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水文地质学总复习


水文地质学基础总复习
王大纯 张人权 等编著 地质出版社





一、水文地质学及其研究内容
水文地质学是研究地下水的科学。 水文地质学是研究地下水的科学。 是研究地下水的科学 地下水即是赋存于地面以下岩石空隙中的水。 地下水即是赋存于地面以下岩石空隙中的水。 即是赋存于地面以下岩石空隙中的水

与岩石圈、大气圈、 研究的内容 与岩石圈、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 地下水水量和水质的时空变化规律, 互作用下地下水水量和水质的时空变化规律,并研究如 运用这些规律去兴利除害 为人类服务。 去兴利除害, 何运用这些规律去兴利除害,为人类服务。

二、水文地质学在国民经济发展中的作用
1. 资源 供水水源、液体矿产( 矿泉水)、热水(热能,冷能) )、热水 供水水源、液体矿产( 矿泉水)、热水(热能,冷能) 2. 地下水是极其重要的生态环境因子、 地下水是极其重要的生态环境因子、 水位抬升:土壤次生盐渍化、 水位抬升:土壤次生盐渍化、原生或次生的土壤沼泽化 水位下降: 沼泽湿地面积减少、沙漠化: 水位下降: 沼泽湿地面积减少、沙漠化: 海水入侵、 地面沉降 、海水入侵、 岩土力学平衡破坏:滑坡、岩崩、 岩土力学平衡破坏:滑坡、岩崩、岩溶地面坍陷 地下水与人类健康 3. 地下水是一种地质营力(能量、物质的传输者)、信息载体 地下水是一种地质营力(能量、物质的传输者)、信息载体 )、

思考题
结合你的家乡实际情况或接触听到谈到的消息, 结合你的家乡实际情况或接触听到谈到的消息, 试分析地下水的某种功能。 试分析地下水的某种功能。 为什么说“水资源”是可再生的资源? 为什么说“水资源”是可再生的资源? 为什么说“水资源”既有自然属性,又有社会属性。 为什么说“水资源”既有自然属性,又有社会属性。

第一章

地球上的水及其循环

第一章 地球上的水及其循环
1.1 地球上的水
浅部层圈水(大气圈到地壳上半部):分布大气水、 浅部层圈水(大气圈到地壳上半部):分布大气水、地表 ):分布大气水 地下水以及生物体中的水。这些水均以自由态H 分 水、地下水以及生物体中的水。这些水均以自由态 2O分 子形式存在,以液态为主,也呈气态与固态存在。 子形式存在,以液态为主,也呈气态与固态存在。 13.86×108km3,水深约为2718m;97.47%,2.53% 淡水体的比例:约68.8%为冰川与积雪, 0.3%为河湖,30%为地下水,其他淡水占0.9%。 深部层圈水(地壳下部直到下地幔) 深部层圈水(地壳下部直到下地幔): 地球深层圈中特殊高压高温下的离解状态的水, 地球深层圈中特殊高压高温下的离解状态的水,以 及地壳矿物内部的结合水, 及地壳矿物内部的结合水,均是以非自由状态存在 的水。 的水。气水溶液 广义的水圈应当包括地球各层圈中以各种不同状态存在且相互转化的所有 的水。 的水。

地球上的水

1.2 自然界的水循环 :

第一章

地球上的水及其循环

地球上各层圈的水相互联系、相互转化过程称为水循环。 地球上各层圈的水相互联系、相互转化过程称为水循环。 水文循环是发生于大气水、 水文循环是发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水 是发生于大气水 之间的水循环。 之间的水循环。 水文循环是在太阳辐射和重力共同作用下,蒸发、水汽输送、 太阳辐射和重力共同作用下 水文循环是在太阳辐射和重力共同作用下,蒸发、水汽输送、 降水和径流,通过四个环节水文循环周而复始的进行。 降水和径流,通过四个环节水文循环周而复始的进行。 海洋与大陆之间的水分交换为大循环。 海洋与大陆之间的水分交换为大循环。 大循环 海洋或大陆内部的水分交换称为小循环。 海洋或大陆内部的水分交换称为小循环。 小循环 ? 水文循环的作用:水通过不断转化水质得以净化,水通过不 水文循环的作用:水通过不断转化水质得以净化, 断循环水量得以更新再生。 断循环水量得以更新再生。 ? 水文循环的资源意义:水作为资源不断更新再生,可以保 水文循环的资源意义:水作为资源不断更新再生, 证在其再生速度水平上的永续利用。 证在其再生速度水平上的永续利用。

水文循环:是发生于地球表层圈的水,即大气水、 水文循环:是发生于地球表层圈的水,即大气水、地表水和 地球表层圈的水 地壳岩石空隙的地下水之间的相互交替与转化, 地壳岩石空隙的地下水之间的相互交替与转化,H2O分子态 分子态 水的转换 特点:水文循环的速度较快,途径较短, 特点:水文循环的速度较快,途径较短,转换交替比较迅 速。 地质循环:地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程, 地质循环:地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程,常伴 有水分子的分解和合成;转换速度缓慢。 有水分子的分解和合成;转换速度缓慢。

第一章 1.3 与水文循环有关的气象、水文因素 与水文循环有关的气象、
一、气象因素

地球上的水及其循环

主要包括气温、气压、湿度、 主要包括气温、气压、湿度、蒸发和降水 1、气温: 时间(季节等)、空间(纬度、高度) 、气温: 时间(季节等)、空间(纬度、高度) )、空间 2、气压 、 水平变化(全球气压带,地表热力状况的差异); 水平变化(全球气压带,地表热力状况的差异); 地表覆盖状况不同(季风)。 地表覆盖状况不同(季风)。 3、湿度 、 绝对湿度: 柱 绝对湿度:m,g/m3;e,mmHg柱。 饱和水汽含量: ; 。 饱和水汽含量:M;E。 相对湿度:绝对湿度和饱和水汽含量之比。 相对湿度:绝对湿度和饱和水汽含量之比。

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地球上的水及其循环

4、蒸发 ☆ ☆ 空气中的水汽主要来自地表水、地下水、 空气中的水汽主要来自地表水、地下水、土壤和植物 的蒸发。有了蒸发作用,水循环才得以不断进行。 的蒸发。有了蒸发作用,水循环才得以不断进行。 水面蒸发的速度和量取决于气温、气压、湿度、 水面蒸发的速度和量取决于气温、气压、湿度、风速 等因素。主要决定于气温和饱和差(饱和差= 等因素。主要决定于气温和饱和差(饱和差=饱和水汽 的含量-绝对湿度)饱和差愈大,蒸发速度也愈大。 的含量-绝对湿度)饱和差愈大,蒸发速度也愈大。风 速是影响水面蒸发的另一重要因素。 速是影响水面蒸发的另一重要因素。 蒸发包括水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发等。 蒸发包括水面蒸发、土面蒸发、叶面蒸发等。通常用 水面蒸发量的大小表征一个地区蒸发的强度。 水面蒸发量的大小表征一个地区蒸发的强度。



