水文地质学考试总结.doc

绪论
水文地质学概念
水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。它研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作业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。
水文地质学研究范围主要任务有哪些。

第一章地球上的水及其循环

浅部层圈水和深部层圈水
浅部层圈水：从大气圈到地壳上半部。
深部层圈水：分布于地壳下部直到下地幔这一范围内。

自然界水循环及水循环的分类水文循环、地质循环。
自然界的水循环：自大气圈到地幔的地球各个层圈中的水构成一个系统，该系统内的水相互联系、相互转化的过程。
按其循环途径长短、循环速度快慢及涉及层圈范围，分为水文循环与地质循环。
水文循环及其分类。
水文循环定义：发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环（范围、四个环节）。
特点：速度较快、途径较短、转换交替比较迅速
水文循环的划分
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，水-土-生系统水文循环
水文循环的作用
水通过不断转化，水质得以净化 水通过不断循环水量得以更新再生
定义：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。
（2）过程：初生水的形成；在地幔下降流区，含有大量水的地壳岩块沉入地幔，使地幔得到浅层圈水的补充；此外，地质循环还发生在成岩、变质、风化等作用过程中。
水文循环与地质循环的区别
1 水文循环发生于地球浅层圈，是H2O分子态水的转换
2 水文循环速度快、更替较快
3 水文循环对地球的气候、水资源、生态环境等有极大的影响，是水文学与水文地质学的研究重点。
4 地质循环发生于地球浅层圈与深层圈之间，常伴有水分子的分解与合成。
5 地质循环速度缓慢。
与水文循环有关的气象要素有哪些。
1 气象因素
（1）大气圈结构
（2）大气热源
（3）主要气象要素
a.气温 b.气压 c.湿度。
绝对湿度(m或e) 饱和水汽含量(M或E) 相对湿度（r）：绝对湿度(m或e)与饱和水汽含量(M或E)之比（百分数）。 露点与凝结, 温度露点差
（3）主要气象要素
d.蒸发:在常温下水由液态变为气态进入大气的过程。
影响因子：气温、气压、相对湿度、风速；
测量仪器：蒸发皿，强度mm/a；
包括水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发，通常以水面蒸发量的大小表征一个地区的蒸发强度。
e.降水:雨量计，大小mm，地区丰富程度 mm/a

第二章 岩石中的孔隙与水分

岩石空隙的分类。
岩石中的空隙按成因分为三大类：
a.松散岩石中的孔隙 b.坚硬岩石中的裂隙c.可溶岩石中的溶穴（溶洞）
孔隙的概念，影响孔隙度大小的因素有哪些。
孔隙 — 松散岩石中颗粒或颗粒集合体之间 的空隙。
孔隙度的大小主要取决于颗粒排列情况及分选程度，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。
①颗粒的排列 注意：三种颗粒直径不同的等粒岩石，排列方式相同时，孔隙度完全相同。②颗粒的分选—在颗粒大小不等时，分选差则孔隙度小， 分选好则孔隙度大。
③颗粒的形状及胶结—磨圆愈好，孔隙度愈小，胶结可以降低孔隙度。
④考虑粘性土的结构孔隙及次生孔隙。

