水文地质学基础课程第一讲.ppt

1,水文地质学基础,水文与水资源工程、环境工程专业,Fundamentals of Hydrogeoloy,第 一讲,水文地质学基础 Fundamentals of Hydrogeology,总学时:50 讲课 32；实验 12；习题 6 主讲：郭会荣 助课：梁杏、孙蓉琳 先修课程：地质学基础及第四纪地质、水力学、构造地质学等,3,教 材,王大纯等，水文地质学基础，地质出版社，1994水文地质学基础实验实习讲义，2001参考书任天培主编，水文地质学，地质出版社R.A.Freeze,J.A.Cherry,Ground Water，1979,4,绪 言,一、什么是水文地质学？狭义：研究地下水的科学。地下水是指赋存于地面以下岩石空隙中的水。广义：研究地下水圈的科学。地下水圈包括地壳浅部岩石空隙中的水以及地球深部层圈中的水。水是人类生存不可缺少的宝贵资源，在人类生活与生产活动中具有不可替代的重大作用。地下水是水资源的重要部分（地球上淡水占2.53%,其中地下水占1.7%）,5,二、地下水的主要功能,1、地下水是一种宝贵的资源（resources）a)供水水源 b)液体矿产2、地下水是极其重要的生态环境因子3、地下水是一种很活跃的地质营力地壳内能量、热量的传输者4、地下水是（地球内部地质演变的）信息载体,6,1、地下水是一种宝贵的资源（resources）,a)供水水源：分布广，变化稳定，水质好不易污染。目前，世界上陆地的一半为干旱、半干旱地区，1/3耕地，2/3牧区水源不足。有些阿拉伯国家进口雨水，中东长期摩擦一是石油，二是水。20世纪80年代以来，我国城市缺水愈来愈严重，全国600个城市，一半存在不同程度的缺水；华北、西北水资源短缺问题更严重,1995年以来，我国开始在西北一些边远地区找水。水资源紧缺严重制约着国民经济的可持续发展。,7,8,1、地下水是一种宝贵的资源（resources）,b)液体矿产:地下水高含盐类或稀有元素，具工业开采价值。如四川自贡三叠纪岩层中的卤水，每升水含盐300g之多。医疗或健身功能的矿水(natural mineral water)。疗养院、天然矿泉水厂、啤酒厂等需特殊功能的水资源。地下热能利用 地球是个天然热库可以供热，发电等。,9,2、地下水是极其重要的生态环境因子,地下水的变化会影响生态环境的天然平衡 地下水与其周围的环境相互依存，打破一个环节就会引起或正或负的反馈（报复），打破原有生态平衡，会使环境发生变化（可以有益，或有害）。有害的例子：农业用水不当产生土壤沼泽化、盐渍化过量开采造成地下水位下降从而引起土壤砂化、荒漠化，生态环境恶化等。如河西走廊的民勤县，绿州沙漠化过量开采地下水造成地面沉降（上海、天津）、地面塌陷，海水入侵，地下水水质恶化等；,10,3、地下水是一种很活跃的地质营力地壳内能量、热量、化学组分的传输者,传递应力：水库诱发地震等（通过观测地下水动态监测预报地震）有地下水的作用会加剧地质灾害的发生，如滑坡强的溶剂：某些油田及金属矿带的形成是由于地下水对化学物质的溶解及摄取，然后迁移到适宜的部位沉淀或聚集下来，可作为找油、找矿的标志。,11,4、地下水是重要的信息载体,由于地下水是应力传递者，又在流动；地下水位、水量、水温、水化学成分等的变化或异常可以反映地下的许多信息，为找矿、找油、地震火山滑坡预报、地质演变等的研究提供依据。？结合你家乡的实际情况或所见所闻，分析说明地下水的某种功能？,12,三、水文地质学的发展历史,三个时期：1856年以前的萌芽时期，1856年至20世纪中叶的奠基时期，20世纪中叶至今的发展时期。萌芽时期：由逐水而居到凿井取水的大转折奠基时期：1856年，达西定律出现，标志可进行地下水渗流的定量计算（奠定了水文地质学的基础）发展阶段：二次世界大战后，科学技术推动生产迅猛发展及人口急剧增长，需水量越来越大，迫切需要预测开采地下水引起的地下水变化。正确地评价、开发、管理与保护地下水资源以及保护与地下水有关的生态环境，成为水文地质学的主要工作。,13,四、为什么要开设“水基”课？