10.水文地质学基础水

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1、地下水科学与工程教研室地下水科学与工程教研室水文地质学基础水文地质学基础Fundamentals of Hydrogeology2021-12-132回回 顾顾孔隙水孔隙水：赋存于松散沉积物中的地下水。：赋存于松散沉积物中的地下水。按含水层按含水层埋藏条件埋藏条件，孔隙水可分为孔隙潜水和孔隙承压水。，孔隙水可分为孔隙潜水和孔隙承压水。 中国地势图中国地势图特点特点：1.1.层状分布，空间上均匀连续层状分布，空间上均匀连续2.2.水力联系较好水力联系较好3.3.垂向渗透性差，顺层渗透性好垂向渗透性差，顺层渗透性好2021-12-133回回 顾顾沉积物分类沉积物分类：不同成因类型的松散沉积物不同成

2、因类型的松散沉积物岩性、地貌呈有规律的变化岩性、地貌呈有规律的变化地下水的特征不同地下水的特征不同 2021-12-13410.1 10.1 洪积物中的孔隙水洪积物中的孔隙水10.2 10.2 冲积物中的孔隙水冲积物中的孔隙水10.3 10.3 湖积物中的地下水湖积物中的地下水10.4 10.4 黄土高原的地下水黄土高原的地下水10.5 10.5 孔隙含水系统实例分析孔隙含水系统实例分析第第1010章章 孔孔 隙隙 水水10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水2021-12-13710.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水 位置：位置：干

3、旱半干旱地区的干旱半干旱地区的山前地带山前地带 形状：形状：扇形地扇形地 洪积扇中的地下水洪积扇中的地下水(由山区由山区平原平原)：地表水动力地表水动力条件的分带条件的分带沉积作用沉积作用分带分带地貌岩地貌岩性分带性分带地下水地下水分带分带2021-12-13810.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水 洪积扇的分带性洪积扇的分带性( (山口向平原山口向平原) )： （1 1）地形地貌地形地貌： 地貌地貌: :扇顶扇顶扇中扇中扇前缘，扇前缘， 地形：由高地形：由高低，低， 地面坡度：由陡地面坡度：由陡缓；缓； 岩性由粗岩性由粗细。细。（2 2）水动力条件与沉积作用：水动力条件与沉积作用：集

4、中的洪流集中的洪流辫状散流，辫状散流，水流速度和搬运能力由大水流速度和搬运能力由大小，小，沉积作用由弱沉积作用由弱强；强；先堆积粗粒物质，后堆积细粒物质。先堆积粗粒物质，后堆积细粒物质。2021-12-139 （3 3）岩性分带岩性分带： 粒度：砾、卵、漂石粒度：砾、卵、漂石砾及砂砾及砂( (粘土夹层粘土夹层) )砂及粘性土夹层砂及粘性土夹层 层理：不显层理层理：不显层理层理明显层理明显砂与粘土互层砂与粘土互层 分选：差分选：差中等中等好好10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水2021-12-1310（4 4）地下水分带：地下水分带： 赋存条件赋存条件： 岩性：颗粒粗大岩性：颗粒粗大颗

5、粒变细颗粒变细 水位埋深：深水位埋深：深浅浅 潜水深埋带潜水深埋带潜水溢出带潜水溢出带潜水下沉带潜水下沉带 渗透性：好渗透性：好差差10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水2021-12-1311（4 4）地下水分带：地下水分带： 补、径、排条件补、径、排条件： 补给：充沛补给：充沛差差 径流：强烈径流：强烈受阻，受阻，v v 快快慢慢 排泄：径流排泄排泄：径流排泄蒸发排泄蒸发排泄10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水2021-12-1312（4 4）地下水分带：地下水分带： 动态和均衡动态和均衡： 动态：水位动态变化动态：水位动态变化 大大小小 均衡：统一的地下水系统均衡：统一

