中国地质大学北京研究生入学考试水文地质学AB卷及参考答案.docx

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中国地质大学北京研究生入学考试水文地质学AB卷及参考答案

中国地质大学（北京）

2008年硕士研究生入学考试试题（A卷）

标准答案及评分参考

试题名称：

水文地质学基础试题代码：

834

一、名词解释（每条5分，共40分）

水文循环：

地球上各种形式的水，在太阳辐射和重力的共同作用下，以蒸发、降水和径流等方式周而复始进行的。

给水度：

地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出水的体积。

含水层：

是指能够透过并给出相当数量水的岩层。

潜水：

饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水。

地下水动态：

含水层个要素（如水位、水量、水化学成分、水温）随时间的变化。

含水系统：

由隔水或相对隔水岩层圈闭的，具有统一水力联系的含水岩系。

阳离子交替吸附作用：

岩土颗粒表面带有负电荷，能够吸附水溶液中的阳离子。

在一定的条件下，颗粒将吸附地下水中某些阳离子，而将其原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，该作用即为阳离子交替吸附作用。

储存资源：

含水系统在地质历史时期积累保存下来的水量。

二、推导题（20分）

设一假想的河间地块承压水稳定运动，该含水层水平等厚，已知几何尺寸（如图所示），两条河流的水位分别为h1和h2，渗透系数K1/K2=0.5，试求出：

（1）含水层的单宽流量表达式；

（2）承压含水层的压力线表达式。

题二图

图中的符号：

K1、K2—承压含水层的渗透系数（m/d）；M—承压含水层的厚度（m）；q—承压含水层的单宽流量（m2/d）；h1、h2—分别为两河流的稳定水位标高（m）。

解：

设在1/2L处，承压含水层的水位为h，根据达西定律该含水层的单宽流量q为：

整理得：

则：

在等厚均值承压含水层中，地下水位线为直线，设h为随x方向变化的承压含水层水位线，并注意到如下三个点出的地下水位值：

h=h1，在x=0

h=（h1+2h2）/3，在x=0.5L

h=h2，在x=L

由此可以得到：

评分标准：

作对

（1），15分；

（2）5分。

如果思路正确而答案有误，则适当减分。

三、简答题（每题15分，共60分）

1.简述岩石中水的作用力以及水分存在的形式

岩石中的水主要受到分子力、毛细力和重力的作用，相应以结合水、毛细水和重力水的的形式存在于岩石的空隙之中。

岩石表面带有电荷，而水分子又是偶极体，由于静电吸引，岩石表面具有吸附水分子的能力，这种作用力称为分子力，所吸引的水分称为结合水。

越靠近固体表面，吸引力越大，其水分称为强结合水（吸着水）；而远离固体表面吸引力减弱，其水分称为弱结合水（薄膜水）。

强结合水由于受到巨大的分子吸力，其物理化学性质与常压下的水有很大区别，一般不易流动，弱结合水水膜在一定的压力下可以变化。

在固、液、气三相界面处，由于液体表面张力而产生的附加表面压力称为毛细力，被毛细力而吸附的水分称为毛细水。

根据毛细水所存在的位置可分为支持毛细水、悬挂毛细水和孔角毛细水。

毛细水具有一般水的物化性质，容易被植物吸收，

地球的吸引力即重力，受重力影响大而受分子力、毛细力影响很小的那部分水称为重力水。

重力水可以在重力的作用下运动，也可以传递压力。

评分标准：

三个作用力和水的存在形式5分。

2.简述潜水和承压水的特点和差异

潜水为饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水。

由于无隔水顶板，潜水能积极参与水循环，其动态随季节变化明显，地下水也易收污染。

充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水称为承压水。

其特点是：

具有承压性－承压含水层水头高于隔水顶板，由于隔水地板的存在，参与水循环不积极，超采后不易恢复，同时相对于潜水含水层不易受污染，动态随季节不变化明显。

潜水含水层与承压含水层在释水机理上不同，潜水含水层为重力释水，给水度一般为10-2—10-1；承压含水层为弹性释水，储水率一般为10-4—10-6。

评分标准：

定义、循环、易污染性、动态、释水机理各3分。

答题的完整性适当扣分。

3.简述海相淤泥水化学成分形成过程中的脱硫酸作用（生物还原作用）

海相淤泥水为富含有机质和微生物的还原环境，在该环境下，脱硫细菌能使硫酸盐还原：

RSO4+C+2H2O=RS+CO2+2H2O

RS+CO2+H2O=RCO3+H2S

脱硫细菌是依靠硫酸盐中氧而生存的厌氧细菌。

