绪论-水文地质学课件.ppt

l水文地质学是研究地下水的科学。它研究与岩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，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，为人类并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务。服务。l地下水：赋存于地面以下岩石孔隙中的水。地下水：赋存于地面以下岩石孔隙中的水。l地下水的功能主要包括：资源、生态环境因子、地下水的功能主要包括：资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力与信息载体。灾害因子、地质营力与信息载体。主要章节主要章节l第一章第一章 地球上的水及其循环地球上的水及其循环l1.地球上的水地球上的水 2.自然界的水循环自然界的水循环 3.与水循环有与水循环有关的水文，气象要素关的水文，气象要素l第二章第二章 岩石中的空隙与水分岩石中的空隙与水分l1.岩石中的空隙岩石中的空隙 2.岩石中水的存在形式岩石中水的存在形式 3.岩石的岩石的水理性质水理性质l第三章第三章 地下水的赋存地下水的赋存l1.透水层，含水层和隔水层透水层，含水层和隔水层 2.地下水分类地下水分类 3.包气包气带及包气带水带及包气带水 4.潜水潜水 5.承压水承压水l第四章第四章 地下水运动基本规律地下水运动基本规律l1.重力水运动的基本规律重力水运动的基本规律 2.流网流网 3.毛细现象与包毛细现象与包气带水运动气带水运动l第五章毛细现象与包气带水的运动第五章毛细现象与包气带水的运动l第六章第六章 地下水化学成分及其形成作用地下水化学成分及其形成作用l1.地下水的化学特征地下水的化学特征 2.地下水的温度地下水的温度 3.地下地下水化学成分形成作用水化学成分形成作用 4.地下水化学成分基本成地下水化学成分基本成因类型因类型 5.地下水化学成分资料整理地下水化学成分资料整理l第七章第七章 地下水的补给与排泄地下水的补给与排泄l1.地下水的补给地下水的补给 2.地下水的排泄地下水的排泄 l第八章第八章 地下水系统地下水系统l1.地下水系统的概念地下水系统的概念 2.地下水含水系统地下水含水系统 3.地地下水流动系统下水流动系统l第九章第九章 地下水的动态与均衡地下水的动态与均衡l1.地下水的动态地下水的动态 2.地下水的均衡地下水的均衡l第十章孔隙水第十章孔隙水l1.洪积物中的地下水洪积物中的地下水 2.冲积物中的地下水冲积物中的地下水 3.黄土中的地下水黄土中的地下水l十一章十一章 裂隙水裂隙水l1.裂隙水的类型裂隙水的类型 2.裂隙介质及其渗流裂隙介质及其渗流 3.裂隙裂隙介质研究方法介质研究方法l十二章十二章 岩溶水岩溶水l1.岩溶发育基本条件岩溶发育基本条件 2.岩溶水系统的演变岩溶水系统的演变 3.岩溶水特征岩溶水特征l第十三章第十三章 地下水资源地下水资源l资源特征、分类、供水意义资源特征、分类、供水意义l第十四章第十四章 地下水与环境地下水与环境l过量开发与排除地下水、过量补充地下水、过量开发与排除地下水、过量补充地下水、地下水污染地下水污染l第十五章第十五章 水文地质学研究方法水文地质学研究方法l常规研究方法、发展趋向常规研究方法、发展趋向l主要学习内容：主要学习内容：l1、地下水的赋存条件、特征、地层、岩石构造等、地下水的赋存条件、特征、地层、岩石构造等基础地层的地质条件。（二、三、十一、十二、十基础地层的地质条件。（二、三、十一、十二、十三章）三章）l2、地下水的形成条件和运动特征（四、七、八章）、地下水的形成条件和运动特征（四、七、八章）l3、地下水的水质研究、物理性质、化学性质的研、地下水的水质研究、物理性质、化学性质的研究（六章）究（六章）l4、地下水的动态规律研究（九章）、地下水的动态规律研究（九章）l5、地下水与环境的相互关系（十四章）、地下水与环境的相互关系（十四章）l6、地下水资源的开发利用与保护、规划管理（十、地下水资源的开发利用与保护、规划管理（十三章）三章）绪绪 言言一、基本概念一、基本概念水文地质学是研究地下水的科学。