第一章

地球上的水及其循环

5、降水 气象部门用雨量计测定降水量, 气象部门用雨量计测定降水量, ◎ 降水的影响:降水是水循环的主要环节之一。 降水的影响 降水是水循环的主要环节之一。一个地区降 降水是水循环的主要环节之一 水量的大小,决定了该地区水资源的丰富程度, 水量的大小,决定了该地区水资源的丰富程度,对地下 水资源的形成具有重要影响。 水资源的形成具有重要影响。 影响重大, 影响重大,后续课程还会涉及。

◎ 蒸发与降水对水文循环特别是地下水资源的形成与分布

第一章

地球上的水及其循环

二、水文因素(径流) 水文因素(径流)
径流是水文循环的重要环节和水均衡的基本要素。 径流是水文循环的重要环节和水均衡的基本要素。 定义:指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。 定义:指降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。 分类: 降落到地表的水通过下渗环节 下渗环节, 分类: 降落到地表的水通过下渗环节,对降水进行地表与地下径流的 分配。径流可分为地表径流和地下径流,两者具有密切联系, 分配。径流可分为地表径流和地下径流,两者具有密切联系,并经 常相互转化。 常相互转化。 径流具有系统分布的特点。 径流具有系统分布的特点。汇注于某一干流的全部河流的总体构成一 个地表径流系统,称为水系。水系的集水区域称为流域。 个地表径流系统,称为水系。水系的集水区域称为流域。相邻两个 流域之间地形最高点的连线称分水岭。 流域之间地形最高点的连线称分水岭。 地表径流的表示方法:在水文学中常用流量、径流总量、径流深度、 地表径流的表示方法:在水文学中常用流量、径流总量、径流深度、径 流量 流模数和径流系数等特征值说明地表径流 等特征值说明地表径流。 流模数和径流系数等特征值说明地表径流。

(1)一个地区的年降水量,是用什么表示的,包括哪些组成部分? 一个地区的年降水量,是用什么表示的,包括哪些组成部分? 一个地区的年降水量 雨量计降雨量, 答:以 雨量计降雨量,以某一地区某一时期的降水总量平铺于地 面得到的水层高度mm数表示。 数表示。 面得到的水层高度 数表示 (2)某山区的地表水系如下图所示,由分水岭圈闭的流域面积为24 km2, 某山区的地表水系如下图所示,由分水岭圈闭的流域面积为 某山区的地表水系如下图所示 月份观测到出山口A点的平均流量为 在8月份观测到出山口 点的平均流量为 ×104 m3/d,而8月份这 月份观测到出山口 点的平均流量为8.0× , 月份这 个地区的总降水量是700 mm。试求出该流域 月份的径流深度和 个地区的总降水量是 。试求出该流域8月份的径流深度和 径流系数,并思考以下问题:为什么径流系数小于1.0; 点的平 径流系数,并思考以下问题:为什么径流系数小于 ;A点的平 均流量中是否包括地下径流。A分水岭 均流量中是否包括地下径流。A分水岭
分 水

解:Q= 8.0×104m3/d , F=24km2, X=700mm
QT 8.0 × 10 4 × 31 -3 Y= ? 10 = ? 10 -3 = 103.3 mm F 24
a=
A



Y 103 .3 = ≈ 0 .15 X 700

(3)空气湿度和风速如何影响蒸发量? 空气湿度和风速如何影响蒸发量? 空气湿度和风速如何影响蒸发量
(4)地球上水的循环包括水文循环和地质循环,它们有哪些区别?水循环的大气过 地球上水的循环包括水文循环和地质循环,它们有哪些区别? 地球上水的循环包括水文循环和地质循环 程属于其中哪一种? 程属于其中哪一种?

(4)地下径流与地表径流的特征有哪些不同点? 地下径流与地表径流的特征有哪些不同点? 地下径流与地表径流的特征有哪些不同点 (5)沙漠地区降雨量很少,但是也能发现大量的地下水或者泉水,为什么? 沙漠地区降雨量很少,但是也能发现大量的地下水或者泉水,为什么? 沙漠地区降雨量很少 (P14) 它们或者是从周围高山冰雪融水获得补充, 它们或者是从周围高山冰雪融水获得补充,实际仍是固他体降水的转化补 或者是在长期地质历史时期积聚起来的,是多年水文循环的积累。 给;或者是在长期地质历史时期积聚起来的,是多年水文循环的积累。

(6)为什么称水资源为再生资源,可再生的水资源是取之不尽的吗? )为什么称水资源为再生资源,可再生的水资源是取之不尽的吗?

第二章 岩石中的孔隙和水分
重难点:岩土中空隙的三种类型,以及影响孔隙的大小、多少(空隙率) 重难点:岩土中空隙的三种类型,以及影响孔隙的大小、多少(空隙率) 的因素(也是难点);空隙中水的存在形式及其特征; );空隙中水的存在形式及其特征 的因素(也是难点);空隙中水的存在形式及其特征;重点掌握岩土 孔隙度、给水度(也是难点)和持水度的概念以及他们的关系。 孔隙度、给水度(也是难点)和持水度的概念以及他们的关系。 岩石中的空隙: 孔隙、裂隙、 岩石中的空隙: 孔隙、裂隙、溶穴 岩石中水的存在形式

结合水、重力水、毛细水, 结合水、重力水、毛细水, 气态水、 气态水、固态水及矿物中的水 容水度、含水量、 容水度、含水量、给水度 持水度、 持水度、透水性

与水的储容及运移有关的岩石性质

有效应力原理与松散岩土压密

空隙依据成因分为三类, 空隙依据成因分为三类,即:松散岩石中的孔隙,坚 松散岩石中的孔隙, 孔隙 硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴 硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴 裂隙和可溶岩石中的 研究空隙的意义:空隙是地下水的赋存场所 研究空隙的意义:空隙是地下水的赋存场所 (places)和运移通道(conduits)。空隙的多 )。空隙的多 ) 运移通道( )。 少、大小、形状、连通情况和分布规律,对地下水的 大小、形状、连通情况和分布规律, 分布和运动具有重要影响。 分布和运动具有重要影响。

