1水文地质学基础教学大纲.docx
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1水文地质学基础教学大纲
《水文地质学基础》教学大纲
一、大纲说明
1．课程性质和地位
《水文地质学基础》是水文与水资源工程和地质工程专业必修的重要专业基础课。
该课程的基本知识也是与地下水有关专业的选修内容。
通过本课程的教学，使学生系统地获得水文地质学的基本知识和地下水的形成、分布、运移的基本理论；初步掌握运用所学知识对与地下水有关问题进行水文地质分析的基本方法和技能。
2．教学目的和要求
本课程在公共基础课与地质基础课的基础上进行教学。
它既作为一门专业基础课阐述其本身的理论，又为后继课程《地下水动力学》、《水文地球化学》、《岩土工程勘察》、《专门水文地质学》及《工程地质学》等专业课的教学准备必要的基础知识。
通过本课程的教学，使学生重点掌握以下几方面的知识：
了解课程的性质、任务、研究对象以及在所学专业的地位，对水文地质学有一个整体的认识。
★重点掌握水文地质学的基本概念，基本原理和基本研究方法
★掌握地下水的形成、分布、运移特征和规律，学会运用水文地质学原理，科学分析和解决相关水文地质问题的思维方法。
★掌握简单的水文地质专业作业方法。
二、主要教学环节安排
课程的主要内容应以地下水的形成、赋存、分布和运移规律及各类地下水的特征为中心进行选材，并注意与本专业其它课程的配合与衔接。
教学内容共分十五章，一至九章阐述地下水形成的理论和有关概念，为本课程的基本理论部分。
十至十二章进一步阐述各类地下水的埋藏、分布、交替循环等特征，是前一部分理论的应用和深化。
十三、十四章介绍地下水的资源特征及其供水意义，并介绍人类开发利用地下水资源过程中出现的某些环境问题。
十五章介绍地下水研究的基本内容和方法。
课程总学时为72，其中讲授50学时，课程实习12学时，综合课程设计（实习）10学时。
在大纲基本内容和总学时不变的前提下，部分教学内容、体系和课时分配，可根据本学科的发展和具体条件以及专业所需，适当灵活掌握。
学时分配见下表。
课程教学学时分配表
课程内容
学时分配
合计
理论讲授
练习实践
绪言
2
2
第一章自然界的水循环
2
2
第二章岩石中的空隙与水分
4
4
第三章地下水的赋存
4
8
12
第四章地下水运动的基本规律
4
4
第五章毛细现象与包气带水的运动
2
2
第六章地下水的物理性质与化学成分
6
2
8
第七章地下水的补给、排泄与径流
4
4
第八章地下水系统
2
2
第九章地下水的动态与均衡
4
4
第十章孔隙水
4
4
第十一章裂隙水
4
4
第十二章岩溶水
4
2
6
第十三章地下水资源
2
2
第十四章地下水与环境
1
1
第十五章水文地质学研究方法
1
1
综合课程实习
10
10
三、选用教材及教学参考书目
1．课程教材
《水文地质学基础》王大纯张人权等编著地质出版社1995年6月
2．主要参考书
《水文地质学》李正根等编著
《工程地质与水文地质》王家鼎惠泱河编著陕西人民出版社1997年
《水文地质学概论》区永和等中国地质大学出版社，1998.
《水文地质学》，于开宁等，石家庄经济学院，1998.