6、的地下水系统 10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水2021-12-1313（4）地下水分带：地下水分带： 水化学水化学： 水化学作用：溶滤水化学作用：溶滤蒸发浓缩蒸发浓缩 矿化度：低矿化度：低中中高高 盐分溶滤带盐分溶滤带盐分过路带盐分过路带盐分积聚带盐分积聚带 水化学类型：水化学类型： HCO3SO4Cl10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水2021-12-1314扇形地中地下水特点扇形地中地下水特点( (由扇顶至前缘由扇顶至前缘) )： 含水层介质含水层介质：颗粒由粗变细，透水性由强变弱。：颗粒由粗变细，透水性由强变弱。 水位埋深水位埋深：由大变小；水位变化由大变小。：由

7、大变小；水位变化由大变小。 地下水径流地下水径流：由强变弱，渗透速度由大变小。：由强变弱，渗透速度由大变小。 水化学作用水化学作用：由单一（溶滤作用为主）变多样（溶：由单一（溶滤作用为主）变多样（溶滤、蒸发浓缩、阳离子交替吸附等），水化学类型由滤、蒸发浓缩、阳离子交替吸附等），水化学类型由单一变复杂。单一变复杂。 水质水质：由好变差，：由好变差， 矿化度由低增高。矿化度由低增高。城镇应分布于溢出带以上最有利于取用地下水地带。城镇应分布于溢出带以上最有利于取用地下水地带。10.1 冲洪积扇中的地下水冲洪积扇中的地下水2021-12-131510.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水2021-12

8、-1316冲积物与洪积物相比：冲积物与洪积物相比： 经常性水流作用的结果经常性水流作用的结果 河流是线状或带状分布的，横向与纵向差异大；在冲积河流是线状或带状分布的，横向与纵向差异大；在冲积平原区往往发育有多条河流，呈交织状、发生改道且长期平原区往往发育有多条河流，呈交织状、发生改道且长期作用作用 10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水2021-12-131710.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水2021-12-1318 郑州市以上黄河以侵蚀搬运作用为主，以下进入华北平原，郑州市以上黄河以侵蚀搬运作用为主，以下进入华北平原，坡降变小，堆积作用为主，河床抬高而成为地上河。坡降变小，堆积作

9、用为主，河床抬高而成为地上河。 现代河道与近期运动古河道地势高，岩性粗，渗透性好，利现代河道与近期运动古河道地势高，岩性粗，渗透性好，利于降水，地表水入渗补给，水位埋深大，蒸发作用弱，溶滤作于降水，地表水入渗补给，水位埋深大，蒸发作用弱，溶滤作用为主，水质良好，自两侧向河间洼地、地势渐低、岩石变细，用为主，水质良好，自两侧向河间洼地、地势渐低、岩石变细，渗透性变差，水位变浅，蒸发增强，矿化度增大。渗透性变差，水位变浅，蒸发增强，矿化度增大。 10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水黄河下游平原水文地质剖面黄河下游平原水文地质剖面2021-12-1319黄河冲积平原剖面图黄河冲积平原剖面图10

10、.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水2021-12-1320黄河冲积平原剖面图黄河冲积平原剖面图10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水 由河道向河间洼地地下水由河道向河间洼地地下水水质的变化水质的变化还与本区普遍还与本区普遍存在存在的咸水层的咸水层以及以及咸水层咸水层在在地下水流动系统的驱动地下水流动系统的驱动下下运移运移有关。有关。 黄河冲积平原相当普遍地存在着黄河冲积平原相当普遍地存在着一层一层矿化度大于矿化度大于2g/L2g/L的的咸水（厚度通常为咸水（厚度通常为50200m50200m），一般认为是上更新世晚期），一般认为是上更新世晚期干旱气干旱气候下大陆盐化作用的产物候下大陆盐