第二章

岩石中的孔隙与水分

一、孔隙
孔隙:松散岩石中颗粒(颗粒集合体)间的空隙.土体孔隙特征主要描述 孔隙:松散岩石中颗粒(颗粒集合体)间的空隙.土体孔隙特征主要描述 孔隙的大小 多少、形状、连通性与胶结等 大小、 孔隙的大小、多少、形状、连通性与胶结等。 (1)砂砾石孔隙大小及其影响因素 ) 来定量表征。 用孔喉(d)和孔腹(d` )来定量表征。 孔喉( )和孔腹( ①颗粒大小:与构成砂砾石土的颗粒粒径成正比 颗粒大小: ②颗粒排列:立方体排列, d = 0.414D ,四面体排列, d = 颗粒排列:立方体排列, 四面体排列, 0.155D。 。 ③试样的分选:样品分选较差时,孔隙大小取决于充填大孔隙中实际构 试样的分选:样品分选较差时, 成孔隙的细小颗粒的直径 颗粒形状及胶结充填情况等。 ④颗粒形状及胶结充填情况等。

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岩石中的孔隙与水分

(2)砂砾石的孔隙度(porosity)及其影响因素 )砂砾石的孔隙度( ) 孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标,常用n表示。 孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标,常用 表示。 表示 孔隙度是指某一体积岩土 包括孔隙在内 孔隙度是指某一体积岩土(包括孔隙在内 中孔隙体积所占的 是指某一体积岩土 包括孔隙在内)中孔隙体积所占的 比例。 比例。 Vn

n=

V

(×100%)

式中: 为孔隙度, 为孔隙体积, 为岩石总体积。 式中: 为孔隙度, 为孔隙体积, 为岩石总体积。 空隙比(ε,隙比) 是指某一岩石内孔隙的体积( 空隙比 隙比):是指某一岩石内孔隙的体积(Vn)与固体 隙比 岩石体积( 的比值。 岩石体积( Vs )的比值。 V n ε= n = Vs 1 ? n

第二章

岩石中的孔隙与水分

砂砾类土的孔隙度大小与什么有关? 砂砾类土的孔隙度大小与什么有关?
a. 与排列有关: 与排列有关: 立方体排列,孔隙度为 立方体排列,孔隙度为47.64%;四面体排列,25.95% 。自然界中 ;四面体排列, 松散岩石的孔隙度大多介于此两者之间。 松散岩石的孔隙度大多介于此两者之间。 b. 与分选有关:分选程度越差,颗粒大小越悬殊,孔隙度便越小 与分选有关:分选程度越差,颗粒大小越悬殊, 理想情况下砾石与砂石混合的试样孔隙度: 理想情况下砾石与砂石混合的试样孔隙度: n混合=n砾石×n沙石 c. 与颗粒形状、胶结充填情况有关: 与颗粒形状、胶结充填情况有关: 颗粒越不规则,孔隙度越大;颗粒间发生胶结或孔隙被充填, 颗粒越不规则,孔隙度越大;颗粒间发生胶结或孔隙被充填,直接减 少孔隙数量,使孔隙度减小。 少孔隙数量,使孔隙度减小。

第二章

岩石中的孔隙与水分

思考表2-1给出的孔隙度数值与上述分析影响孔隙度大小的因素 给出的孔隙度数值与上述分析影响孔隙度大小的因素 思考表 是否不一致? 是否不一致? 请总结有哪些不同?为什么会不同。 请总结有哪些不同?为什么会不同。 不同: 不同: (1)在表2-1中,自然界中松散岩石的孔隙度与粒径大小有关,粒 )在表 中 自然界中松散岩石的孔隙度与粒径大小有关, 径小孔隙度大。 径小孔隙度大。 (2)孔隙度超过最疏松排列的 )孔隙度超过最疏松排列的47.64%?粘性土孔隙度高达 ? 70%-80%。 。 对于粘性土,决定孔隙大小的不仅是颗粒大小及排列, 对于粘性土,决定孔隙大小的不仅是颗粒大小及排列,结构孔隙及 次生空隙的影响是不可忽视的。 次生空隙的影响是不可忽视的。

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岩石中的孔隙与水分

二、裂隙
固结的坚硬岩石中,一般仅残存很小部分孔隙,而存在有各种应力作用 固结的坚硬岩石中,一般仅残存很小部分孔隙, 下岩石破裂变形产生的裂隙。裂隙必须是多组发育,构成裂隙网络, 下岩石破裂变形产生的裂隙。裂隙必须是多组发育,构成裂隙网络,才有水 文地质意义 成因分类: 成因分类: 成岩裂隙 是岩石在成岩过程中由于冷凝收缩(岩浆岩)或固结 (沉积岩)而 是岩石在成岩过程中由于冷凝收缩(岩浆岩) 沉积岩) 产生的。岩浆岩中成岩裂隙比较发育,尤以玄武岩中柱状节理最有意义。 产生的。岩浆岩中成岩裂隙比较发育,尤以玄武岩中柱状节理最有意义。 是岩石在应力作用下产生的裂隙,具有方向性,大小悬殊, 构造裂隙 是岩石在应力作用下产生的裂隙,具有方向性,大小悬殊,分布 不均一。 不均一。 是风化营力作用下,岩石破坏产生的裂隙,主要分布在地表附近。 风化裂隙 是风化营力作用下,岩石破坏产生的裂隙,主要分布在地表附近。 裂隙的描述包括: 裂隙的描述包括: a. 裂隙的连通性 b. 张开性(宽度) c. 裂隙率 d. 充填情况等 张开性(宽度)

第二章

岩石中的孔隙与水分

三、溶穴(solution cavity) 溶穴( )
溶穴( 可溶的沉积岩(岩盐、石膏、石灰岩、白云岩等) 溶穴(隙) 可溶的沉积岩(岩盐、石膏、石灰岩、白云岩等)在地 下水溶蚀下产生的空洞。 下水溶蚀下产生的空洞。 V 岩溶率: 岩溶率:溶穴的体积与岩石总体积比值
K
k

=

k

V

(× 1 0 0 % )

四、岩石空隙发育的多样性及空隙特征的比较(孔隙、裂隙、溶穴) 岩石空隙发育的多样性及空隙特征的比较(孔隙、裂隙、溶穴) p18 松散岩石以孔隙为主,但粘土干缩后可产生裂隙, 松散岩石以孔隙为主,但粘土干缩后可产生裂隙,而这些超过其原有 的孔隙。固结程度不高的沉积岩,往往既有孔隙,又有裂隙。 的孔隙。固结程度不高的沉积岩,往往既有孔隙,又有裂隙。 可溶岩石,有的部分发育溶穴,有的部分则为裂隙, 可溶岩石,有的部分发育溶穴,有的部分则为裂隙,有时还可保留原 生的孔隙与裂缝。 生的孔隙与裂缝。

