第01讲地下水文学.ppt

地下水水文学 主讲：刘国东 教授 教 材 地下水水文学 张元禧 施鑫源 合编 中国水力出版社，1998年 主要参考书 水文地质学基础 王大纯 张人权 史毅虹 地质出版社,1986 地下水动力学 陈崇希 林敏 中国地质大学出版社，1999 绪 论 绪 论 国内外开发利用地下水概况 国内 祖先5600年前采用凿井取水(浙江河姆渡)，2000多年前自贡已有深达数百米的盐井，汉武帝时渭北高原的井渠“龙首渠”，驰名中外的“坎儿井” 目前我国地下水资源开发 国外 地下水水文学研究的发展 地下水开发利用的初始阶段(公元前5600~公元前7世纪):主要用泉水 地下水学科创建前期(公元前7世纪~公元1800年)：井采 地下水学科创建时期(1800~1940年) 代表人物：达西实验、裘布依假设、泰斯公式，深井、大规模、集中开采地下水 现代地下水学科创立发展时期(1940年以后) 代表人物及理论：Boulton, Jacob, Neuman，计算机应用，水质模型，科学开发地下水 导论 本课程的主要内容 地下水赋存条件(水文地质) 地下水补给、迳流与排泄 地下水动态与均衡 地下水运动 含水层参数的确定 地下水资源评价 教学方式 讲授?讨论?习题?思考题?作业 考试 第一章 地下水及其赋存 Groundwater, subsurface water, water table 1.1 自然界水的分布、循环与均衡 自然界水的分布 地球总水量140786万km3，海水137000万km3 (占97.3%)，陆地地表水2943万km3 (2.1%) ，陆地地下水841.7万km3 (0.6%) 。 自然界水循环(hydro-cycle) 水分循环三要素：蒸发(Z)、降水(X)和径流(Y) 自然界水均衡 (water equilibrium) 水均衡：在一定时间、一定区域内，水分循环的三要素之间的数量关系 水均衡原理：对于任一地区(系统)，在任一时间内，收入的水量与支出的水量之间的差额必等于其蓄水量的变化。 在海洋：Z0=X0 + Y 在陆地：Zc=Xc - Y 全球： Z0 + Zc= X0 + Xc 1.2 地下水的赋存 岩土的空隙性(space) 孔隙 (pore, porosity) 松散岩土中颗粒或颗粒集合体之间普遍存在着孔状空隙，称为孔隙。 孔隙度n:单位体积岩土(包括孔隙在内)中的孔隙体积，即 1.2 地下水的赋存 裂隙(fissure, fracture, crack ) 风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙 裂隙率?f： 1.2 地下水的赋存 水在岩土中的赋存形式 液态水 结合水：受到固相表面的吸引力大于其自身重力的那部分水 重力水：距离固相表面更远的、能在重力下运移的那部分水 毛细水：松散岩土中细小孔隙通道构成毛细管，在毛细力的 作用下，地下水沿着细小孔隙上升到一定高度，这种既受重力又受毛细力作用的水。 支持毛细水 悬挂毛细水 孔角毛细水 1.2 地下水的赋存 水理性质 容水性 定义：岩土能容纳一定水量的性能,常用含水率表示。 含水率?：单位体积岩土中所含水的体积(water content; mositure content) 1.2 地下水的赋存 持水性(moisture retention) 含水岩土在重力作用下释水时，由于固体颗粒表面的吸附力和毛细力的作用，使在其空隙中能保持一定水量的性能 持水度Re：指饱水岩土在重力作用下，经过2—3天释水后，岩土空隙中尚能保持的水体积与岩土总体积之比，这时的岩土含水率也称为田间持水率。 1.2 地下水的赋存 给水性(specific yield) 含水岩土在重力作用下能自由释出一定水量的性能 给水度?：指饱水岩土在重力作用下所释出的水体积与岩土总体积之比，在数值上它等于容水度减去持水度，也即岩土的饱和含水率与田间持水率之差。 1.2 地下水的赋存 透水性(permeability ) 岩土允许水体透过的性能 决定岩土透水性好坏的主要因素是空隙的大小，其次才是空隙的数量。度量岩土透水性的指标是渗透系数K。渗透系数愈大，表明岩土的透水性愈强，反之，则愈弱。 1.2 地下水的赋存 含水层和隔水层(aquifer aquiclude) 含水层是指能够透过并给出相当数量水的岩层。含水层不但储存有水，而且水可以在其中运移。隔水层则是不能透过和给出水，或透过和给出水的数量很小的岩层。 特点 划分含水层和隔水层的标志并不在于是否含水，关键在于所含水的性质 含水层和隔水层是相对的 含水层和隔水层在一定条件下可以转化 含水层只是一个形象的名称,含水系统更通用 1.3 不同埋藏条件下的地下水 1.3 不同埋藏条件下的地下水 埋藏条件(occurrence condi