11、化作用的产物。在地下水流动系统的长期影响下，咸。在地下水流动系统的长期影响下，咸水层发生过运移。水层发生过运移。 现代河道现代河道与与近期古河道近期古河道由于占据高位形成地下水的由于占据高位形成地下水的势源势源，与相邻低地间形成与相邻低地间形成局部性地下水流动系统局部性地下水流动系统，与河间洼地间形成较，与河间洼地间形成较大的流动系统大的流动系统。因此，。因此，河道处河道处地下水作下降运动形成地下水作下降运动形成淡水透镜体淡水透镜体，并驱动并驱动咸水层下移咸水层下移；河间洼地处河间洼地处地下水作上升运动，推动地下水作上升运动，推动咸水层咸水层整体上移整体上移，咸水层顶界往往在此达到地下水面。在

12、河道两侧低地，咸水层顶界往往在此达到地下水面。在河道两侧低地以及河间洼地中心的势汇地带，由于蒸发而造成土壤盐渍化。以及河间洼地中心的势汇地带，由于蒸发而造成土壤盐渍化。10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水2021-12-1322黄河冲积平原剖面图黄河冲积平原剖面图10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水地下分布有咸水层，其厚度地下分布有咸水层，其厚度50200m50200m，矿化度，矿化度M2g/lM2g/l，为，为Q2Q2晚期干旱气候下大陆晚期干旱气候下大陆盐化的产物。咸水层发生过运移。盐化的产物。咸水层发生过运移。10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水地上河冲积物中的地下水（从

13、河谷向两侧）：地上河冲积物中的地下水（从河谷向两侧）： 岩性：岩性： 渗透性：渗透性： 从河谷向两侧，颗粒逐渐变细，从河谷向两侧，颗粒逐渐变细，渗透性由好变差，渗透性由好变差，补径排：补径排： 补给方式由降水入渗补给变为降水入渗补给和侧向径流补给方式由降水入渗补给变为降水入渗补给和侧向径流补给。径流条件由好变差，径流由强变弱，排泄由径流补给。径流条件由好变差，径流由强变弱，排泄由径流排泄转为蒸发排泄。排泄转为蒸发排泄。水化学：水化学： 由溶滤作用变为蒸发作用为主，平面上形成多个由溶滤作用变为蒸发作用为主，平面上形成多个含水条带，垂向上可能相互交叠形成天窗。含水条带，垂向上可能相互交叠形成天窗。

14、2021-12-1324 河谷冲积平原中的地下水：河谷冲积平原中的地下水：10.2 冲积物中的地下水冲积物中的地下水含水层颗粒较粗大，沿江河成条带状有规律地分布，与地表水水利联系密切，补含水层颗粒较粗大，沿江河成条带状有规律地分布，与地表水水利联系密切，补给充分，水循环条件好，水质较好，开采技术条件好，一般可构成良好的地下水给充分，水循环条件好，水质较好，开采技术条件好，一般可构成良好的地下水水源地。水源地。 2021-12-1325湖积物特点（湖积物特点（lacustrine depositslacustrine deposits） ： 静水沉积，颗粒细小，分选良好，层理细密，岸边浅水静水沉

15、积，颗粒细小，分选良好，层理细密，岸边浅水处沉积砂砾等粗粒物质，向湖心过渡为粘土处沉积砂砾等粗粒物质，向湖心过渡为粘土. . 10.2 湖积物中的地下水湖积物中的地下水当当没有河流没有河流穿越湖泊时，穿越湖泊时，波浪力是唯一的分选营力波浪力是唯一的分选营力。 在近岸浅水带波浪力影响所及的范围内，波浪反复淘洗沉积物，在近岸浅水带波浪力影响所及的范围内，波浪反复淘洗沉积物，粗粒粗粒留在岸边，留在岸边，细粒细粒落于远岸处，波浪力所影响不到的湖心，则被落于远岸处，波浪力所影响不到的湖心，则被细小的细小的粘粒粘粒所占据，典型条件下湖心粘土层理十分细密。所占据，典型条件下湖心粘土层理十分细密。2021-1