四、课程内容体系
绪言
教学目的与要求
通过绪言的学习，使学生掌握水文地质学的概念、研究对象及研究内容；了解水文地质学在国民经济建设中的作用及水文地质学的发展概况。
重点掌握地下水的主要作用（功能），使学生深刻理解学习本课程的意义。
教学内容
§1水文地质学的研究对象与任务
§2地下水在国民经济建设中的作用
§3水文地质学发展概况
重点和难点
地下水和水文地质学的定义；地下水的主要作用。
第一章地球上水及其循环
教学目的与要求
通过本章的学习，使学生了解自然界中水的形成和分布；掌握自然界的水循环过程；理解自然界水的统一性以及气象、水文、地质、人类活动等因素对地下水循环的影响，并深刻理解参与自然界水循环的地下水的含意。
教学内容
§1地球上的水
§2自然界的水循环
§3与水文循环有关的气象、水文因素
§4我国水文循环概况
重点和难点
自然界的水循环（地质循环、水文循环、大循环、小循环）的概念；影响自然界水循环的气象、水文要素。
教学提示
从自然界水的分布及其统一性来认识地下水，重点阐明地球水分的转化是通过循环而实现的道理；蒸发、降水和径流是自然界水循环过程中的主要环节。
第二章岩石中的空隙与水分
教学目的与要求
通过本章的教学，使学生了解岩石空隙（孔隙、裂隙、溶穴）的概念，并掌握相应空隙度的求法；了解岩石中水的各种存在形式；牢固掌握与水分的储容及运移有关的岩石的性质（岩石的水文地质性质）及其相应的定量表达式。
深刻理解由抽水引起的地下水位下降所导致的松散岩石的固结压密现象，使岩石的孔隙度、给水度、渗透系数等参数减小的作用机理—有效应力原理。
教学内容
§1岩石中的空隙
§2岩石中水的存在形式
§3岩石的水理性质
§4有效应力原理与松散岩土压密
重点和难点
岩石的空隙性；有效应力原理。
教学提示
本章应着重阐明岩石的空隙性与水的储容和运移之间的辨证关系，为含水层和隔水层概念的理解打下基础；结合地下水位下降导致的松散土层固结压密现象阐明有效应力原理（太沙基有效应力原理），为以后学习开发利用地下水引起的地面变形问题准备理论基础。
授课时应配合实验及各种直观教学方式，加深学生对课程内容的理解。
第三章地下水的赋存
教学目的与要求
通过本章的教学，使学生掌握地下水在地质剖面中的分布；掌握含水层、隔水层与弱透水层的概念及它们之间的辨证关系（相对性）；深刻理解地下水赋存特征对水量、水质时空分布的影响。
在此基础上，明确按地下水埋藏条件划分的包气带水（包括上层滞水）、潜水、承压水和按含水介质类型划分的孔隙水、裂隙水、岩溶水的概念及其一般特点。
教学内容
§1包气带与饱水带
§2含水层、隔水层、弱透水层
§3地下水分类
§4潜水
§5承压水
§6潜水与承压水的相互转化
§7上层滞水
重点和难点
含水层；隔水层；弱透水层；上层滞水；潜水；承压水。
难点是含水层与隔水层的相对性；潜水与承压水的相互转化。
教学提示
本章在深刻理解岩石空隙性与水的储存、运移之间关系的基础上，应着重阐明含水层与隔水层的概念及二者的相对性，并指出弱透水层或半含水层的给水意义。
可通过课程作业，使学生学会等水位线图的做图方法及其所揭示的水文地质信息，以加强对课程内容的理解。
第四章地下水运动的基本规律
教学目的与要求
通过本章的学习，使学生建立起地下水在各种因素影响下，处在经常不断的运动之中的思想。
地下水在运动中要与其赋存环境发生各种各样的作用，在改造环境的同时，本身也被环境改造，使得其水质、水量及其运动状态发生相应的变化。
通过教学，使学生在理解地下水运动特点及水力学相关概念的基础上，重点掌握重力水运动的基本规律—达西定律，学会运用达西定律和流网图来解释一些水文地质现象，分析和解决相关的水文地质问题（包括地下水天然流量计算与简单的井流计算）。
教学内容
§1地下水运动的基本规律
§2流网
§3饱水粘性土中水的运动定律
重点和难点
达西定律及其应用条件；流网图的做法及其反映的水文地质信息。
难点是达西定律的表达式中各项因子尤其渗透系数的物理意义；流网图中各种边界条件的处理。
教学提示
着重讲清达西渗流定律。
在讲清地下水运动特点的基础上，重点阐述达西定律的内容和表达式中各项因子的物理意义，并明确达西定律的适用条件，强调达西定律理论的经典性和应用范围的广泛性。
通过实验，使学生进一步理解达西定律。
实践表明，在绝大多数情况下，地下水的运动都符合达西线性定律。
达西式不仅是水文地质计算的基础，也是定性分析各种水文地质过程的重要依据。
流网是地下水动力场、化学场、温度场分析的有力工具，应重点讲授。
可以稳定流场为例，用迹线代替流线讲述，学生易于理解。
教会学生绘制流网图。
并引导学生从流网中提取水文地质信息。
通过课堂或课下作业，使学生掌握运用达西定律和流网分析的方法，解释和解决水文地质问题的基本思路。
可用达西定律应用举例的方式，教授学生求算地下水天然流量和简单的井流计算内容。
关于饱水粘土中水的运动规律，其内容和学时均可灵活安排。
第五章毛细现象与包气带水的运动
教学目的和要求
通过本章教学，使学生了解毛细现象的实质和相关概念；理解毛细水上升的机理和毛细水上升高度测量原理。
掌握均质土包气带水分的分布、运动规律。
教学内容
§1毛细现象的实质
§2毛细负压
§3毛细上升高度与悬挂毛细水
§4包气带水水分分布及运动
重点和难点
重点是包气带水的分布及运动规律。
难点是毛细负压，弯液面上的受力分析，由拉普拉斯方程表达的完液面的表面压强。
教学提示
从水—气界面的表面张力及其所产生的表面压强入手，展开对具体问题的阐述。
本章内容和学时可根据专业要求增减。
第六章?
