈水應(yīng)急2005.11.26日污染高峰過(guò)哈爾濱城市全城380余井，成為城市供水主源，城市應(yīng)急系統(tǒng)啟動(dòng)并緊急打井（開(kāi)采地下水）

2005年11月吉林中石化爆炸，100余噸硝基笨進(jìn)入松花江，導(dǎo)致哈爾濱城市供水系統(tǒng)癱瘓4天，11月27日恢復(fù)供水,市700余萬(wàn)人經(jīng)歷了用水危機(jī)。2007年初夏江蘇無(wú)錫太湖的水環(huán)境問(wèn)題

2007年5月底～6月,無(wú)錫太湖藍(lán)藻暴發(fā),造成水源地水體污染，市民生活用水受到嚴(yán)重影響.政府啟動(dòng)了緊急事件應(yīng)對(duì)措施,太湖事件進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)水環(huán)境保護(hù)與水資源危機(jī)”意識(shí)”的認(rèn)識(shí)。防范煤礦特大突水事故—2005年事故特點(diǎn)

2005年，死亡10人以上事故13起，總?cè)藬?shù)357人同期上升160%、233.6%；占總特大事故20.5%鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦水害事故多，84.6%老空水是水害的主要水源

老空透水—69.2%底板透水—15.4%巖溶突水—15.4%水文地質(zhì)學(xué)*

西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院2014.9——地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)第一章自然界的水循環(huán)與水均衡

Hydrologic-cycle本章主要內(nèi)容：1.1自然界的水循環(huán)

1.2自然界的水均衡1.3我國(guó)的水循環(huán)概況1.1自然界的水循環(huán)

自然界中水的分布

地球上的水以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)形式分布于大氣圈、地球表面和地殼中，分別稱(chēng)為大氣水、地表水和地下水。這些水組成地球的水圈。絕大部分的水分布于海洋中，占96.5％，只有3.499％的水分布于陸地上。地球上淺部層圈水的分布

水體體積(km3)%大氣水129000.001地表水海洋133800000096.5冰川和永久積雪240641001.74湖泊1764000.013沼澤114700.0008河流21200.0002地下水包氣帶水165000.001飽和帶水234000001.7永久凍土帶固態(tài)水3000000.022合計(jì)1385983490100水文循環(huán)及地質(zhì)循環(huán)自然界的水循環(huán)包括：地質(zhì)循環(huán)：水參與沉積、變質(zhì)與巖漿作用過(guò)程，地殼淺表的水與地殼深部乃至地慢的水發(fā)生交換，循環(huán)途徑長(zhǎng)，循環(huán)速度緩慢。此類(lèi)水循環(huán)是在地質(zhì)歷史進(jìn)程中進(jìn)行的。水文循環(huán)：發(fā)生于大氣、水、地表水與地殼淺部地下水之間，循環(huán)速度相對(duì)迅速。水文循環(huán)的動(dòng)力：太陽(yáng)熱能和重力的作用循環(huán)過(guò)程：海洋中的水分蒸發(fā)成為水汽，進(jìn)人大氣圈；水汽隨氣流運(yùn)移至陸地上空，在適宜的條件下，重新凝結(jié)下降。降落的水分，一部分沿地面匯集于低處，成為河流、湖泊等地表水；另一部分滲入土壤、巖石，成為地下水。地球上各部位、各層圈都存在著水各部位的水是相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的整體也稱(chēng)為水圈──水系統(tǒng)水文循環(huán)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律海洋的蒸發(fā)量大于降水量陸地的降水量大于蒸發(fā)量大陸輸入水汽量與輸出水量基本平衡水循環(huán)的作用：通過(guò)水循環(huán)水質(zhì)得以?xún)艋?、水量得以更新再生。水資源不斷更新與再生，可以保證在其再生速度水平上的永續(xù)利用——是可持續(xù)發(fā)展的保證。大循環(huán)與小循環(huán)

根據(jù)水循環(huán)的途徑不同，自然界的水循環(huán)可分為大循環(huán)與小循環(huán)。大循環(huán)：發(fā)生于海洋與陸地之間的水循環(huán)，稱(chēng)為大循環(huán)。小循環(huán)：在陸地或海洋表面蒸發(fā)的水分，最終降落回到陸地或海洋表面，這種局部的水循環(huán)，稱(chēng)為小循環(huán)。水汽輸送蒸發(fā)

降水蒸發(fā)降水植物蒸騰湖地表徑流地下徑流海洋下滲水文循環(huán)徑流徑流是水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)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動(dòng)的水流。徑流可分為地表徑流和地下徑流，兩者具有密切聯(lián)系。

水系、流域、分水嶺水系：地表徑流和地下徑流均有按系統(tǒng)分布的特點(diǎn)。匯注于同一干流的全部河流的總體構(gòu)成一個(gè)地表徑流系統(tǒng)，稱(chēng)為水系。流域：一個(gè)水系的全部集水區(qū)域稱(chēng)為該水系的流域。分水嶺：相鄰兩個(gè)流域之間地形最高點(diǎn)的連線即為稱(chēng)分水嶺。山口沉積作用山口沉積作用河口沉積作用流域與封閉流域徑流要素在水文學(xué)中常用流量、徑流總量、徑流深度、徑流模數(shù)和徑流系數(shù)等特征值來(lái)說(shuō)明地表徑流。水文地質(zhì)中也采用相應(yīng)的特征值來(lái)表征地下徑流。各特征值的換算關(guān)系1.2自然界的水均衡1.2.1地下水均衡的概念

應(yīng)用質(zhì)量守恒定律研究水循環(huán)中各要素之間的關(guān)系就是水均衡研究。地下水均衡是研究某個(gè)地區(qū)在某一時(shí)間內(nèi)地下水水量（鹽量、熱量）的補(bǔ)給與消耗之間的數(shù)量關(guān)系。均衡區(qū)：進(jìn)行均衡計(jì)算所選定的地區(qū)。均衡期：進(jìn)行均衡計(jì)算的時(shí)間段。

正均衡；負(fù)均衡1.2.2通用水均衡方程

通用水量平衡方程：區(qū)域—時(shí)間段—要素

I=O+(W1--W2)=O+△W其中，I：時(shí)段內(nèi)輸入?yún)^(qū)域的各種水量之和

O：時(shí)段內(nèi)輸出區(qū)域的各種水量之和△W=W1-W2：區(qū)域內(nèi)時(shí)段始末的儲(chǔ)水量不同區(qū)域、不同研究對(duì)象可以寫(xiě)出具體的水量平衡方程式大循環(huán)的水均衡分析降水

蒸發(fā)

徑流

水汽輸送入滲

蒸發(fā)

