水文地质总复习市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,总复习,第1页,第1页,一、绪论,1、水文地质学简朴定义,水文地质学是研究地下水圈科学。,地下水：,地壳浅部含水层中可供生产、生活使用井、泉水；,包气带水；特点是不能依托重力流动。,火山喷发伴随水汽；,矿物水；是赋存于矿物结晶格架内部和格架之间水。,第2页,第2页,二、地球上水分布与循环,1）、表部层圈水。,统指地壳上半部（地表下列15km17km深度范围内）到大气圈中水。化学状态以H,2,O分子形式存在；,物理状态有汽、液、固三态，以液态为主。,第3页,第3页,2）、深部层圈水。地球深部指地壳下部到下地幔与地核之间部分。,但高温高压环境使水物理化学状态发生了改变。,第4页,第4页,自然界中水循环,1）、水文循环。,所谓水文循环是指地球表部层圈中水，即大气水、地表水及地壳浅部地下水互相间交替转换过程。,2、地质循环。,地球深部层圈水与表部层圈水之间互相转化过程称为地质循环,。,第5页,第5页,三、地质基础,岩石分类：,1、岩浆岩（火山岩）；,2、沉积岩；,松散岩石,3、变质岩,地质结构：,1、岩层接触关系,2、褶曲,3、断裂结构,第6页,第6页,四、岩石水理性质,(一)岩石中空隙,1、孔隙,由于松散岩石是由大小不等颗粒构成，在颗粒或颗粒集合体之间充斥空隙，这些孔隙互相连通，呈小孔状，称为,孔隙,。,松散岩石中孔隙多少用孔隙度表示，,第7页,第7页,2、裂隙,固结坚硬岩石普通不存在或只保留有部分颗粒之间空隙（或孔隙）。坚硬岩石主要发育各种成因裂隙。分为,成岩裂隙，结构裂隙和风化裂隙,。,坚硬岩石裂隙发育程度通惯用裂隙率表示。,第8页,第8页,3、溶隙（溶穴）,可溶性岩石，如石灰岩，白云岩等，在地下水溶蚀作用下产生空隙（洞），称为溶穴。用岩溶率表示。,第9页,第9页,（二）、岩石中水存在形式,按物理状态分：,气态水，液态水，固态水,。,老式水文地质学重点研究液态水。依据其受力情况，又能够分为,结合水(,强结合水（吸着水），,弱结合水,（薄膜水）)。,，毛细水和重力水,。,矿物内部存在水称为矿物结合水。,第10页,第10页,（三）、岩石水理性质,岩石水理性质反应岩石储容或透过地下水性能。与岩石空隙性有密切关系。,容水性,岩石能容纳一定水量性能。度量指标为容水度。,容水度指岩石中所能容纳水体积与岩石总体积之比。可用小数或百分数表示。由定义可见，容水度与普通岩石空隙度相称。,但膨胀性粘土饱水后体积会增大，容水度不小于孔隙度。,第11页,第11页,持水性,岩石持水性是指在重力作用下岩石仍能保持一定水量性能。,持水度：岩石在重力作用下释水后保持水体积与岩石体积之比。,在重力作用下岩石所能保持水分主要是结合水，以及部分孔角毛细水。因此，粘性土持水度大甚至可与容水度相等，而裂隙岩石等持水度很小,第12页,第12页,给水性,地下水位下降时，饱水岩石中水在重力作用下能否自由释出或释出数量多少，即为岩石给水性。用给水度度量。,给水度（）：当地下水位下降一个单位时，在重力作用下，单位水平面积上岩石柱体所释出水体积。以小数或百分数表示，无量纲,粘性土给水度几乎为零，而粗粒松散岩石和裂隙岩石给水度甚至能够靠近容水度。,第13页,第13页,（四）、含水系统,1、包气带和饱水带,地表下列第一个连续自由水面以上部分称为,包气带,，水面下列部分称为,饱水带,。,2、含水层,地下水面之下，经常为地下水所饱和透水层称之含水层,3、隔水层,普通情况下不允许重力水透过或仅能透过很少许重力水岩层属于隔水层。,第14页,第14页,含水层中越流,假如某一含水层上覆或下伏地层为弱透水层。含水层就含有半承压性质。当这个含水层与相邻含水层之间存在水位差时，地下水便会从高水头含水层通过弱透水层流向低水头含水层。这种现象称为越流。,第15页,第15页,四、地下水类型,（一）、地下水分类,当前较为通用地下水分类方法，,一是依据地下水单一特性分类，如，依据地下水起源不同，可把地下水分成渗透水，凝结水，初生水，埋藏水等；,依据地下水矿化程度分为淡水、微咸水、咸水、盐水和卤水等；,按地下水埋藏条件，可将地下水分成包气带水、潜水和承压水等；,按含水介质类型可把地下水分成孔隙水、裂隙水和岩溶水等。,一是依据地下水综合特性分类。,有一个综合分类法综合考虑了地下水埋藏条件和含水介质特性，把地下水分成九种类型。,第16页,第16页,（二）、各类型地下水特性,1、包气带水,包气带水是最靠近地表地下水，受气候原因影响最大。分布区与补给区一致。