作用的结果是水中硫酸根含量极低，往往有硫化氢，重碳酸根离子含量升高。

评分标准：

写出基本原理10分，化学反应方程式5分。

4.简述河流由山区到平原，不同的地貌位置河流与地下水的补排关系。

河流有山区到平原，在不同的地貌单元，河流与含水层的补排关系一般规律是：

山区：

由于地形切割较深，一般情况下是地下水补给河流，形成基流，对于全排型流域，山区地下水在出山口前全部转化为地表水。

冲洪积扇顶部一般为巨厚的单一砂卵砾石层，相对于冲洪积平原地势高，河流出山后沿河道大量渗漏补给地下水。

冲洪积扇扇缘地带（溢出带）：

在该地带沉积颗粒由粗变细，由单一结构变为多层结构，由于浅层细颗粒沉积物增加，地下水水平流动受阻，水位雍高，在地势低洼、河流沟谷处，地下水以泉的形式出露补给地表水，形成地下水溢出带。

冲积平原：

该地带地下水与地表水补排关系较为复杂，不同的河流-含水层结构，其补排关系各不相同。

一般情况下，丰水期河水位高于地下水位，河流补给地下水，而枯水期地下水位高于河水位，地下水补给河水。

而在某些大的冲积平原，河床应强烈的堆积作用而形成地上悬河，河水经常性的补给地下水。

评分标准：

四个地貌单元的补排关系各3分，答题的完整性适当扣分。

四、论述题（30分）

试论述人类活动对地下水所产生影响。

应从以下几个方面回答该问题：

（1）过量开采地下水造成的环境影响

地下水资源逐步枯竭、泉流量和河流基流量减少或消失、湿地退化和消失、植被衰退和土地沙漠化、地面沉降、岩溶塌陷、海鲜水入侵

（2）过量补充地下水造成的环境影响

水位上升造成：

土地次生盐渍化、滑坡水库地震等地质灾害问题、建筑物抗浮

（3）污染物进入含水层造成的地下水污染

主要污染源：

固体垃圾、生活污水和工业废水、农用肥料和农药

污染途径：

包气带厚度和岩性

注意对重要的环境问题要适当阐述原因和机理，最好举例说明。

评分标准：

答对

（1）15分，答对

（2）10分；答对（3）5分，若没有阐述原因机理、没有举例，或所列条目不全，适当扣分。

中国地质大学（北京）

2008年硕士研究生入学考试试题（B卷）

标准答案

试题名称：

水文地质学基础试题代码：

834

一、给出下列各组名词的定义，并简要说明各组内两个名词的关系或差异（每条15分，共45分）

1.给水度与持水度

给水度：

地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释出水的体积。

持水度：

地下水位下降一个单位，单位水平面积岩石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。

给水度+持水度=有效孔隙度

2.地下水动态与均衡

地下水动态：

含水层各要素（如水位、水量、水化学成分、水温）随时间的变化。

地下水均衡：

某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（或盐量、热量）的收支代数和等于该区域内地下水储存量（或盐储量、热储量）的变化量。

均衡是地下水动态变化的内在原因，动态则是地下水均衡的外部表现。

3.补给资源与储存资源

补给资源：

地下水多年平均年补给量。

储存资源：

含水系统在地质历史时期积累保存下来的水量。

补给资源可以保持供水的长期持续，储存资源则利用其调节能力保证供水的均衡稳定。

评分标准：

每个名词定义6分，组内两个名词的关系或差异3分。

二、推导题

设有一假想的河间地块地下水做承压—无压稳定运动，该含水层均质等厚，底板水平，标高为0。

已知几何尺寸（如图所示），两条河流的水位分别为h1和h2，渗透系数为K，试求出：

（1）承压转无压的位置L1的表达式；

（2）承压—无压稳定流的单宽流量公式。

（20分）

题二图

图中符号：

K—含水层的渗透系数（m/d）；M—承压含水层的厚度（m）；q—含水层的单宽流量（m2/d）；h1、h2—分别为两河流的稳定水位标高（m）。

解：

设在距离左河流L1的位置上地下水由承压转为无压状态，承压含水层的单宽流量q1为：

在无压状态，含水层的单宽流量q2为：

分离变量，并积分：

则：

根据水流连续性理论，q1=q2=q，有：

整理得：

将上试带入q1表达式中，经整理得：

评分标准：

作对

（1），15分；

（2）5分。

如果思路正确而答案有误，则适当减分。

三、简述题（每题15分，共60分）

1.达西定律及其适用条件

1856年，法国水力学家达西通过大量的渗流试验，得到了多孔介质的渗透定律（即达西定律）：

多孔介质中流体的渗透速度与水力梯度成正比。

可用下式表示：

V=K×I

式中：

V—渗透速度（LT-1），它是一个假想的速度，是假设水流通过包括骨架与空隙在内的断面时所具有的一种虚拟流速，V=ne×u，u—平均实际流速，ne—多孔介质的有效空隙度。