降水

水汽輸送收入項(xiàng)（I）：大氣降水量（X）地表水流入量（Y1）地下水流入量（W1）水汽凝結(jié)量（Z1）支出項(xiàng)（O）：地表水流出量（Y2）地下水流出量（W2）蒸發(fā)量（Z2）陸地上某一地區(qū)天然狀態(tài)下的水均衡分析：I=O+(W1--W2)=O+△W△W＝X+（Y1-Y2

）+（W1-W2

）

+（Z1-Z2

）1.2.3我國(guó)水量平衡1.2.4全球水量平衡降水降水強(qiáng)度蒸發(fā)水面蒸發(fā)、陸面蒸發(fā)徑流徑流是指大氣降水落到地表后在重力作用下于地表和地下形成的水流。（1）流量Q

單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)河流某一斷面的水量。單位：（2）徑流總量W

某一時(shí)間段T內(nèi)通過(guò)河流某一斷面的水量。單位：（3）徑流深度Y

某一時(shí)間段內(nèi)徑流總量均勻分布于過(guò)水?dāng)嗝嬉陨系恼麄€(gè)流域面積上所得到的水層厚度。單位：

1.2.5水均衡要素

（4）徑流模數(shù)M

單位流域面積上平均產(chǎn)生的流量。單位：（5）徑流系數(shù)某一時(shí)段內(nèi)的徑流深度與同一時(shí)段內(nèi)的降雨量的比值。1.3我國(guó)的水循環(huán)概況

地理位置：我國(guó)位于世界最大陸地歐亞大陸東緣，南北地跨亞熱帶、溫帶及亞寒帶。西部是世界上最高大的青藏高原，東瀕世界界最大水體太平洋。我國(guó)地區(qū)氣候我國(guó)絕大部分地區(qū)均為季風(fēng)氣候，一年中雨季與旱季分明，降水的時(shí)空分布很有規(guī)律。對(duì)我國(guó)氣候起控制作用的是兩個(gè)高氣壓中心：形成于海洋的夏威夷亞熱帶高壓中心，帶來(lái)暖濕氣流；形成于大陸腹地的蒙古寒帶高壓中心，帶來(lái)干寒氣流。冬季，大陸因太陽(yáng)輻射減少，急劇降溫，空氣冷卻，密度增大，蒙古高壓中心增強(qiáng)；而海洋降溫慢，空氣密度相對(duì)較小，夏威夷高壓減弱；此時(shí)，我國(guó)大部分地區(qū)盛行西北季風(fēng)，寒流所及，天氣干冷晴朗。夏季，太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，陸地增溫強(qiáng)烈，蒙古高壓迅速衰退，海洋溫度相對(duì)較低，夏威夷高壓相對(duì)強(qiáng)盛，我國(guó)大部盛行東南風(fēng)。我國(guó)季風(fēng)氣候類(lèi)型我國(guó)氣溫分布水資源在時(shí)間上分配相當(dāng)不均勻由于季風(fēng)氣候的控制，旱季、雨季分明，降水集中使我國(guó)水資源在的間上分配相當(dāng)不均勻。雨季降水豐沛，是水循環(huán)積極進(jìn)行時(shí)期。降水在空間分布上的不均勻性東南沿海地區(qū)年均降水足均在1500mm以上，最大大可達(dá)2000~3000mm；長(zhǎng)江流域約1200mm；華北地區(qū)一般征600~800mm；而新疆塔里木盆地降水量?jī)H在50mm；有的地方幾乎終年無(wú)雨。我國(guó)降雨量分布大氣圈結(jié)構(gòu)圖水圈結(jié)構(gòu)圖98第二章地下水的賦存99本章內(nèi)容2.1

巖石中的空隙2.2空隙中的水2.3

巖石的水理性質(zhì)2.4

地下水的垂直分布2.5

含水層與隔水層2.6

含水層的類(lèi)型1002.1巖石中的空隙Intersticesinrocks巖石—水文地質(zhì)學(xué)中指堅(jiān)硬巖石及松散的土層?？障丁獛r、土中各種類(lèi)型空洞的總稱(chēng)。

空隙—是地下水的儲(chǔ)存場(chǎng)所（places）和運(yùn)移通道(conduits)?？障犊煞譃椋嚎紫叮╬ore）:松散巖石顆粒間的空隙（第四系地質(zhì)學(xué)）裂隙（fissure）:堅(jiān)硬巖石破裂產(chǎn)生的空隙（構(gòu)造地質(zhì)學(xué)）溶穴（cave）:可溶性巖石被溶蝕后產(chǎn)生的空隙（巖溶地質(zhì)學(xué)）以下以孔隙為例，重點(diǎn)討論描述空隙特征的有關(guān)概念，參數(shù)（指標(biāo)）和分析方法。101松散砂土孔隙

粘土孔隙裂隙溶隙102孔隙溶隙裂隙103巖石中的空隙孔隙性能容納水的性質(zhì)滲透性能讓水通過(guò)的性能VS1042.1.1孔隙（pore，viod）松散巖石顆?；蝾w粒集合體之間的空隙，稱(chēng)為孔隙。土體孔隙的描述內(nèi)容包括：

孔隙的大小、多少、形狀、連通程度與分布規(guī)律松散土體宏觀上可以分為2大類(lèi)：砂性土與粘性土105a—礫石(模型)

b—砂土樣品c—砂礫混合樣品孔隙與粒徑關(guān)系2.1.1孔隙——與粒徑關(guān)系1、砂礫石孔隙大小及其影響因素106與顆粒大小有關(guān)巖石顆粒愈粗，孔隙愈大；顆粒愈細(xì)，孔隙愈小!2.1.1孔隙——與粒徑關(guān)系107砂樣與礫石樣混合時(shí)，礫石樣中孔隙體積變小，因此孔隙度變小。當(dāng)粗細(xì)顆粒完全混合時(shí)，混合樣的孔隙度：n混=n粗×n細(xì)因此影響孔隙度大小的主要因素是試樣的分選程度，分選愈差，孔隙度愈??！2.1.1孔隙——與分選的關(guān)系1082.1.1孔隙——與分選的關(guān)系109顆粒排列——等徑圓球最疏松與最緊密立方體排列四面體排列2.1.1孔隙——與顆粒排列的關(guān)系1102.1.1孔隙——孔腹和孔喉立方體排列與四面體排列——孔腹和孔喉立方體排列的理想等徑園球顆?？紫洞笮〉拿枋觯嚎缀?d)d=0.414D孔腹(d’)d’=0.732D111孔隙大小對(duì)地下水運(yùn)動(dòng)影響很大孔喉(d)與孔腹(d’)孔隙通道最細(xì)小的部分稱(chēng)作孔喉;最寬大的部分稱(chēng)作孔腹孔喉對(duì)水流影響更大，討論孔隙大小可用孔喉直徑進(jìn)行比較。112理想的情況：構(gòu)成松散巖石的顆粒均為等粒圓球立方體排列時(shí)，孔隙度為47.64％四面體排列時(shí)，孔隙度僅為25.95％六方體排列為最松散，四面體排列為最緊密，自然界中松散巖石的孔隙度大多介于此兩者之間。2.1.1孔隙——與顆粒排列的關(guān)系(緊密與疏松)113孔隙度(porosity)及其影響因素（1）孔隙度的概念孔隙度是描述松散巖體中孔隙體積的多少的指標(biāo)巖石中孔隙體積的多少是影響其儲(chǔ)容地下水能力大小的重要因素。A、定義：某一體積巖石（包括顆粒骨架與孔隙在內(nèi)）中孔隙體積所占的比例。通常用n