岩石中水的存在形式有哪些。
矿物结合水：沸石水结晶水结构水
岩石空隙中的水：结合水 矿物表面结合水 固态水 气态水 液态水： 重力水 毛细水
容水度、给水度、持水度的概念及其三者之间的关系。
给水度：当地下水位下降一个单位深度时，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释放出来的水体积，称为给水度 。
容水度：岩石完全饱水时，所能容纳的最大水体积与岩石总体积之比
持水度：地下水位下降时，一部分水由于毛细力（以及分子力）的作用而仍旧反抗重力保持于岩石空隙中。
给水度、持水度与孔隙度的关系是：μ+ Sr=n
松散岩石给水度的变化规律。
颗粒粗大的松散岩石，裂隙比较宽大的坚硬岩石，以及具有溶穴的可溶岩，空隙宽大，重力释水时，滞留于岩石空隙中的结合水与孔角毛细水较少，理想条件下给水度的值接近孔隙度、裂隙率与岩溶率。
若空隙细小（如粘性土），重力释水时大部分水以结合水与悬挂毛细水形式滞留于空隙中，给水度往往偏小。
孔隙度和透水性之间的关系。
孔隙度的大小：在孔隙大小达到一定程度时，孔隙度才对岩石的透水性起作用，孔隙度越大，透水性越好。
太沙基有效应力原理的内容，并会应此原理解释现象。
孔隙水压力（压强）计算: u = γw × h
作用于岩土上的总应力P（上部总荷重产生的）等于岩石骨架与水的重量之和。
有效应力：地下水的孔隙水压力（浮力）会减轻岩土内部的压应力，扣除孔隙水压力后的岩土内部（压）应力，称为有效应力Pz。 Pz = P - u
第三章 地下水的赋存
包气带的划分。
地下水面（水位）：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，称为地下水面，以海拔高度表示称之地下水位 。
地下水面以上部分，包括毛细水带、中间带和土壤水带，岩石中的空隙未被水充满，称为包气带。
地下水面以下部分，岩石中的空隙被水充满，称为饱水带。
含水层、隔水层的概念和相对意义。
含水层： 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： 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）
相对意义
从实际应用角度来看划分的相对性——相当水量
从理论意义来看——微不足道
地下水分类，按照含水介质和埋藏条件。
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
裂隙水
岩溶水
包气带
上层滞水
上层滞水
上层滞水
潜水
孔隙潜水
裂隙潜水
岩溶潜水
承压水
孔隙承压水
裂隙承压水
岩溶承压水

地下水埋藏条件、上层滞水的概念。
地下水的埋藏条件：指含水岩层在地质剖面中所处的部位及受隔水层（弱透水层）限制的情况。
上层滞水：当包气带存在局部隔水层（弱透水层）时，局部隔水层（弱透水层）上会积聚具有自由水面的重力水，这便是上层滞水。
潜水的概念及其特征。
潜水：饱水带中第一个具有自由表面的稳定含水层中的水。
分布特征：分布广泛、均匀，埋藏深度小、水面自由。
运动特点：在重力作用下，由水位高的地方向水位低的地方径流。
补给(源)：分布区与补给区一致，大气降水入渗、地表水补给。
排泄(汇)：除流入其它含水层外，排泄入大气圈与地表水圈的方式，一是径流排泄、一是蒸发排泄。
潜水补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！
动态：受气象、水文因素影响明显，变化快 （水量、水位季节性变化）
受人为因素影响显著，易污染 。水量与水质：水量易于补充恢复，但缺乏多年调节性；
水质主要取决于气候、地形及岩性条件。
水循环：水循环交替迅速、周期短，更新恢复快
承压水的概念及其特征。
充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水，称之为承压水。
1承压性
承压性是受到了大气压以外的压力。
承压区含水层的水受到了来自出露区地下水的静水压力作用，不但充满含水层，而且承受了附加压强。
2补给与排泄
主要补给来源：大气降水入渗与地表水入渗
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3性差 ；
高补低排（从高处获得补给，在低处排泄）；
隔水顶底板对承压区补水的影响。水质
承压水的水质取决于埋藏条件及其与外界联系的程度；
变化较大，矿化度一般要高点，可以保留“古老”的水 ；
4动态
水循环交替较弱，受气象、水文因素影响较小，动态稳定，不易污染。
动态要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定—则调节能力很强
承压高度、含水层厚度、贮水系数的概念。
承压高度 — 静止水位（测压水位）高出含水层顶板的距离
潜水含水层厚度：从潜水面到隔水底板的垂直距离。
贮水系数
承压含水层中当测压水位下降(或上升)1个单位深度，单位水平面积含水层所释出(或储存)的水的体积。
潜水和承压水的贮水和释水机理。
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 1/20000
2) 孔隙水压力降低，岩层颗粒间承受压力增加—骨架被压缩
3) 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
第四章 地下水运动规律
渗流，层流、紊流，稳定流，非稳定流的概念。
渗流：地下水在岩石空隙中的运动称为渗流或渗透。
地下水的运动形态
按水流流态分为：
层流：在岩层空隙中渗流时，水质点作有秩序的、互不混杂的流动，称为层流运动。如砂、裂隙不很宽大的基岩中水的流动。
紊流：在岩层空隙中渗流时，水质点作无秩序的、互相混杂的流动，称为紊流运动。如大的溶穴、宽大裂隙中水的流动。
作紊流运动时，水流所受阻力比层流状态大，消耗的能量较多。
按地下水运动要素随时间的变化情况分为：
稳定流：水在渗流场内运动时，各个运动要素（水位、流速、流向等）不随时间改变，称为稳定流。
非稳定流：水质点的各个运动要素随时间改变的水流运动。
渗流理论假设有哪些？
渗透速度、实际速度关系，水力梯度，渗透系数概念。
水力梯度的概念：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值
渗透系数—表征岩石渗透性能的定量指标。
达西定律的应用。
雷诺数与达西定律的联系。达西定律的应用条件。
达西定律的适用范围：
渗透流速V与水力梯度I的一次方成正比,故达西定律又称线性渗透定律。
但多次实验表明,只有雷诺数（Re）≤1-10之间某一数值的层流运动才服从达西定律，超过此范围，V与I不是线性关系。
它不仅是水文地质定量计算的基础，还是定性分析各种水文地质过程的重要依据。深入掌握达西定律的物理实质，灵活的运用它来分析问题，是水文地质工作者应当具备的基本功。
存在一个临界雷诺数Re临（1~10）， Re临是达西定律成立的上限，当Re＜ Re临，即低雷诺数时，属低速流，这时该区域内达西定律适用。
当Re临＜Re＜20～60时，出现一个过渡带，从层流运动过渡到非线性层流运动。
流网、流线、迹线概念。
流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上，由一系列等水头线与流线组成的网格，称为流网。
流线：是渗流场中某一瞬时的一条线，线上各个水质点在此瞬时的流向均与此线相切。
迹线：是渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。
均质各向同性介质中流网图的绘制步骤，以及实际流网图的绘制。均质各向同性介质中流网图中有那些规律。
精确绘制定量流网需要充分掌握有关的边界条件及参数；
实测资料很少时，可信手绘制定性流网。尽管信手流网不精确,但可提供许多有用的水文地质信息,是水文地质分析的有效工具。
折射定律的内容及其应用。

