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第一章 緒論
1、水文地質學:水文地質學是研究地下水的科學。
2、地下水:賦存于地面以下巖石空隙中的水。
3、地下水的功能和作用:
(1)基本功能:
l寶貴的自然資源
l重要的地質營力
l不可忽視的災害因子
l活躍靈敏的生態環境因子
l極有價值的信息載體
(2)作用:作用根據地下水的功能自己解釋即可。
4、水文循環:水文循環是大氣水、地表水和地殼淺表地下水之間的水分交流。
5、地質循環:發生于大氣圈到地幔之間的水分交換稱為地址循環。
6、水圈:從地表到地幔帶各個層圈所構成的具有一定水力聯系的統一的含水整體。
第二章 地下水的賦存條件
小編有語:本章知識是重點。講述了地下水的賦存條件,賦存的空間類型(孔隙、裂隙、溶穴),巖土中的水(結合水、重力水、毛細水),同時還介紹了一些相關的參數,如給水度、含水量等,最后引出地下水的賦存(含水層和潛水等概念)。
1、巖石中的空隙總共分為三類:空隙、裂隙和溶穴。在此之前,我們先來看兩個概念:(1)什么叫空隙:巖、土中各種類型的空洞的總稱。
(2)什么叫巖石空隙:巖石空隙是地下水賦存場所和運移通道。
2、空隙特征的表征指標:
(1)孔隙:孔隙是指顆粒及顆粒集合體之間的空隙,稱為孔隙。
孔隙度(n)是描述松散巖石中孔隙多少的指標。
定義:某一體積巖石(包括顆粒骨架與空隙在內)中孔隙體積所占的比例。
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影響因素:a. 與排列有關——緊密與疏松理想最疏松孔隙為47.64%(立方體排列),最緊密排列孔隙為25.95%(四面體排列)。
b. 與顆粒分選有關(顆粒均勻程度)
c. 與顆粒形態(棱角)有關
影響孔隙度大小的主要因素是試樣的分選程度。
(2)裂隙:固結的堅硬巖石中存在的各種應力作用下產生的裂縫。
(3)溶穴:可溶的沉積巖,在低下水溶蝕下形成的空洞。
3、巖石中巖石的水理性質指標及其影響因素(空隙度、持水度、給水度、含水量、儲水系數;滲透性;)
容水度:巖石完全飽水時,所能容納的最大水體積與巖石總體積之比。反映巖石最大含水能力。
注意:除粘土外,巖石容水度一般與空隙度相當。
含水量:是松散巖土孔隙中所包含的水與巖土的比值。反映巖石樣實際保留水分的狀況
給水度:當地下水位下降一個單位高度時,單位水平面積巖石柱體,在重力作用下釋放出來的水體積。
持水度(Sr)定義:地下水位下降一個單位深度,單位水平面積巖石柱體中反抗重力而保持于巖石空隙中的水量。
儲水系數:測壓水位下降(或上升)一個單位深度,單位水平面積含水層釋出(或儲存)的水體積。
滲透性:滲透性是指巖體傳輸水或者其他流體(如油氣)的性能。
4、包氣帶與飽水帶概念及地下水存在形式
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,形成一個自由水面,以海拔高度表示稱之地下水位。
地下水面之上稱為包氣帶。地下水面之下為飽水帶。
l水的存在形式:
包氣帶: 結合水、毛細水(各種)、重力水、氣態水
飽水帶: ①重力水 ②結合水
5、含水層、隔水層、弱透水層;地下水的分類依據;
含水層(Aquifer):能夠透過并給出相當數量水的巖層。
隔水層(Aquifuge):不能透過與給出水或透過與給出的水量微不足道的巖層。
弱透水層(Aquitard):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。
n地下水分類依據:
主要依據——含水介質的類型(賦存空間:孔隙水、裂隙水、和巖溶水)、 埋藏條件(賦存部位:潛水承壓水和上層滯水)
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含水介質三類,埋藏三分,組合共分為9類