表示或n—

表示巖石的孔隙度V—

表示包括孔隙在內(nèi)的巖石體積Vn—表示巖石中孔隙的體積114思考：孔隙度的大小與什么有關(guān)？（1）與顆粒大小有關(guān)（2）與排列方式有關(guān)——緊密與疏松（3）與分選程度有關(guān)下面試樣哪個(gè)孔隙度大？哪個(gè)小？

試樣：①礫石②砂石③混合樣

完全混合試樣時(shí)，孔隙度n混=n礫×n砂影響孔隙度大小的主要因素是試樣的分選程度?？紫抖?porosity)及其影響因素115不同顆粒大小的試樣——孔隙度？不同排列的試樣——孔隙度？理想最疏松孔隙為47.64%，最緊密排列孔隙為25.95%。D

dDd立方體排列四面體排列孔隙度(porosity)及其影響因素116（4）與顆粒形狀有關(guān)（5）與膠結(jié)充填程度有關(guān)組成巖石的顆粒形狀愈不規(guī)則，棱角愈明顯，通常排列就愈松散，孔隙度也愈大。膠結(jié)充填程度愈差，孔隙愈大。117自然界中主要松散巖石孔隙的參考數(shù)值118粘性土的孔隙與孔隙度粘土顆粒（指直徑<0.005mm的顆粒）；粘性土顆粒細(xì)小，比表面積大，連結(jié)力強(qiáng)；顆粒表面帶電，粘粒在懸浮、推移、互相接觸時(shí)，易連結(jié)起來(lái)形成粘粒團(tuán)，細(xì)小粘粒集合（團(tuán)）構(gòu)成顆粒集合體。顆粒集合體在重力作用下沉積下來(lái)，形成峰窩或絮狀結(jié)構(gòu)。粘土孔隙

結(jié)構(gòu)孔隙—集合體與集合體、粘粒與粘粒之間的空隙;如同海綿、峰窩，或呈絮狀結(jié)構(gòu)。

次生孔隙—蟲(chóng)孔、根系孔、干裂縫等。119粘性土的結(jié)構(gòu)，不同比例電鏡掃描片120影響孔隙度大小的因素主要有：顆粒排列方式分選程度膠結(jié)充填程度結(jié)構(gòu)及次生孔隙分選愈好，排列愈疏松，膠結(jié)充填程度愈差，孔隙度愈大；反之愈??；粘性土的孔隙度還取決于其結(jié)構(gòu)及次生孔隙。小結(jié)：121概念

固結(jié)的堅(jiān)硬巖石中，一般僅殘存很小部分孔隙，而主要發(fā)育各種內(nèi)、外力作用下產(chǎn)生的裂縫（縫隙）。按成因分為：風(fēng)化（卸荷）裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙裂隙的空間形態(tài)：兩向延伸長(zhǎng)、橫向伸短的“餅狀”從水的賦存與運(yùn)移角度，裂隙描述內(nèi)容包括：1)連通性（裂隙的組數(shù)、產(chǎn)狀、長(zhǎng)度和密度）2)張開(kāi)性（裂隙寬度）3)裂隙率等(體積裂隙率Kr、面裂隙率Ka、線裂隙率Kl）2.1.2裂隙(fissure，fracture)122花崗巖風(fēng)化裂隙123124砂巖巖芯中的空隙125在裂隙的基礎(chǔ)上，水流對(duì)可溶巖進(jìn)一步作用的結(jié)果——是擴(kuò)大了的裂隙溶穴：可溶巖在地下水溶蝕作用下產(chǎn)生的空隙。

溶孔、溶隙、溶穴、溶洞等對(duì)可溶巖要描述巖溶發(fā)育特征（裂隙+溶洞）1）巖溶發(fā)育方向2）巖溶率--表示巖溶發(fā)育程度3）溶洞（方向、規(guī)模等）2.1.3溶穴(solutioncavity)cavern126含水介質(zhì)——由空隙所構(gòu)成的巖石稱(chēng)為含水介質(zhì)。含水介質(zhì)有三種：孔隙介質(zhì)、裂隙介質(zhì)、溶穴介質(zhì)。介質(zhì)的比較連通性—孔隙介質(zhì)最好，其它較差空間分布—孔隙介質(zhì)分布最均勻，裂隙不均勻，溶穴極不均勻；孔隙大小均勻，裂隙大小懸殊，溶穴極懸殊空隙率—孔隙介質(zhì)最大，裂隙最小滲透性—孔隙介質(zhì)屬各向同性，裂隙與溶穴為各向異性造成空隙介質(zhì)差異的主要原因：

沉積物形成和空隙形成的地質(zhì)環(huán)境差異?？障短卣鞯谋容^127128思考題：（1）什么叫孔隙度？孔隙度大與孔隙大有區(qū)別嗎？（2）粘性土孔隙度大——是含水層嗎？129空隙特征的比較含水介質(zhì)——由各類(lèi)空隙所構(gòu)成的巖石稱(chēng)為含水介質(zhì)（孔隙含水介質(zhì)、裂隙含水介質(zhì)、溶質(zhì)含水介質(zhì)），也稱(chēng)為介質(zhì)場(chǎng)。含水介質(zhì)的空間分布與連通特征不同，三種主要類(lèi)型的含水介質(zhì)比較：連通性—孔隙介質(zhì)最好，其它較差空間分布—孔隙介質(zhì)分布最均勻，裂隙不均勻，溶穴極不均勻孔隙大小均勻，裂隙大小懸殊，溶穴極懸殊空隙比率—孔隙介質(zhì)最大，裂隙最小空隙滲透性—孔隙介質(zhì)-各向同性，裂隙與溶穴-各向異性造成空隙介質(zhì)上述差異的主要原因：沉積物形成和空隙形成的環(huán)境

2.1.4空隙特征的對(duì)比1302.2巖石中的水水在巖土體中的存在形式巖石骨架中的水巖石空隙中的水沸石水結(jié)晶水結(jié)構(gòu)水結(jié)合水液態(tài)水固態(tài)水氣態(tài)水毛細(xì)水重力水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水1312.2.1結(jié)合水定義附著于固體表面，在自身重力下不能運(yùn)動(dòng)的水。