流线与层界法线间的夹角。
为了保持流量相等(Q1=Q2),流线进入渗透性好的K2层后将更加密集,等水头线的间隔加大(dL2 >dL1)。
即流线趋向于在强透水层中走最长的途径,而在弱透水层中走最短的途径。
第六章 地下水的化学成分及其形成作用
地下水主要气体成分和离子成分有哪些。
地下水中常见的气体成分：
O2、N2、CO2、CH4、H2S等。尤以前三种为主。
下水中分布最广、含量较多的离子（七种）：
Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+。
低矿化度、中等矿化度、高矿化度水的主要阴、阳离子成分有那些。
低矿化水中以HC03-、Ca2+、Mg2+为主;高矿化水以Cl-、Na+为主;
中等矿化水中,阴离子常以S042-为主,主要阳离子为Na+、Ca2+。
硬度、暂时硬度、永久硬度。
硬度：指水中含有的能与肥皂作用生成难溶物，或与水中某些阴离子生成水垢的金属离子。如Ca2+、Mg2+（Fe2+、Mn2+、Al3+）。常用Ca2+、Mg2+含量表示
暂时硬度：指水中Ca2+、Mg2+与HC03-和C032-离子结合的硬度。
永久硬度：指水中Ca2+、Mg2+与Cl-和S042-离子结合的硬度。
总溶解固体含量（矿化度）及其计算方法。
• 总矿化度的概念：
地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量称为总矿化度(总溶解固体）,以每升水中所含克数（g/L）表示
总矿化度的表征方式
a.习惯上以105 ℃一110 ℃时将水蒸干所得的干涸残余物总量来表征；
b. 在水质简分析中是用分析所得的阴阳离子含量相加，然后减去HCO3-含量的一半，作为水的矿化度。
库尔洛夫式及其命名。
• 横线上下：
表示阴阳离子——分别按毫克当量百分数自大到小顺序排列,小于10%的离子不予表示。
• 横线前：
依次表示特殊成分、气体成分、矿化度(以字母M为代号),单位为g/L；
• 横线后：
以字母t为代号表示以摄氏计的水温