6、潛水、承壓水的基本概念與特征:
潛水:埋藏在地面以下第一個穩定隔水層之上具自由表面的重力水。
u特征:(1)補給來源:潛水直接與大氣相通,可通過包氣帶接受降水、地表水等補給
u(2)動態特征:受氣象、水文因素影響明顯,變化快(水量、水位季節性變化)。受人為因素影響也顯著,易污染。
u(3)循環交替:水循環周期短,更新恢復速度快。
u(4)潛水面形態:潛水面形狀受地形影響,潛水水位與地形的起伏相一致而較緩和。
u(5)水化學特征:水的礦化度與地形、水的交替有關。濕潤氣候區,地形切割強烈、水交替強烈地區地下水礦化度低。干旱氣候區細顆粒組成的盆地平原易形成咸水。
承壓水:充滿于2個隔水層(或弱透水層)之間的含水層中的水。
特征:(1)承壓性:承壓性-承壓含水層水頭高于隔水頂板
(2)補給與排泄條件
有隔水頂板,參與水循環不積極(補給、排泄),超采后不易恢復
有限區域與外界聯系,水循環遲緩些,水交替慢,平均滯留時間長(年齡老或長)——恢復性差。
(3)水化學特征
不易受污染,水質變化大,礦化度一般要高點,可以保留“古老”水。
(4)動態特征:動態隨季節不變化明顯,比潛水要穩定些,如果分布面積大,厚度穩定則調節能力很強。
(5).儲水與釋水特征:增加的水量通過水的密度加大及含水介質空隙的增加而容納。承壓含水層排泄時,減少的水量表現為含水層中水的密度變小及含水介質空隙縮減。
第三章 地下水運動的基本規律
1.滲透: 地下水在巖石空隙中的運動,水質點運動途徑多變;流速多變。
2.滲流: 對實際的地下水進行概化,概化后的地下水流稱為滲流
3.層流: 在巖石空隙中滲流時,水質點作有秩序的、互不混雜的流動。
4.紊流: 水質點無秩序地、互相混雜的流動 。
5.穩定流: 地下水的各個運動要素(水位、流速、流向等)不隨時間 改變。
6.非穩定流: 地下水的各運動要素隨流程、時間等不斷發生變化的水流。
7.均質巖層: 滲流場中所有點都具有相同參數(K)的巖層。
8.非均質巖層: 滲流場中所有點不都具有相同參數的巖層。
9.各向同性巖層:滲流場中某一點的滲透系數不取決于方向,即不管滲流方向如何都具有相同滲透系數的巖層。 10.各向異性巖層:滲流場中某一點的滲透系數取決于方向,滲透系數隨滲流方向不同而不同的巖層。
11.達西實驗: H.Darcy—法國水力學家,1856年(以實驗為基礎研究時期)通過大量的室內實驗得出了達西定律。 1)等徑圓筒裝入均勻砂樣,斷面為ω;2)上(下各)置一個穩定的溢水裝置——保持穩定水流;3)實驗時上端進水,下端出水——示意流線;4)砂筒中安裝了2個測壓管,相距L 5)下端測出水量(outflow)—Q 達西定律: Q = K ω I = ω V
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應用:A. 已知某均質含水層,含水層滲透系數為K,沿徑流方向有兩個水位觀測孔,孔間距為L,兩觀測孔觀測水位分別為Ha和Hb,求:沿地下水流方向的單寬流量。
B. 求水平等厚承壓含水層流量和承壓水頭線。 承壓含水層由均質等厚的砂組成,隔水底板水平,地下水做水平穩定運動。砂層中的滲流是緩慢的,屬層流,符合達西定律:
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設x?(0,L), 并對應的測壓水位為h,根據上式可寫成如下兩式:
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結論:均質水平等厚承壓含水層的測壓曲線是直線。
C. 計算潛水含水層流量和潛水位曲線 有一潛水含水層由均質的砂組成,隔水底板水平,在平面上水流呈穩定 平行流動。 由達西定律的單寬流量:同樣設x ?(0,L), 并對應的潛水位為h, 可通過流量相等推導出潛水位曲線公式:
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12滲透流速:是假設水流通過整個巖層斷面(骨架+空隙)時所具有的虛擬的平均流速。
水力梯度:單位距離上的水頭損失,是沿滲流途徑上的水頭損失與相應的滲流長度之比
滲透系數: 水力梯度為I =1 時的滲透流速(V=KI)
流線: 滲流場中某一瞬間的一條曲線,曲線上各水質點在此瞬間的流向均與此線相切。
跡線: 滲流場中某一段時間內某一質點的運動軌跡。
流網: 在滲流場的某一典型剖面或切面上由一系列等水頭線和流線所組成的網絡。
13均質各向同性介質中的流網:
(一) 流網形態:地下水沿水頭變化最大的方向運動(垂直于等水頭線方向),流線與等水頭線構成正交網格。 (二) 流網繪制方法 (1)確定分流線:流線由源指向匯,流線趨向可初步確定; 分流線相當于隔水邊界。 (2)根據邊界條件繪制容易繪制的流線或等水頭線 a. 定水頭邊界:相當于等水頭線,等水頭面。 b. 隔水邊界:相當于流線。 c. 潛水面邊界:無入滲補給時為流線 有入滲補給時,水面即不是流線也不為等水頭線 (3)按照“正交”原則,等間距內插其它的流線或等水頭線。
14.河間地塊地下流網:
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水文地質信息: 1.由分水嶺到河谷,流向從由上向下到接近水平再向上; 2.在分水嶺地帶打井,井中水位隨井深加大而降低;河谷地帶井水位則隨井深加大而抬升; 3.由分水嶺到河谷,流線愈密集,流量增大,地下徑流加強; 4.由地表向深部,地下徑流減弱; 5.由分水嶺出發的流線,滲透途徑最長,平均水力梯度最小,地下徑流交替最弱,近流線末端河谷下方,地下水的礦化度最高。
15.流線與流網的性質:
(1)流線跟等水頭線正交; (2)注意流場的邊界類型和補給排泄特征; (3)等水頭線越密說明水力梯度越大;流線越密說明地下水徑流越強; (4)潛水面可能是流連,也可能不是流線 流線的性質: a. 流線不能相交(同一時刻不可能有兩個流向)
b. 流線光滑不能有急轉折(若有轉折,在轉折點有兩個流向) c. 流線相當于隔水邊界(只能在其間運動,不能穿過流線運動) d. 流線的形狀受控于邊界的性質和形狀(平行于隔水邊界,垂直于供水邊界) 流網的用途與性質 (一)用途 a. 根據流線方向可以看出任一點的流向; b. 根據等水頭線可以看出任一點水位的變化; c. 流線的密疏可以反映地下徑流的強弱; d. 等水頭線的密疏則說明水力梯度的大小。 e. 追蹤污染物質的運移 f. 判斷水文地質條件(含水層條件;邊界條件;與地表水關系) (二)性質a. 在各向同性介質中,流網為正交網格。(水沿水力梯度最大的方向運動) b. 對于穩定流,流線與跡線重合;對于非穩定流可以劃分為多個小單元,每個小單元可以看作穩定流。 c. 對于穩定流,流網不隨時間變化。
第四章 地下水的理化性質及形成作用
1、地下水的物理性質指標
地下水的物理性質是地下水的比重、溫度、透明度、顏色、味、嗅味、導電性、放射性等物理特性的總和。
2、地下水溫度的控制因素;地下水的溫度受其賦存與循環所處的地溫控制。主要和其深度有關。根據地熱梯度可以計算某一深度地下水的水溫,引入兩個概念:
o地熱梯度r:在增溫帶,深度每增加100m,所增高的溫度值。單位為oC/100m。
o地熱增溫級G:溫度每升高1℃ 所需增加的深度(m)稱為地熱增溫級(單位: m /oC)。
例:已知年平均氣溫(t)、年常溫帶深度(h)、地溫梯度(r)時,可估算某一深度(H)的地下水水溫(T):T= t+ (H-h).r。
3、地下水中的離子與氣體等成分特點、來源;
地下水中常見的氣體成分有O2、N2、H2S 、CH4和 CO2等。
來源:
l O2、N2是氧化環境(開放、與大氣相通)的標志;
l H2S 、CH4是還原環境(封閉、與大氣隔絕)的標志;
l CO2的來源:生物化學作用;地殼深處灰巖遇熱分解
地下水中分布最廣、含量較多的離子共七種:Cl-, SO42-,HCO3-,Na+, K+, Mg2+, Ca2+。
來源稍微了解即可。
4、溶解性總固體;礦化度;硬度;
溶解性總固體:地下水中所含種離子、分子與化合物的總量。(g/L)
習慣上以105 ℃-110℃時將水干所得的涸殘余物總量。
因此: ⑴ 計算時揮發性成分不計入;
⑵ HCO3---只取重量的半數 。
總礦化度(礦化度):溶于水中的離子、分子與化合物的總和。
硬度:概念:水中Ca2+、 Mg2+的總含量。(meq/L)
目前新的國標中以CaCO3含量(mg/L)表示。
5、地下水化學成分的形成作用及水化學作用類型;
地下水化學成分的形成作用:各種不同來源的地下水,在后期循環過程中,不斷與與周圍的介質相互作用,化學成分不斷變化,結果與原始的化學成分具有很大的區別。
作用類型:溶濾作用、濃縮作用、脫碳酸作用、脫硫酸作用、陽離子交替吸附作用 、混合作用。
6、簡分析與全分析;
(1)簡分析
目 的:了解區域地下水化學成分概貌,水質是否適合飲用
分析項目: 物理性質,常規組分,總硬度,pH值,TDS、NO3-, NO2-, NH4+, Fe2+, Fe3+, H2S。耗氧量(水中生物呼吸和非生物氧化所消耗溶解氧的數量;水樣中可氧化物從氧化劑高錳酸鉀所吸收的氧量。英文簡稱OC或CODMno )。單位為mg/l, mmol/l。
(2)全分析
目 的:較全面的掌握區域地下水化學成分,對簡分析結果檢核
分析項目:常規組分; NO3-, NO2-, NH4+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, H2S,CO2,耗氧量,干涸殘余物(用白金或陶瓷坩鍋進行蒸餾,取得干涸殘余物)。
單位為mg/l, mmol/l。
7、地下水化學成分的表示;
(1).重量濃度單位
%,g/g,ppm(10-6g/g),ppt(10-9g/g)
(2).體積濃度單位
g/L,mg/L,ug/L
說明:在低礦化度水中,水的比重為1,體積濃度單位與重量濃度單位的關系為:1mg/L=1mg/1000g=10-3g/103g=10-6g/g=1ppm。
同理:1ug/L=1ppt
(3). 離子毫克當量/升(mgN/L)表示單位
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(4)毫克當量百分數:
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5庫爾洛夫式:數學分式的形式來表示地下水化學成分。
mshrbmbn0kh26.png (26.74 KB, 下載次數: 0, 售價: 3 報告幣)
注釋:(1). 將陰、陽離子分別標示在橫線上、下, 按毫克當量百分數自大而小的順序排列, 小于10%的離子不予標示。
(2). 橫線前依次標示氣體成分、特殊成分及礦化度(用M表示), 單位均為g/L。
(3). 橫線后以字母t為代號, 表示水溫, 單位為℃ 。
(4). 式中各成分含量一律標于該成分符號的右下角, 原子數則移至右上角。
9、地下水化學類型的表示方法。
舒卡列夫分類: 地下水化學類型的舒卡列夫分類根據地下水中6種主要離子(Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-,K+合并于Na+)及礦化度劃分。
將地下水化學類型用阿拉伯數字(1~49)與字母(A、B、C或D)組合在一起的表達式表示。
1-A型:礦化度(M)不大于1.5g/L的HCO3?Ca型水,沉積巖地區典型溶濾水;