,其中土壤水受毛管力和重力作用为主，因此主要作垂直运动（上层滞水可有水平运动，但不构成包气带水运动主流）。补给以降水和灌水入渗为主，以及潜水和凝结水补给；消耗下列渗和蒸发蒸腾为主。,第17页,第17页,2、潜水,潜水是地表下列，第一个稳定隔水层（或弱透水层）以上，含有自由水面重力水。这个自由水面称为,潜水面。,潜水面距地面距离称为潜水面埋藏深度。,由潜水面往下至隔水层顶板之间储存有重力水，称之为,潜水含水层,。潜水面距隔水层顶板距离就是含水层厚度（区域上来看，这个厚度通常是改变）。潜水面绝对高程就称为,潜水位,。,第18页,第18页,结识潜水等水位线图,也称潜水面等高线图。,利用潜水等水位线图可处理下述问题：,拟定潜水流向；,拟定潜水面水力坡度；,拟定潜水与地表水之间互补关系；,拟定潜水面埋藏深度；,推断含水层岩性和厚度改变；,依据潜水等水位线图能够合理布置取水或集水设施；,通过时间同时长系列潜水等水位线图，能够分析潜水区域分布特点，为水资源合理开发提供依据。,第19页,第19页,3、承压水,承压水是充斥地表下列任意两个隔水层或弱透水层之间含有承压性质重力水。,在没有揭发承压含水层时，承压水绝对水位是理论值。当通过钻井等手段揭穿了顶板之后，马上观测到水位称为,初见水位,，其后，在无外部干扰情况下水位会因静水压力改变而变动，直至一个稳定状态，称为,静止水位（,通常高于初见水位,，可依此判别是否承压水）,。此时水面标高是真正承压地下水水位或,测压水位,。或称,承压水头,（承压水头理论上是指承压水静止水位至含水层顶板距离，也称之为承压水头高度）,。,地面标高与承压水位之差为承压水位埋深。承压水头高出地面称为,正水头,，低于地面称为,负水头,。,第20页,第20页,承压水等水压线图,承压水等水压线图是承压含水层测压水位等高线图。,注意等测压水位面是虚构面。,普通情况下，钻孔打到图上标示水位并不能取到水，必须打到承压含水层本身才干有水。这是与潜水等水位图不同地方。因此，需要结合承压含水层顶板等值线图确定含水层埋深。,利用等水压线图能够处理以下问题：,确定承压水流向；,确定承压水面坡度；,确定承压水与其它含水层或地表水之间关系；,初步判断含水层厚度和透水性等。,第21页,第21页,承压含水层弹性储水与释水度量指标是,储水系数（或弹性给水度）,，物理含义是，当测压水位改变一个单位时，单位面积含水层柱体所增长或释放出水量，无量纲。,第22页,第22页,五、地下水运动基本定律,第23页,第23页,渗流几种概念,层流,当液体流速较小时，液体质点做有序，互不混杂流动称为,层流,。,紊流,当液体流速较大时，液体质点无序，互相混杂流动称为,紊流,。,第24页,第24页,渗流几种概念,稳定流,：,流场中任意点所有运动要素（流速、流量、压强等）仅是空间坐标函数称为,稳定流,；,非稳定流,：,流场中任意点所有运动要素（流速、流量、压强等）同时是空间坐标和时间变量函数称为,非稳定流,。,第25页,第25页,（二）地下水运动基本规律,等效渗流概念及空间平均模式物理模型,所谓等效,是指在保持岩层中渗入流量、渗入压强以及渗流阻力等效原则下，假设实际渗流充斥整个岩体空间（即忽略岩体骨架）。此时认为渗流是连续水流，渗流场中各运动要素同时是时间和空间连续函数。,第26页,第26页,u渗入流速【LT,-1,】；,Q单位时间内透过过水断面渗入流量【L,3,T,-1,】；,A,过水断面（垂直于渗流岩层断面）面积【L,2,】。,第27页,第27页,v渗流实际流速（或实际平均流速）【LT,-1,】；,Q单位时间内透过过水断面渗入流量【L,3,T,-1,】；,A,实际过水断面（垂直于渗流岩层断面）面积【L,2,】。,第28页,第28页,渗入流速与实际流速关系,第29页,第29页,（二）地下水运动基本规律,线性渗入定律达西定律,K 岩石,渗入系数,（或称水力传导系数）【LT,-1,】；,h,w,水头损失，渗流通过两过水断面之间水位差【L】,J称为,水力坡度,或,水力梯度,；,l两过水断面距离（渗入长度）【L】。,式中其它符号意义同前述。,第30页,第30页,（二）地下水运动基本规律,水力梯度,（或称,水力坡降,）,反应了渗流流经两个过水断面之间水头损失百分比，或者说水力梯度是沿水流方向上单位渗入路径上水头损失。,达西定律是线性关系式，反应了渗流有序互不混杂运动特性。,达西定律能够较好描述层流运动。因此达西定律是线性渗入定律。