1、水 文 地 质学 考 研 复 习要 点 地下 水的 研究 对象 ：饱 和带 水和 非饱 和带 水。 地下 水的 功能 ：宝 贵的 资源 、 重要 的地 质营 力、 不可 忽视 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。 浅部 层圈 水： 以液 态为 主， 部分 为固 态和 气态 。 深部 层圈 水： 矿物 中的 水以 及超 临界 状态 水。 水文 循环 ：水 文循 环是 发生 于大 气水 、地 表水 和地 壳浅 部地 下水 之间 的水 分交 换。 地质 循环 ：水 的地 质循 环即 发生 在大 气圈 到地 幔之 间的 水分 交换 。 径流 ：是 指降 雨
2、及 冰雪 融水 在重 力作 用下 沿地 表或 地下 流动 的水 流。 优点 ： （ 1 ）分 布广 泛 ； （ 2 ）变 化稳 定 ； （ 3 ）具 有天 然调 节性 ； （ 4 ）水 质良 好 ； （ 5 ）易 于开 发利 用 缺点 ： 1) 地下 水隐 藏于 地下 ，查 明分 布规 律才 能利 用； 2) 一旦 污染 ，需 要花 费相 当长 时间 和耗 费昂 贵成 本。 岩石 空隙 ：是 地下 水储 存场 所和 运动 通道 。 空 隙的 多少 、 大 小 、 形 状 、 连 通情 况和 分布 规律 ， 决 定着 岩土 储容 、 滞 留 、 释 出以 及传 输水 的性 能。 孔隙 存在 于松
3、 散的 或未 完全 胶结 的岩 土颗 粒之 间或 颗粒 集合 体之 间的 空隙 。 裂隙 岩石 形成 以后 ，由 于各 种内 、外 营力 的作 用， 使岩 石遭 到破 坏而 形成 的空 隙。 溶 穴 可 溶岩 石在 地 下水 的 溶蚀 作用 下 形成 。必 须在 原有 空隙 、 裂隙 发育 基 础上 产 生 的。 孔隙 度（ n ） ：某 一体 积岩 土（ 包括 孔隙 在内 ）中 孔隙 体积 所占 的比 例。 影响 因素 ：颗 粒排 列方 式、 颗粒 分选 程度 、 颗粒 形状 、 胶结 填充 、 对于 粘性 土， 还与 结构 孔隙 、次 生孔 隙有 关。 岩土 中水 存在 形式 ： 结合 水
4、（ 矿物 表面 结合 水（ 强结 合水 、弱 结合 水 ） ） 、 液态 水（ 重力 水、 毛细 水 ） 、 固态 水、 气态 水。结合 水 ： 分布 在颗 粒表 面受 静电 引力 大于 重力 ， 而不 能在 自身 重力 作用 下发 生运 动的 那部 分 水。 与水 有关 的岩 土性 质： 空 隙的 多少 、 大 小 、 形 状 、 连 通情 况和 分布 规律 ， 决 定着 岩土 储容 、 滞 留 、 释 出以 及传 输水 的性 能。 容水 性： 岩石 能容 纳一 定数 量水 的性 质。 用容 水度 表示 。 给水 性： 饱水 岩石 在重 力作 用下 能自 由排 出一 定数 量水 的性 质。
5、用给 水度 表示 。 持水 性： 岩石 在重 力释 水后 能在 空隙 中保 持一 定数 量水 的性 质。 用持 水度 表示 。 渗透 性： 岩石 允许 让水 通过 的性 质。 用渗 透系 数或 单位 吸水 量表 示。 影响 给水 度 u 大小 的因 素： 1. 岩 性影 响 ， 有 三个 方面 ： 组 成岩 石的 矿物 成分 （ 决 定空 隙的 大小 、 多 少 ） 、 颗 粒大 小 、 级配 及分 选程 度 、空 隙情 况 2. 初始 地下 水埋 藏深 度 3. 地下 水位 下降 速率 影响 渗透 性大 小的 因素 : 对松 散层 : 颗粒 大小 、形 状、 分选 程度 、密 实度 、胶 结