16、2-1326 湖积物特点（湖积物特点（lacustrine depositslacustrine deposits） ：我国第四纪初期湖泊众多，湖积物发育，后期湖泊萎缩，湖积我国第四纪初期湖泊众多，湖积物发育，后期湖泊萎缩，湖积物多被冲积物所覆盖。侧向分布广泛的粗粒湖积含水砂砾层主物多被冲积物所覆盖。侧向分布广泛的粗粒湖积含水砂砾层主要通过进入湖泊的冲积物要通过进入湖泊的冲积物 砂层与外界联系，而垂向上有粘土层砂层与外界联系，而垂向上有粘土层分布越流补给比较困难。湖积物通常有规模大的含水砂砾层，分布越流补给比较困难。湖积物通常有规模大的含水砂砾层，因其与外界联系差，补给困难，地下水资源一般并不

17、丰富。因其与外界联系差，补给困难，地下水资源一般并不丰富。10.2 湖积物中的地下水湖积物中的地下水含水层分布：含水层分布： 平面上展布广，垂向上延伸远，层状分布。气候的周期性干平面上展布广，垂向上延伸远，层状分布。气候的周期性干湿交替，或构造下降与停顿交替，可造成砂砾层与粘土层交替堆湿交替，或构造下降与停顿交替，可造成砂砾层与粘土层交替堆积，形成多个被粘土分隔的含水砂层。积，形成多个被粘土分隔的含水砂层。2021-12-1327我国西部黄土高原普遍分布黄土。我国西部黄土高原普遍分布黄土。 黄土按其形成的年代可分为黄土按其形成的年代可分为, ,形成于早更新世形成于早更新世Q1Q1的的午城黄午城

18、黄土土和中和中更新世更新世Q2Q2的的离石黄土离石黄土, ,称为老黄土。称为老黄土。普遍覆盖在上述普遍覆盖在上述黄土上部及河谷阶地地带晚更新世黄土上部及河谷阶地地带晚更新世Q3Q3的的马兰黄土马兰黄土及全新世及全新世Q4Q4下部的下部的次生黄土次生黄土, ,称之为新黄土。全新世称之为新黄土。全新世Q4Q4黄土形成于距今黄土形成于距今5 5千年内。千年内。 午城黄土为相对隔水层，离石黄土整体或其上部以及马午城黄土为相对隔水层，离石黄土整体或其上部以及马兰黄土多为含水层。兰黄土多为含水层。10.4 黄土高原中的地下水黄土高原中的地下水2021-12-1328黄土均发育垂直节理，且多虫孔、根孔等以垂

19、向为主的大孔黄土均发育垂直节理，且多虫孔、根孔等以垂向为主的大孔隙，其隙，其K Kv v比比K Kh h大许多。甘肃黄土，大许多。甘肃黄土，K Kv v = 0.190.37 m/d = 0.190.37 m/d，K Kh h = 0.002 0.003 m/d (= 0.002 0.003 m/d (张宗祜，张宗祜，1966)1966)。随深度（。随深度（h h）加大，）加大，KvKv明显变小。明显变小。10.4 黄土高原中的地下水黄土高原中的地下水2021-12-132910.4 黄土高原中的地下水黄土高原中的地下水黄土塬为在流水侵蚀下原始地貌保持较好的规模较大的黄土平台。黄土梁指长条带的

20、黄黄土塬为在流水侵蚀下原始地貌保持较好的规模较大的黄土平台。黄土梁指长条带的黄土垅岗，黄土峁指深圆形的黄土土丘。土垅岗，黄土峁指深圆形的黄土土丘。2021-12-1330黄土高原的水文地质特点：黄土高原的水文地质特点： 黄土塬：黄土塬：分布面积大，有利于降水入渗补给（分布面积大，有利于降水入渗补给（a a0.050.050.100.10），），地下水较丰富，径流由中心向四周地下水散流，至沟谷成泉、泄流。地下水较丰富，径流由中心向四周地下水散流，至沟谷成泉、泄流。中心水位高，边缘水位低，矿化度向四周增大，水质中心好，边缘中心水位高，边缘水位低，矿化度向四周增大，水质中心好，边缘差。差。10.4