49-D型:礦化度大于40g/L的Cl?Na型水,該型水可能是與海水及海相沉積有關的地下水,或是大陸鹽化潛水。
第五章 地下的補給與排泄
小編有語:本章的知識主要分為兩個大的部分:地下水的補給和排泄。地下水的補給部分知識主要講述了地下水的補給形式,補給來源以及影響因素等。地下水部分的知識總體而言就是“怎么補給”,不外乎幾種形式,然后涉及計算。而地下水的排泄部分知識總體而言就是“怎么排泄”,也不過幾種形式,如泉、泄流、蒸發和蒸騰、人工排泄。兩部分知識就地下水聯合起來,一個進,一個出,體系很強,而地下水徑流是地下水的運動的形式,從這里就鍥入補給與排泄部分知識的體系了,可以考慮從這方面來進行知識的歸納。以此為最后就是地下水補給和排泄的綜合關系,引出概念正負均衡,這就從內在的關系引到外部的整體顯現第六章的知識了。
1、地下水補給、排泄、徑流的概念:
地下水的補給:含水層或含水系統從外界獲得水量的過程。
地下水的排泄:含水層或含水系統失去水量的過程。
地下水的徑流:地下水從補給區向排泄區運動的過程。
2、地下水的補給方式:大氣降水補給地下水,地表水補給地下水影響因素、含水層之間的補給、凝結水對地下水的補給和人工補給地下水。地下水的補給是一個非常復雜的過程,在計算的過程中要充分考慮到地下水的補給來源問題,綜合考慮。
3、大氣降水補給地下水:(1)大氣降水入滲補給量
降水落到地面,一部分蒸發返回大氣層,一部分形成地表徑流,另一部分滲入地下。后者中相當一部分滯留于包氣帶中,構成土壤水;補足包氣帶水分虧損后其余部分的水才能下滲補給含水層,成為補給地下水的入滲補給量(G)。
G = P – R – E – △S
a = G/P, b=R/P
式中:G-年降水入滲補給含水層的水量,亦稱降水入滲補給量(mm); P-年降水量(mm);R-年地表徑流量(mm);E-年蒸發量(mm);DS-水量變化量,包括地表水蓄水變量、包氣帶水分滯留量(水分虧損量)(mm);a-降水入滲系數;β-地表徑流系數。
(2)影響大氣降水補給地下水的因素:
l年降水量:降水首先需要補足包氣帶的水分虧損,因此降水量小時補給地下水的量就小。
l降水特征:雨強、雨面、歷時都影響入滲,綿綿細雨有利于入滲。
l包氣帶巖性:滲透性強(K大)時,容易補給,滲透性差時不利于補給;厚度(水位埋深)大時消耗于包氣帶的水分多,不利于補給,而厚度小時有利于補給。
l地形:陡坡不利于補給,平緩有利于補給。
l森林、草地:有利于補給,而農作物可能減少補給。
l人類工程:都市化不利于補給。
(3) 大氣降水入滲補給量的計算方法
①平原區大氣降水入滲補給量
Qpr = a·Pr ·F ·103
式中:Qpr ----降水入滲補給地下水量(m3/a);
Pr ---- 年降水量(mm);
a ---- 降水入滲系數;
F---- 補給區面積(km2)。
確定a 的常用方法:地中滲透儀測定;經驗值;利用天然潛水位變化幅度(△h)確定:a = G/P = μ·△h / P
②山區降水入滲補給量的確定
特點:考慮到山區地形切割大,地下水埋深大,水平排泄為主,近似認為排泄量等于補給量,測定地下水排泄量反求補給量。
方法:1. 山區地下水以大泉形式排泄,通過定期測定流量求得排泄量。
2. 通過基流切割法確定河川基流量。
山區降水入滲系數為:a= Qg/(F·Pr·103)
式中:Qg --年地下水排泄量(m3/a),余同上。
3、地表水對地下水的補給:
(1)地表水入滲補給量計算
地表水補給地下水的計算公式為Qsr = K·I·A·T·sinq,
其中:K為滲透系數;I為水力梯度;A為過水斷面面積;T為補給時間;q為河水流向與地下水流向之間的夾角。
補給量Qsr與A、I、T、K成正比關系。
(2)影響因素:
①透水河床的長度和浸水周界的乘積(相當于過水斷面),過水斷面大,補給量就大。