,第31页,第31页,（二）地下水运动基本规律,非线性渗入定律,哲才（A.Chezy）公式：,第32页,第32页,（二）地下水运动基本规律,渗入性量化评价,渗入系数,渗入系数K物理意义,渗入系数反应了渗流速度，因此与速度含有相同量纲。,阐明当水力梯度一定期，渗入系数愈大，透过岩层水量就愈大，岩石渗入性就愈好；渗入系数与水力坡降成反比，渗入系数愈大，水力坡降就愈小，岩石透水性好，水头损失就小。因此渗入系数能定量反应岩石渗入性。,第33页,第33页,（二）地下水运动基本规律,水头、水头损失概念,第34页,第34页,由于普通情况下水力梯度很小，在实际应用时，往往取两断面间,平均水力梯度,，即：,第35页,第35页,地下水渗流连续性方程：,第36页,第36页,（二）地下水运动基本规律,2）承压水运动方程,假设承压含水层含有可压缩性，且符合弹性理论，并设渗入介质及渗流本身压缩与膨胀主要发生在垂直方向上，其余方向认为是不变。,则,水密度和介质孔隙度都是压力函数。,第37页,第37页,令,分别称,S为,贮水系数（或弹性给水度）,T为,导水系数,。,第38页,第38页,承压含水层存在越流时,设上、下弱透水层厚度分别为,1、M2；,渗入系数分别为K1、K2。,由于K1、K2K，可近似认为水垂直通过弱透水含水层进入主含水层以后折向水平流动。此时，越流含水系统地下水运动方程可表示成,第39页,第39页,称为,越流原因,，量纲【L】,越流方程可写成：,称为越流系数,第40页,第40页,3）潜水运动方程,但潜水体积随自由水面改变，由于有外部水量通过自由水面进入潜水含水层。,因此，对三维潜水流必须加上潜水面边界条件。,第41页,第41页,潜水二维流偏微分方程推导,裘布依（Dupuit）假设,潜水面比较平缓；,垂直流速能够忽略不计，或者说水头不随深度改变；,任意过水断面上水平流速相等；,含水层底板是水平。,即令,第42页,第42页,潜水二维流偏微分方程：,若底板是倾斜，设底板方程为：b=b(x,y),潜水偏微分方程可表示为：,第43页,第43页,4）汇源项,有汇源项时，承压水流动方程可表示成：,W称为,汇源项,。对地下渗流场而言，W为正时表示是,汇,，W为负时表示是,源,。,习惯上以抽水为汇，注水为源。有时为了书写简练，往往把抽（排）、注水与越流、入渗等捆绑在一起，统称汇源项。,第44页,第44页,地下渗流定解问题及求解办法,泛定方程与定解条件同时构成渗流场定解问题。,1）初始条件,所谓初始条件就是在解非稳定流时给定计算起始时刻渗流场内各点水头值。普通表述为：,式中，,渗流域；,渗流域内已知函数。,第45页,第45页,2）边界条件,a)第一类边界条件或称已知水头条件。即边界上每一时刻水头都是已知。普通表述为：,式中，S1渗流场边界曲面；,1二维渗流场边界曲线；,边界曲面上已知水头；,边界线上已知水头。,第46页,第46页,b)第二类边界条件,也称已知流量边界。此时水头对于边界法向偏导数已知或边界上单位面积或长度法向流量已知。普通表述为：,为隔水边界,第47页,第47页,C)第三类边界条件,又称混合边界条件。普通表述为：,式中，,、,为边界上已知函数。,3）求解办法,直接积分法，数值法，势函数法，复势法等,第48页,第48页,地下水运动,二、井流计算,第49页,第49页,一、基本概念,一）,地下水开采井分类,依据水井贯穿含水层情况：,完整井；,不完整井。,依据水井揭发含水层性质：,承压含水层完整井，承压含水层不完整井；,潜水含水层完整井，潜水含水层不完整井。,第50页,第50页,二）,与抽水相关几种术语,静水位（初始水位）H,0,(x,y,0)：,未抽水之前，或者说未经人为扰动时地下水位（标高）。,动水位H(x,y,t)：,抽取地下水时，在影响边界范围内，任意点地下水位。,影响边界,：,抽水井抽水时，渗流场中水力坡度为零曲面或曲线称为抽水影响边界。,第51页,第51页,降落漏斗,渗流场中有汇点时，由影响边界至汇点（抽水井中心），水头下降形成以抽水井为中心漏斗状凹形曲面。称之为降落漏斗。,水位降深s(x,y,t),降落漏斗内任意点,静水位,与,动水位,之差称为水位降深；,s(x,y,t)=H,0,(x,y,0)-H(x,y,t),第52页,第52页,有抽水井地下渗流场真正达到稳定状态需要满足下述水文地质条件：,含水层有侧向补给，且侧向补给量等于抽水量；,降落漏斗区有垂向补给，如潜水接受降水入渗补给，且补给量等于抽水量；,地下水系统底界有越流补给抽水含水层，且补给量等于抽水量。,第53页,第53页,二、稳定井流,一）承压完整井,设在均质，各项同性，厚度处处为M承压水含水层中，渗入系数为K，初始时刻，含水层中水位处处为H,0,。