具体研究内容：研究岩石圈、水圈、大气圈、生物圈，以及人类活动相互作用下，地下水水量水量和水质水质的时空变化规律。目的是：运用这些规律兴利除害，为人类服务。地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。地下水的功能主要包括：资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力与信息载体。l水对人类生活与生产起着不可或缺的重大影响 l地下水是水资源组成部分l其主要功能（functions）为：l1、地下水是一种宝贵的资源、地下水是一种宝贵的资源l2、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 l3、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 l4、地下水是地球内部地质演变的信息载体、地下水是地球内部地质演变的信息载体l 水是人类赖以生存的不可缺少的宝贵资源。地下水由于其水质良好，分布广泛，变化稳定及便于利用，因此是理想的供水水源。l在我国北方（华北、西北）地下水是主要的生活，以及工农业生产的供水水源。l1农业方面：农田灌溉：kg小麦/10001500kg水；1kg皮棉/5000kg水。l2工业方面：t钢/25t水；t化肥/2.5t水；t纸/200t水；100万千瓦的火电厂，需水1 m3/sl3生活用水：城市居民用水；农村居民用水。l对于供水水源的地下水，必须查明其分布规律，评价其水量水质供水水文地质学。l研究、评价水量地下水动力学。l研究、评价水质水文地球化学基础。地下水是一种宝贵的资源地下水是一种宝贵的资源l4当地下水中富集某些盐类与元素时，便成为有当地下水中富集某些盐类与元素时，便成为有工业价值的液体矿产工业价值的液体矿产工业矿水。工业矿水。l5具有一定医疗与保健作用的地下水具有一定医疗与保健作用的地下水矿水。矿水。l 建立矿泉疗养院，生产瓶装矿泉水。建立矿泉疗养院，生产瓶装矿泉水。l6热水与热蒸汽是主要的载热流体，利用它们可热水与热蒸汽是主要的载热流体，利用它们可以地热发电，建立温室。以地热发电，建立温室。l7地下水是生态环境系统中的一个子系统（生态地下水是生态环境系统中的一个子系统（生态环境因子）。环境因子）。l 地下水天然动态平衡的破坏必然影响生态环境地下水天然动态平衡的破坏必然影响生态环境系统的天然平衡状态。系统的天然平衡状态。地下水是一种宝贵的资源la)供水水源供水水源l优点：优点：分布广，动态变小，洁净，不易污染分布广，动态变小，洁净，不易污染l据报道：陆地一半为干旱、半干旱地区据报道：陆地一半为干旱、半干旱地区 1/3耕地，耕地，2/3牧区水源不足牧区水源不足 城市供水不足，近来更有增加趋势城市供水不足，近来更有增加趋势l世界上，阿拉伯国家世界上，阿拉伯国家-进口雨水，中东的长期摩擦进口雨水，中东的长期摩擦一是石油，二是水一是石油，二是水l80年代以来，我国城市缺水总体也愈来愈严重，年代以来，我国城市缺水总体也愈来愈严重，很显然：水资源的欠缺严重制约着国民经济的可很显然：水资源的欠缺严重制约着国民经济的可持续发展持续发展地下水是一种宝贵的资源lb)液体矿产（liquid mining）l地下水含盐类或稀有元素，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l医疗或健身功能的矿泉水（Natural mineral water疗养院，天然矿泉水厂，啤酒厂等寻找特殊功能的水资源l 