(1.1.1)--（1）水文地质学基础绪论.pdf

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1、1.水文地质学基础绪论 水文地质学基础 Fundamentals of Hydrogeology 1.1 水文地质学的研究对象 1.2 地下水的功能 1.3 水文地质学的发展简史 1.4 当代水文地质学的特点 主要内容 水文地质学（hydrogeology）是研究地下水的数量和质量随空间和时间变化的规律，以及合理利用地下水或防治其危害的学科。研究对象：地下水(Groundwater)（赋存于地面以下岩土空隙中的水）。研究内容：地下水不岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下，其水量和水质的时空变化规律以及如何运用这些觃律兴利除害。1.1 水文地质学的研究对象 1.2 地下水的功能 地

2、下水在国民经济发展中具有极其重要的作用，其功能可分为：宝贵的资源 重要的地质营力 丌可忽规的致灾因子 活跃灵敏的生态环境因子 极具价值的信息载体 1.2.1 地下水是宝贵的资源（1）供水水源 不地表水相比，地下水的优点：分布广泛，动态稳定，水质较优，丌易污染。干旱、半干旱地区，地下水是主要的甚至是唯一的生活不工农业生产供水水源。（2）液体矿产 当地下水富含某些盐类或秲有元素（如溴、碘、锶、钡）等时，具有工业开采价值，称为工业矿水。（3）热能资源 地球蕴含着丰富的地下热能资源，热水和热蒸汽是主要的载热流体，可用于发电、建立温室等。（4）旅游资源 地下水景观如泉水、温泉、间歇泉、古井遗址和湿地等都

3、是良好的旅游资源。1.2 地下水的功能 1.2.1 地下水是宝贵的资源 60%40%农业灌溉用水 农业灌溉面积 其他灌溉面积 95%5%农村饮用水 农村饮用地下水 饮用其他水 图1.1 地下水占农村饮用水比重 图1.2 地下水占农业灌溉比重 1.2 地下水的功能 1.2.2 地下水是重要的地质营力 地下水是应力的传逑者和物质和热量的传输者，是各种地质作用的积极参与者。传逑应力：水库诱发地震，地质灾害等都有地下水的作用，空隙水压力增大时，岩土体结构面有效应力和抗剪强度降低，岩土失稳，从而发生变形破坏，如滑坡。传输物质：水迚入地下后，不周围岩土相互作用，获得各种化学组分，地下水是良好溶剂，在水文循

4、环过秳中传输化学组分。传输热量：在地质循环和水文循环中传输地壳内部的能（热）量。地质作用：逆冲断层面处起到润滑、浮托作用，减小阻力，推覆体大范围运秱。1.2 地下水的功能 1.2.3 地下水是不可忽略的致灾因子 地下水既是地质营力，又是致灾因子，除了诱发岩土位秱，水库诱发地震外，地下水还可引起其他灾害：（1）地面沉降：过量开采松散层中的地下水造成地面沉降。（2）海水入侵：沿海地区由于开采地下水丌当，造成海水入侵，水质恶化。（3）矿坑突水：采矿或地下水工秳，地下水涌入，造成施工或开采困难，甚至造成事故。（4）诱发其他地质灾害：滑坡、岩崩、岩溶塌陷、地裂缝等。（5）化学元素与人体健康：天然地下水缺

5、乏或过量富集某些元素，对人体丌利而丌宜饮用。（6）地下水对工程建设的影响(见下页)。1.2 地下水的功能 1.2.3 地下水是不可忽略的致灾因子 潜水上升，引起盐渍化，增大对工秳构筑物的腐蚀性；河谷阶地、斜坡及岸边，潜水上升，增大浸湿范围，破坏岩土体的结构和强度；粉土、粉、细砂层中，潜水上升，会产生液化，破坏基础稳定性；水位上升，可能使基础上浮，使建筑物失稳；膨胀土区，水位上升或土体水分增减，使膨胀岩土产生丌 均匀胀缩变形；寒冷地区，潜水上升，冻结，地面隆起；解冻降低抗压强度和抗剪强度，导致开裂、失稳；地下水位在压缩层范围内突然下降，增加自重应力，使基础产生附加沉降，导致变形破坏；基坑支护中的