地下水的物理性质与化学成分
教学目的与要求
通过本章的学习，使学生深刻理解自然界没有化学纯的水，地下水是一种复杂的溶液，它是水与环境（自然地理、地质背景）及人类活动长期相互作用的产物。
因为地下水赋存并运动在介质环境当中，二者必然要发生各种各样的相互作用，结果它们的性状都将被改造，使地下水获得了环境的物质，环境中则留下了水活动的痕迹，因而地下水化学成分的特点深刻地反映着环境的特征，环境状态也显示着地下水活动的信息。
通过教学，使学生牢固掌握地下水的主要化学成分及其形成作用的概念和机理；了解地下水的基本成因类型；学会水质分析资料的整理及其表示方法。
教学内容
§1地下水的物理性质
§2地下水的化学成分
§3地下水温度
§4地下水化学成分的形成作用
§5地下水化学成分的基本成因类型
§6地下水化学成分的分析内容与资料整理
重点和难点
本章重点是地下水化学成分的形成作用（7大作用）的概念和作用机理。
教学提示
应强调地下水是一种复杂的水溶液。
地下水作为一种天然的溶剂，在不断的运动中改造着环境，同时本身也被环境所改造，其水质、水量随时空变化而演变，始终维持着水—岩—盐之间的动态平衡。
所以，研究地下水的化学成分及其形成作用，不能孤立的、静止的从化学纯的角度去研究，必须地下水与环境的长期作用及人类活动干扰的角度，去揭示地下水化学成分演变的内在原因和规律。
另外，地下水化学成分的形成作用与化学元素在水中的迁移，都是在不断运动中进行的，所以必须与地下水运动的研究密切结合。
可利用课堂或课下作业方式，指导学生完成一个实际水样化学分析成果资料的整理和成因分析，以培养学生的实际工作能力。
第七章地下水的补给、排泄与径流
教学目的与要求
通过本章的学习，使学生清晰的建立起运动的地下水与环境介质相互作用相互改造，使水量、水质随着时空的变化而有规律的重新分布的思想。
牢固掌握地下水补给、径流与排泄的概念并深刻理解其基本内涵。
了解影响地下水补、径、排特征的主要因素与机理。
深刻理解含水层或含水系统通过补给从外界获得水量、盐量和能量，通过径流将水分和盐分由补给区输送到排泄区而后向外界排出的过程。
弄清随着水分的交换、运移过程，必然伴随着盐分的交换和运移，从而控制着地下水水质和水量的分布规律。
教学内容
§1地下水的补给
§2地下水的排泄
§3地下水补给与排泄对地下水水质的影响
重点和难点
重点是地下水补给、径流、排泄的概念、过程和方式。
教学提示
在清晰阐述地下水补给、径流、排泄的概念的基础上，分析、介绍地下水的各种补给来源、排泄方式和径流要素。
使学生建立起含水系统中“盐随水来，盐随水去”，水分和盐分在时间和空间上共同变化的思想。
第八章地下水系统
教学目的与要求
通过本章学习，使学生了解地下水系统概念的产生过程。
掌握地下水系统的定义、组成要素以及地下水系统的特征。
深刻理解地下水系统的水动力特征、水化学特征和温度分布特征。
并学会利用流网工具，确定地下水系统的范围、结构，解释地下水系统有关水量、水化学成分及温度分布等水文地质问题。
教学内容
§1系统概念
§2地下水系统的概念
§3地下水含水系统
§4地下水流动系统
重点和难点
本章重点是地下水系统的概念、特性及及其控制因素和控制作用。
难点是地下水系统的“三场”即渗流场、化学场与温度场分析。
教学提示
可从系统论的角度，引出地下水系统的概念及地下水系统的特征。
根据人类开发利用地下水资源的实践过程中出现的问题及对地下水认识的不断深化，引出介绍地下水系统概念的产生过程。
重点阐明地下水系统的水动力场特征。
其基本思路是：
以地下水流网为工具，以势场及介质场分析为基础，将渗流场、化学场与温度场统一在地下水流动系统的概念框架之中。