开发提取一定的能量（热能，冷能）地下水地下水的露头泉井，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”l地球是个天然热库可以供热，供取暖等用处地下水是地下水是极其极其重要的重要的生态环境因子生态环境因子l地下水是影响生态与环境的重要因素之一地下水是影响生态与环境的重要因素之一l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l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l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）地下水是地下水是极其极其重要的重要的生态环境因子生态环境因子l与地下水有关的地质灾害与地质环境问题与地下水有关的地质灾害与地质环境问题l1农业方面农业方面l1）用水不当，水利）用水不当，水利水害（水位过高）水害（水位过高）l 50年代末期，华北平原年代末期，华北平原“以蓄为主以蓄为主”、“水不出田水不出田”，拦蓄降，拦蓄降水与地表水，只灌不排，地下水位升高，蒸发加强，造成土壤积水与地表水，只灌不排，地下水位升高，蒸发加强，造成土壤积盐盐土壤次生盐渍化。土壤次生盐渍化。l 土壤盐渍化土壤盐渍化土壤中含有过量的盐分，影响作物的正常生长，土壤中含有过量的盐分，影响作物的正常生长，甚至使作物枯死的现象。甚至使作物枯死的现象。l 土壤次生盐渍化土壤次生盐渍化由于灌溉不当等，使原来正常的土壤产生由于灌溉不当等，使原来正常的土壤产生盐渍化。盐渍化。l 湿润地区的平原与盆地，由于天然或人为原因造成地下水位过湿润地区的平原与盆地，由于天然或人为原因造成地下水位过浅，会产生原生或次生的土壤沼泽化。如江汉平原的某些地区。浅，会产生原生或次生的土壤沼泽化。如江汉平原的某些地区。l2）用水不当，水利）用水不当，水利水害（水位过低）水害（水位过低）l 同样，过量开采，使浅层地下水位大幅度降低，会疏干原有的同样，过量开采，使浅层地下水位大幅度降低，会疏干原有的沼泽湿地，使水生植物与水禽等随之消失，使原有的自然景观遭沼泽湿地，使水生植物与水禽等随之消失，使原有的自然景观遭到破坏。到破坏。l 在干旱地区，浅层地下水位大幅度降低，绿洲在干旱地区，浅层地下水位大幅度降低，绿洲沙漠。沙漠。l2城市建设方面城市建设方面l 过量开发地下水，使地下水位大幅度下降，造成地面沉降。过量开发地下水，使地下水位大幅度下降，造成地面沉降。l3海水入侵海水入侵l a.入侵地下淡水；入侵地下淡水；b.土壤盐渍化。土壤盐渍化。l4地下水污染地下水污染l 难以治理。生活污水的排放，不适当的使用化肥、农药以及工难以治理。生活污水的排放，不适当的使用化肥、农药以及工业排放的大量废水废料等。业排放的大量废水废料等。l5地方病地方病l 地下水中缺少某种人体必需的元素或过量富集某种元素而不宜地下水中缺少某种人体必需的元素或过量富集某种元素而不宜饮用。饮用。l 缺碘地区：甲状腺肥大；缺碘地区：甲状腺肥大；l 饮用高氟水：骨质疏松症。饮用高氟水：骨质疏松症。l6地下采矿或进行各种地下工程需要排除地下地下采矿或进行各种地下工程需要排除地下水。水。l突水事故，我国的开滦、峰峰、淄博等煤田。突水事故，我国的开滦、峰峰、淄博等煤田。l为了查明矿坑水的来源与涌入途径，预测涌水量，为了查明矿坑水的来源与涌入途径，预测涌水量，进行矿坑水的防治进行矿坑水的防治矿床水文地质学。矿床水文地质学。l7工程地质问题工程地质问题l 由于地下水的参与，导致滑坡、水库诱发地震、由于地下水的参与，导致滑坡、水库诱发地震、岩溶塌陷等。岩溶塌陷等。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：上海地面沉降地下水是一种很活跃的地质营力l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 l传递应力：水为诱发地震因素之一，地质灾害的重要致灾因素之一为地下水作用l人工地震预报观测地下水l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地球内部地质演变的信息载体l地下水是（地球内部地质演变的）信息载体 l由于是应力传递者，同时又是在流动所以地下水水位，水量，水温，水化学等的变化或异常可以提供埋藏在地下的许多信息l强的溶剂：在地质循环和水文循环中化学组分溶解，传递到适宜的部位沉淀（沉积）：成矿。