,承压水稳定流方程为：,第54页,第54页,二、稳定井流,一）承压完整井,设在均质，各项同性，厚度处处为M承压水含水层中，渗入系数为K，初始时刻，含水层中水位处处为H,0,。,设有半径为r,w,完整井抽水，成为渗流场中汇点。渗流场中地下水呈径向流流向抽水井，影响半径为R。,在柱坐标(r,z,)下承压水径向稳定流方程可表述为：,第55页,第55页,抽水达到稳定期，在径向坐标r处取与抽水井管同轴圆柱面为过水断面，则当抽水井抽水量为Q时，过水断面流量也等于Q。此时，水头是对称，与,无关。即：。柱坐标方程变为：,第56页,第56页,承压水完整井流定解问题：,Hw抽水井水位,第57页,第57页,由于：,由达西定律可知断面上流量：,第58页,第58页,因此有,第59页,第59页,s,w,抽水井中心水位降深,第60页,第60页,假如在降落漏斗范围渗流场中，距抽水井分别为r,1,，r,2,处有两眼观测井，观测到水位分别为H,1,，H,2,，则定解问题可改写成：,第61页,第61页,第62页,第62页,第63页,第63页,二）完整潜水井,设在均质，各向同性，潜水面水平，因而含水层厚度基本不变潜水含水层中，渗入系数为K，初始时刻，含水层中水位处处为h,0,。即满足裘布依（Dupuit）假设,潜水面比较平缓；,垂直流速能够忽略不计，或者说水头不随深度改变；,任意过水断面上水平流速相等；,含水层底板是水平,第64页,第64页,设有半径为r,w,完整井抽水，成为渗流场中汇点。渗流场中地下水呈径向流流向抽水井，影响半径为R。,柱坐标下潜水稳定流方程可表述为：,第65页,第65页,抽水达到稳定期，在径向坐标r处取与抽水井管同轴圆柱面为过水断面，则当抽水井抽水量为Q时，过水断面流量也等于Q。此时，水头是对称，与,无关。并且由于含水介质是均质各向同性，即Kr=K,=K。柱坐标方程变为：,第66页,第66页,把h2看做一个变量，通过线性化改变，使方程变为：,h潜水含水层厚度,第67页,第67页,定解问题,第68页,第68页,第69页,第69页,第70页,第70页,假如在降落漏斗范围渗流场中，距抽水井分别为r,1,，r,2,处有两眼观测井，观测到水位分别为H,1,，H,2,，则定解问题可改写成：,第71页,第71页,第72页,第72页,三、非稳定井流,一）,承压含水层完整井非稳定流泰斯,（Theis）,解,设均质、各向同性、等厚、水平延伸无限含水层中，初始时刻渗流场中任意点，。当抽水水头下降时引起水量释放是瞬时完毕。,设有井径无限小（设为r,w,）完整井进行定流量抽水，成为渗流场中汇点。渗流场中地下水呈径向流流向抽水井，并服从达西定律。,第73页,第73页,在柱坐标下承压水非稳定流井流定解问题：,s=H,0,-H水位降深,第74页,第74页,解析解,称为泰斯（Theis）公式,第75页,第75页,称为雅柯布（Jacob）公式,第76页,第76页,二）潜水含水层完整井非稳定井流布尔顿（,Boulton,）解,布尔顿假设：,含水层为均质各向同性，底板水平无限含水层；,初始自由水面水平；,完整抽水井在无限含水层中是一个汇点（井径无限小）；,定流量抽水，降深s(rw,t)t,p,时，观测孔水位降深为s=H,0,-H称为剩余降深。相应于s，有t=t-t,p,（t为抽水以来历时时间）。假如把剩余降深s视为抽水（由t=0至t,流量为Q）与注水（t=t-t,p,时段里，注水量为Q）叠加，则由泰斯公式可得：,第87页,第87页,当 时，可简化成：,因此能够类比直线图解法，在半对数坐标纸上绘制曲线 （应为直线）。,其斜率为：,从而有：,第88页,第88页,地下水基本化学成份及形成机理,第89页,第89页,地下水是一个混合溶液。,自然界已发觉元素，大多可在地下水中找到。,水是一个良好溶剂。,能够溶解岩土中矿物盐类，同时，水又是一个载体，能够迁移，分散与富集地壳中元素。,地下水与岩土之间处于一个化学平衡关系。,第90页,第90页,一、地下水中主要化学成份,地下水中既溶有各种不同气体、离子、分子化合物，也溶有许多有机物。,1、地下水中主要气体成份,O2、N2、H2S及CO2等。普通情况下含量较低。,第91页,第91页,地下水中O,2,和N,2,主要起源于大气降水。,地下水中溶解氧含量不小于3.5mg/L时，表明地下水是处于氧化地球化学环境；,当地下水中N,2,含量远超O,2,含量时，阐明地下水处于还原地球化学环境中，大量O,2,耗于氧化。,第92页,第92页,地下水中CO,2,起源于由于表生带生物化学作用使有机物分解作用以及地壳深部变质作用和火山作用。