②河床的透水性,亦即河床巖性的滲透系數,滲透系數大,補給量就大。
③河水位與地下水的高差,影響水力梯度,水力梯度大補給量就大。
④河水過水時間,過水時間長有利于河水補給地下水。
⑤河水流向與地下水流向之間的夾角。
4、含水巖層之間的補給:
潛水可以補給承壓水,承壓水也可以補給潛水。斷層、鉆孔都有利于補給。多層松散層中含水層通過天窗及越流發生補給。越流量計算公式:
143unlxsz3o27.png (5.92 KB, 下載次數: 0, 售價: 2 報告幣)
式中:Ql ----越流補給量(m3/a);K ---- 弱透水層的滲透系數(m/d);M----弱透水層的厚度(m);HA、HB ---- 含水層A和B的水頭(m);I---水力梯度;F---- 越流面積(m2);T----越流時間(d/a)。
(1)越流:
l 具有一定水頭差的相鄰含水層,通過其間的弱透水巖層發生水量交換的過程
l 經常發生于松散沉積物中,粘性土層構成弱透水層。
(2)含水層通過導水斷層發生聯系;含水層通過鉆孔發生聯系。
5、凝結水對地下水的補給:凝結作用指氣溫下降到一定程度由氣態水轉化為液態水的過程。一般情況下,凝結形成的地下水相當有限。但是,高山、沙漠等晝夜溫差大的地方,凝結水對地下水補給很重要。
6、地下水人工補給:采取有計劃的認為措施使地下水獲得天然補給意外的額外補充。
7、泉的成因類型:
(1) 定義:泉是地下水的天然露頭。
(2)分類:根據含水層性質:上升泉(承壓水的天然露頭。地下水在靜水壓力作用下上升并溢出地表的泉)和下降泉(地下水受重力作用自由流出地表的泉)。
根據出露原因:侵蝕泉、接觸泉、溢流泉、斷層泉和接觸帶泉。
泉的成因類型主要是要結合書上80頁得圖進行復習,在這里就不多做贅述。
8、泉的水文地質意義:(1)判明地下水的排泄條件
(2)判明含水層特征—環境
(3)說明地下水補給條件,圈定富水區
(4)判定山區泉域的含水性、導水性
(5)判定泉所在含水層的化學特征
9、地下水蒸發排泄的影響因素及其計算:
(1)概念:蒸發包括水面蒸發、土面蒸發和葉面蒸發(蒸騰),通常統稱為蒸發蒸騰、蒸散發。蒸散發量的確定比較困難,可采用水均衡、水分通量等方法確定。
(2)潛水蒸發經驗公式(阿維里揚諾夫公式):
0v2wmtnwhxm28.png (8.97 KB, 下載次數: 0, 售價: 1 報告幣)
式中:ε----地下水(潛水)消耗于蒸發與蒸騰的強度(mm/d);
ε0 ---- z=0時水面蒸發強度(mm/d);
z-----地下水位埋深(m);
z0-----地下水位臨界埋深,1~5m;
n ----- 指數,一般1≤n≤3;
μ----- 水位變動帶給水度;
△H---- 由于蒸發蒸騰而產生的地下水位下降值(mm/d)。
(3)潛水蒸發的影響因素
——決定土壤與地下水鹽化程度的因素
l氣候因素:干燥、相對濕度小,蒸發強烈,水的礦化度較大;相對濕度較大的地區,由于水交替強烈,水的礦化度通常較小。
l潛水面埋深:淺則蒸發強烈,一般水位埋深小于2.0m時蒸發量顯著增大,而隨著水位埋深的增大,蒸發量也明顯減弱。
l包氣帶巖性:決定土的毛細上升高度和潛水蒸發速度,一般粉質亞粘土、粉砂等毛細上升高度較大、毛細上升速度較快,潛水蒸發最為強烈。
l地下水流動系統:干旱、半干旱地區的低洼排泄區是潛水蒸發最為強烈的地方。
10、地下水的徑流排泄:
l主要指向相鄰含水層的排泄。
l 通??刹捎眠_西公式確定。
l 能否發生徑流排泄,取決于兩個含水層的水頭差。
(1)概念:地下水徑流是地下水由補給區向排泄區流動的過程。
(2)徑流的指標(方向、強度和徑流量)
①徑流方向:
l徑流方向總趨勢由補給區流向排泄區,由高水位流向低水位。
l受局部地形和含水層非均一性影響,具體的方向和路徑往往復雜,為了掌握地下水的流向,通常通過編制潛水等水位線圖或承壓水等水壓線圖來分析確定。
