水文地质学附分析题答案.docx

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水文地质学附分析题答案

水文地质学基础复习题

一、名词解释

径流：

孔隙概念：

某一体积岩土（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。

结合水：

分布在颗粒表面受静电引力大于重力，而不能在自身重力作用下发生运动的那部分水。

重力水：

固体表面结合水层意外的水分子，时候重力影响大于固体表面的吸引力，在中立作用下运移。

毛细水：

指的是地下水受土粒间孔隙的毛细作用上升的水分（毛细现象：

在液体表面张力作用下，毛细管中水位上升一定高度的现象）

容水度：

岩土完全饱水时所能容纳的水的体积与岩土体积的比值。

给水度：

地下水位下降单位体积时，释出水的体积和疏干体积的比值。

持水度：

地下水位下降时，滞留于非饱和带中而不释出的水的体积与单位疏干体积的比值。

包气带：

地下水面以上，未被水充满的岩层。

饱水带：

地下水面以下。

饱水带中地下水存在形式：

饱水带岩石空隙全部为液态水所充满。

含水层：

定义：

饱含水的透水层，或能够透过并给出相当数量水的岩层

隔水层：

不透水的岩层，或不能透过并给出一定水量的岩层。

潜水：

赋存在地面以下，第一个区域性隔水层之上，而且有自由水面的水称作潜水。

承压水：

充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水。

上层滞水：

当包气带存在局部隔水层（弱透水层）时，局部隔水层（弱透水层）上会积聚具有自由水面的重力水，为上层滞水。

承压高度：

稳定水位与个税顶板高程指尖的差值。

测压水位:

如果在某处打井那么刚渗透出水的位置叫做初见水位层，此时停止挖掘如果该处地下水存在承压水或者上层滞水那么此后井中水位不断上升，到一定高度后便稳定下来，不再上升，此时该水面的高程称为稳定水位，也即该点处承压含水层的承压水位（也叫测压水位

贮水系数：

是指承压水测压水位下降或上升一个单位深度时单位水平面积含水层所释放或储存的水的体积.。

渗流场：

发生渗流的区域（渗流区）

水力梯度：

沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值。

渗透系数：

岩石渗透性能的定量指标，在数值上等于单位水力梯度条件下的渗流速度

流网：

在渗流场中某一典型剖面或切面上，由一系列等水头线与流线组成的网格。

流线：

渗流场中某一瞬间的一条曲线，曲线上各水质点在此瞬间的流向均与此线相切。

（某时刻各点流向的连线）

迹线：

渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。

（水质点运动过程，稳定流条件下，流线与迹线重合）

毛细压强：

弯液面产生的附加压强称为毛细压强

毛细饱和：

最宽大的控系统到被支持毛细水充满的范围.

总溶解固体:

地下水中所含种离子、分子与化合物的总量。

（有机物和无机盐的总称）

总硬度：

水中Ca2+、Mg2+的总含量

暂时硬度：

水煮沸时（脱碳酸作用），因形成碳酸盐沉淀而失去的一部分Ca2+、Mg2+含量

永久硬度：

水煮沸后仍留在水中的Ca2+、Mg2+含量

入渗系数：

气降水补给地下水的份额，常以小数表示。

越流：

具有一定水头差的相邻含水层，通过其间的弱透水岩层发生水量交换的过程。

通常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层。

泉：

下水的天然露头，多为“点”，属径流排泄。

泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果

上升泉：

承压水的排泄

下降泉：

潜水或者上层滞水的排泄

侵蚀泉：

地形切割到潜水面二出露，包括潜水含水层及揭露承压水隔水顶板。

接触泉：

水流在前方受阻，水位抬升，溢流成泉

溢流泉：

水流前方出现相对隔水层或者下伏相对隔水底板抬升时，地下水流动受阻而溢出地表。

泄流：

当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄，称作地下水的泄流

地下水含水系统：

是指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统

地下水流动系统：

是指由源到汇的流面群构成，具有统一时空演变过程的地下水体。

地下水动态：

地下水的各要素（水位、水量、水质、水温、流速、流向等）在自然和人为因素的综合影响下随时间作有规律的变化。

地下水均衡：

利用质量守恒定律，分析地下水在某地区某时段内水量、热量和盐量的收入与支出之间的平衡关系。

正均衡：

收入＞支出

负均衡：

收入＜支出

孔隙水：

赋存于松散沉积物颗粒构成的孔隙网络之中水

裂隙水：

储存于非可溶性基岩裂隙介质中的地下水

岩溶水：

赋存于可溶性岩层的溶蚀裂隙和洞穴中的地下水。

又称喀斯特水

地下水资源：

一定范围内多年平均地下潜水层所能得到的外来补给水量。

补给资源量：

某特定区域在一定时段内由于降水及其他补给源所形成的地下水量。

储存资源量：

地下水系统在地质历史演化过程中,残留或积存下来的水量。

这部分水量往往不参与现代水文循环,大部分属于不可再生资源。

其数量近似等于该系统多年平均最低水位以下重力水的体积。

地下水储存资源是描述某一地下水系统水资源拥有量的总体指标之一。

二、填空题

1、自然界的水循环按其循环途径长短、循环速度的快慢以及涉及圈层的范围，分为水文循环和地质循环。

2、水循环是在太阳辐射和重力作用下，以蒸发、降水和径流等方式周而复始进行的。

3、在水文学中常用流量、径流总量、径流深度、径流模数和径流系数等特征值说明地表径流。

4、岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。

空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地下水的分步和运动具有重要影响。

5、岩体空隙可分为松散岩土中的孔隙、坚硬岩石中的裂隙、和可溶岩石中的溶穴。

6、孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。

7、岩石裂隙按成因分为：

成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙。

8、地下水按岩层的空隙类型可分为：

孔隙水、裂隙水、和岩溶水。

9、通常以容水度、含水量、给水度、持水度和透水性来表征与水分的储容和运移有关的岩石性质。

10、据地下水埋藏条件，可将地下水分为包气带水、潜水和承压水。

11、按含水介质（空隙）类型，可将地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。

12、潜水的排泄除了流入其它含水层以外，泄入大气圈与地表水圈的方式有两类，即：

径流排泄和蒸发排泄。

13、承压含水层获得补给时测压水位上升，一方面，由于压强增大含水层中水的密度加大；另一方面，由于孔隙水压力增大，有效应力降低，含水层骨架发生少量回弹，空隙度增大。

14、根据地下水流动状态，地下水运动分为层流和紊流。

15、根据地下水运动要素与时间的关系，地下水运动分为稳定流和非稳定流。

16、渗透系数可以定量说明岩石的渗透性能。

渗透系数愈大，岩石的透水能力愈强。

17、在均质各向同性介质中，地下水必定沿着水头变化最大的方向，即垂直于等水头线的方向运动，因此，流线与等水头线构成正交网格。

18、如果规定相邻两条流线之间通过的流量相等，则流线的疏密可以反映径流强度，等水头线的疏密则说明水力梯度的大小。

19、由于表面张力的作用，弯曲的液面对液面以内的液体产生附加表面压强，而这一附加表面压强总是指向液体表面的曲率中心方向；突起的弯液面，对液面内侧的液体，附加一个正的表面压强；凹进的弯液面，对液面内侧的液体，附加一个负的表面压强。