,浅部地下水中CO,2,主要是大气及土壤层中生物化学作用产物，随下渗水流进入地下水。,地壳中一些深部封闭环境中地下水中CO,2,，也许是碳酸盐岩变质过程中分解结果，或上地幔易挥发馏分中CO,2,逸出相关。,第93页,第93页,地下水中H,2,S有两种主要起源。,一是由生物化学作用形成：,这种作用通常发生在温度不高于80地壳浅部,另一个起源是由地壳深部变质作用和火山作用形成,第94页,第94页,2、地下水中主要离子成份,氯离子,沉积岩中岩盐或其它含氯化合物溶解；,岩浆岩中含氯矿物（如氯磷灰石、方解石等）风化溶解；,直接来自热流及岩浆火山喷发物；,人为污染。,氯离子是地下水中最稳定离子。含量随矿化度增高而增长。高矿化水中氯离子含量可达数克/升，甚至高达100g/L以上。,第95页,第95页,硫酸根离子,石膏或其它硫酸盐岩溶解；,含硫矿物氧化；,煤系地层和金属硫化物矿床中黄铁矿等硫化物水解。,“酸雨”降落地表，渗入地下。,硫酸根离子是中档矿化水中最主要阴离子。,第96页,第96页,重碳酸根离子,地下水中重碳酸根离子来自有地下水对碳酸盐岩溶解。,地下水中重碳酸根离子含量普通不超出数百毫克/升，是低矿化水中主要阴离子。,第97页,第97页,钠离子,沉积岩中岩盐及其它钠盐溶解；,岩浆岩和变质岩地域含钠矿物风化溶解：,海水入侵,。,钠离子在低矿化水中含量仅为数毫克/升至数十毫克/升。但在高矿化水中可达数十克/升或者更高。,因此钠离子是高矿化水中主要阳离子。,但由于钠离子易被岩石吸附，因此含量又总是低于氯离子。,第98页,第98页,钾离子,钾离子主要起源于沉积岩中钾盐溶解，以及岩浆岩、变质岩中含钾矿物风化溶解。,在地下水中钾离子含量远低于钠离子，是由于钾离子大量地参与形成不溶于水次生矿物，如水云母等，并易为植物吸取。,第99页,第99页,钙离子,地下水中钙离子主要来自于灰岩、白云岩以及含石膏沉积岩溶解。,岩浆岩、变质岩中含钙矿物风化溶解也是这类地域钙离子主要起源之一。,钙离子是低矿化水中主要阳离子，含量普通为数百毫克/升。,第100页,第100页,镁离子,地下水中镁离子主要起源于含镁碳酸盐类岩石，如白云岩等溶解，,岩浆岩、变质岩中含镁矿物风化溶解。,第101页,第101页,镁离子在地下水中含量为每升数毫克至数十毫克。,除含白云质岩石地域外，地下水中镁离子含量总少于钙离子。,原因在于镁元素在地壳上丰度低于钙，并且，镁离子易被岩石颗粒吸附以及被植物吸取。,第102页,第102页,二、地下水化学成份形成作用,1、溶滤作用,指水岩土互相作用时，岩土中一部分物质溶于水中作用。,溶滤作用既包括在不破坏矿物结晶格架情况下，矿物部分化学物质进入水中作用，也包括岩土中可溶盐溶解，难溶盐及不溶盐风化溶解作用。,第103页,第103页,2、浓缩作用,地下水受蒸发失去水分，使盐分富集过程称为浓缩作用。,浓缩作用不但使地下水矿化度增高，水成份也将随之发生改变。,浓缩作用普通发生在以地下水蒸发为主要排泄路径地域。,第104页,第104页,3、脱碳酸作用,由于温度升高或压力减少，使CO2溶解度变小，一部分溶解CO2转为游离CO2自水中逸出，即脱碳酸作用。,脱碳酸作用是水中 减少，,矿化度减少。,第105页,第105页,4、脱硫酸作用,在还原环境中，当有有机质存在时，脱硫细菌能使水中还原为H2S，这种作用称为脱硫酸作用。,脱硫酸作用结果，是地下水中硫酸根离子减少以至消失，硫化氢气体增多，重碳酸根离子增长，pH值变大。,第106页,第106页,5、阳离子互换作用,岩土颗粒表面带有负电荷，能够吸附阳离子。在一定条件下，岩土颗粒吸附一些阳离子能与地下水中阳离子发生置换，这种作用称为阳离子互换作用，或称阳离子交替吸附作用。,离子吸附能力与离子在水中浓度相关。地下水中某种离子浓度大，则该种离子互换能力也大,第107页,第107页,6、混合作用,两种或两种以上不同化学成份，不同矿化度地下水混合后，形成一个完全不同于原来地下水，称为水混合作用。,第108页,第108页,三、地下水化学成份分析内容及资料整理,简分析,主要用于理解区域地下水化学成份及其改变规律。,分析项目除物理性质外，主要测试和计算分析七大离子，矿化度，总硬度，pH值，以及,耗氧量等,第109页,第109页,全分析,普通定量分析,耗氧量，pH值以及干涸残余物等内容,第110页,第110页,地下水硬度,总硬度,暂时硬度,永久硬度,极软水,软水,微硬水,硬水,极硬水,第111页,第111页,地下水总矿化度,淡水,微咸水,咸水,盐水,卤水,第112页,第112页,地下水酸碱性,强酸性水,弱酸性水,中性水,弱碱性水,强碱性水,第113页,第113页,库尔洛夫式,舒卡列夫分类法,第114页,第114页,地下水资源评价,第115页,第115页,二、地下水资源特性和分类,（二）地下水资源分类,依据供水水文地质勘察规范（GB50027），在供水水文地质勘察评价中把地下水资源划分为补给量、储存量和允许开采量三大类。