②徑流強度:
l含水層徑流強度——地下水的流動速度。
l與含水層透水性,補給區與排泄區之間的水位差成正比;與補給區到排泄區之間的距離成反比。
l 承壓水徑流強度取決于承壓水蓄水構造封閉程度。
③地下徑流量:
用地下徑流模數(或稱地下徑流率)。
l地下徑流模數(M)表示每平方公里含水層面積上的徑流量(m3·km-2·a-1),其物理意義、表達式和河川徑流模數一致,其值反映某地區地下徑流量豐欠,是評價地下水資源的一個重要參數。
第六章 地下水的動態與均衡
小編有語:本章知識是地下水的運動的整體表現,動態是指含水層中地下水的變化,均衡是指某時間段內地下水水量的收支情況。上章所講的地下水的補給和排泄,是屬于一個“進”一個“出”,他們整體上表現,我認為可以稱之為“靜”“動”的相對關系吧。靜是指一定時期內整體的表現,動是指由于地下水運動而帶來的物理和化學狀態的變化。
1、地下水動態與均衡的概念:
地下水的動態:含水層(含水系統)地下水與環境相互作用下,含水層中地下水的物理與化學狀態要素隨時間變化。
地下水要素:水位(水頭)、水量、水溫、化學成分等。
地下水均衡:某時段內某地段內地下水水量(鹽量、熱量、能量)收支狀況。
2、地下水動態與均衡的關系和研究意義:
(1)關系:
l地下水動態是含水層水量、鹽量、熱量、能量收支不平衡的結果。
l均衡是動態變化的內因(實質),動態是均衡的外部表現。
l均衡的性質和數量決定了動態變化的方向與幅度
l地下水動態反映地下水要素隨時間變化狀況。
(2)研究意義:
l根據地下水動態特征分析、認識地下水埋藏條件、水量-水質形成條件和區分不同類型含水層;
l可利用地下水動態資料去計算地下水的某些均衡要素,如入滲系數、儲存量、蒸發量等。
l水量、水質的計算與評價都必須有時間的概念,地下水動態資料是地下水資源評價和預測是必不可少的依據。
3、地下水動態的形成機制與影響因素
(1)形成機制:
l地下水動態是含水層對環境施加的激勵所產生的響應,即含水層將輸入信息變換后產生的輸出信息。
l由于信號的滯后、延遲和迭加,使間斷性降水通過含水層變換而轉化成為比較連續的地下水位/泉流量變化。
(2)影響因素:①環境對含水層的信息輸入,包括降水、地表水對地下水的補給,人工開采地下水、地應力對地下水影響等。
②變換輸入信息的因素,即賦存地下水的地質地形條件等。
4、地下水動態天然類型:
根據影響地下水動態主導因素分類:滲入-蒸發型、滲入-徑流型、水文型、滲入-開采型以及多年凍結型和冰雪補給型等(成因類型)。
5、潛水、承壓水的動態類型
(1)潛水的動態類型:蒸發型、徑流型、弱徑流型
(2)承壓水的動態類型:徑流型:動態的變化程度取決于構造封閉條件。
6、均衡期、均衡區、正均衡、負均衡、地下水均衡方程、地下水儲存量變化量:
l均衡期:均衡計算的時間段,可為年、季、月。
l均衡區:某一基準面以上具有明顯邊界的水文地質單元或地段?;蚓哂懈羲吔缤暾乃牡刭|單元。
l正均衡:某均衡區內某均衡期總補給量大于總消耗量時的水均衡,表現為地下水儲存量(熱量、鹽量)增加。
l負均衡:某均衡區內某均衡期總補給量小于總消耗量時的水均衡,表現為地下水儲存量(熱量、鹽量)減少。水均衡方程:表示水均衡收入項和支出項關系的方程,補給量總和(Qi)與各消耗量總和(Qo)的差值等于均衡期始末水的貯存量的變化量(△Q) ,△Q= Qi — Qo。
l地下水均衡方程:表示地下水均衡收入項和支出項關系的方程。在研究區內某一時段內某一含水層地下水各補給量總和(Qr)與各消耗量總和(Qd)之差值等于均衡期始末的地下水貯存量的變化量△Q的關系式。即 △Q= Qr — Qd。
l地下水貯存量變化量:均衡區內在均衡期起止兩時刻水位變動帶內重力水量。通常以水層厚度(μ△h) 計算,其中μ是變動帶內巖石的給水度;△h是均衡期水位變化的平均值。
7、水量均衡計算與均衡分析