具有抗剪強(qiáng)度（由內(nèi)層向外層減弱），一般不能流動(dòng)，必須施一定外力使其發(fā)生變形。

？抗剪強(qiáng)度的產(chǎn)生及大小與什么有關(guān)

表面引力—服從庫(kù)侖定律，隨固體表面的距離加大而減弱

性質(zhì)

結(jié)合水具有固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì)；即自身重力作用下不能運(yùn)動(dòng)，在外力作用下能夠移動(dòng)（運(yùn)動(dòng)）及變形意義

只要有固相表面就存在結(jié)合水，存在范圍廣，其量很小（結(jié)合水膜很?。?dāng)孔隙直徑小于2倍結(jié)合水膜厚度時(shí)，孔隙中只含有不能自由運(yùn)動(dòng)的結(jié)合水（又稱(chēng)無(wú)效空間）132結(jié)合水與重力水強(qiáng)結(jié)合水抗剪強(qiáng)度很大，不能流動(dòng)，不被植物根系吸收特點(diǎn)弱結(jié)合水抗剪強(qiáng)度較小，施加一定外力能流動(dòng)，被植物根系吸收133

表面引力—服從庫(kù)侖定律，隨固體表面的距離加大而減弱結(jié)合水與重力水134重力水

遠(yuǎn)離固相表面，水分子受固相表面吸引力的影響極其微弱，主要受重力影響。在自身重力影響下可以自由運(yùn)動(dòng)地層內(nèi)巖石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通過(guò)泉，或井流出（抽出）

重力水是水文地質(zhì)學(xué)研究的主要對(duì)象，也是勘察的主要對(duì)象

2.2.2重力水特點(diǎn)：可傳遞靜水壓力，被植物根系全部吸收，可以自由流動(dòng)135毛細(xì)水

1、基本概念

毛細(xì)現(xiàn)象：將細(xì)小管插入水中，水上升至一定高度停下來(lái)毛細(xì)力：毛細(xì)水：受到表面吸引力，重力，還有另一種力—稱(chēng)毛細(xì)力的作用，產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象2.2.3毛細(xì)水毛細(xì)水：在毛細(xì)力的作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)的水特點(diǎn)：傳遞靜水壓力，植物根系全部吸收，張力、重力、吸附力平衡136毛細(xì)水，孔角毛細(xì)水137毛細(xì)力：

毛細(xì)力的產(chǎn)生：是在三相界面上內(nèi)彎液面引起——液面彎曲產(chǎn)生的毛細(xì)力的方向：作用方向始終指向彎曲液面的凹處凹凸彎液面是指相對(duì)于液相一側(cè)而言的凹形彎液面—負(fù)的毛細(xì)壓強(qiáng)（negative）如同真空吸力凸形彎液面—正的毛細(xì)壓強(qiáng)（positive）

毛細(xì)力的大小：毛細(xì)力大小與彎液面的曲率成正比（曲率大,毛細(xì)力大;曲率小，毛細(xì)力?。?/p>

一根毛細(xì)管子，管徑越小，毛細(xì)力越大；反之亦然

毛細(xì)力大，毛細(xì)上升高度也越大138CompanyLogo2、毛細(xì)水的存在形式

在巖石空隙中，毛細(xì)水的存在形式可分為三種：a)支持毛細(xì)水

在地下水面支持下存在的（附著水面上的），隨地下水升降而升降。上升高度與水面上部的巖石孔隙性質(zhì)有關(guān)b)懸掛毛細(xì)水

脫離水面，巖石細(xì)小孔隙中保留的水分，稱(chēng)為懸掛毛細(xì)水上粗下細(xì)或上細(xì)下粗砂礫試樣的例子。c)孔角毛細(xì)水（觸點(diǎn)毛細(xì)水）孔角毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水是不同——？

懸掛毛細(xì)水似串珠狀且連續(xù)分布的，孔角毛細(xì)水是孤立的

139支持毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水地下水位下降140氣態(tài)水、固態(tài)水、礦物結(jié)合水

氣態(tài)水在未被飽和巖石空隙中，因水蒸氣張力差而引起運(yùn)動(dòng)的水為氣態(tài)水由張力大的地方向小的地方運(yùn)動(dòng)，可隨空氣流動(dòng)，可與液態(tài)水轉(zhuǎn)換概念特點(diǎn)141礦物結(jié)合水賦存于礦物結(jié)晶內(nèi)部的水稱(chēng)礦物結(jié)合水，有結(jié)構(gòu)水、結(jié)晶水、沸石水保存于礦物結(jié)晶骨架中，肉眼看不見(jiàn)，加熱時(shí)可從礦物中分離出來(lái)固態(tài)水在低于冰點(diǎn)時(shí)巖石空隙中的水稱(chēng)為固態(tài)水多年中以固態(tài)的形式存在于巖石空隙中，溫度低于0℃，不能流動(dòng)概念特點(diǎn)概念特點(diǎn)142沸石水以H+和OH-形式存在于礦物結(jié)晶格架的某一位置上的水稱(chēng)為結(jié)構(gòu)水。脫水溫度高，如滑石四面體中的(OH)-高峰溫度950℃。以H2O的形式存在于礦物結(jié)晶格架的一定位置上的水稱(chēng)為結(jié)晶水。一般低于500℃，有時(shí)可低到幾十℃。以H2O的形式存在于礦物晶包和晶包之間的水稱(chēng)為沸石水。失水溫度幾十到110℃結(jié)構(gòu)水結(jié)晶水143巖土的主要水理性質(zhì)容水性含水性持水性給水性透水性2.3巖石的水理性質(zhì)144巖石（包括骨架與空隙在內(nèi)的總稱(chēng)）水理性質(zhì)：就水文地質(zhì)學(xué)主要涉及是與水分儲(chǔ)容、釋出與運(yùn)移有關(guān)的性質(zhì)包括：一、容水度和孔隙度（反映巖石最大含水能力）

孔隙度——n;容水度——nr

？?jī)烧哂泻侮P(guān)系

巖石完全飽水時(shí)，所能容納的最大水體積與巖石總體積之比二、含水量

巖石樣實(shí)際保留水分的狀況，（是某巖樣某時(shí)的含水狀態(tài)）又稱(chēng)巖石的天然含水量三、持水度__Sr

巖石的持水能力——最大保持水分的能力巖石的持水量（持水體積）與巖石總體積之比145四、給水度——(e

d)1、定義：當(dāng)?shù)叵滤幌陆狄粋€(gè)單位高度時(shí)，單位水平面積巖石柱體，在重力作用下釋放出來(lái)的水體積，稱(chēng)為給水度