地壳表层2个热源及地壳表层分带。
• 热源：太阳的辐射；地球内部的热流
• 变温带——受太阳辐射影响的地表极薄的温度变化带。
• 常温带——变温带以下一个厚度极小的带
• 增温带——常温带以下,地温受地球内热影响的带
地下水化学成分的形成作用有那些。溶滤作用概念及其影响因素。浓缩作用概念及其发生条件。
溶滤作用 浓缩作用 脱碳酸作用 脱硫酸作用 阳离子交替吸附作用 混合作用
人类活动在地下水化学成分形成中的作用
在水与岩土相互作用下,岩土中一部分物质转入地下水中——溶滤作用。
• 岩土矿物盐类的溶解度（如NaCl与SiO2）
• 岩土的空隙特征（如致密基岩）
• 水的溶解能力（溶解度，低矿化水溶解能力强）
• 水中的O2、CO2等气体成分的含量
O2高，溶解硫化物能力强，CO2高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能力强。
• 水的流动状况：径流与交替强度——最活跃、最关键因素
浓缩作用：当地下水位埋藏不深,蒸发成为地下水的主要排泄方式。
发生条件：干旱或半干旱的气候；
• 低平地势控制下较浅的地下水位埋深；
• 有利于毛细作用的颗粒细小的松散岩土；
• 地下水流动系统的势汇——排泄处。
干旱或半干旱气候下，浓缩作用的规模取决于地下水流动系统的空间尺度以及其持续的时间尺度。
第七章 地下水的补给与排泄

补给、径流、排泄的概念。
含水层或含水系统从外界获得水量的过程，称作补给。
含水层或含水系统失去水量的过程称作排泄。
地下水补给来源有哪些。
大气降水 地表水 凝结水
来自其它含水层或含水系统的水等
人工补给（灌溉回归水、水库渗漏水等）
松散沉积物中降水入渗补给方式。
活塞式 捷径式
影响大气降水补给地下水的因素有哪些。
年降水总量 降水特征 包气带的岩性和厚度 地形 植被
影响河水补给地下水的因素有哪些。
透水河床的长度与浸水周界的乘积 (相当于过水断面)，
河床透水性(渗透系数)，
河水位与地下水位的高差(影响水力梯度)
河床过水时间，
相邻含水层或含水体之间发生补、排关系的必备条件。
两个含水层之间存在水头差且有联系的通路时,水头较高的含水层便补给水头较低的含水层。
大气降水入渗系数的确定，并如何计算入渗补给量。
• 降水入渗系数，即每年总降水量补给地下水的份额，常以小数表示。
确定入渗系数α常用方法:
平原区，大气降水入渗补给地下水量的确定：
Q＝X·a·F·1000
式中：Q—降水入渗补给地下水量(m3/a)；
X—年降水量；
a—入渗系数；
F—补给区面积(km2)。
越流概念，越流量、单宽流量计算。
越流的概念：相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换,称作越流。
根据达西定律，在一维流动条件下，单位水平面积弱透水层的越流量

K—弱透水层垂向渗透系数；
I—驱动越流的水力梯度；
HA—含水层A的水头；
HB—含水层B的水头；
M—弱透水层厚度(等于渗透途径)
上升泉和下降泉的判断及分类。
上升泉——由承压含水层补给
下降泉——由潜水或上层滞水补给
上降泉的类型 侵蚀(上升)泉 断层泉 接触带泉
下降泉的类型（根据出露原因）：侵蚀泉、接触泉、溢流泉

