水文地质学基础课件(15章全)

1、第1章 绪 论Introduction,第1章 绪论,目的与要求： （1）掌握水文地质学的研究对象与研究内容； （2）了解学科发展历史和趋势； （3）掌握地下水功能。,本章内容1.1 水文地质学的研究对象1.2 地下水的功能1.3 水文地质学发展简史1.4 当代水文地质学的特点,第1章 绪论,1.1 水文地质学的研究对象（The scope of hydrogeology）,地表水,江、河、湖、海、渠、坑、塘等洼地,水的赋存,1.1 水文地质学的研究对象（The scope of hydrogeology）,地下水圈,地表以下至地幔带，各个深度之间的水具有一定的水力联系，从而构成一个统一的含水整体，即地下水圈 。,1.1 水文地质学的研究对象（The scope of hydrogeology）,1. 水文地质学的含义：是研究地下水的科学。 hydrogeology groundwater 2. 水文地质学的研究内容：它研究地下水与周围环境及人类活动的相互作用下，其水质、水量的时空变化规律；并研究如何运用这些规律兴利除害，造福于人类。,1.2 地下水的功能（Functions of g

2、roundwater）,水对人类生活与生产起着不可或缺的重大影响 地下水是水资源组成部分 其主要功能（functions）为： 1、地下水是一种宝贵的资源 2、地下水是一种重要的地质营力 3、地下水是不可忽视的致灾因子 4、地下水是活跃灵敏的生态环境因子 5、地下水是地球内部地质演变的信息载体,1、地下水是一种宝贵的资源 a) 供水水源 优点： 分布广，动态变小，洁净，不易污染 据报道：陆地一半为干旱、半干旱地区 1/3耕地，2/3牧区水源不足 城市供水不足，近来更有增加趋势 世界上，阿拉伯国家-进口雨水，中东的长期摩擦一是石油，二是水 80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持续发展,1.2 地下水的功能（Functions of groundwater）,我国西北缺水剪影,1.2 地下水的功能（Functions of groundwater）,我国耕地与农村用水,1.2 地下水的功能（Functions of groundwater）,1、地下水是一种宝贵的资源 b) 液体矿产（liquid mining） 地下水高含盐类或稀有元素，

3、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 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 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” 地球是个天然热库可以供热，供取暖等用处,1.2 地下水的功能（Functions of groundwater）,2、地下水是一种重要的地质营力 地壳内能量、热量的传输者 传递应力：水为诱发地震，地质灾害是地下水作用 人工地震预报观测地下水 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,1.2 地下水的功能（Functions of groundwater）,3、地下水是不可忽视的致灾因子 地下水会引发各种灾害：岩土体位移、水库诱发地震、地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷、潜蚀管涌、矿坑与隧道突水、海水入侵含水层、石窟文物损坏等。,岩溶塌陷,地面沉降导致铁路下沉变形,1.2 地下水的功能（Functions of groundwater）

4、,4、地下水是活跃灵敏的生态环境因子 地下水是影响生态与环境的重要因素之一 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 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，地面岩溶塌陷，地下水污染等 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）,1.2 地下水的功能（Functions of groundwater）,4、地下水是活跃灵敏的生态环境因子 地下水利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重,1.2 地下水的功能（Functions of groundwater）,城市防洪设施标准降低，外滩防洪挡水墙越筑越高,地下水利用产生的环境问题：上海地面沉降,1.2 地下水的功能（Functions of groundwater）,地下水污染主要分布在城区附近和地表水污染严重的地区,地下水利用产生的环境问题：地下水污染,1.2 地下水的功能（Functions of groundwater）,5、地下水是地

5、球内部地质演变的信息载体 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 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,1.2 地下水的功能（Functions of groundwater）,1.3 水文地质学发展简史（Brief history of hydrogeology）,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。 萌芽时期：由逐水而居到凿井取水-一大转折 奠基时期：1856年，达西定律-地下水定量计算奠定了水文地质学的基础 发展阶段：二次世界大战战后，科学技术推动生产力迅猛发展以及人口的急剧增长 泰斯非稳定流理论提出，对地下水资源量的认识革命 计算机技术的发展，在地下水模拟、规划管理等推进 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,坎儿井,地下水的利用坎儿井，近3000年历史,1.3 水文地质学发展简史（Brief hi