思考：當(dāng)水位下降一個(gè)單位，土層孔隙中是否所有的水都流出來(lái)？在土層中會(huì)保留什么形式的水？結(jié)合水(膜)，孔角毛細(xì)水，有時(shí)懸掛毛細(xì)水與支持毛細(xì)水146

均質(zhì)土包氣帶水分分布1472、影響給水度——μ值的因素

？礫石、粗砂、細(xì)砂、砂礫混合樣相比較，哪種樣給水度大a)巖性：空隙大的樣品，給水度大，μ≈n礫＞粗砂＞…＞粉砂——（與粒徑有關(guān)）顆粒細(xì)小者，比表面積大，結(jié)合水與孔角毛細(xì)水殘留多，除巖性外，同一巖層中其它原因也可造成μ不同，為什么？b)地下水位初始埋深（H0）當(dāng)?shù)叵滤怀跏悸裆畲笥谥С置?xì)水帶高度時(shí)H0＞＞hc,可達(dá)最大μ值H0＜＜hc時(shí)，地下水位下降1個(gè)高度時(shí)，原重力水大多轉(zhuǎn)化為支持毛細(xì)水，土層給水量大大降低，μ變小。土層含水量曲線分析：當(dāng)水位埋深足夠大時(shí)，土層給水度不發(fā)生變化（為定值），此時(shí)給水度—也是最大理論給水度148給水度與地下水位埋深的關(guān)系149c)與地下水位下降速度有關(guān)

地下水位下降快慢會(huì)影響到μ的大小

——（下降快μ<μ理、下降慢μ→μ理）這是因?yàn)獒屗疁?，而?dǎo)致的釋水減量d)土層結(jié)構(gòu)

均質(zhì)土特征與上述討論一致巖土層為層狀非均質(zhì)土?xí)r，往往會(huì)影響μ值，多層狀土的特征而言，上粗下細(xì)，上細(xì)下粗結(jié)構(gòu)影響是不同的。150無(wú)膨脹性巖石容水度在數(shù)值上與空隙度相當(dāng)

有膨脹性巖石容水度大于孔隙度容水度與孔隙度的關(guān)系151給水度小結(jié)——野外實(shí)際測(cè)定時(shí)：

均質(zhì)土，當(dāng)?shù)叵滤怀跏悸裆畲笥趆c，降速緩慢，μ=ωS-ω0

初始埋深小于hc時(shí)，埋深愈淺，μ↓

水位降速愈快，μ↓

一般而言，層狀土μ小于均值土。

給水度小結(jié)152五、透水性——反映巖土透過(guò)水的能力巖石空隙直徑越大—透水能力越強(qiáng)—透水性越好！

2.3巖石的水理性質(zhì)衡量指標(biāo)為滲透系數(shù)K。

巖石透水性的好壞，首先決定于巖石空隙的大小，同時(shí)與空隙的形狀、多少、連通程度有關(guān)。給水度的大小在很大程度上可以反映透水性的好壞。153

土的滲透系數(shù)參考表土的名稱(chēng)滲透系數(shù)(m/d)土的名稱(chēng)滲透系數(shù)(m/d)粘土＜0.001中砂5.00～20.00亞粘土0.001～0.10均質(zhì)中砂35～50亞砂土0.10～0.50粗砂20～50黃土0.25～0.50圓礫石50～100粉砂0.50～1.00卵石100～500細(xì)砂1.00～5.00154

水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范1552.4地下水的垂直分布156包氣帶與飽水帶地下水位157包氣帶與飽水帶的劃分

地下水面（水位）：

地下一定深度巖石中的空隙被重力水所充滿，形成一個(gè)自由水面，以海拔高度表示稱(chēng)之地下水位

（一般通過(guò)打井，地下開(kāi)挖來(lái)確定）158包氣帶

特點(diǎn)：

①巖石空隙未被水充滿②是固、液、氣三相介質(zhì)并存介質(zhì)水的存在形式（多樣）結(jié)合水、毛細(xì)水（各種）、重力水、氣態(tài)水包氣帶水的垂直分帶

土壤水帶，中間帶（過(guò)渡帶）支持毛細(xì)水帶，毛細(xì)飽和水帶包氣帶是飽水帶中地下水參與水文循環(huán)的一個(gè)重要通道；“重力水”通過(guò)包氣帶獲得降水、地表水的入滲補(bǔ)給（補(bǔ)充），部分水又通過(guò)包氣帶將水分傳輸，蒸發(fā)，消耗出去。159飽水帶

巖石空隙被水完全充滿→是二相介質(zhì)（固相+液相水）空隙中水的存在形式：①重力水②結(jié)合水

重力水：連續(xù)分布（孔隙是連通）→傳遞壓力→在水頭差作用下，地下水（空隙中的水）可以連續(xù)運(yùn)動(dòng)。地下開(kāi)挖，坑道，巷道，基坑，打井在此帶均有重力水涌出來(lái)！1602.5含水層與隔水層一、基本概念

飽水巖層中，根據(jù)巖層給水與透水能力而進(jìn)行的劃分

含水層：是能夠透過(guò)并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層—各類(lèi)砂土，砂巖等

隔水層：不能透過(guò)與給出水或透過(guò)與給出的水量微不足道的巖層——裂隙不發(fā)育的基巖、頁(yè)巖、板巖、粘土（致密）

弱透水層：

滲透性很差，給出的水量微不足道，但在較大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的巖層——各種粘土，泥質(zhì)粉砂巖161注意：概念的相對(duì)性定義中的模糊概念—“相當(dāng)水量，微不足道，較大水力梯度”等不是嚴(yán)格的“是與非”的邏輯思維，在很多情況下是相對(duì)的和模糊的概念相對(duì)性的意義：

從實(shí)際應(yīng)用角度來(lái)看，劃分的相對(duì)的性——相當(dāng)水量

滿足需要就可以了。如在某處一口井出水量80m3/d，作為1萬(wàn)人的供水，為非含水層；作為飲料廠、裝瓶生產(chǎn)則為含水層。又如一個(gè)小泉水流量0.11/s≈8.6m3/d，大廠——非，村用——是。

從理論意義來(lái)看——微不足道

微不足道，有時(shí)空尺度的制約。如華北平原早期地下水開(kāi)采就是典型的例子，深層水與淺層水的開(kāi)采有一粘土隔水層；后開(kāi)采深層，水量大，水位降低快，淺層水向深層“越流”--粘土層成為“透水層”?，F(xiàn)在進(jìn)行水文地質(zhì)計(jì)算、模擬時(shí)，不再簡(jiǎn)單二分了，而是用模糊學(xué)的研究方法，給個(gè)隸屬度1，0之間，可以為0.8,0.7,…0.3,表示“透水性”162二含水系統(tǒng)—Groundwateraquifersystem