第二章

岩石中的孔隙与水分

空隙特点与地下水类型 空隙特点: 空间分布(均匀性) 空隙比率(大小) 空隙特点:连通性 、空间分布(均匀性) 空隙比率(大小) 、空 隙渗透性(大小、方向) 隙渗透性(大小、方向) 岩石中的空隙,连接成网络, 岩石中的空隙,连接成网络,成为地下水有效的储容空间和运移 通道。 通道。 孔隙连通良好,分布均匀,在不同方向上,孔隙通道的大小和多 孔隙连通良好,分布均匀,在不同方向上, 连通良好 少很接近。地下水分布与流动都比较均匀。 少很接近。地下水分布与流动都比较均匀。 裂隙:宽窄不等、长度有限的线状缝隙,具有一定的方向性, 裂隙:宽窄不等、长度有限的线状缝隙,具有一定的方向性,连 通性较差。地下水分布不均匀,水力联系差。 通性较差。地下水分布不均匀,水力联系差。 溶穴:空隙大小悬殊且分布极不均匀。 溶穴:空隙大小悬殊且分布极不均匀。地下水分布与流动通常极 不均匀。 不均匀。

2.2 岩石中水的存在形式
结合水: 抗剪强度,固态和液态水的双重性质; 结合水:(抗剪强度,固态和液态水的双重性质;当孔隙 直径小于2倍结合水厚度时 倍结合水厚度时, 直径小于 倍结合水厚度时,孔隙中只存在不能运动的 结合水(此时的孔隙被视为无效空间)。 结合水(此时的孔隙被视为无效空间)。 重力水:自由运动(层流,紊流);泉,或井流出; 重 重力水:自由运动(层流,紊流);泉 或井流出; ); 力水是水文地质学研究的主要对象。 力水是水文地质学研究的主要对象。 毛细水: 支持毛细水; 毛细水: ①支持毛细水; ②悬挂毛细水 ;③孔角毛细水

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岩石中的孔隙与水分

2.3 与水的储容及运移有关的岩石性质

本课程主要涉及的是与水分储容、 本课程主要涉及的是与水分储容、释出与运移有 关的岩石水理性质。 关的岩石水理性质。 主要包括:容水度、给水度、持水度和透水性 透水性。 主要包括:容水度、给水度、持水度和透水性。
一、容水度 反映岩石的最大含水能力, 反映岩石的最大含水能力,与水分储容 定义:容水度是指岩石完全饱水时,所能容纳的最大水体 定义:容水度是指岩石完全饱水时, 积与岩石总体积之比。 积与岩石总体积之比。 与孔隙度的关系:一般说来容水度在数值上与孔隙度( 与孔隙度的关系:一般说来容水度在数值上与孔隙度(裂 隙率、岩溶率)相当。但是对于具有膨胀性的粘土, 隙率、岩溶率)相当。但是对于具有膨胀性的粘土,充水 后体积扩大,容水度可大于孔隙度。 后体积扩大,容水度可大于孔隙度。

第二章

岩石中的孔隙与水分

二、含水量(重量含水量,体积含水量) 含水量(重量含水量,体积含水量)
反映岩石实际保留水分的状况, 反映岩石实际保留水分的状况, 含水状态的划分: 含水状态的划分: 饱和含水量:孔隙充分饱水时的含水量。 饱和含水量:孔隙充分饱水时的含水量。 饱和差:饱和含水量与实际含水量之间的差值。 饱和差 饱和含水量与实际含水量之间的差值。 饱和含水量与实际含水量之间的差值 饱和度:实际含水量与饱和含水量之比 饱和度 实际含水量与饱和含水量之比

第二章

岩石中的孔隙与水分

反映岩石最大释水能力 最大释水能力的指标 三、给水度 (μ ):反映岩石最大释水能力的指标
定义:地下水位下降一个单位深度, 定义:地下水位下降一个单位深度,从地下水位延伸到地表面的 单位深度 单位水平面积岩石柱体,在重力作用下释出的水的体积, 单位水平面积岩石柱体,在重力作用下释出的水的体积,称为 给水度( 给水度(μ )。 影响给水度?值的因素: 影响给水度 值的因素: 值的因素 岩性:空隙大的样品,重力释水后,结合水与孔角毛细水较少, 岩性:空隙大的样品,重力释水后,结合水与孔角毛细水较少, 的样品 给水度大, 粗砂>…>粉砂;孔隙细小(粘性土), 粉砂; 给水度大,?≈n,砾>粗砂 , 粗砂 粉砂 孔隙细小(粘性土), 给水度小。 给水度小。 地下水位初始埋深( ):当地下水位初始埋深小于支持毛 地下水位初始埋深( H0):当地下水位初始埋深小于支持毛 当地下水位下降时, 细水带高度 时,当地下水位下降时,原重力水大多转化为支持 毛细水而保留于地下水面之上,从而使?变小 变小。 毛细水而保留于地下水面之上,从而使 变小。

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岩石中的孔隙与水分

与地下水位下降速度有关: 与地下水位下降速度有关: 当地下水位下降速率大时,给水度偏小, 当地下水位下降速率大时,给水度偏小,此点对于细粒松 散岩石尤为明显。可能的原因:重力释水并非瞬间完成, 散岩石尤为明显。可能的原因:重力释水并非瞬间完成,而往往 滞后于水位下降;此外,迅速失水时大小孔道失水不同步, 滞后于水位下降;此外,迅速失水时大小孔道失水不同步,在小 孔道形成悬挂毛细水而不能释出。 孔道形成悬挂毛细水而不能释出。 土层结构: 土层结构: 均质土特征与上述讨论一致,岩土层为层状非均质土时, 均质土特征与上述讨论一致,岩土层为层状非均质土时,往 往会影响?值 多层状土的特征而言,上粗下细, 往会影响 值,多层状土的特征而言,上粗下细,上细下粗产生 不同影响给水度。 不同影响给水度。

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岩石中的孔隙与水分

给水度小结(影响给水度的因素): 给水度小结(影响给水度的因素): 均值土、地下水位初始埋深大于支持毛细水高度( 均值土、地下水位初始埋深大于支持毛细水高度(hc)、水 、 位降速慢时,给水度最接近理论值。 位降速慢时,给水度最接近理论值。 埋深愈浅, 越小 越小。 水位初始埋深小于支持毛细水高度 时,埋深愈浅,?越小。 水位降速愈快,?偏小。 水位降速愈快, 偏小。 偏小 一般而言,层状土的给水度 小于均值土层 小于均值土层。 一般而言,层状土的给水度?小于均值土层。