21、黄土高原中的地下水黄土高原中的地下水2021-12-1331黄土高原的水文地质特点：黄土高原的水文地质特点：10.4 黄土高原中的地下水黄土高原中的地下水 黄土梁：黄土梁：长条形，不利于降水入渗补给，贫水，水量少，水长条形，不利于降水入渗补给，贫水，水量少，水质差。质差。 黄土峁：黄土峁：浑圆状，面积小，切割强烈，不利于降水入渗浑圆状，面积小，切割强烈，不利于降水入渗（a0.01a0.01），水量贫乏，水质较差，水位浅埋。），水量贫乏，水质较差，水位浅埋。 黄土高原降水量少黄土高原降水量少补给量少，水质差，补给量少，水质差，水平与垂向不一致水平与垂向不一致2021-12-133210.5孔隙含

22、水系流实例分析孔隙含水系流实例分析 甘肃省河西走廊石羊河流甘肃省河西走廊石羊河流域，面积域，面积3000km3000km2 2，石羊河全长，石羊河全长100km100km，流出南部祁连山有古浪、，流出南部祁连山有古浪、黄羊等黄羊等8 8条河，年总径流量条河，年总径流量14.414.4亿亿m m3 3/a/a，到洪积扇（厚，到洪积扇（厚100 100 400m400m的巨大卵砾石）渗入地下的巨大卵砾石）渗入地下为为6.56.5亿亿m m3 3/a/a（占（占45%45%），到武），到武威盆地中部，沿河槽的泉水溢威盆地中部，沿河槽的泉水溢出量出量3.23.2亿亿m m3 3/a/a，后汇成石羊河，

23、后汇成石羊河，占河川径流的占河川径流的94.595.7%94.595.7%。入。入民勤盆地后，被引入田间，最民勤盆地后，被引入田间，最后排入北部的湖沼中，蒸发消后排入北部的湖沼中，蒸发消耗。耗。 2021-12-133310.5孔隙含水系流实例分析孔隙含水系流实例分析含孔隙水的沉积物成因类型的变化是地形和水流状态改变的结果，其含孔隙水的沉积物成因类型的变化是地形和水流状态改变的结果，其变化是连续的，水是连续的，上游的取水量会影响到下游的用水。变化是连续的，水是连续的，上游的取水量会影响到下游的用水。 n综合上述分析：综合上述分析： 分析不同沉积物类型的地下水赋存、运动和水化学特征分析不同沉积物

24、类型的地下水赋存、运动和水化学特征等（简称水文地质条件），应从沉积物形成时的水动力等（简称水文地质条件），应从沉积物形成时的水动力场到沉积物沉积规律，再到地下水的分带性特征来进行场到沉积物沉积规律，再到地下水的分带性特征来进行n掌握分析问题的思路与方法比死记更重要掌握分析问题的思路与方法比死记更重要, ,即：即： 普普通地质作用通地质作用-地质地貌地质地貌-水文地质条件水文地质条件n分析问题的方法：分析问题的方法：沉积环境沉积环境水动力条件水动力条件沉积规律沉积规律地下水特征地下水特征 本章的重点本章的重点是掌握从沉积物的沉积环境（水动力是掌握从沉积物的沉积环境（水动力条件）出发，分析沉积物的沉积规律，进一步分析地下条件）出发，分析沉积物的沉积规律，进一步分析地下水的特征的思路与方法。水的特征的思路与方法。 重要的知识点重要的知识点是掌握洪积物和冲积物中地下水是掌握洪积物和冲积物中地下水的赋存、运动、水化学和水动态的分带性特点。的赋存、运动、水化学和水动态的分带性特点。本章小结本章小结