讲授中应充分利用各种地下水系统的图示。
第九章地下水的动态与均衡
教学目的与要求
通过本章的学习，使学生清晰的理解地下水动态和地下水均衡的概念；掌握地下水均衡原理，建立起地下水均衡的时、空概念；充分认识人类活动对地下水动态和地下水均衡的影响；学会建立一个地区地下水均衡方程式。
教学内容
§1地下水动态与均衡的概念
§2地下水的动态
§3地下水的均衡
重点和难点
重点是与地下水动态与均衡的概念和地下水均衡方程式的建立。
难点是地下水动态的形成机制及其影响因素分析和均衡式中各个均衡项的确定与表达。
教学提示
本章内容应从地下水系统信息的输入和输出（激励和响应）的模式入手，阐明地下水动态及其影响因素分析。
在阐明地下水补给、径流、排泄与动态的基础上，重点阐明地下水的均衡原理，指导学生应用质量守恒定律去分析参与地下水循环的各要素之间的数量关系。
明确指出：
地下水系统经常不断的与外界发生着物质、能量和信息的交换，交换的结果使系统本身的状态发生相应的变化。
这种变化过程称为地下水动态；变化的数量关系称为地下水均衡；变化的结果称为地下水资源。
第十章孔隙水
教学目的与要求
通过本章的教学，使学生深刻理解孔隙水除具有分布普遍、埋藏较浅、易于开采等宏观特点以外，其时、空分布的不均匀性乃是绝对的道理。
不同水力条件下形成的沉积物，其空间几何形态、粒度与分选性各具特点，从而控制着孔隙水的分布及其与外界的联系情况。
因此，要求掌握不同成因沉积物中地下水的分布规律和特征。
教学内容
§1洪积扇中的地下水
§2冲积平原中的地下水
§3湖积物中的地下水
§4黄土高原的地下水
§5孔隙含水系统实例分析
重点和难点
本章重点是第四系松散沉积物中的孔隙水，主要是洪积扇及河流下游堆积平原地下水的形成、埋藏、分布及交替循环的规律。
教学提示
孔隙水主要赋存在第四纪松散沉积物颗粒构成的孔隙网络之中，我国部分第三系未胶结或半胶结的松散沉积物中也赋存孔隙地下水。
受不同水动力条件控制，在特定沉积环境中所形成不同成因类型的沉积物，其岩性、地貌呈现有规律的变化，决定着赋存其中的地下水的特征。
因此，回溯晚近时期的地质历史，恢复沉积时的水动力条件，是掌握松散沉积物沉积规律并借以认识孔隙水形成与分布规律的关键。
第十一章裂隙水
教学目的与要求
通过本章教学，使学生掌握裂隙水分布的基本规律和基本特征，熟悉不同成因的基岩裂隙含水介质的特点，了解能够形成含水层和隔水层的主要岩石。
教学内容
§1概述
§2裂隙水的类型
§3裂隙介质及其渗流
§4裂隙介质的研究方法
§5断裂带的水文地质意义
重点和难点
本章重点是构造裂隙水和断层带的水文地质意义。
难点是裂隙含水介质（含水系统）的特点及裂隙水赋存特征。
教学提示
应在阐明基岩裂隙形成作用及分布规律的基础上，重点介绍裂隙含水系统的特点及裂隙水赋存特征。
可结合基岩区水文地质图读图分析，启发学生的思考，达到加深理解的目的。
第十二章岩溶水
教学目的与要求
通过本章教学，使学生在充分理解岩溶发育的基本条件与影响因素的基础上，掌握岩溶发育的基本特征和基本规律及地下河系化规律；熟悉岩溶水埋藏分布规律、交替循环特点和动态特征；了解不同气候条件下岩溶发育及岩溶水的差异。
教学内容
§1岩溶发育的基本条件与影响因素
§2岩溶水系统的演变
§3岩溶水的特征
§4我国南北方岩溶水及岩溶水的差异
重点和难点
本章重点是岩溶发育的基本条件与影响因素分析及岩溶水特征。
难点是岩溶水系统的演变，亦即地下水对可溶岩的差异溶蚀与地下河系化发展。
教学提示
本章内容应在阐明岩溶发育的基本条件和差异溶蚀机理的基础上，阐述岩溶发育规律和岩溶介质特征，进而说明岩溶水的分布特征与动态特征。
强调地下水径流状态是制约岩溶发育程度的充要条件。