第二章

岩石中的孔隙与水分

反映岩石最小含水能力 4、持水度(Sr):反映岩石最小含水能力的指标 持水度( ):反映岩石最小含水能力的指标 定义:地下水位下降一个单位深度, 定义:地下水位下降一个单位深度,单位水平面积岩石 柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。 柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。 给水度、持水度与孔隙度的关系是: 给水度、持水度与孔隙度的关系是: 的关系是

? + Sr = n
影响因素给水度的因素与影响持水度的相同。 影响因素给水度的因素与影响持水度的相同。 残留含水量( 残留含水量(W0): 包气带充分重力释水而又未受到蒸 蒸腾消耗时的含水量。数值上相当于最大的持水度 最大的持水度。 发、蒸腾消耗时的含水量。数值上相当于最大的持水度。

第二章

岩石中的孔隙与水分

五、透水性:岩石允许水透过的能力,渗透系数 透水性:岩石允许水透过的能力,
孔隙大小及孔隙度 当孔隙度一定而孔隙直径越大,则圆管通道的数量越少, 当孔隙度一定而孔隙直径越大,则圆管通道的数量越少,但有 效渗流断面越大,透水能力就越强;反之,孔隙直径越小, 效渗流断面越大,透水能力就越强;反之,孔隙直径越小,透水 能力就越弱。由此可见,决定透水性好坏的主要因素是孔隙大小; 能力就越弱。由此可见,决定透水性好坏的主要因素是孔隙大小; 主要因素是孔隙大小 只有在孔隙大小达到一定程度,孔隙度才对岩石的透水性起作用, 只有在孔隙大小达到一定程度,孔隙度才对岩石的透水性起作用, 孔隙度越大,透水性越好。 孔隙度越大,透水性越好。 孔隙通道变化与曲折性:很大程度上取决于最小的孔隙直径; 孔隙通道变化与曲折性:很大程度上取决于最小的孔隙直径;孔隙通 最小的孔隙直径 道愈弯曲,水质点实际流程就愈长,克服摩擦阻力所消耗的能量就愈大。 道愈弯曲,水质点实际流程就愈长,克服摩擦阻力所消耗的能量就愈大。 颗粒分选性,除了影响孔隙大小, 颗粒分选性,除了影响孔隙大小,还决定着孔隙通道沿程直径的变化 和曲折性,因此,分选程度对于松散岩石透水性的影响, 和曲折性,因此,分选程度对于松散岩石透水性的影响,往往要超过孔 隙度。 隙度。


1. 对比以下概念: 对比以下概念:



空隙和孔隙;孔隙度和孔隙比;孔隙和裂隙; 空隙和孔隙;孔隙度和孔隙比;孔隙和裂隙; 2. 在一个孔隙度为 在一个孔隙度为30%的砾石堆积体中,充填了孔隙度为60%的粉 的砾石堆积体中,充填了孔隙度为 的砾石堆积体中 的粉 质粘土,试估算该堆积体的实际孔隙度。 质粘土,试估算该堆积体的实际孔隙度。 3. 请对以下陈述作出辨析: 请对以下陈述作出辨析: A. 地层介质的固体颗粒越粗大,孔隙度就越大;不一定 地层介质的固体颗粒越粗大,孔隙度就越大; B. 分布有裂隙的岩石中,一般不发育孔隙; 对 分布有裂隙的岩石中,一般不发育孔隙; C. 毛细水不受重力作用,只受表面张力作用;错 毛细水不受重力作用,只受表面张力作用; D. 松散岩层的给水度虽然经验上被认为是固定的参数,但实际上也随 松散岩层的给水度虽然经验上被认为是固定的参数, 时间变化,并且总是小于孔隙度; 时间变化,并且总是小于孔隙度;对 p17

4 潜水含水层的给水度和承压含水层的给水度存在很大的 区别,你知道为什么吗? 区别,你知道为什么吗?
概念不同: 承压含水层的储水系数(弹性给水度) ① 概念不同: 承压含水层的储水系数(弹性给水度)是指测压水位下 或上升)一个单位深度,单位水平面积含水层释出(或储存) 降(或上升)一个单位深度,单位水平面积含水层释出(或储存)的水 的体积。 的体积。 ② 潜水位的抬高或降低,含水层厚度加大或变薄; 潜水位的抬高或降低,含水层厚度加大或变薄;承压含水层测压水位 下降(上升),不改变含水层厚度。测压水位上升, ),不改变含水层厚度 下降(上升),不改变含水层厚度。测压水位上升,含水层水密度加大 及含水介质空隙增加;测压水位下降, 及含水介质空隙增加;测压水位下降,含水层水密度变小及含水介质空 隙缩减。 隙缩减。

释出( 水机理不同: ③ 释出(储存 )水机理不同: 水位下降时潜水含水层所释出的水来自 部分空隙的排水; 部分空隙的排水;测压水位下降时承压含水层所释出的水来自含水层体 积的膨胀及含水介质的压密(从而与含水层厚度无关)。 积的膨胀及含水介质的压密(从而与含水层厚度无关)。 数量及不同: 承压含水层的出水系数为0.00500.00005,常较潜水含水 ④ 数量及不同: 承压含水层的出水系数为 常较潜水含水 层小1-3个数量级 个数量级。 层小 个数量级。

(5) 某岩石的裂隙中,有的充填了细砂,有的充填了粘土,有的没有充 某岩石的裂隙中,有的充填了细砂,有的充填了粘土, 试分析各种情况下岩石的透水性; 填,试分析各种情况下岩石的透水性; (6) 当潜水的水位下降时,水面下岩石的固体骨架有效应力将如何变 当潜水的水位下降时, 化?而水面上的岩石含水量如何变化? 而水面上的岩石含水量如何变化? (7) 对于上海市的地面沉降,有人认为是抽取地下水引起的,也有人 对于上海市的地面沉降,有人认为是抽取地下水引起的, 认为是高层建筑不断兴建引起的, 认为是高层建筑不断兴建引起的,试分析这些论断所依据的原理 和可能的论证方法。 和可能的论证方法。 有效应力原理与松散岩土压密 (8) 请分析一下孔隙度与饱和体积含水量之间的关系? 请分析一下孔隙度与饱和体积含水量之间的关系? 相等