1、水文地质学在经济建设中作用重大：找水、水资源评价管理等；采矿：矿山排水，矿坑水的疏干；工程问题：公路铁路桥梁的选线、勘察、建设；水库、大坝的选址；城市建设中水源地的选择，城市规划，建筑物基坑排水 环境问题：海水入侵、地面沉降、地下水污染防治、废物处置、地质灾害勘察、设计与施工；农田水利,14,2、从水基与相邻学科的联系来看，它是一门十分重要的专业基础课：,15,五、“水基”课的特点及学习方法,易于理解但不容易深入掌握与灵活运用；基本概念、基本原理和基本方法（认真听讲，勤于思索，弄清实质）实践性强，培养动手能力（实验课）培养分析问题能力（习题讨论课）,第一章 自然界的水循环Water/hydrological cycle,地球上的水水循环与水文循环有关的气象水文因素我国水文循环概况,17,第一节 地球上的水,地球是个富水行星，地球各层圈水的分布状况及其存在状况差别很大。深部层圈：地壳下部直到下地幔范围内的总水量为现代海洋的35-50倍。地壳下部深约15-35km范围，压力很大，400OC，水以压密的气水溶液存在；地幔物质的5-7%为水。浅部层圈：大气圈到地壳上半部。包括大气水、地表水、地下水及生物体水。浅层圈中水的总体积约为13.86亿方；平铺地球表面水深约为2718m。,18,地球上浅部层圈水的分布,19,地球上浅部层圈水的分布（详见P6表1-1）,海洋：96.5%，冰川和永久积雪：1.74%。咸水：97.47%.淡水：2.53%,主要是地下水：1.7%；湖、河等：0.014%；大气水：0.001%。直接使用的水主要来自：湖、河与地下水。,20,第二节 水循环,水循环的概念地质循环的概念水文循环的概念水文循环发生的动力水循环的作用,21,第二节 水循环,地球上各层圈中的水是相互联系、相互转化的，其转化过程称为自然界的水循环。地质循环：地球浅层圈和深层圈之间水的相互转化过程。水文循环：发生于大气水、地表水和（岩石空隙中的）地下水之间的水循环。水文循环发生的动力太阳辐射和重力共同作用。水循环的作用：通过水循环水质得以净化、水量得以更新再生。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是可持续发展的保证。,22,23,降水,蒸发,径流,入渗,蒸发,水文循环分：大循环，小循环,陆地,海洋,24,第三节 与水文循环有关的气象水文因素,一、气象因素气温：对流层每升高100m，气温下降0.5oC;从低纬度到高纬度温度降低。气压：大气质量施加在地表或地表物体的压力。湿度：大气中水分含量，绝对湿度(mm,毫巴=100Pa)、相对湿度(%)绝对湿度与饱和水气含量之比。降水：空气中水汽含量达到饱和状态时，超过饱和限度的水汽便凝结，以液态或固态形式降落到地面。蒸发：水由液态变为气态进入大气的过程。,25,1.3 与水文循环有关的气象水文因素,二、径流(runoff)指降落到地面的降水在重力作用下沿地面或地下流动的水流，是水文循环的重要环节和均衡要素。径流分为地表径流、地下径流用流量、径流总量、径流深度、径流系数等表示径流大小。流量：单位时间内通过河流某一断面的水体积，m3/s。,26,第四节 我国水文循环概况,我国的水循环状况主要取决于气候特征，另外还与所处的地理位置有关。我国大部分地区为季风气候，一年中雨季旱季分明，降水的时空分布很有规律。时间上：雨季降雨量大而集中，地表径流大，不能充分运用；干旱季节供水紧张。空间上：由东南向西北明显减少。东南沿海地区：1500mm以上，丰水区；长江流域：1200mm左右，多水区；华北地区：500800mm，过渡区;西北地区：500mm以下（新疆塔里木盆地50mm以下）缺水区。,27,28,29,中国年降雨量分布图,30,31,小结,地下水是地球水圈的一个组成部分，地下水与地表水、大气水有密切的联系，不断相互转化。由于地下水不断参与自然界的水循环，它不断地得到补给，消耗的水量可以得到恢复地下水是可再生的资源。这是地下水作为长期、稳定的供水水源的保证。地下水主要来自大气降雨的补给，因此一个地区地下水的丰富程度主要取决于这个地区降雨量的多少。,