,1、补给量,2、储存量,3、允许开采量,第116页,第116页,二、地下水资源特性和分类,（二）地下水资源分类,1、补给量,供水水文地质勘察规范（GB50027）要求，地下水补给量应计算由下列路径进入含水层（带）水量：,地下水径流流入。,降水渗入。,地表水渗入。,越层补给。,其它路径渗入。,并要求，计算补给量时，应按自然状态和开采条件两种情况进行。,第117页,第117页,二、地下水资源特性和分类,（二）地下水资源分类,2、储存量,供水水文地质勘察规范（GB50027）把储存量区别为潜水含水层储存量和承压水含水层弹性储存量。,GB50027并没有给出储存量通常意义上定义。但能够看出，规范明确了地下水储存量就是含水层中重力水体积。,第118页,第118页,二、地下水资源特性和分类,（二）地下水资源分类,3、允许开采量,供水水文地质勘察规范（GB50027）要求，允许开采量计算和拟定，应符合下列要求：,取水方案在技术上可行，经济上合理。,在整个开采期内动水位不超出设计值，出水量不会减少。,水质、水温改变不超出允许范围。,不发生危害性环境地质现象和影响已建水源地正常生产。,第119页,第119页,二、地下水资源特性和分类,（二）地下水资源分类,第120页,第120页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,依据供水水文地质勘察规范（GB50027），研究（评价）区域地下水补给量可表示成：,第121页,第121页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,水平方向补给量,对于研究区外径流进入均衡区地下水，在定解问题中普通是作为边界条件来处理。依据已知资料占有程度，把边界条件作为第一类、第二类或第三类边界条件。,第122页,第122页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,规范给出了流入量计算采用达西公式：,式中 边界上流入量，【L,3,T-1】；,边界长度，【L】；,含水层厚度【L】；,渗入系数，【LT-1】；,水力坡度，无量纲。,第123页,第123页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,对于边界上含水层厚度、渗入系数和水力坡度改变较大情况，可对边界分段上水平净流量分段求和,第124页,第124页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,当采用第二类边界条件时，法向流量表示成：,式中 单宽流量；,水力坡度方向与边界外法向夹角。,第125页,第125页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,垂直方向补给量,地下水垂直方向补给量普通可表示为：,第126页,第126页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,降水入渗补给量,供水水文地质勘察规范（GB50027）要求：按降水入渗系数计算时,式中 日平均降水入渗补给量（m,3,/d）；,年平均降水入渗系数；,降水入渗面积（m,2,）；,年降水量（m）。,第127页,第127页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,对于地下水径流条件较差，以垂直补给为主潜水分布区，计算降水入渗补给量时,式中 一年内每次降水后，地下水 水位升幅之和（m）；,潜水含水层给水度。,第128页,第128页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,地表水体补给量,供水水文地质勘察规范（GB50027）要求：河、渠入渗补给量可依据勘察区上下游断面流量差或河渠渗入相关公式计算和拟定。,通常对于常年有水河流等地表水体，假如切割含水层深度较大时，作为第一或第三类边界条件进行处理即可。而对于不与含水层直接接触地表水体，或者间歇性季节河流，水体与地下水位脱节，就不应再视为边界，而应视为垂直方向补给带（区）。