南京工業大學工程水文地質學全書知識點

2022-06-04 18:57:03 字數 4827 閱讀 1289

第一章地下水

自然界的水包括大氣水地表水和地下水,彼此密切聯絡,經常不斷相互轉化,這種彼此轉化的過程就是自然界的水迴圈。

水在自然界中的迴圈反映了地球水分不斷轉化的過程,蒸發、降水和徑流是這一過程的主要環節

根據岩石空隙的成因不同,可分文:鬆散岩石中的孔隙,堅硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶隙。

顆粒之間或顆粒集合體之間的空隙,稱為孔隙。

岩石中的空隙是地下水儲存的場所和運輸的通道。

孔隙度(n)是孔隙的體積(vn)與包括孔隙在內的岩石體積(v)的比值。

岩石孔隙度的大小主要取決於岩石顆粒的大小,岩石的密實程度即分選型

裂隙主要指固結的堅硬岩石(沉積岩、岩漿巖和變質岩)受力破裂形成的空隙。

岩石中的地下水分為孔隙水、裂隙水和熔岩水

可溶性岩石(石灰岩、白雲岩等)中的裂隙經水流長期溶蝕擴充套件而形成的空隙,稱為溶隙。

岩石中的水的賦存形式:氣態水、結合水、毛細水、重力水、固態水。

氣態水:水汽存在於未飽和的岩石空隙中。

結合水:在岩石顆粒的靜電吸附能力的作用下,水分子能牢固地吸附在顆粒表面,形成水分子薄膜。

毛細水:賦存在地下水面以上毛細空隙中的水。

重力水:岩石顆粒表面的水分子增厚到一定程度,重力對它的影響大於顆粒表面對它的吸引力,因而能在自身重力影響下運動。

固態水:當岩石的溫度低於水的冰點時,儲存於岩石空隙中的水便凍結成冰,從而形成固態水。

岩石的水理性質:容水性,持水性,給水性,透水性,含水層和隔水層。

含水層:指能夠給出並透過相當數量水的岩層。含水層不但儲存有水,而且水可以在其中運移。

隔水層:指那些不能給出並透過水的岩層,或者這些岩層給出與透過的水的數量是微不足道的。

透水性的大小跟孔隙的大小有關。岩石顆粒排列越鬆散越均勻岩石顆粒的空隙直徑便越大,地下水受阻力較小,水從中透過的能力越強。細顆粒土由於結合水佔據了大部分空隙,粒間孔隙極小,地下水流動阻力極大,所以透水能力差。

第二章地下水型別

地下水按埋藏條件分為上層滯水,潛水和承壓水。按含水介質(空隙)型別分為孔隙水、裂隙水、岩溶水。

上層滯水:包氣帶中區域性隔水層之上具有自由水面的重力水。

潛水是埋藏在地表以下飽和帶中第乙個穩定隔水層之上具有自由水面的重力水。

潛水等水位線圖 p16

承壓水是充滿兩個穩定隔水層之間的含水層中的重力水。

承壓水特徵:1、承壓水最重要的特徵是沒有自由水面,並承受大氣壓強以外的附加壓強,這就是作用於隔水頂板以水柱高表示的承壓水頭;2、由於隔水頂板的存在,承壓含水層的分布區與補給區不一致,常常是補給區遠小於分布區;3、承壓水的承壓區不可能自其上部的地表直接補給,所以大氣圈中各種氣象要素的變化對其影響較小,其動態一般較潛水穩定;4、承壓水比較不易受地表汙染5、規模大的承壓含水層是很好的供水水源。

承壓水蓄水構造為承壓水盆地和承壓水斜地。向斜承壓水的蓄水構造盆地稱承壓水盆地,可分為補給區、排洩區、承壓區;單斜承壓水的蓄水構造稱承壓水斜地,含水層的上部露出地表成為補給區。