I—水力梯度（无量刚），为沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值。

K—渗透系数（LT-1），表征多孔介质渗透性能的参数，在数值上等于渗透速度与水力梯度的比值，该值愈大，说明多孔介质的渗透能力越强。

实际上，渗透系数还与液体的物理性质有关，如液体的粘滞性、容重等，一般研究地下水运动时，这些因素因变化不大可以忽略。

达西定律的适用范围为雷诺数（Re）小于1-10之间的层流，大部分地下水运动度符合达西定律。

评分标准：

写出达西定律表达式5分；给出公式中各符号的意义5分；适用条件5分。

2.简述潜水和承压水的特点和差异

潜水为饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水。

由于无隔水顶板，潜水能积极参与水循环，其动态随季节变化明显，地下水也易收污染。

充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水称为承压水。

其特点是：

具有承压性－承压含水层水头高于隔水顶板，由于隔水地板的存在，参与水循环不积极，超采后不易恢复，同时相对于潜水含水层不易受污染，动态随季节不变化明显。

潜水含水层与承压含水层在释水机理上不同，潜水含水层为重力释水，给水度一般为10-2—10-1；承压含水层为弹性释水，储水率一般为10-4—10-6。

评分标准：

定义、循环、易污染性、动态、释水机理各3分。

答题的完整性适当扣分。

3.溶滤作用有别于溶解作用的特点主要表现在哪两个方面？

（1）时间上的阶段性：

比如岩层中原来含有包括氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐等各种矿物盐类。

开始阶段，氯化物易溶，被水流带走而贫化，相对易溶的硫酸盐成为迁入水中的主要组分。

随着时间的延续，岩层中几乎只有难溶的碳酸盐和硅酸盐，地下水的化学成分也就以碳酸盐及硅酸盐为主。

因此，一个地区经受溶滤愈强烈，时间愈长久，愈是以难溶离子为主。

（2）溶滤作用还显示空间上的差异性：

地下水径流交替越迅速，溶滤越充分，矿化度越低，难溶离子的相对含量越高。

评分标准：

（1）8分；

（2）7分。

4.裂隙水的特征及类型

储存并运移于基岩裂隙中的地下水被称为裂隙水，其总体特征是：

（1）分布极不均匀，表现出富水性差别大；

（2）各向异性，裂隙展布具有明显的方向性；（3）水力联系受各裂隙系统和网络的控制，在同一地区，不同的裂隙网络系统，往往不具有统一的水力联系；（4）相对于松散孔隙含水层，裂隙含水体一般裂隙率低、补给范围小、储存量小而调节能力差，不易形成大型供水水源地。

按裂隙的成因可分为如下三类裂隙水。

成岩裂隙水：

成岩裂隙是岩石在成岩过程中受内部应力作用而产生的原生裂隙，陆地喷发的玄武岩成岩裂隙最为发育，往往形成比较好的含水层。

构造裂隙水：

由于构造应力作用而产生的裂隙，具有强烈的非均匀性、各向异性，裂隙水主要赋存于褶皱的轴部、断裂带及其两侧、断裂的交汇处等裂隙发育的部位，也是找水的有利部位。

风化裂隙水：

成因上具有继承性，即在原成岩裂隙和构造裂隙基础上发育，裂隙密集、无明显的方向性、连通良好。

裂隙分布于岩层表面，一般小于10m，隔水底板为母岩。

风化裂隙水一般为潜水，被后期沉积物覆盖的古风化壳可形成承压含水层。

易形成风化裂隙水岩石：

多矿物坚硬岩石，如花岗岩、片麻岩等。

评分标准：

裂隙的总体特征6分，三类裂隙水各3分。

四、论述题（25分）

试论述山前冲洪积扇—冲积平原水文地质特征。

应从以下几个方面论述：

（1）水文地质结构：

沉积物颗粒大小、单一—多层结构的变化

（2）地下水埋藏条件（地下水类型）

（3）地下水的补径排条件：

由山前到平原、垂向上的变化特征，包括地下水-河流补排关系，地下水循环模式

（4）地下水化学变化规律：

地下水化学类型、矿化度的变化

（5）地下水开发利用的有利部位

评分标准：

以上每一方面5分。