第十三章地下水资源
教学目的与要求
通过本章教学，使学生深刻理解地下水资源的概念和特征，掌握地下水资源分类。
在此基础上，牢固树立地下水系统的整体性观点，即系统中任何地点获得补给水量，都是全系统的收入；任何地点排泄的水量，都是整个系统的支出。
学会从地下水资源特征分析入手，对地下水资源进行合理划分，进而了解地下水资源（水质、水量）评价的基本方法。
了解地下水资源评价中应注意的几个主要问题和地下水资源开发利用过程中出现的几种环境问题。
教学内容
§1作为资源的地下水
§2地下水资源的特征
§3地下水资源分类及其供水意义
重点和难点
本章重点是地下水资源的概念及其类别和水均衡分析。
难点是建立在水均衡基础上的水资源量的求算方法。
教学提示
水资源的概念和分类，按1979年我国供水水文地质勘察规范中的分类方法进行阐述。
在此基础上结合实例分析，用地下水均衡的理论方法，讲授主要的水资源量求算方法。
对水资源开发中的问题及水资源保护两部分内容和学时可灵活掌握；水资源评价的具体内容和方法，对水文与水资源专业和环境工程专业，可以不讲或只介绍基本概念。
第十四章地下水与环境
教学目的与要求
通过本章内容的学习，使学生在有关地下水内容的学习、研究和工作中，牢固地建立起环境保护意识；清晰认识人类在开发利用地下水的同时，必然干扰甚至破坏自然界水环境的动平衡状态，在一定条件下导致环境质量下降的事实；基本掌握造成与地下水有关环境问题的主要原因及其防治措施。
教学内容
§1生态系统的特性
§2作为环境敏感因子的地下水
§3过量开发与排除地下水引起的环境退化
§4过量补充地下水引起的环境退化
§5过度开发水资源引起环境退化的实例
§6地下水污染
重点和难点
本章重点是人类过度开采地下水或过度补充地下水引起的水位变化所带来的灾害现象、机理和防范措施的基本内容，其中区域地下水位下降为重中之重。
难点是地面沉降的形成机理。
教学提示
要清晰阐明过度开发地下水引起水位持续下降的机理和危害，并简单介绍防治措施。
对地面沉降机理的阐述，要结合太沙基有效应力原理加以解释。
第十五章水文地质学研究方法
（一）教学内容
§1作为自然历史与人为作用产物的地下水
§2水文地质学研究的若干方法问题
§3水文地质学的发展趋向
（二）教学要求
了解水文地质学研究方法与发展趋向。
五、教学建议
1．适用范围
本大纲适用于水文与水资源工程及地质工程等相关专业，具体内容安排可以根据不同专业要求做相应调整。
2．教学方法与教学形式
（1）本课程以课堂讲授为主，辅以实习、课程设计、作业等教学手段。
尽量使用图、表等直观形式，有条件应采用多媒体教学手段。
（2）本课程内容的一般理解并不难，但深入掌握并灵活运用，则决非易事。
因此在教学中应准确、清晰的讲解基本概念，并通过实习、课程设计、习题课、思考题、质疑等多种形式的配合，启迪学生的思考，以使学生在感性认识的基础上，达到深刻理解概念、理论和逐步掌握水文地质分析方法和技能的目的。
3．本课程考核方式、方法
课程考核按照基本技能、综合能力和期末考试综合评定学期成绩。
1.基本技能：
检验学生对每次课程内容的掌握情况。
主要包括：
课后作业、课程实习和课堂表现等。
由教师批改，占总成绩10%。
（结合课堂学习情况）。
2.综合技能：
巩固和加深对水文地质课程中水文地质学基础所学的知识，培养学生综合分析和解决问题的能力。
根据课程设计过程表现和课程设计报告情况打分，占总成绩30%。
3.期末考试：
考查学生对理论知识的记忆；理论知识的推理拓展；理论知识的实际应用能力。
闭卷考试（90分钟）。
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