6、story of hydrogeology）,1.4 当代水文地质学的特点(The features of modern hydrogeology),水文地质学水资源的核心课程 1）核心课题转移 2）研究视野扩展 3）研究目标改变 4）研究内容扩展 5）研究思路的改变 6）多学科交叉渗透成为主流 7）多技术手段的应用 8）学科性质的转变,第2章 地球中水的分布与循环Distribution and Cycle of Water on the Earth,第2章 地球中水的分布与循环,目的与要求： （1）了解地球中水与量的分布、我国的水循环状况与水量分布特征； （2）掌握水文循环与地质循环的概念。,本章内容2.1 地球中水的分布2.2 地球中水的循环2.3 中国水资源概况2.4 中国地下水概况,第2章 地球中水的分布与循环,2.1 地球中水的分布（Water distribution of the Earth）,2.1 地球中水的分布（Water distribution of the Earth）,地球浅部的水及所占比例,淡水占全球水量的2.5%,2.1 地球中水的分布（Water d

7、istribution of the Earth）,Company Logo,冰冻积雪,冰冻积雪,地下水,河湖水,淡水 2.5%,咸水 97.5%,2.2 地球中水的循环（Water cycle of the Earth）,地球上各层圈的水，处于不断相互转换之中 水循环分为：水文循环、地质循环 水文循环 地球浅表，转换交替迅速。（重点讨论） 地质循环 发生于大气圈到地幔之间，转换交替缓慢。,2.2 地球中水的循环（Water cycle of the Earth）,水文循环（hydrologic cycle） (1)定义：大气水、地表水和地壳浅表地下水之间的水分交换。 水文循环示意图环节或要素 (2)水文循环的划分 循环路径不同： 大循环（海-陆）、小循环（海-海，陆-陆） 时空尺度不同： 全球水文循环、流域水文循环、水-土-生系统水文循环 (3)水文循环的运动规律 海洋的蒸发量大于降水量 陆地的降水量大于蒸发量 大陆输入水汽量与输出水量基本平衡,水文循环示意图,转下页,2.2 地球中水的循环（Water cycle of the Earth）,水文循环示意图,思考：水文循环发生的动力

8、条件是什么？,2.2 地球中水的循环（Water cycle of the Earth）,(4)水文循环的作用： 通过循环水的质量得以净化、水的数量得以再生 水资源不断更新与再生，可以保证在其再生速度水平上的永续利用也是可持续发展保证 (5)影响水文循环的因素 气象因素 自然地理条件 人类活动等 结果：有利于蒸发，不利于径流，促进内陆水文循环,2.2 地球中水的循环（Water cycle of the Earth）,从水文循环角度看水文地质学基础相关学科,从水文循环来看，地球上的水资源是个整体，研究地下水科学需要与相关学科相结合 普通地质学、第四纪地质学、自然地理学 陆地水文学、水文气象学等相关知识参考 与工程应用角度 水资源开发工程、土质土力学等 后续课程 地下水动力学、水文地球化学、水资源开发与保护等基础类、应用类和技术方法类课程,2.2 地球中水的循环（Water cycle of the Earth）,地质循环（geological cycle） 定义：发生于大气圈到地幔之间的水分交换,2.3 中国水资源概况（An overview of water resources in

9、 China）,2.3 中国水资源概况（An overview of water resources in China）,中国的大气降水,2.3 中国水资源概况（An overview of water resources in China）,我国各省人均淡水资源,2.3 中国水资源概况,我国水资源特点： （1）降水偏少，年总降水量比全球平均降水量少22%； （2）人均水资源量偏低； （3）空间分布不均匀，东部丰富，西部贫乏； （4）季节及年际变化大，旱涝灾害频繁； （5）水质污染较严重。,2.4 中国地下水概况（An overview of groundwater in China）,2.4.1 地下水的供水意义： 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,2.4 中国地下水概况（An overview of groundwater in China）,2.4.2 中国地下水分区：4个大区，8个亚区,第3章 岩土中的空隙和水The Interstices and Water in Rocks,第3章 岩土中的空隙和水,目的与要求： （1）掌握岩土中的空隙、水的存在形式以及与水的储容及运移有关的岩土性质； （2）理解有效应力原理与松散岩土的压密。,第3章 岩土中的空隙和水,本章内容3.1 岩土中的空隙3.2 岩土中的水3.3 与水有关的岩土性质3.4 有效应力原理与岩土体变形破坏,3.1 岩土中的空隙（Interstices in rocks）,1. 定义 岩土：岩石，水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层。 岩土中的空隙：岩、土中各种类型的空洞的总称。 是地下水的储容空间（places）和传输通道（conduits） 岩土中的空隙性：岩土空隙的大小、多少、形状、方向性、 连通程度及其空间变化。 2. 空隙的分类 孔隙（pore）：松散岩石中 -（第四纪地质学） 裂隙（fracture）：坚硬岩石中 -（构造地质学） 溶穴（cavity）：溶洞，可溶岩中 -（岩

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