如：找矿、找油、地震预报、地质演变水文地质学的发展与趋势l四个时期：1856年以前的萌芽时期，1856年至本世纪中叶的奠基时期，20世纪中叶至今的发展时期，21世纪的转变时期l萌芽时期：由逐水而居到凿井取水-远古人类开始利用地表水与泉水作为供水水源，后来打井采用地下水。一大转折l奠基时期：1）1856年法国水利工程师达西（Darcy），通过水流在饱和沙层中的室内试验，得出了著名的达西定律（Darcys Law）：V=K J 达西定律的提出奠定了地下水定量计算的基础。l2）1863年法国学者裘布依(Dupuit），提出了地下水稳定井流公式裘布依公式（见地下水动力学）。l3）1935年美国学者泰斯（Theis）利用地下水流动与热传导的相似性，得出了地下水非稳定井流方程泰斯公式（见地下水动力学）。l发展阶段：提出了“越流”、“地下水含水系统”的概念，并将地下水流动系统理论用于分析各种水文地质问题。l雅可布（Jacob）、汉图什（Hantush）提出了越流井流公式（见地下水动力学）。l1954年，博尔顿（Boulton）通过研究潜水位下降过程中非饱和带滞后释水现象，提出了非饱和带滞后释水的潜水井流公式（见地下水动力学）。l由于水环境的恶化，水文地质学家长期注意的焦点：水量水质溶质迁移。l发展阶段进展l1）地下水定量计算方面l 60年代以来，随着电子计算机在水文地质数值计算中的应用，各种复杂的水文地质问题的数学求解得到解决。l 数值法：a.有限元；b.有限差l2）随着地下水污染、海水入侵问题的不断产生，发展了溶质迁移理论和模型对流弥散方程。l3）同位素技术方法用于解决水文地质问题。l4）在全球数字化过程中（数字地球），应用地理信息系统、全球定位系统、遥感，即3S（Geographical Information SystemGIS、Global Positioning SystemGPS、Remote SensingRS）处理水文地质空间数据。l转变时期：核心内容的转变，可持续发展观的提出，水文地质学的发展正向“地下水科学”的转变 发展趋势水文地质学的发展与趋势简况l水文地质学发展历程：水文地质工程地质05.第1期，51-56，张人权等l核心课题转移：找水水文地质学资源生态环境l视野扩展：含水层地下水系统水文-生态环境技术-社会系统。l目标改变：由当前的问题转向长期的可持续发展l内容扩展：从地下水的水量为主，转向水量与水质的研究并重；从狭义地下水，扩大到广义地下水,乃至地下水圈l思路的改变：从求从成生角度，加强过程与机理研究l多学科交叉渗透成为主流：地下水科学与其它自然科学以及社会科学交叉渗透，以多学科方式研究与处理问题l服务方式转变：方式发生了很大改变，如何使水文地质工作成果转化为生产力，成为一个急需解决的重大课题 水文地质学的发展与趋势任务l目前任务：l 正确地预测在人类活动干预下地下水的变化l 正确地评价、开发、管理与保护地下水资源l 保护与地下水有关的生态环境，成为当务之急l 正确地预测矿产开发的地下水问题，避免地下水害l防范煤矿特大突水事故l2005年事故特点l2005年，死亡10人以上事故13起，总人数357人同期上升160%、233.6%；占总特大事故20.5%l乡镇煤矿水害事故多，84.6%l老空水是水害的主要水源l 老空透水69.2%l 底板透水15.4%l 岩溶突水15.4%关于水文学与水文地质学l学科分支学科分支l地质学与水文学交叉渗透水文地质学。l基础性学科：水文地质学基础，地下水动力学，水文地球化学，水文地质调查方法、区域水文地质学等。l专门性学科：供水水文地质学，矿床水文地质学，同位素水文地质学等。课程内容l本课主要内容l一、水文地质学基本概念一、水文地质学基本概念l 概念、名词与术语l二、水文地质学基本原理二、水文地质学基本原理l 地下水形成基本规律赋存、分布、运移l三、地下水科学的分析方法三、地下水科学的分析方法l 微观以概念为基础的分析方法l 宏观地下水系统理论为基础的综合分l四、应用分析四、应用分析概念与原理的掌握概念与原理的掌握思考题l1、水文地质学？l2、地下水？l3、地下水的功能主要包括?