,第129页,第129页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,式中 地表水水面面积，【L,2,】；,含水层垂向渗入系数，【LT,-1,】；,地表水体水位标高，【L】；,地下水位标高【L】；,河床至地下水面距离【L】；,河床标高【L】。,第130页,第130页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,如进行数值计算，则要在地表水体单元上，加上地表水渗漏补给量,第131页,第131页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,越流补给量,对于第一类越流，可按下式计算,对于非均质各向同性开采含水层，可直接用下式计算：,第132页,第132页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,式中,称为,越流原因,，量纲【L】。,分别为上、下含水层水头，【L】；,分别为上、下弱透水层厚度，【L】；,分别为上、下弱透水层垂向渗入系数，【LT,-1,】；,分别为上、下弱透水层越流过水断面面积【L,2,】；,开采含水层水位或开采降落漏斗平均水位【L】；,为主含水层导水系数，【L,2,T,-1,】。,第133页,第133页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,补给量,浇灌回渗补给量,供水水文地质勘察规范（GB50027）要求，,农田浇灌水和人工漫灌水入渗补给量，可依据灌入量、排放量减去蒸发量及其它消耗量进行计算。,式中 ,浇灌水量；,浇灌回渗系数。,值需要依据作物类型、浇灌方式和定额，由试验拟定。,第134页,第134页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,储存量,容积储存量,也即潜水含水层储存量。供水水文地质勘察规范（GB50027）要求，可按下式计算：,式中 Q,容储,地下水储存量（m3）；,潜水含水层给水度；,V潜水含水层体积（m3）；,第135页,第135页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,储存量,当含水层厚度或给水度不同时，要分区计算。因此，可表示成：,地下水容积储存量【L3】；,第i计算区潜水含水层给水度；,第i计算区面积，【L2】；,第i计算区潜水含水层厚度，【L】,n计算分区数目。,第136页,第136页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,储存量,弹性储存量,承压水含水层弹性储存量，可按下式计算：,式中 Q弹储地下水弹性储存量（m3）；,F含水层面积（m2）；,S弹性释水系数；,h承压水含水层自顶板算起压力水头高度（m）。,第137页,第137页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,储存量,对于分区计算弹性储存量，可表示成：,式中 地下水弹性储存量【L,3,】；,第i计算区承压含水层贮水系数；,第i计算区面积，【L,2,】；,第i计算区承压水位高程，【L】；,第i计算区承压含水层顶板高程，【L】；,n计算分区数目。,第138页,第138页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,允许开采量,供水水文地质勘察规范（GB50027）把供水水源地按需水量大小，分为四级：,特大型：需水量 15万m3/d；,大 型：5万m3/d 需水量15万m3/d；,中 型：1万m3/d 需水量5万m3/d；,小 型：需水量1万m3/d。,对不同水文地质条件下允许开采量计算和确定，规范做出了对应要求。,第139页,第139页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,允许开采量,当评价区地下水在开采条件下各项均衡要素能够拟定期，采用,水均衡法,计算和拟定允许开采量。,开采条件下水量均衡方程表示下列：,单位时间内评价区含水系统中水体积改变量,；,第140页,第140页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,允许开采量,当开采时，为负值，因此，预测可采量公式可表示成;,可开采量；,平均给水度；,评价区（均衡区）面积；,时段内水位平均变幅；,评价时段（均衡时段）。