潛水等水位線和承壓水等水壓線圖用途:潛水等水位線圖地形等高線圖上,承壓水等水壓線在地形登高線圖和含水層頂板上。

第三章地下水迴圈是指地下水的補給、徑流、排洩的過程。

地下水的補給源:大氣降水、地表水、凝結含水層之間的補給和人工降水補給等。

地下水的排洩:蒸發、泉、向地表水洩流、含水層之間的排洩和人工排洩。

影響大氣降水的主要是降水量、包氣帶的岩性和厚度

人工補給地下水是指借助某些工程措施,將地表水自流或用壓力注入地下儲水層。常採用地面、河渠、坑池蓄水滲補及井孔灌注,農業灌注、管道滲漏

鹽鹼化:地下水在毛細力作用下沿毛細孔隙上公升至地表附近,在蒸發作用下變成水汽逸出,使水中礦化度公升高,甚至可溶鹽從水中析出堆積在土壤中,形成鹽漬土壤。

地下水由補給區流向排洩區的過程稱為徑流。 承壓含水層的開啟程度越好,透水性越好,補給區與排洩區的高差越大,距離越近,補給越充沛,徑流強度越大。

地下水的水位水量水質水溫等隨時間做有規律的變化,這種過程稱為地下水的動態。

地下水均衡是指某地區在某一時期內,地下水量的收入與支出之間的差額必等於其儲存量的變化量。當收入大於支出時,表現為地下水儲存量增加,稱為正均衡,反之稱為負均衡。

泉是地下水的天然露頭,是地下水排洩的主要方式之一。含水層或含水通道被揭露於地表時,地下水便溢位地表形成泉。

根據泉水露出的原因可分為侵蝕泉、接觸泉、逸出泉、斷層泉。

通過對泉水的調查可以得到地下水的型別,化學成分、補給、徑流、排洩及動態、均衡等方面的資料。

地下水徑流模數(m) m=q*10^3/365*86400*f

q——年平均地下水流量 m3/a

f——含水層分布面積 km2

m——徑流模數 l/(s km2)

地下水的動態:地下水的水位、水量、水質、水溫、等隨時間作有規律的變化,這種過程稱為地下水的動態。

地下水的均衡是指某地區在某一時期內,地下水的收入與支出之間的差額必等於其儲量的變化量。

潛水均衡方程:

(w1+xf+yf+zc+qt)-(w2+zu+qd+q』t)=μ△h

第四章地下水運動

水頭:單位質量的流體所具有的機械能。用高度表示,常用單位為「公尺」。

水力坡度:沿滲流方向單位滲透途徑上的水頭損失值叫水力梯度。

地下水受重力作用在空隙介質中的運動稱為滲透。

(1) 對於同一過水斷面,假想水流的流量等於通過該斷面的真實水流的流量。

(2) 作用於任一面積上的假想水流的壓力等於真實水流的壓力。

(3) 假想水流在任意體積內所受的阻力和實際水流所受的阻力相同。

滿足上述條件的這種假想水流稱為滲透水流,簡稱滲流。滲流速度小於實際流速。

為了滿足上述三個條件,要求滲流場(滲流運動所佔據的空間)的邊界條件與滲透水流所佔區域的邊界條件相同。

地下水流在其過水斷面上的平均流速稱為滲流速度。滲流速度小於實際流速

真實流速是地下水流在國稅斷面中空隙那部分實際流動水流的平均流速。

在靜水中有靜水壓強,在動水中有動水壓強,在地下水流中同樣也有壓強(動水壓強),水文地質學中稱為滲透壓強。滲透壓強的大小用水柱高度表示,該高度稱為測壓管高度。

流線是滲流場中某一瞬時的一條線,線上各水質點在此瞬時的流向均與此線相切。跡線是滲流場中某一時間段內某一水質點的運動軌跡。在穩流條件下,流線與跡線重合。流線平行於隔水邊界。

滲流場中水頭值相等的各點練成的面為等水頭面(可為平面或曲面),它在剖面上可表現為等水頭線。各向同性含水層中,等水頭線與流線必正交,等水頭面也就是過水斷面。

滲流場內可以做一系列水頭面和流面。在滲流場的某一典型面或切面上,有一系列等水頭線與流線組成的網格稱為流網。

滲流分類:1、穩定流與非穩定流是分居滲流的運動要素是否隨時間變化來劃分的。2、有壓流與無壓流是根據滲流是否有自由表面,即自由表面上的壓強是否為大氣壓強來劃分的。

3、地下水在流動時,根據水的質點是否成有秩序的運動分為層流與紊流。4、均勻速度沿流程不變的滲流稱為均勻流;滲流速度沿流程發生變化的滲流稱為非均勻流。5、根據滲流速度向量v與所選座標系{o-xyz}的關係,可將滲流分為一維流、二維流和三維流。