6、情 况 水质 、水 温、 液体 类型 。 对坚 硬岩 体 ： 颗粒 大小 、形 状、 分选 程度 、密 实度 、胶 结情 况 更 取决 于裂 隙的 几何 结构 特 征 ： 延 伸方 向 、 宽 度 、 密 度 、 长 度 、 连 通性 、 充 填物 、 裂 隙 面的 粗糙 程度 等。 如何 解释 岩土 变形 破坏 现象 ： 1. 当 由于 抽 取地 下水 引 起地 下 水位 下降 时， 孔隙 水压 力便 相 应的 降 低， 此时 可 近似 地 认 为总 应力 不变 ， 减 小的 这一 部分 浮托 力必 然要 转由 土层 颗粒 骨架 承担 ， 土 层颗 粒发 生位 移 ， 排 列更 加紧 密 ，
7、 孔 隙度 降低 ， 土 层受 到压 密 ， 表 现为 体积 的减 小 ， 高 程损 失 ， 即 地面 沉降 变 形 。 2. 岩 土体 存在 不连 续面 ， 当 天然 因素 或人 为因 素使 得不 连续 面的 地下 水位 抬升 ， 孔 隙水 压 力增 加 ， 有 效应 力降 低 ， 不 连续 面的 抗剪 力降 低 ， 岩 土体 可能 因重 力作 用 ， 发 生滑 坡或 坍 塌等 。地下 水的 分类 ： （潜 水、 承压 水、 上层 滞水 。 ） 或（ 孔隙 水、 裂隙 水、 岩溶 水 。 ） 越流 ：是 指相 邻含 水层 通过 其间 的相 对隔 水层 发生 水量 交换 。 潜 水等 水位 线
8、图 ： 将 潜水 位相 等的 各点 连线 ， 得 到潜 水等 水位 线图 ， 可 以说 明潜 水流 向及 地 表水 的补 给排 泄关 系等 。 潜水 位： 潜水 面上 任一 点的 高程 称为 该点 的潜 水位 地下 水运 动规 律： 1. 地下 水在 复杂 的多 孔介 质中 运动 ； 2. 流速 较缓 慢； 3. 稳 定流 与非 稳 定流 （ 地下 水的 各 个运 动 要素 （水 位 、流 速 、流 向等 ）不 随时 间 改 变 时， 称作 稳定 流。 否则 为非 稳定 流 。 ） ； 达 西 定 律 ： Q- 渗透 流量 (L 3 T -1 ) ； w- 过水 断面 (L 2 ) ； h-
9、水头 损失 ( 水头 差， L) ； L- 渗透 途径 (L ) ； K- 渗透 系数 (L T -1 ) ； I- 水力 坡度 ( 无量 纲 ) 渗透 系数 （ K ） : 岩石 渗透 性能 的定 量指 标， 在数 值上 等于 单位 水力 梯度 条件 下的 渗流 速度 。 n e 为有 效空 隙度 ， 即重 力水 流动 的空 隙体 积 （ 不包 括结 合水 占据 的空 间 ） 与岩 石体 积之 比 。 由于 重力 释水 时空 隙中 所保 持的 除结 合水 外， 还有 孔角 毛细 水乃 至悬 挂毛 细水 ，因 此 ， 有 n e n ( 孔隙 度 ) n e u （给 水度 ） 流网 ：在 渗
10、流 场的 某一 典型 剖面 或切 面上 ，由 一系 列等 水位 线与 流线 组成 的网 格。 注： a. 根据 流线 方向 可以 看出 任一 点的 流向 ； b. 根据 等水 头线 可以 看出 任一 点水 位的 变化 ； c. 流线 的密 疏可 以反 映地 下径 流的 强弱 ； d. 等水 头线 的密 疏则 说明 水力 梯度 的大 小， 说明 流速 大小 。 流网 的性 质 ： a. 在各 向同 性介 质中 ，流 网为 正交 网格 。 （水 沿水 力梯 度最 大的 方向 运动 ）b. 对于 稳定 流， 流线 与迹 线重 合； c. 对于 稳定 流， 流网 不随 时间 变化 。 流网 按介 质类
11、 型划 分： （ 1 ）同 一点 各方 向上 渗透 性相 同的 介质 称为 各向 同性 介质 ； （ 2 ）同 一点 各方 向上 渗透 性不 同的 介质 称为 各向 异性 介质 ； 均质 、非 均质 ：指 渗透 系数 K 与空 间坐 标的 关系 ，即 不同 点的 渗透 系数 K 是否 相同 ； 各向 同性 、各 向异 性： 指同 一点 不同 方向 的渗 透系 数 K 是否 相同 ； 流网 的用 途 1 ）由 等水 头线 可知 地下 水分 布状 况 地下 水位 标高 ； 埋深 ：注 意河 间地 块水 位变 化特 点。 靠近 分水 岭打 井， 水位 埋深 随井 深增 大而 增大 ； 靠近 河谷 打