地下水含水系統(tǒng)：是指由隔水或相對(duì)隔水巖層圈閉的，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水巖系含水系統(tǒng)：包含多個(gè)含水層和弱透水層，或局部隔水層含水系統(tǒng)：可以進(jìn)行子系統(tǒng)劃分含水系統(tǒng)的定義是從大的空間尺度研究含水層、隔水層、與弱透水層的組合關(guān)系，是從地質(zhì)成因角度對(duì)巖層的水文地質(zhì)特征進(jìn)行劃分的分析方法(或給出的概念)163含水系統(tǒng)層次劃分—系統(tǒng)與子系統(tǒng)164沖洪積平原地下水含水系統(tǒng)丘陵

傾斜平原區(qū)

低平原

1652.6含水層的類(lèi)型廣義地下水：地表以下巖石空隙中的水(包氣帶、飽水帶中的水)

狹義地下水：地表以下飽水帶巖層空隙中的水—重力水

地下水分類(lèi)：

主要依據(jù)——含水介質(zhì)的類(lèi)型（賦存空間）埋藏條件（賦存部位）

表2-2含水介質(zhì)分三類(lèi)，埋藏分三類(lèi)，組合共分為9類(lèi)孔隙水裂隙水巖溶水包氣帶上層滯水上層滯水上層滯水潛水孔隙潛水裂隙潛水巖溶潛水承壓水孔隙承壓水裂隙承壓水巖溶承壓水166潛水包氣帶水承壓水167abc潛水(b)、承壓水(c)、上層滯水(a)168潛水指埋藏于地表以下，第一個(gè)穩(wěn)定隔水層之上具有自由水面的飽水帶中的重力水。169

基本要素（專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)）

潛水面潛水位潛水含水層

含水層厚度

潛水埋深

170（1）自由表面—即沒(méi)有隔水層限制，與大氣直接相通，除大氣壓強(qiáng)外不受其它力。穩(wěn)定—具有一定的空間連續(xù)性（范圍）以示區(qū)分上層滯水潛水含水層

賦存潛水的巖層1712

3

4

5

6

7

8

D

1

M

潛水與潛水含水層圖1-潛水含水層2-隔水層3、4潛水面潛水位M-含水層厚度D-潛水埋深5-大氣降水入滲6-蒸發(fā)7-流向8-泉

172⑵潛水面的起伏經(jīng)常與地形一致，只是比地形起伏平緩一些；潛水面與地表面的形態(tài)具有相似性。地表地形的影響173⑶當(dāng)含水層厚度變大時(shí)，潛水面坡度變緩；含水層厚度的影響174⑷當(dāng)巖層透水性變好，潛水面坡度變緩。巖層透水性的影響175潛水等水位線圖的用途⑵反映潛水與地表水的相互關(guān)系；⑶確定潛水的埋藏深度；⑷如有隔水層頂板標(biāo)高，可以確定含水層的厚度⑴可以確定潛水的流向及潛水面的水力坡度；176177編制潛水等水位線圖潛水由水位高處流向水位低處。潛水位線相當(dāng)于含水層的測(cè)壓水頭線。一般根據(jù)等水位線圖形狀可判斷潛水流向、潛水與地表水的關(guān)系、含水層巖性、隔水底板形狀。潛水等水位線與地形等高線交點(diǎn)數(shù)值差即為潛水位埋深。潛水等水位線圖的畫(huà)法與地形等高線圖相同。178圖中線條為等水位線，數(shù)字為潛水位標(biāo)高（m），箭頭為潛水流向179如何編制潛水等水位線圖目的：1．熟悉潛水等水位線圖的編制方法。2．初步學(xué)會(huì)閱讀和利用潛水等水位線圖。內(nèi)容：

1．根據(jù)有關(guān)資料，在圖上編制沙河地區(qū)潛水等水位線圖(水位等高距2m，取偶數(shù))。

2．用箭頭標(biāo)出AB、CD兩處的潛水流向，并計(jì)算水力梯度的近似值。

3．根據(jù)平面圖上的資料，在剖面圖上繪出潛水位線及潛水流向。

4．閱讀沙河地區(qū)潛水等水位線圖，回答下列問(wèn)題：

(1)根據(jù)所作潛水等水位線圖及所提供的有關(guān)資料，總結(jié)影響潛水面形狀與潛水流向的因素。

(2)畜牧場(chǎng)要打一號(hào)飲水井，請(qǐng)?jiān)趫D上標(biāo)出井位，并簡(jiǎn)要說(shuō)明布井依據(jù)。180圖1沙河地區(qū)水文地質(zhì)平面圖181圖2沙河地區(qū)水文地質(zhì)剖面圖182潛水的補(bǔ)給⑴大氣降水;⑵地表水的補(bǔ)給；⑶含水層之間的補(bǔ)給；

I.越流補(bǔ)給；II.直接補(bǔ)給⑷凝結(jié)水；⑸人工補(bǔ)給183潛水的補(bǔ)給——大氣降水184河流補(bǔ)給潛水潛水的補(bǔ)給——地表水的補(bǔ)給185潛水的排泄——泉186潛水補(bǔ)給河流潛水的排泄——向地表水排泄187承壓水埋藏并充滿在兩個(gè)隔水層之間的含水層中的地下水，是一種有壓重力水。188承壓水的基本要素與特征

①承壓含水層；②隔水頂板；③隔水底板；④承壓含水層厚度（H）；⑤埋深（D）⑥測(cè)壓水位線（面）：測(cè)壓水位線的連線（面）—此線是虛擬的（如圖有壓管）⑦承壓高度；⑧補(bǔ)給區(qū)；⑨承壓區(qū)；⑩排泄區(qū)⑾自溢區(qū)—測(cè)壓水位線與地形等高線的交點(diǎn)連接區(qū)189①承壓含水層②隔水頂板③隔水底板④承壓含水層厚度（M）⑤埋深（D）⑥測(cè)壓水位線（面）：⑦承壓高度-H⑧補(bǔ)給區(qū)⑨承壓區(qū)⑩排泄區(qū)⑾自溢區(qū)190最適宜形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造有：向斜構(gòu)造單斜構(gòu)造承壓盆地承壓斜地承壓水的形成：191此類(lèi)承壓水的水位受到氣候及地形的控制，往往具有較好的徑流條件。承壓盆地192193斷裂構(gòu)造形成承壓斜地承壓斜地巖性變化形成承壓斜地194承壓含水層在同一區(qū)域內(nèi)均可在不同深度有著若干層同時(shí)存在的情況，它們之間的水頭高度與地形和構(gòu)造二者有關(guān)。195承壓水的補(bǔ)給——大氣降水196當(dāng)補(bǔ)給區(qū)位于河床地帶時(shí)，地表水才可以成為補(bǔ)給來(lái)源。承壓水的補(bǔ)給——地表水197當(dāng)承壓含水層補(bǔ)給區(qū)位于潛水之下，潛水可以泄入承壓含水層中構(gòu)成其補(bǔ)給源。承壓水的補(bǔ)給——潛水198當(dāng)排泄區(qū)上有潛水存在時(shí)，則可以排泄入潛水中。承壓水的排泄——潛水199當(dāng)侵蝕面下切達(dá)到承壓含水層時(shí)，就以泉水形式排泄。承壓水的排泄——泉200