達西定律實質上就是滲流的能量守恆定律或者能量轉換定律。適用範圍並不包括所有層流re<10時,水流保持層流狀態運動,服從達西定律。

滲透係數k是表徵含水層透水性能的重要水文地質引數。它在數量上相當於水力坡度為1時的滲流速度。m/d,cm/s。

滲透係數不僅取決於岩石的空隙性質及水在空隙中的存在形式,而且與地下水的一些物理性質如粘滯性、溫度等有關。

根據滲透係數分類:1、根據滲透係數是否隨空間位置變化,含水層可分為均質和非均質兩類;2、根據滲透係數是否隨滲流方向變化,將含水層分為各向同性和各向異性。水平取水構築物有滲渠、溝、滲水管、深水廊道等;垂直取水構築物有管井、大口井、鑽孔等。

根據井揭示含水層的程度和進水條件可分為完整井和非完整井。

對於管井(井陘小深度大)主要為井壁進水,在管井的最下部常設定沉砂管,因此管井底部進水的情況很少;對於大口井(直徑大深度小)要看含水層的厚度、岩性和井的深度、直徑,來決定進水方式。

達西定律 =kωj=kj

裘布依微分方程假設:含水層各向同性,隔水底板水平,側向邊界無限遠,原始潛水面水平;抽水井為單井(即附近無其他井進行抽水或注水),揭穿整個含水層厚度,並在整個井壁進水;抽水過程中,無垂直方向補給或排洩,地下水補給只來自以井為中心r為半徑的圓柱水體的外側面

裘布依微分方程: q抽水井的湧水量m3/d,k滲透係數m/d,ho潛水含水層的原始厚度,hw井中抽水穩定水位,r影響半徑,rw井半徑,抽水井水位降深sw=h0-hw

用途:給定抽水井的水位降深就可確定井的湧水量。

影響半徑:

對於潛水井,常用庫薩金公式

對於承壓水井,長用吉哈爾特公式

井損:抽水時井中的水位與外井壁處水位不一致,前者低於後者。這種內外井壁處水位不一致的現象稱為井損,水位的差值稱為井損值,,s'外井壁處水位降深,內低外高

q不變h隨時間變化為非穩定運動,反之為穩定運動。

釋水系數:當水頭降低(或公升高)乙個單位時,從水平面積為乙個單位面積,高位含水層厚度的含水層柱體中所釋放或貯存的水量。,無量綱。

導水系數:t=km,m2/d 由達西定律,導水系數在數值上等於水力坡度為1時通過整個含水層厚度的單寬流量。

第一類邊界條件又叫做給定水頭邊界條件(供水邊界)。第二類邊界條件又叫做給定流量邊界條件(隔水邊界)。

sw一定,完整井q>非完整井q;q一定,非完整井sw>完整井sw

sw一定,群井q>單井q;q一定,sw群井》sw單井

泰斯公式對映原理、疊加原理。用途:在含水層引數t,u*以及井的抽水量給定的情況下,可直接利用泰斯公式,確定井中或含水層中任一點任一時刻的降深,從而可以**抽水時降落漏斗面的發展規模及變化趨勢。

當含水層引數下,u*抽水實踐t和降深s給定時,還可以確定井的抽水量。

第五章地下水的物理性質:溫度、顏色、透明度、氣味、味道等。

基本離子:(高礦化度),(中礦化度),(低礦化度), , ,ga2+ mg2+

南京工業大學水文地質試卷

3.達西定律的適用範圍是 a.全部層流 b.紊流 c.部分層流 c 4.在乾旱半乾旱平原地區地下水化學成分的形成作用主要為 a.混合作用 b.濃縮作用 c.溶濾作用 b 5.裘布依公式中,r 代表 a 井的半徑 b 含水層厚度 c 影響半徑 c 6.地下水的滲流流速 a.大於 b.小於 c.等於其實...

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