12、井 ，水 位埋 深随 井深 增大 而减 小。 2 ）由 流线 可知 地下 水流 动方 向 疏密 变化 可知 流速 变化 ，流 线运 动轨 迹得 知水 质情 况。 3 ）判 断水 文地 质条 件 含水 层相 对导 水性 能（ 厚度 、渗 透性 ） 边界 条件 （隔 水边 界、 补给 和排 泄边 界） 与河 流的 关系 地下 水的 径流 模式 地下 水主 要的 气体 成分 常见 的有 O 2 、 N 2 、 CO 2 、 CH 4 及 H 2 S 。 主要 离子 成分 七种 ： CO 3 2- Cl - 、 SO 4 2- 、 HC O 3 - 、 Na + 、 K+ 、 Ca 2+ 和 Mg 2
13、 + 。 地下 水化 学成 分的 形成 作用 ： 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。 溶滤 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 的过 程。 溶滤 作用 的影 响因 素： 组成 岩土 的矿 物盐 类的 溶解 度。 盐岩 Na C l 易溶 ， Si 02 难溶 解； 岩土 的空 隙特 征。 致密 基岩 ，水 与矿 物难 以接 触， 难溶 滤； 水的 溶解 能力 。低 矿化 水的 强， 高矿 化水 的弱 水中 CO 2 、 O2 等气 体成 分的 含量 。前 者易 溶碳 酸盐
14、 、硅 酸盐 ，后 者易 溶硫 化物 ；地下 水的 径流 与交 替强 度。 最关 键的 因素 。 地下 水补 给方 式： 大气 降水 入渗 、地 表水 入渗 、凝 结水 入渗 、其 他含 水层 或含 水系 统 、人 工补 给。 地下 水排 泄方 式： 泉、 泄流 、蒸 发、 蒸腾 、其 他含 水层 、人 工排 泄等 。 泉的 概念 ： 地下 水的 天然 露头 ，在 地形 面与 含水 层或 含水 通道 相交 点， 地下 水出 露成 泉。 泉的 分类 ： 按补 给泉 的含 水层 或含 水通 道： 上升 泉、 下降 泉 按出 露原 因： 侵蚀 泉、 接触 泉、 溢流 泉 下降 泉 侵蚀 泉、 断层
15、泉、 接触 带泉 上升 泉 研究 泉的 意义 ： 泉的 分布 ：反 映含 水层 或含 水通 道的 分布 及补 给区 和排 泄区 的位 置； 泉的 动态 ：判 断其 补给 水源 类型 ，如 上升 泉为 承压 水补 给， 动态 稳定 ； 泉的 标高 ：反 映当 地地 下水 位的 标高 ； 泉的 化学 成分 、 物理 性质 和气 体成 分 ： 反映 当地 地下 水水 质特 点和 埋藏 情况 。 如果 水温 接 近气 温， 说明 含水 层埋 藏较 浅， 补给 源较 近； 如果 是温 泉， 则来 自地 下深 部； 泉的 研究 有助 于判 断隐 伏地 质构 造： 断层 泉、 接触 带泉 地下 水含 水系
16、统 ： 是由 隔水 或相 对隔 水边 界圈 围的 、 由含 水层 和相 对隔 水层 组合 而成 、 内部 具有 统一 水力 联系 的赋 存地 下水 的岩 系。 地下 水流 动系 统： 是指 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。 二者 关系 ： 一个 大的 含水 系统 可以 包含 若干 个流 动系 统 ； 两者 都可 以进 一步 划分 为子 系 统 ， 子系 统层 次上 ， 两者 可以 重叠 ； 流动 系统 在人 为活 动影 响下 ， 其规 模 、 数量 均会 发生 变 化， 变化 受到 大的 含水 系统 边界 的制 约， 通常 不会 越出 大的 含