第三章

地下水的赋存

3.1 包气带与饱水带
包气带:地表以下到地下水面之上,岩石中的空隙未被重力水所充满。 包气带:地表以下到地下水面之上,岩石中的空隙未被重力水所充满。 毛细水带:包气带底部由地下水面支持的毛细水构成毛细水带。 毛细水带:包气带底部由地下水面支持的毛细水构成毛细水带。 饱水带:地下水面以下,岩石中的空隙被重力水所充满的带。 饱水带:地下水面以下,岩石中的空隙被重力水所充满的带。

水井 土壤水带 中间带 毛细水带
饱水带

结合水;孔角毛细水、 悬挂毛细水、支持毛 细水;空隙空气中的 气态水;局部滞留重 力水

包气带

Vadose Zone

地下水面
Saturated Zone

第三章
3.2

地下水的赋存
含水层, 含水层,隔水层与弱透水层

划分原则:在地下水位以下,饱水岩层中,根据岩层给水与透水 划分原则:在地下水位以下,饱水岩层中,根据岩层给水与透水 能力而进行划分 能力而进行划分 含水层:是能够透过并给出相当数量水的岩层,如各类砂土、 含水层:是能够透过并给出相当数量水的岩层,如各类砂土、砂 岩等。 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, 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, 如裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土(致密) 如裂隙不发育的基岩、页岩、板岩、粘土(致密) 弱透水层:渗透性很差,给出的水量微不足道, 弱透水层: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(驱动),如各种粘土, ),如各种粘土 度作用下,具有一定的透水能力的岩层(驱动),如各种粘土, 泥质粉砂岩。 泥质粉砂岩。 时间尺度足够长,任何岩层可视为可渗透的。 时间尺度足够长,任何岩层可视为可渗透的。

第三章 3 .3

地下水的赋存 地下水分类

广义地下水:赋存于地面以下岩土空隙中的水: 广义地下水:赋存于地面以下岩土空隙中的水:包气带及饱 水带中所有含于岩石空隙中的液态水和气态水。 水带中所有含于岩石空隙中的液态水和气态水。 狭义地下水: 赋存于饱水带岩土空隙中的液态水(饱水带中 狭义地下水: 赋存于饱水带岩土空隙中的液态水( 重力水)。 重力水)。 地下水分类依据 含水介质的类型(赋存空间):孔隙水、 含水介质的类型(赋存空间):孔隙水、裂隙水和岩溶水 ):孔隙水 埋藏条件(赋存部位):包气带(上层滞水)、 埋藏条件(赋存部位):包气带(上层滞水)、 ):包气带 饱水带(潜水和承压水) 饱水带(潜水和承压水)

第三章

地下水的赋存
3.4 潜水

一、潜水与潜水含水层概念
):地表以下 潜水 ( Phreatic Water):地表以下,第一个具有自 ):地表以下, 由表面(潜水面)的稳定(具有一定的空间连续性) 由表面(潜水面)的稳定(具有一定的空间连续性)含水 层(潜水含水层)中的水。 潜水含水层)中的水。 潜水面(phreatic surface)。 潜水面 。 潜水位( 潜水位(water level) 潜水含水层 含水层厚度 潜水埋深

潜水的基本要素

第三章

地下水的赋存

承压水的基本特征:是由于上部受到隔水层或弱透水层的隔离, 承压水的基本特征:是由于上部受到隔水层或弱透水层的隔离,承压 基本特征 水与大气圈、地表水圈的联系较差,水循环也缓慢得多。 水与大气圈、地表水圈的联系较差,水循环也缓慢得多。承压水不像 潜水那样容易污染,但是一旦污染后则很难使其净化。 潜水那样容易污染,但是一旦污染后则很难使其净化。
之 间 的 含 水 层 水 。 的 充 满 于 两 个 隔 水 层 (或 弱 透 水 层 )

潜水

承 隔水层
水层: 承压 水层: 隔水 H 压水 压 : : 3-6 基





隔水 : 承压 水层 : 承压 : : 地 的承压水



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 当包气带存在局部隔水层 弱透水层)时,局部隔水层 弱透水 弱透水层 上会积聚具有自由水面的重力水, 层)上会积聚具有自由水面的重力水,为上层滞水。 上会积聚具有自由水面的重力水 为上层滞水。 上层滞水是包气带中有实际利用价值的重力水。 上层滞水是包气带中有实际利用价值的重力水。 是包气带中有实际利用价值的重力水 特点:最接近地表,接受大气降水的补给, 特点:最接近地表,接受大气降水的补给,通过蒸发或向隔水底板 弱透水层底板)的边缘下渗排泄。雨季积存一定水量, (弱透水层底板)的边缘下渗排泄。雨季积存一定水量,旱季逐渐 耗失;不能终年保持有水;动态变化显著。 耗失;不能终年保持有水;动态变化显著。 作用:只有在缺水地区才能成为小型供水水源或暂时性供水水源。 作用:只有在缺水地区才能成为小型供水水源或暂时性供水水源。 上层滞水极易受污染,利用其作为饮用水源时要格外注意卫生防护。 上层滞水极易受污染,利用其作为饮用水源时要格外注意卫生防护。

习题
1.对比以下概念: 对比以下概念: 对比以下概念 毛细水带与包气带;隔水层与弱透水层;排泄区与补给区; 毛细水带与包气带;隔水层与弱透水层;排泄区与补给区;上层 滞水与潜水; 滞水与潜水; 2. 请对以下陈述作出辨析: 请对以下陈述作出辨析: 在排泄区,地下水不接受大气降水的补给; 在排泄区,地下水不接受大气降水的补给;不一定 只有测压水位高于地面的地下水才叫承压水; 只有测压水位高于地面的地下水才叫承压水;错 地面的污染物可以通过包气带扩散到潜水中,但不会影响承压水; 地面的污染物可以通过包气带扩散到潜水中,但不会影响承压水;错 包气带中有结合水,而饱水带没有结合水。 包气带中有结合水,而饱水带没有结合水。错 3.在地下水的补给、径流、排泄上,承压含水层具有哪些特点 在地下水的补给、 在地下水的补给 径流、排泄上,承压含水层具有哪些特点? 结合水与重力水的最根本的区别是结合水( 结合水与重力水的最根本的区别是结合水( )。 a.不能转化为气态水; b.具有抗剪强度; 不能转化为气态水; 具有抗剪强度; 不能转化为气态水 具有抗剪强度 c.不能运动; 不能运动; d.结合水层薄。 结合水层薄。 不能运动 结合水层薄

4.当潜水水位下降时,支持毛细水和悬挂毛细水的运动有什 么不同特点? 5.在无入渗补给而有蒸发排泄的条件下,如果潜水含水层地 下水水位逐渐下降,其上部包气带的含水量将 减 小 ,而地下水蒸发强度将 增加 ,这时潜水面 否 (填“是”或者“否”)还可以看作流面。