20、拉普拉斯公式的涵义是：

弯曲的液面将产生一个指向液面凹侧的附加表面压强；附加表面压强与张力系数成正比，与表面的曲率半径成反比。

21、包气带毛细负压随着含水量的变小而负值变大。

渗透系数随着含水量降低而迅速变小。

22、地下水中分布最广、含量较高的阴离子有氯离子、硫酸根离子及重碳酸根离子等。

23、地下水中分布最广、含量较高的阳离子有钠离子、钾离子、钙离子及镁离子等。

24、一般情况下，低矿化水中常以重碳酸离子、钙离子及镁离子为主；高矿化水则以氯离子及钠离子为主。

25、一般情况下，中等矿化的地下水中，阴离子常以硫酸根离子为主，主要阳离子则可以是钠离子，也可以是钙离子。

26、地下水化学成分的形成作用有溶滤作用、浓缩作用、脱碳酸作用、脱硫酸作用、阳离子交替吸附作用和混合作用。

27、水化学分析时，根据研究目的和要求不同，分析项目和精度要求各不相同，一般分为简分析、全分析和专项分析。

28、地下水补给的研究包括补给来源、补给条件与补给量。

29、地下水的天然排泄方式有泉、泄流、蒸发、蒸腾、含水层之间的排泄。

30、根据补给泉的含水层性质，可将泉分为上升泉及下降泉两大类。

根据泉的成因，下降泉可分为侵蚀泉、接触泉与溢流泉。

上升泉按其成因可分为侵蚀泉、断层泉与接触带泉。

31、地下水径流的方向总的趋势是由补给区向排泄区运动，具体的说是从水位高处向水位低处流动。

32、表征地下水动态要素有水位、水量、水化学成分、水温。

33、潜水动态可分为蒸发型、径流型及弱径流型三种类型。

34、天然状态下的洪积扇中，由山口向平原地下水的水化学作用由溶滤作用为主转化到以浓缩作用为主，矿化度由大到小。

35、在冲积平原中，由现代河道与近期古河道向两侧河间洼地，地下水埋深由深变浅，水化学作用由溶滤作用为主变为浓缩作用为主，矿化度由小变大。

36、目前研究裂隙介质的方法可分为三类：

等效多孔介质方法、双重介质方法和非连续介质方法。

37、岩溶可划分为地表岩溶和地下岩溶。

38、岩溶发育应具备的四个条件为：

可溶岩的存在、可溶岩必须是透水的、具有侵蚀性的水以及水是流动的。

39、在一个裸露碳酸盐岩层中，岩溶发育与地下水流动是相适应的。

地下水的流动系统可以区分为非饱和流动系统、局部流动系统与区域流动系统。

40、地下水资源可分为补给资源和储存资源两类。

三、问答题

1、为什么说空隙大小和数量不同的岩石，其容纳、保持、释出及透水的能力不同？

岩石容纳、保持、释出及透水的能力与空隙的大小和多少有关，而空隙的大小和多少决定着地壳岩石中各形式的水所占的比例。

空隙越大，结合水所占的比例就越小，而出纳、释出以及透水能力就较强，持水能力就越弱；反之，孔隙度越小，结合水所占的比例就越大，出纳、释出以及透水能力就较弱，持水能力就越强。