水均衡方程式陸地上某一地區天然狀態下總的水均衡。
收入項(A):大氣降水量(P)、地表水流入量(R1)、地下水流入量(G1)、水汽凝結量(Z1),
支出項(B):地表水流出量(R2)、地下水流出量(G2)、蒸發量(Z2)
均衡期水的儲存量變化為△W,則水均衡方程式為:
A–B =△W
第七章 不同介質中的地下水
小編有語:本章知識主要介紹了地下水的類型,為孔隙水、裂隙水、巖溶水、礦床水,以及某些特定的構造環境中的地下水特征。知識較為繁瑣,我沒有找到聯系點,還是老實的背吧。。。
1、孔隙水、裂隙水、巖溶水、礦床水的基本概念;
孔隙水(pore water)——賦存于松散沉積物顆?;蚣象w構成的孔隙網絡中的地下水,可分孔隙潛水和孔隙承壓水。
裂隙水—指賦存并運移于堅硬基巖裂隙中的地下水。通??煞譃榱严稘撍土严冻袎核ǔ袎毫严端?。
巖溶水(喀斯特水)---賦存并運移于巖溶化巖層中的水。
自然狀態下礦床和圍巖中賦存的水,稱礦床充水。
2、沖洪積扇中地下水的分帶特征
洪積扇中地下水一般分三個帶。
潛水深埋帶:(1)位于洪積扇頂部,地形坡度較陡,巖性粗;(2)具良好的滲透性及補給徑流條件和儲水空間;(3)地下水埋藏較深,蒸發作用很弱;(4)地下水化學成分的形成以溶濾作用為主,水化學類型多為重碳酸鹽水,礦化度低;(5)其水位動態變化大。
溢出帶:(1)位于洪積扇中部,地形變緩,巖性變細;(2)滲透性、補給、徑流條件均變差;(3)由于滲透性變弱而阻擋,地下水埋藏淺,蒸發作用加強,潛水位接近地表形成泉和沼澤;(4)地下水化學類型多為重碳酸硫酸鹽水,或硫酸重碳酸鹽水為主,礦化度增高;(5)水位動態變化小。
潛水下沉帶:(1)位于洪積扇前緣,地形變平,巖性更細;(2)滲透性很弱,降水補給量小,徑流緩慢使地下水長期處于停滯狀態;(3)由于地表水的排泄和強烈的的蒸發作用,地下水埋深又略增大;(4)地下水化學類型多為氯化物水或氯化物硫酸鹽水,礦化度高;(5)水位動態變化小。
3、河流沖積物中地下水特征;
地形 高→ 低
巖性(粒度) 粗→ 細
地下水埋深 深→ 淺
補給條件 好→ 差
排泄 徑流排泄→ 蒸發排泄
水化學作用 溶濾作用→濃縮作用
水型 HCO3- →Cl,
礦化度(TDS) TDS 低→TDS 高
4、裂隙水的類型與特征;(1)類型:
o成巖裂隙——巖石在成巖過程中受內部應力作用而產生的原生裂隙。
o風化裂隙——暴露于地表的巖石,在溫度變化和水、空氣等風化營力作用下形成的裂隙。
o構造裂隙——在地殼運動過程中,巖石在構造應力作用下產生。
(2)特征:(1) 水量在空間分布不均勻,連續性差
(2) 裂隙水的分布形式可呈層狀,也有的呈脈狀;
(3) 裂隙水的水力聯系差,往往無統一的地下水面;
(4) 裂隙流動具明顯的各向異性。
5、巖溶發育的基本條件;
巖溶發育條件包括兩個基本條件、四個必備條件。
兩個基本條件:(1)巖層具有可溶性;
(2)地下水具有侵蝕能力。
四個必備條件:(1)可溶巖的存在;
(2)水是流動的;
(3)可溶巖必須是透水的;
(4)具有侵蝕能力的水。
6、巖溶水的基本特征;
o當地侵蝕基準面(以當地的河床標高為準)以上的巖溶水發育;以水平和垂直巖溶水為儲存形式,以下僅有水平向巖溶;
o巖溶水成水系化或管道化;
o動態極不穩定,變幅可達十幾米至幾十米,動態缺乏滯后;
o巖溶水的儲存無規律,水量大;
o巖溶水礦化度低,水質較好。
7、礦床水:自然狀態下礦床和圍巖中賦存的水。
8、礦床充水來源與通道。
水源
礦床充水水源即能進入礦床或井巷的水,它們有大氣降水、地表水、地下水和老空水等。
通道:
自然:地層的裂隙與斷裂帶,巖溶通道,孔隙通道。
人為:不合理勘探或開采造成,有頂板冒落裂隙通道、底板突破通道、鉆孔通道等。
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