第4章 章

地下水运动的基本规律

主要内容:掌握达西定律及其表示方法,并理解渗透流速、 主要内容:掌握达西定律及其表示方法,并理解渗透流速、 过水断面、水力梯度、渗透系数的概念和物理含义;掌握 过水断面、水力梯度、渗透系数的概念和物理含义; 均质各向同性介质中定性流网的绘制方法, 均质各向同性介质中定性流网的绘制方法,学习流网在水 文地质问题分析中的应用。 文地质问题分析中的应用。 重难点:达西定律及其表示方法,并理解各项的物理含义; 重难点:达西定律及其表示方法,并理解各项的物理含义; 掌握均质各向同性介质中定性流网的绘制方法; 掌握均质各向同性介质中定性流网的绘制方法;流网在水 文地质问题分析中的应用。 文地质问题分析中的应用。

第4章 章

地下水运动的基本规律

水头:水流中空间上某点所具有的总势能。根据水动力学原理, 水头:水流中空间上某点所具有的总势能。根据水动力学原理,水流 运动中任意点总水头(总势能)可表示为: 运动中任意点总水头(总势能)可表示为:

位头 总水头

压头 速度头

p u2 + H = z+ ρg 2 g
测压管水头

在渗流场中, 在渗流场中,

u2 p ≤ z+ ,H ≈ H g ρg

P

= Z +

P ρg

饱水带中的水包括重力水与结合水,本章主要讨论稳定流条 饱水带中的水包括重力水与结合水,本章主要讨论稳定流条 的运动规律。 件下重力水的运动规律 件下重力水的运动规律。

4-1

重力水运动的基本规律
Q = Kω h = KωI L
(4-1)

达西定律: 西定律:
式中: 式中: Q —渗透流量; 渗透流量; 渗透流量 ω—过水断面 过水断面 h —水头损失 水头损失 L—渗透途径 渗透途径 K—渗透系数 渗透系数

V=KI

(4-3)

式中: 式中:V 称作渗透流速
达西试验条件与达西定律的 应用条件: 应用条件: 均质各向同性介质, 均质各向同性介质,稳 定流,一维流;应用条件: 定流,一维流;应用条件: Re<1~10的层流 的层流

由(4—1)达西公式表明:渗透流量(Q)与 )达西公式表明:渗透流量( ) 渗透系数( )、过水断面( ) )、过水断面 渗透系数(K)、过水断面(ω)及水力 梯度( )成正比。 梯度(I)成正比。 由(4-3)式表明:渗透流速与水力梯度一次 )式表明: 方成正比关系,故达西定律又称为线性渗 方成正比关系,故达西定律又称为线性渗 透定律。 透定律。

第4章 章

地下水运动的基本规律

2 渗透流速(V) 渗透流速( ) Q= ωV= ω′. U 3. 水力梯度(I) 水力梯度( )

V= ne. u

即单位渗透途径上的机械能损失,也即机械能的损失率。 即单位渗透途径上的机械能损失,也即机械能的损失率。 根据(4-3) V=KI,可知,当岩石性质一定时,K为常数 I大 为常数, 根据(4-3)式V=KI,可知,当岩石性质一定时,K为常数,I大, V也大;说明渗透水流流动速度越大,沿渗流途径的机械能损耗 也大; 也大 说明渗透水流流动速度越大, 越大;换言之, 越大 驱动水流运动的速度越大。 越大, 越大;换言之, I越大,驱动水流运动的速度越大。

4 渗透系数
渗透系数K在数值上是当 时的渗透流速 渗透系数 在数值上是当I=1时的渗透流速 m/d, cm/s 在数值上是当 时的渗透流速, 一定时, 大 也大, 也大 因此,渗透系数K是表征岩石 也大, 。当I一定时,K大,则V也大,Q也大,因此,渗透系数 是表征岩石 一定时 也大 透水性的定量指标。 愈大 表明岩石的透水能力愈强。 愈大, 透水性的定量指标。K愈大,表明岩石的透水能力愈强。

4-2

流 网

流网概念: 渗流场中 由一系列等水头线与流线组成的网格,称为流网。 流网概念:在渗流场中,由一系列等水头线与流线组成的网格,称为流网。 概念 等水头线:在某时刻,渗流场中水头相等的各点的连线(水势场的分布)。 等水头线:在某时刻,渗流场中水头相等的各点的连线(水势场的分布)。 流 线:某时刻在渗流场中画出的一条空间曲线,该曲线上各个水质点的 某时刻在渗流场中画出的一条空间曲线, 流速方向都与这条曲线相切(某时刻各点流向的连线)。 流速方向都与这条曲线相切(某时刻各点流向的连线)。

流网的基本要求 a)在各向同性介质中,流线与等水头线正交;在各向异性介质中, 在各向同性介质中,流线与等水头线正交;在各向异性介质中, 流线与等水头线斜交; 流线与等水头线斜交; 相邻两条等水位线的水头差相等,相邻两条流线间流量相等。 b)相邻两条等水位线的水头差相等,相邻两条流线间流量相等。

均匀各向同性介质流网
a. 边界性质分析 定水头边界:地表水体的断面(如河渠的湿周 定水头边界:地表水体的断面(如河渠的湿周) 隔水边界:潜水含水层底板、承压含水层隔水顶底板; 隔水边界:潜水含水层底板、承压含水层隔水顶底板; 无入渗、无蒸发稳定流动条件下潜水面; 无入渗、无蒸发稳定流动条件下潜水面; 分流线是水力零通量面——虚拟的隔水边界。 虚拟的隔水边界。 分流线是水力零通量面 虚拟的隔水边界 地下水面边界: 地下水面边界: 当无入渗及蒸发,有侧向补给,稳定流动时是一条流线 当无入渗及蒸发,有侧向补给,稳定流动时是一条流线; 当有入渗补给时,它既不是流线,也不是等水头线。 当有入渗补给时,它既不是流线,也不是等水头线。

等水头线、 图4—3 等水头线、流线与各类边界的关系 1—含水层;2—隔水层;3—潜水面;4—等水头线;5—流线; 含水层; 隔水层; 潜水面; 等水头线; 流线; 含水层 隔水层 潜水面 等水头线 流线 6—河渠水面;7—降水入渗 河渠水面; 河渠水面 降水入渗

b. 绘制步骤(参见河间地块流网图P40,图4-4): 绘制步骤(参见河间地块流网图 , ): 寻找已知边界(湿周,隔水边界,水位线); 寻找已知边界(湿周,隔水边界,水位线); 分水线、源、汇的确定;流线总是由源指向汇; 分水线、 汇的确定;流线总是由源指向汇; 画出渗流场周边流线, 画出渗流场周边流线,按照边界性质将流线或等 水头线与边界相连; 水头线与边界相连; 中间内插其它流线,等单宽流量控制流线根数; 中间内插其它流线,等单宽流量控制流线根数; 确定等水头差间隔, 确定等水头差间隔,根据流线与等水头线正交的规 则,画出等水头线。 画出等水头线。