17、水 系统 边界 。 地下 水动 态类 型 ： （根 据排 泄方 式和 水交 替强 度， 潜水 及松 散沉 积物 浅部 的承 压水 ，可 分三 种主 要动 态类 型） 渗入 蒸发 型： 分布 在干 旱、 半干 旱地 区， 地形 切割 微弱 的平 原或 山间 盆地 中心 。补给 ：降 水、 地表 水入 渗 （但 不丰 沛） 径流 ：微 弱， 水交 替强 度十 分缓 慢 排泄 ：蒸 发为 主 。 动态 特征 ： 年水 位变 幅小 而均 匀 ； 水质 季节 变化 明显 ， 向盐 化方 向发 展 ； 土壤 易盐 渍化 。 渗入 径流 型： 分布 在山 前或 山区 ，地 形高 差大 ，水 位埋 藏深 。
18、补给 ：降 水、 地表 水入 渗 （丰 沛） 径流 ：强 烈， 水交 替强 度大 排泄 ：径 流排 泄为 主 动态 特征 ：年 水位 变幅 大而 不均 （由 分水 岭到 排泄 区， 年水 位变 幅由 大而 小 ） ；水 质季 节变 化不 明显 ，长 期中 地下 水不 断趋 向淡 化。 渗入 蒸发 、 径流 型 （ 弱径 流型 、 过渡 型 ） ： 分布 在降 水丰 沛 、 气候 湿润 的平 原或 盆地 中心 。 补给 ：降 水、 地表 水入 渗 （丰 沛） 径流 ：径 流微 弱， 蒸发 也微 弱 排泄 ：径 流排 泄为 主 动态 特征 ： 年水 位变 幅小 而均 匀 ； 水质 季节 变化 不明
19、 显 ， 长期 中地 下水 不断 向淡 化方 向 发展 ，但 发展 慢。 水均 衡方 程式 主要 考虑 水量 平衡 ，基 本关 系式 ： 储量 变化 = 收入 量 支出 量 ( W) (A ) (B ) 洪积 物 ： 暂时 性集 中洪 流在 山前 出山 口地 带堆 积形 成的 一种 堆积 物 。 广泛 分布 于山 间盆 地和 山前 倾斜 平原 地带 。 地貌 特征 ：以 山口 为中 心， 由山 麓向 平原 盆地 呈扇 形展 布， 扇间 为洼 地。 根据 洪积 扇中 地下 水埋 深、 径流 条件 以及 水化 学特 征， 分三 个水 文地 质带 ： 1 、地 下水 深埋 带（ 径流 带、 盐分 溶
20、滤 带） （ 1 ）位 置： 扇顶 ； （ 2 ）地 势高 ，潜 水埋 深大 ，强 透水 地层 ； （ 3 ）地 形坡 度大 ，水 力坡 度大 ，径 流强 ，水 平排 泄；（ 4 ）降 水、 地表 水和 山区 基岩 裂隙 水补 给量 ，动 态变 化大 ； （ 5 ） 化学 成分 以溶 滤作 用为 主， HC O 3 Ca 型水 。 2 、地 下水 溢出 带（ 盐分 过路 带） （ 1 ）位 置： 洪积 扇中 部； （ 2 ）地 形变 缓、 颗粒 变细 、透 水性 变差 ，潜 水雍 高而 接近 地表 ，形 成泉 或沼 泽； （ 3 ）出 现粘 性土 或夹 层， 地下 水径 流受 阻， 水平 和垂
21、 直排 泄； （ 4 ）接 受降 水与 上游 潜水 的补 给， 动态 变小 ； （ 5 ）由 于蒸 发， TD S 增大 ， HC O3-S O4 SO 4 - HC O3 3 、地 下水 下沉 带（ 垂直 交替 带、 盐分 堆积 带） （ 1 ）位 置： 洪积 扇的 前缘 ； （ 2 ）以 粘性 土为 主， 夹有 砂层 ， K 很小 。既 有潜 水， 又有 多层 承压 水； （ 3 ）由 于蒸 发和 地表 水的 排泄 ，潜 水埋 深又 略增 大； （ 4 ）上 部潜 水接 受降 水补 给， 下部 承压 水接 受前 两个 带侧 向补 给。 径流 微弱 ，蒸 发为 主； （ 5 ） 上部 潜水