所以说空隙大小和数量不同的岩石，其容纳、保持、释出及透水的能力不同。

2、简述包气带特征？

在接近地表的上层岩土中，土石的孔隙未被水充满，而含有相当数量的气体，故常将这一岩土层称为包气带。

包气带是指地面以下、地下水位以上的岩土孔隙未被水饱和的地带，又称非饱和带、通气带。

包气带是大气水和地表水同地下水发生联系并进行水分交换的地带，它是岩土颗粒、水、空气三者同时存在的一个复杂系统。

其中植物根系活动层与外界有强烈的水分交换。

包气带具有吸收水分、保持水分和传递水分的能力。

3、简述含水层形成的必要条件

（1）要有空隙大，且连通性好的储水空间。

（2）要有有利于地下水储存的地质构造（蓄水构造）。

（3）要有充足的补给来源。

4、简述含水层与隔水层定义的相对性，并举例说明在利用与排除地下水的实际工作中，如何划分含水层与隔水层。

含水层：

饱含水的透水层，或能够透过并给出相当数量水的岩层。

辨异：

饱含水的弱透水层（粘土、亚粘土等）；不含水的透水层（沙漠、被疏干的含水层等）

隔水层：

不透水的岩层，或不能透过并给出一定水量的岩层。

辨异：

隔水层的相对性，并非完全隔水－弱透水层

含、隔水层是相对概念，划分时要根据研究区的需水要求，即考虑岩层所能给出水的数量大小是否具有实际意义。

例：

同一目的，同一岩层，在不同地区有不同的划分；

同一地区，同一岩层，不同的目的有不同的划分。

5、在地下水运动规律研究中用假想的一种水流“渗流”来代替真实的地下水流，需要做怎样的假设？

不考虑含水层中固体颗粒的存在，认为含水层完全被水所充满；

不考虑实际流向的多变性，只考虑一个单体流向。

6、简述流网的作用。

1）由等水头线可知地下水分布状况

①地下水位标高：

②埋深：

注意河间地块水位变化特点。

靠近分水岭打井，水位埋深随井深增大而增大；靠近河谷打井，水位埋深随井深增大而减小

③等水头线疏密：

越密说明水力梯度越大，由分水岭出发的流线，渗透途径最长，平均水力梯度最小

2）由流线可知地下水流动方向

疏密变化可知流速变化（流线越密说明地下水径流越强））由分水岭到河谷，流线愈来愈密集，流量增大，地下径流加强

流线运动轨迹得知水质情况

3）判断水文地质条件

含水层相对导水性能（厚度、渗透性），边界条件（隔水边界、补给和排泄边界），与河流的关系，地下水的径流模式。

7、简述汇制流网图的一般步骤？

①确定分流线：

补给区、排泄区，分流线相当于隔水边界。

②根据边界条件绘制容易绘制的流线或等水头线

a.定水头边界：

相当于等水头线，等水头面。

b.隔水边界：

相当于流线。

c.潜水面边界：

无入渗补给时为流线，有入渗补给时，水面即不为流线也不为等水头线。

③按照“正交”原则，等间距内插其它的流线或等水头线。

8、钙离子与岩土颗粒表面的吸附能力比钠离子强，为什么海水在侵入陆相沉积物的时候，钠离子反而置换岩土颗粒表面吸附的钙离子？

一定条件下，颗粒将吸附地下水中的某些阳离子，而将原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，即为阳离子交替吸附作用。

它的影响因素包括地下水中某种离子的相对浓度。

而海水中的钠离子浓度比较高，可以替代吸附在颗粒表面的Ca2+。

吸附作用是可逆的。

9、溶滤和溶解有什么相同点和不同点？

相同点：

岩石失去一部分可溶物质，地下水补充了新的组分。

不同点：

溶滤作用并未破坏岩石的完整性，也未破坏矿物的结晶格架，只是使其中的可溶部分进入水中；溶解作用是指组成矿物的一切元素按原来的比例全部转入水中，溶解物质的结构完全被破坏，而溶滤物质结构一部分流失，框架仍在。

10、叙述地下水化学成分舒卡列夫分类的原则?

命名方法?

及优缺点？

（1）分类依据

主要阴阳离子含量（含量大于25％毫克当量的阴离子和阳离子）及水的矿化度（TDS）

2）分类类型

①按矿化度分四组：

＜1.5　g/LA　组　　　

1.5～10g/L　　　B　组　　　

10～40g/L　　C　组　　　

＞40g/L　　D　组

②按主要阴阳离子来组合成49型

优点：

非常简单，可以大致推断水质的成因，所以只能叫水化学分类。

缺点：

①以25%毫克当量划分的依据带有人为性，

②对大于25%毫克当量的离子未反映其大小的次序，反映水质变化成因不够细致。

③分类中有些水型意义不大，如17，18，19，在自然界中极少见到或见不到的。

11、松散沉积物中存在哪两种降水入渗形式?