導(dǎo)水?dāng)鄬忧袛嗪畬訒r(shí)，沿?cái)鄬訋?，承壓水也可以泉的形式排泄。承壓水的排泄——?01

河谷下切至含水層，則承壓水向地表水排泄。承壓水的排泄——地表水202思考題：

1.討論包氣帶水、潛水、承壓水它們?cè)诼癫貤l件、補(bǔ)給、徑流和排泄上的異同。第4章地下水的運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律4.1基本概念4.2重力水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律

4.3結(jié)合水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律

4.4飽水粘土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律4.5毛細(xì)現(xiàn)象與包氣帶水的運(yùn)動(dòng)本章主要內(nèi)容：4.1基本概念4.1.1滲透(滲流)

地下水受重力作用在巖石空隙中的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為滲透(滲流)

。地下水在巖石空隙中運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜（如下圖），為了研究地下水的運(yùn)動(dòng)，將實(shí)際地下水流進(jìn)行概化。

概化條件：不考慮骨架，骨架和空隙全部被水充滿；不考慮地下水實(shí)際運(yùn)動(dòng)途徑的迂回曲折，只考慮運(yùn)動(dòng)的總體方向。4.1.2滲透的運(yùn)動(dòng)要素1、實(shí)際流速與滲透流速：實(shí)際流速：實(shí)際水流通過(guò)單位空隙過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁糠Q(chēng)為實(shí)際流速。

u=Q/w′滲透流速：假想水流通過(guò)單位過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁糠Q(chēng)為滲透流速。V=Q/w松散巖石孔隙中的水示意圖滲流必須滿足下列條件：

1）通過(guò)任一斷面的滲透流量等于通過(guò)該斷面的實(shí)際流量；

2）作用于任一面積的滲透壓力或水頭等于作用于該面積的實(shí)際壓力或水頭；

3）滲透通過(guò)任一體積所受的阻力等于實(shí)際水流通過(guò)該體積所受到的阻力。實(shí)際流速(u)與滲透流速(V)的關(guān)系：V=ne×uu＞VV=（w′/w）×une有效孔隙度Q=u×w′

Q=V×w2、水頭與水力梯度：

水頭：滲流場(chǎng)內(nèi)任一點(diǎn)的測(cè)壓水頭（Hn）是該點(diǎn)測(cè)壓高度（hn）與此點(diǎn)到基準(zhǔn)面距離（Z）之和。Hn=Z+hn=Z+P/γ；P--A點(diǎn)靜水壓強(qiáng)，γ--水的容重。

水力梯度：滲流通過(guò)A點(diǎn)單位滲流途徑長(zhǎng)度上的水頭損失稱(chēng)為水力坡度。

I=dH/dL或I=（H1－H2）/L水力梯度示意圖3、流線、跡線、等水頭線和流網(wǎng)：流線：同一時(shí)間內(nèi)不同液流質(zhì)點(diǎn)的連線，這根連線上的各液流質(zhì)點(diǎn)速度矢量都與這根連線相切。跡線：某一液流質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡。等水頭線：水頭值相等點(diǎn)的連線。a)潛水等水位線：

潛水面上任一點(diǎn)的高程稱(chēng)為該點(diǎn)的潛水位，潛水位相等的各點(diǎn)連線稱(chēng)為潛水等水位線。

從潛水等水位線圖可獲得如下信息：確定潛水流向、確定水力坡度、確定潛水與地表水之間的關(guān)系、確定潛水埋深，判斷泉水、沼澤出露點(diǎn)。b）承壓水等水壓線：

承壓含水層測(cè)壓水頭相等的各點(diǎn)的連線為承壓水等水壓線。

從承壓水等水壓線圖可獲得如下信息：

確定承壓水流向、確定承壓水水力坡度。等水位（壓）線密，水力坡度大；等水位（壓）線疏，水力坡度小。

流網(wǎng)：

在滲流場(chǎng)中，流線與等水頭線組成的網(wǎng)格稱(chēng)為流網(wǎng)。

在各向同性介質(zhì)中為正交網(wǎng)；

在各向異性介質(zhì)中為斜交網(wǎng)。流網(wǎng)的類(lèi)型：

a)均質(zhì)各向同性介質(zhì)中的流網(wǎng)

均質(zhì)：在同一含水層中，各處的滲透系數(shù)相等。

各向同性：含水層中任一點(diǎn)的滲透系數(shù)在各個(gè)方向無(wú)變化。1）在河渠附近的流網(wǎng)：

地表水體的斷面看作等水位面，地表水的濕周是一條等水位線。2）承壓含水層：隔水邊界無(wú)水量通過(guò)，流線平行隔水邊界。3）無(wú)入滲補(bǔ)給和蒸發(fā)排泄時(shí)：潛水面是一條流線。4）有入滲補(bǔ)給時(shí)：潛水面既不是流線，也不是等水位線。均質(zhì)各向同性介質(zhì)中流網(wǎng)示意圖b)層狀非均質(zhì)介質(zhì)中的流網(wǎng):

層狀非均質(zhì)：介質(zhì)場(chǎng)內(nèi)各巖層內(nèi)部滲透性均為各向同性，不同層介質(zhì)的滲透性不同。

兩層平行等厚滲透系數(shù)分別為K1、K2的巖層，K2=3K1：等水位線間隔一致，流線密度K2為K1的三倍。

流線通過(guò)不同滲透性的兩套地層K2=3K1，等水位線密度K1為K2的三倍，流線相等。非均質(zhì)介質(zhì)流網(wǎng)圖

含水層中有強(qiáng)滲透性透鏡體時(shí)：流線向其匯聚。含水層中有弱滲透性透鏡體時(shí)：流線將繞流。非均質(zhì)介質(zhì)流網(wǎng)圖河間地塊流網(wǎng)圖4.1.3滲流的分類(lèi)1、有壓流與無(wú)壓流：有壓流：滲流場(chǎng)中任一點(diǎn)處的壓強(qiáng)都不為大氣壓強(qiáng)（一般大于大氣壓強(qiáng)）的滲流為有壓流。無(wú)壓流：具有自由表面且表面壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)的滲流為無(wú)壓流。2、穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流：

滲流場(chǎng)中任一點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)要素（水位、流速、流向等）不隨時(shí)間變化的滲流稱(chēng)為穩(wěn)定流。