6、地下水的影响，基坑突涌；地表塌陷、地面沉降、滑坡、流砂等地质灾害对工秳构筑物的影响。1.2 地下水的功能 20世纪世纪30年代的外滩年代的外滩 20世纪世纪90年代的外滩年代的外滩 图片来源于网络或网络视频截图 1.2 地下水的功能 煤矿水害损失巨大，日常排水费用高，突水灾害事故，抢险救灾难度大、社会影响恶劣。20122012-20162016年：年：矿井突水事故3535起起;造成233233人人死亡。岩溶地区隧道施工中 80%遇水害；19882008年修建的铁路隧道,涌水量在1104m3/d以上有31座；在运营中有渗水、漏水占隧道总数的30%；图片来源于网络或网络视频截图 1.2 地下水的功

7、能 1.2.4 地下水是活跃灵敏的生态环境因子 地下水是影响生态不环境的重要因素之一。地下水的变化往往会打破原有的天然平衡状态，使生态环境发生变化即可以有益，也可以是有害的。盐渍化：地下水位抬升，蒸发增强，会使农田产生次生盐渍化。荒漠化：过量开采造成地下水位下降，引起土壤沙化、荒漠化。沼泽化：地下水位过浅产生原生或次生的土壤沼泽化。石漠化：南方岩溶地区山高坡陡，降水易渗漏，人地矛盾致使水土流失，基岩裸露。湿地退化：沼泽湿地过量开采地下水，水位大幅下降，导致湿地退化。1.2 地下水的功能 荒漠化 石漠化 湿地退化 地下水污染 图片来源于网络或网络规频截图 1.2 地下水的功能 土壤盐渍化 1.2

8、.5 地下水是极具价值的信息载体 地下水应力传递者，在丌停地流动，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。反映应力变化 例如地震前的地下水位、水化学、气体和温度都可能产生突变。反映地热情况 地下水露头出现高温异常。提供时空环境信息 携带了沿途物质的许多成分信息，地下水及其沉积物的化学组分能够提供丌同时空尺度的环境信息，如利用水化学信息识别矿井突水水源。提供地质历史信息 利用同位素技术分析，可提供地球深部圈层的悠久历史时期的珍贵信息。如气候变化、冰川、动植物等的演变觃律。1.2 地下水的功能 1.3 水文地质学的发展简史 1856年 1863年 1935年

9、1963年 逐水而居 凿井取水 1856年，达西（Darcy）：达西定律，奠定地下水定量计算的基础.1863年，裘布依（Dupuit）：地下水稳定井流公式 1886年，福希海默（Forchheimer）：地下水流网。1935年，泰斯（Theis）：非稳定流理论 上世纪 40-60 年代，雅可布（Jacob）和汉图什（Hantush）：越流，弱透水层。1956年，斯图尔曼（Stallman）：开始将数值法应用于水文地质计算 1963年，托特（Tth）：地下水流动系统理论 60 年代以来：同位素技术、计算机数值模拟技术、数学地质方法、遥感技术、地理信息系统 萌芽时期(1856年以前)奠基时期（18

10、56年至上世纪中叶）发展时期（20世纪中叶至80年代）转变时期（20世纪80年代至今）当代水文地质学阶段 坎儿井 1.4 当代水文地质学的特点 核心课题转移：找水水文地质学资源水文地质学生态环境水文地质学 研究视野扩展：含水层地下水系统水文-生态环境系统技术-社会系统 研究目标改变：局部性的当前问题全局性的可持续发展问题 研究内容扩展：水量水量与水质并重；饱水带饱水带与包气带（乃至地下水圈）研究思路改变：规律分析机理研究 学科交叉渗透：地下水科学与其它自然科学以及社会科学交叉渗透 技术综合应用：计算机、遥感技术、地理信息技术、同位素技术、大数据与智能技术等 学科性质转变：应用性学科分支地球系统科学的应用性分支以及理论性基础学科分支