图4-4

河间地块流网图

1—流线;2—等水头线;3—分流线;4—潜水面;5—河水位;6—井、涂兰 流线; 等水头线; 分流线; 潜水面; 河水位; 流线 等水头线 分流线 潜水面 河水位 井 部分有水; 代表矿化度大小的符号, 部分有水;7—代表矿化度大小的符号,圆圈愈多,矿化度愈大; 代表矿化度大小的符号 圆圈愈多,矿化度愈大; 8—降水入渗;9—绘制流网的大致顺序 降水入渗; 降水入渗 绘制流网的大致顺序

(5)流网图的信息与应用 )
流网它反映了渗流场中地下水的流动状况, 流网它反映了渗流场中地下水的流动状况,同时也是介质场与势场的 综合反映。从图 河间地块流网图可以获得以下信息: 综合反映。从图4-4河间地块流网图可以获得以下信息: 河间地块流网图可以获得以下信息 (1)由分水岭到河谷,流向从由上向下到接近水平再向上; )由分水岭到河谷,流向从由上向下到接近水平再向上; (2)在分水岭地带打井,井中水位随井深加大而降低,河谷地带井水位 )在分水岭地带打井,井中水位随井深加大而降低, 则随井深加大而抬升; 则随井深加大而抬升; (3)由分水岭到河谷,流线愈来愈密集,流量增大,地下径流加强; )由分水岭到河谷,流线愈来愈密集,流量增大,地下径流加强; (4)由地表向深部,地下径流减弱; )由地表向深部,地下径流减弱; (5)由分水岭出发的流线,渗透途径最长,平均水力梯度最小,地下水 )由分水岭出发的流线,渗透途径最长,平均水力梯度最小, 径流交替最弱,近流线末端河谷下方,地下水的矿化度最高。 径流交替最弱,近流线末端河谷下方,地下水的矿化度最高。

(6)层状非均质介质中的流网(自学内容) )层状非均质介质中的流网(自学内容) 层状非均质:指介质场内各岩层内部渗透性均为均质各向同性的, 层状非均质:指介质场内各岩层内部渗透性均为均质各向同性的,但 不同层介质的渗透性不同。 不同层介质的渗透性不同。 以两层含水介质,剖面二维流( 以两层含水介质,剖面二维流(图4-5)为例分析。 )为例分析。 设两岩层渗透系数分别为K 而且K 设两岩层渗透系数分别为 1 及K2 ,而且 2=3K1 。

图4—5 层状非均质介质中两种条件下的流网 1—隔水层;2—弱透水层;3—强透水层;4—等水头线;5—流线;6—测压水位线 隔水层; 弱透水层; 强透水层; 等水头线; 流线; 隔水层 弱透水层 强透水层 等水头线 流线 测压水位线

第4章 章

地下水运动的基本规律

当含水层中存在强渗透性透镜体时,流线将向其汇聚; 当含水层中存在强渗透性透镜体时,流线将向其汇聚;存在 弱渗透性透镜体时,流线将绕流。 弱渗透性透镜体时,流线将绕流。

习 题
1. 请对比以下概念 渗透流速与实际流速;渗透系数与渗透率; 渗透流速与实际流速;渗透系数与渗透率;水头与水位 2. 请对以下陈述作出辨析: 请对以下陈述作出辨析: 潜水面如果不是流线,则流线可能向下穿越潜水面, ① 潜水面如果不是流线,则流线可能向下穿越潜水面,也可能向 上穿越潜水面; 上穿越潜水面; 地下水总是从高处往低处流; ② 地下水总是从高处往低处流; 含水层孔隙度越大,则渗透系数越大; ③ 含水层孔隙度越大,则渗透系数越大; 均质包气带中岩石的渗透系数随着岩石含水量的增加而增大, ④ 均质包气带中岩石的渗透系数随着岩石含水量的增加而增大, 所以渗透系数是含水量的函数; 所以渗透系数是含水量的函数; 当有入渗补给或蒸发排泄时,潜水面可以看作一个流面; ⑤ 当有入渗补给或蒸发排泄时,潜水面可以看作一个流面; 3. 请思考一下穿越多个含水层且无衬砌的水井中井水位的含义。 请思考一下穿越多个含水层且无衬砌的水井中井水位的含义。

4.画流网(包括流线和等水头线) 画流网(包括流线和等水头线) 画流网

5.画流网(包括流线和等水头线)

6.一般情况下,可以用渗透流速除以孔隙度得到实际流速, 一般情况下,可以用渗透流速除以孔隙度得到实际流速, 一般情况下 这个实际流速与水质点的流动速度有什么联系? 这个实际流速与水质点的流动速度有什么联系? 7.达西定律有哪些适用条件,分析一下该定律在裂隙含水 达西定律有哪些适用条件, 达西定律有哪些适用条件 层中应用时需注意哪些问题? 层中应用时需注意哪些问题?
均质各向同性介质,稳定流,一维流;应用条件:Re<1~10的层流 均质各向同性介质,稳定流,一维流;应用条件:Re<1~10的层流

以下图(a)、(b)、(c)所示为三个含水层剖面示 意图,假定地下水为稳定运动,试绘出各自的地下水 位(水头)曲线示意图。

某土柱渗流试验如下图所示,土样 和 被透水石隔开 被透水石隔开, 某土柱渗流试验如下图所示,土样A和B被透水石隔开,土柱顶部 水位保持恒定,当底部排水流量稳定为Q时 水位保持恒定,当底部排水流量稳定为 时,所测得的测压管水 已经在图中标出, 分别表示A和 的渗透系数 的渗透系数, 位H已经在图中标出,用KA和KB分别表示 和B的渗透系数,则 已经在图中标出 KB是KA的 4 倍。
H=70 cm

L

A

H=60 cm

H=53 cm

2L

B H=23 cm

Q

画出下面降雨入渗条件下河间地块剖面的流网 (画出流线、等水头线,标出钻孔中的水位)

地表水(河、渠等)的横断面的湿周必定是一条( )。 a.等水头线; b.流线; c.零通量线; d.最大通量线。


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