22、浓缩 作用 加强 ， TD S 增大 ；下 部承 压水 水质 相对 好， 水量 大。 冲 积物 ： 经 常性 水流 形成 的堆 积物 。 即 河流 沉积 作用 形成 的堆 积物 。 河 流上 、 中 、 下 游沉 积 特 征不 同， 冲 积物 的 水文 地质 特 征也 不同 。 冲 积物 厚度 大 ，颗 粒 细， 岩性 复 杂， 南北 方差 异大 。 裂隙 水的 一般 特点 埋藏 分布 不均 匀； 渗透 性具 有不 均匀 性和 各向 异性 ； 形 态多 种多 样 ：带 状 、脉 状、 网 状 （ 带状 ：断 层 及岩 浆 岩接 触带 ； 网状 ： 若干 个带 状 可能 相互 交切 沟通 ） 运
23、动 性质 十分 复杂 。 裂隙 水的 类型 ：成 岩裂 隙水 、风 化裂 隙水 、构 造裂 隙水 。 成岩 裂隙 水的 特点 层状 、脉 状和 带状 ； 潜水 ，上 覆有 粘性 土覆 盖时 可成 为承 压水 ； 水质 好， HC O3 型水 ； 水量 丰富 。风化 裂隙 水特 点 埋藏 浅， 分布 广， 层状 裂隙 水。 风化 带构 成潜 水含 水层 ，未 风化 母岩 为隔 水底 板。 被后 期沉 积物 覆盖 的古 风化 壳可 赋存 承压 水。 HC O 3 型淡 水 。 水量 小， 就地 补给 就地 排泄 ，旱 季泉 流量 减小 或干 枯。 说明 ：寻 找风 化裂 隙水 ：半 风化 带（ 充
24、填 少 ） ，全 风化 带， 细粒 会充 填裂 隙。 构造 裂隙 水特 点 ： 可形 成层 状、 带状 、脉 状构 造裂 隙水 ； 可形 成潜 水或 承压 水 ； 岩溶 ： 可溶 性岩 石在 地下 水和 地面 流水 共同 作用 下 ， 发育 演化 的过 程以 及所 形成 的种 种地 质 现象 。 岩溶 水： 赋存 并运 移于 岩溶 化岩 层中 的水 岩溶 发育 应具 备四 个条 件： 可溶 岩的 存在 （岩 溶发 育的 前提 ） 可溶 岩必 须是 透水 的（ 没有 裂隙 ，水 不能 进入 岩石 ，溶 解作 用便 无法 进行 ） 具有 侵蚀 性的 水（ 纯水 的溶 解能 力低 ，当 CO 2 溶
25、入 水中 形成 碳酸 ，具 有侵 蚀性 ） 水的 流动 性（ 流动 的水 不断 更新 侵蚀 能力 ） 岩溶 发展 速度 划分 为三 个阶 段 起动 阶段 ： 地下 水对 介质 以化 学溶 蚀作 用为 主 ， 水流 通道 比较 狭小 ， 地下 水几 乎没 有机 械搬 运能 力， 岩溶 发展 比较 缓慢 。 随着 水流 越来 越集 中的 正反 馈机 制的 加强 ， 岩溶 演化 加快 。 当主 体通 道的 宽度 达到 5 50 m m 时 ， 紊流 开始 出现 ， 地下 水开 始具 有一 定机 械搬 运能 力 ， 水流 的能 量足 以携 带泥 砂 ， 泥砂 对岩 石的 机械 侵蚀 成为 管道 扩大
26、为洞 穴的 主要 营力 ，岩 溶演 化便 进入 快速 发展 阶段 。 快速 发展 阶段 ： 地下 水流 对介 质的 改造 由化 学溶 蚀变 为机 械侵 蚀与 化学 溶蚀 共存 ， 机械 侵蚀 变得 愈益 重要 。地下 出现 各种 规模 的洞 穴。 地表 形成 溶斗 及落 水洞 ，并 以它 们为 中心 形成 各种 规模 的洼 地， 汇集 降水 。 随着 介质 导水 能力 迅速 提高 ， 地下 水位 总体 下降 ， 新的 地下 水面 以上 洞穴 干涸 ， 失去 进一 步发 展的 动力 。 通道 争夺 水流 的竞 争变 得更 加剧 烈。 不同 地下 河系 发生 袭夺 ，地 下河 系不 断归 并， 流域 不断 扩大 停滞 衰亡 阶段 随着 地下 水位 的总 体下 降和 水力 坡度 的逐 渐降 低， 地下 水的 溶蚀 能力 逐渐 降低 甚至 消失 ，岩 溶发 育呈 停滞 状态