影响泉动态的因素有那些。

第八章 地下水系统
地下水含水系统和流动系统概念。
地下水含水系统：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。
地下水流动系统：由源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体。
单源单汇、多源多汇地下水流动系统。
第九章 地下水动态与均衡
地下水动态、地下水均衡含义。影响地下水动态因素有那些，潜水及松散沉积物中地下水动态类型。
地下水动态的概念：
在与环境相互作用下,含水层各要素(水位、水量、水化学成分、水温等)随时间的变化,称作地下水动态。
地下水均衡的概念：
某一时间段内某一地段内地下水水量(盐量、热量、能量)的收支状况称作地下水均衡。
影响地下水动态的因素
①环境对含水层(含水系统)的信息输入：
如降水、地表水的补给，人工开采或补给地下水，地应力对地下水的影响等；
②变换输入信息的因素：赋存地下水的地质、地形条件。
• 影响地下水动态的主要自然因素：
气候（气象）因素：水文因素 地质因素 植被因素
潜水（松散沉积物浅部水）的天然动态类型:蒸发型 径流型 弱径流型
均衡期、均衡区的含义。
均衡区：均衡计算所选定的地区。
均衡期：均衡计算的时间段（若干年、年、月）。
水均衡方程式的含义，及其组成。并能够列出水均衡方程式。
地下水均衡方程式：
收入项总量 - 支出量总量 = 调蓄项变化量，即：
（∑Q补 — ∑Q消）Δt= ±µFΔh
物理意义：某均衡区，在一定均衡期内，总补给量与总消耗量之差等于储存量的变化量。
第十章 孔隙水
洪积扇中地下水的如何分带？并有哪些特征。
洪积扇上部：
砂砾石带——粗大的颗粒直接出露地表,或仅覆盖薄土层,有利吸收降水及山区汇流的地表水,主要补给区。
潜水深埋带——此带地势高,潜水埋藏深。
盐分溶滤带——岩层透水性好,地形坡降大,径流强烈。蒸发微弱而溶滤强烈,形成低矿化水。
洪积扇中部
潜水溢出带——地形变缓、颗粒变细,透水性变差,地下径流受阻,潜水位接近地表,形成泉与沼泽而溢出。
盐分过路带——径流途径加长,蒸发加强,水的矿化度增高。
地下水水位动态变化小。洪积扇的前缘止于此带。
洪积扇下部：
潜水下沉带——由于地表水的排泄及蒸发,潜水埋深增大。
潜水堆积带——岩性变细、地势变平,潜水埋深不大,干旱气候下,蒸发成为主要排泄方式而水的矿化度增大,土壤常发生盐渍化。
洪积扇中地貌岩性有何规律，洪积扇中有哪些规律。
• 地貌上坡度由陡变缓；岩性上由粗变细；透水性由好到差；地下水位埋深由大而小；补给条件由好到差；
• 由径流为主转化到以蒸发为主；水化学作用由溶滤到浓缩；矿化度由小到大,水化学类型产生相应变化；地下水位的变动由大到小。

第十一章 裂隙水
裂隙水分类。
成岩裂隙水 风化裂隙水 构造裂隙水
断层带的水文地质意义。
沉积岩及深成岩浆岩的成岩裂隙通常多是闭合的，含水意义不大。
喷出岩、侵入岩的成岩裂隙具有水文地质意义
第十二章 岩溶水
岩溶水发育的基本条件。
可溶性的岩石；岩石具有透水性；具有侵蚀能力的水；水是流动的。
岩溶水的特征有哪些。
一） 含水介质特征
1. 空间分布极不均匀尺寸不等的多级次的空隙系统
二） 岩溶水的运动特征
（1）层流紊流共存 （2）无压流与承压流并存（3）裂隙管道径流并存
（4）存在独特的径流形式——虹吸式径流虹吸现象
（三） 岩溶水补给、排泄与动态特征
(1)岩溶水补给特征 (2)岩溶水排泄特征 (3) 岩溶水动态特征
（四） 我国南北方岩溶及岩溶水差异
1．含水介质方面：南方常是高度管道化与强烈不均质的。
2．岩溶泉：南方的岩溶泉对降水的响应十分灵敏，流量季节变化很大。
第十三章 地下水资源
地下水资源概念。地下水与地表水比较的优越之处有哪些。
地下水是一种宝贵的、可再生资源淡水资源
地下水与地表水资源相比的优越之处有：
空间分布：广而均匀（地表水局限与水文网）
时间调节性：地下含水系统是天然水库，动态稳定
水质：水质优，洁净，水温恒定，不易受到污染，但污染后很难治理。
可利用性：一次性利用投资小，运用费用高
影响地下水资源丰沛程度的因素有那些。
第十四章 地下水与环境
人类活动对地下水的影响有哪些，过量开采或者补充地下水可导致哪几种环境灾害的发生 。
主要人类活动对地下水的干扰（产生的不利影响）
过量开发或排除地下水 过量补充地下水 污染物进入地下水
环境灾害：地下水位下降：开采条件恶化、水源枯竭。 地面沉降（或塌陷）。
生态环境退化：盐碱化、沼泽化和沙漠化（荒漠化）。
地下水污染 。海水入侵。 其他