例如水頭：H=f(x,y,z)；

否則為非穩(wěn)定流。例如水頭：H=f(x,y,z,t)。3、層流與紊流：地下水在巖石空隙中滲流時(shí)，水的質(zhì)點(diǎn)有秩序、互不混雜有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為層流；否則為紊流。

4、一維流、二維流、三維流：

一維流：在滲流場(chǎng)中，速度向量與任一坐標(biāo)軸相一致的滲流稱(chēng)為一維流。

二維流：滲流場(chǎng)中，速度向量與某一坐標(biāo)平面平行的滲流稱(chēng)為二維流。

三維流：滲流場(chǎng)中，速度向量不與某一坐標(biāo)平面或軸線平行的滲流為三維流。4.2重力水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律4.2.1達(dá)西定律

1、實(shí)驗(yàn)原理和過(guò)程：滲流的基本定律是法國(guó)水力學(xué)家達(dá)西（Darcy）于1856年經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)建立了地下水層流運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。

達(dá)西實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)筒中砂的流量Q與垂直水流方向的介質(zhì)面積F及上下測(cè)壓管的水頭差ΔH成正比，與滲透長(zhǎng)度L成反比。

Q=K×F×ΔH/L

因?yàn)椋篤=Q/FI=ΔH/LV=K×I4-3式

式中：K滲透系數(shù)（m/d），V滲透流速（m/d），I水力坡度

這就是著名的線性滲透定律達(dá)西定律。

滲透系數(shù)(K)：

是表示巖土透水性的指標(biāo)，一般與巖土和滲透液體的物理性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。滲透系數(shù)是含水層重要的水文地質(zhì)參數(shù)之一。根據(jù)公式V=K×I可知，當(dāng)水力坡度I=1時(shí)，滲透系數(shù)在數(shù)值上等于滲透流速。滲透系數(shù)K的單位和V的單位相同，以m/s或m/d表示。松散巖石滲透系數(shù)參考值見(jiàn)表4-1。巖土滲透性分級(jí)(GB50287-2006)。2、達(dá)西定律的討論與適用范圍

1)達(dá)西定律的討論

公式：V=K×I

反映通過(guò)任一斷面一維流的滲流速度與其水力坡度之間的關(guān)系式，這種關(guān)系的微分表達(dá)式：V=－K×dh/dL，對(duì)于二維流和三維流同樣適用。達(dá)西定律是在穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)條件下得到的，當(dāng)?shù)叵滤疄榉欠€(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)，滲流中任一點(diǎn)處瞬時(shí)流速與水力坡度之間的關(guān)系仍可用上面關(guān)系表征，只是滲透流速和水力坡度隨時(shí)間在變化。（1）滲透流速：根據(jù)水力學(xué)流速與流量的關(guān)系，上式可轉(zhuǎn)化：

Q=W·V與（2）式比較

V=K·I

（3）稱(chēng)為滲透流速（seepagevelocity\Darcyvelocity\specificdischarge）上式為單位面積上的流量——稱(chēng)比流量。由此看出，達(dá)西定律中：滲透流速與水力梯度的一次方成正比，故達(dá)西定律又稱(chēng)為線性滲透定律滲透流速（V）與過(guò)水?dāng)嗝妫‵）Q=KFI=FV過(guò)水?dāng)嗝妗狥，假想的斷面實(shí)際孔隙斷面——F

×n，n為孔隙度實(shí)際水流斷面——F×n’，n’為有效孔隙度Q/F=V比照水力學(xué)，實(shí)際流速Q(mào)/F’=u關(guān)系：地下水滲透流速V=une滲透流速V：是假設(shè)水流通過(guò)整個(gè)巖層斷面（骨架+空隙）時(shí)所具有的虛擬的平均流速。意義：研究水量時(shí)，只考慮水流通過(guò)的總量與平均流速，而不去追蹤實(shí)際水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)移軌跡——簡(jiǎn)化的研究過(guò)水?dāng)嗝妫荷爸臋M斷面積，包括骨架和空隙在內(nèi)的斷面斷面實(shí)際水流面積：扣除結(jié)合水所占據(jù)的范圍以外的空隙面積實(shí)際斷面（F′）與過(guò)水?dāng)嗝妫‵）過(guò)水?dāng)嗝妫荷爸臋M斷面積，包括骨架和空隙在內(nèi)的斷面斷面實(shí)際水流面積：扣除結(jié)合水所占據(jù)的范圍以外的空隙面積A過(guò)水?dāng)嗝妫ㄋ骺梢源┰筋w粒）

B實(shí)際過(guò)水?dāng)嗝妫ㄋ髦谎乜紫哆\(yùn)動(dòng)）

實(shí)際斷面（F′)與過(guò)水?dāng)嗝妫‵）（2）水力梯度（I）（hydraulicgradient）水力學(xué)中水力坡度（J）：?jiǎn)挝痪嚯x的水頭損失沿滲透途徑上的水頭損失與相應(yīng)的滲流長(zhǎng)度之比。即：物理涵義上來(lái)看I：代表著滲流過(guò)程中，機(jī)械能的損失率，由水力學(xué)中水頭的概念加以分析：在地下水滲流研究中任意點(diǎn)的水頭表達(dá)式（2）水力梯度（I）（hydraulicgradient）在達(dá)西實(shí)驗(yàn)中：其原因是u2/2g很小而忽略在地下水滲流研究中常：總水頭≈測(cè)壓水頭滲流過(guò)程中總機(jī)械能的損耗原因（與水力學(xué)相近） 流體的粘滯性引起的——內(nèi)摩擦阻力（分子間） 固體顆粒表面對(duì)水流的反作用力（2）水力梯度（I）（hydraulicgradient）從達(dá)西公式:V=KI來(lái)看：

當(dāng)I增大時(shí)，V也愈大；

即流速V愈大，單位滲流途徑上損失的能量也愈大;反過(guò)來(lái)，水力梯度I愈大時(shí)，驅(qū)動(dòng)水流運(yùn)動(dòng)與速度也愈大注意：水頭損失一定要與滲流途徑相對(duì)應(yīng)（3）滲透系數(shù)K（coefficientofpermeability）也稱(chēng)為水力傳導(dǎo)率（hydraulicconductivity）定義：水力梯度為I=1時(shí)的滲透流速（V=KI）具有速度量綱L/T（m/d；cm/s）由公式V=KI分析

當(dāng)I一定時(shí)，巖層的K愈大，則V也愈大，Q大因此，滲透系數(shù)K是表征巖石透水性的定量指標(biāo)。（3）滲透系數(shù)K（coefficientofpermeability）影響因素：——以松散巖石,等徑孔隙為例來(lái)分析，依據(jù)平行板水流理論可以推出：γ——水的重率；μ——?jiǎng)恿φ硿禂?shù)從公式即得出：