,第141页,第141页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,允许开采量,在含水层厚度不大，地下水径流补给为主，储存量较少，而下游又允许疏干情况下，可采用地下水断面径流量法拟定允许开采量。但要求允许开采量小于最小地下水径流量。,对含有长期开采动态资料，并且证实地下水有充足补给，能形成较稳定水位下降漏斗时，可依据总出水量与区域漏斗中心处水位下降相关关系，计算单位下降系数，并结合相应补给量，拟定开采时允许开采量。,第142页,第142页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,允许开采量,对含水层埋藏较浅评价区，当开采期间地表水能充足补给时，可依据取水构筑物型式和布局，采用岸边渗入公式拟定允许开采量。,当地下水呈周期性补给，且有足够储存量，可采用枯水期疏干储存量办法计算允许开采量。,利用泉水作为供水水源时，依据泉动态观测资料，结合当地水文、气象资料评价泉允许开采量。,第143页,第143页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,允许开采量,利用暗河作为供水水源时，可依据枯水期暗河出口处实测流量评价允许开采量。如有长期观测资料，也可结合当地水文、气象资料，依据暗河流量频率曲线进行评价。,在暗河分布地域，某个地段允许开采量确实定，可采用地下径流模数法进行概略评价，也可选择适当断面，通过天然落水洞、竖井或抽水孔进行抽水，计算过水断面上总径流量进行评价。,假如已有和评价区水文地质条件基本相同，且易开采多年水源地资料，可依据两地域相同性，用,比拟法,对评价区允许开采量进行评价。,第144页,第144页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,允许开采量,对于群井开采地段（评价区），可依据群孔抽水试验总出水能力以及开采条件下相应补给量，结合设计要求动水位，重复试算和调整后拟定允许开采量。,群井开采计算办法：,势函数法,井函数法,数值法,第145页,第145页,势函数法,井流势函数普通式,第146页,第146页,为单宽流量,用表示径向流达西公式可写成：,无界含水层中井流势函数普通表示式：,第147页,第147页,对于抱负径向井流，边界条件可写作：,稳定渗流场内任意点完整井势函数公式,第148页,第148页,假如要求水头，则对于承压完整井,对于无压完整井：,分别为渗流场中任意点以及与影响半径R，井径 相相应势和水头。K为渗入系数，M为承压含水层厚度。,第149页,第149页,直线隔水边界附近完整井稳定流计算,第150页,第150页,对渗流场内任意点A，实井与虚井在该点产生总势为,分别移动A点到隔水边界和抽水井壁，有,当,第151页,第151页,第152页,第152页,承压水完整井流计算公式,任意点降深,潜水完整井,第153页,第153页,直线补给边界附近完整井稳定流计算,承压完整井流量公式,潜水完整井流量公式,第154页,第154页,混合边界附近完整井稳定流计算,第155页,第155页,第156页,第156页,井函数法,任意单井抽水时在观测点A引起水位降深可由下列公式求得,无界含水层中群井非稳定流计算办法,第157页,第157页,上述式中 任意点A水位降深(m)；,井函数，承压水取费里斯数值表，无压水取博尔顿数值表；,t抽水延续时间（d）；,其余意义同前。,第158页,第158页,井函数是指数衰减函数，井函数随增长呈指数衰减趋势。阐明当含水层和地下水抽水时间一旦拟定，抽水井或注水井对任意观测点水位影响大小，取决于它们距该观测点距离。距离越近，影响越大；反之，影响变小。,第159页,第159页,边界附近非稳定流计算办法,隔水边界附近承压完整井有,潜水完整井有,第160页,第160页,补给边界附近承压完整井有,潜水完整井有,第161页,第161页,混合边界附近完整井非稳定流计算,承压完整井有公式,潜水完整井,第162页,第162页,四、地下水资源评价,（一）、地下水水量评价,允许开采量,对于水文地质条件复杂，补给条件难以查明评价区，可采用开采性抽水试验实测资料直接（或适当推算）拟定允许开采量。,这种办法又称为,开采试验法,。,第163页,第163页,供水水文地质勘察规范（GB50027）也对采用数值法计算允许开采量做了详细要求。,第164页,第164页,