二者有什么不同？

（1）均匀砂土层——活塞式

入渗水的湿锋面整体向下推进，犹如活塞的运移。

活塞式入渗——适用条件：

均匀的砂土层

①降水初期t1：

土层干燥，吸水能力很强，雨水下渗快

②降水延续t2：

土层达到一定的含水量，毛细力与重力共同作用

下渗趋于稳定——渗润阶段，渗漏与渗透阶段

③降水再持续：

当土层湿锋面推进到支持毛细水带时，含水量获得补给，潜水位上升。

（2）含裂隙的土层——捷径式

①捷径式入渗，新水可以超过老水，优先达含水层

②捷径式入渗，不必包气带达到饱和即可补给下方含水层

当降水强度较大，细小孔隙来不及吸收全部水量时，一部分雨水将沿着渗透性良好的大孔隙通道优先快速下渗，并沿下渗通道水分向细小孔隙扩散。

存在比较连续的较强降雨时，下渗水通过大孔道的捷径优先到达地下水面。

捷径式下渗与活塞式下渗的两点不同：

（1）活塞式下渗是较“新”的推动其下的较“老”的水，始终是“老”水先到达含水层；

（2）捷径式下渗时“新”水可以超前于“老”水到达含水层；

对于捷径式下渗，入渗水不必全部补充包气带水分亏缺，即可下渗补给含水层。

这两点对于分析污染物质在包气带的运移很有意义。

12、地下水含水系统与地下水流动系统有哪些异同点？

1、地下水含水系统：

是指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统。

一个含水系统往往由若干含水层和相对隔水层（弱透水层）组成。

含水系统中的地下水呈现统一水力联系。

2、地下水流动系统：

是指由源到汇的流面群构成，具有统一时空演变过程的地下水体。

3、地下水含水系统和地下水流动系统比较

（1）共同点

①突破了把单个含水层作为功能单元的传统观点system≠aquifer

单个含水层→包含若干含水层与相对隔水层的整体

地质边界→以地下水流动作为研究实体

②力求以系统的观点去考察、分析与处理地下水体

（2）两者的区别

含水系统

流动系统

根本不同

静态系统

动态系统

分类依据

根据储水构造划分的，以介质场为依据

根据水的流动特征，以渗流场为依据

统一性

统一的或潜在统一的水力联系

水量、盐、热量等在时空演变上是统一的

边界性质

隔水与相对隔水的地质边界，地质零通量

流面（分水线）构成的水力边界，水力零通量面

系统发育史

共同的地质演变历史，地层形成史一致

共同的地下水演变历史，水的补给径流统一

系统的可变性

边界固定不变，系统规模数量不变的静态系统

边界可变，系统规模数目可变，易受干扰的动态系统

（3）两者关系

①一个大的含水系统可以包含若干个流动系统

②两者都可以进一步划分为子系统，子系统层次上，两者可以重叠

13、简述地下水流动系统的水动力特征。

1、高势区（势源）—地形高处：

地下水由上至下运动

2、低势区（势汇）—地形低处：

地下水由低向上运动

3、垂向运动中

（1）由上至下：

势能除克服摩擦消耗部分能量外，势能→压能转化；

（2）由下至上：

部分储存的压能释放转化为势能。

垂向运动的存在：

说明传统的“承压”现象在潜水中也可以出现。

4、流动方向的多样性：

存在水流由上至下、由下至上和水平运动。

  5、流动系统的多级性：

多源、汇的流动系统，易产生多级多个地下水流动系统；“局部的、区域的、中间的”的系统共同出现，或出现两级系统等。

6、流量流速与伴生现象

（1）补给区：

水分不足区，水位埋深大，大多含盐量低，耐旱植物；

（2）排泄区：

水分过剩区，沼泽化、湿地、泉，盐分累积，耐盐，水植物；

（3）流速（水交替）：

局部系统，浅层流动系统迳流快交替； 深部区域系统，迳流慢，交替退缓。

7、流动系统发育的规模与数目的控制因素（自学）

与介质场的渗透性（K）、系统中源汇的势差（地形起伏）、系统的几何尺寸等有关。

14、简述地下水流动系统的水化学特征。

（1）局部系统：

流程短，流速快（交替快），矿化度（TDS）低，水型比较简单；

（2）区域系统：

流程长，流速慢（交替迟缓），矿化度（TDS）高，水型比较复杂；

（3）在水流相汇处（动力圈闭带）水与相背处（准滞留带）：

水流发生变化，常成为水化学积聚区或圈闭带。

15、孔隙水的特点？

1、在空间上呈连续、均匀和层状分布，同一含水层中的水具有统一的地下水面，含水系统内部水力联系良好；

2、自然条件下呈层流，符合达西定律；

3、不同地貌单元和成因类型的第四纪沉积物中有不同的地下水特征。

4、分布普遍，埋藏较浅，易于开采等。

16、洪积扇中地下水一般分几个带？

各带有何特征？

根据洪积扇中地下水埋深、径流条件以及水化学特征，分三个水文地质带：

1、地下水深埋带（径流带、盐分溶滤带）

（1）位置：

扇顶；

（2）地势高，潜水埋深大，强透水地层；

（3）地形坡度大，水力坡度大，径流强，水平排泄；

（4）降水、地表水和山区基岩裂隙水补给量，动态变化大；

（5）化学成分以溶滤作用为主，HCO3—Ca型水。

2、地下水溢出带（盐分过路带）

（1）位置：

洪积扇中部；

（2）地形变缓、颗粒变细、透水性变差，潜水雍高而接近地表，形成泉或沼泽；

（3）出现粘性土或夹层，地下水径流受阻，水平和垂直排泄；

（4）接受降水与上游潜水的补给，动态变小；

（5）由于蒸发，TDS增大，HCO3-SO4→SO4-HCO3

3、地下水下沉带（垂直交替带、盐分堆积带）

（1）位置：

洪积扇的前缘；

（2）以粘性土为主，夹有砂层，K很小。

既有潜水，又有多层承压水；

（3）由于蒸发和地表水的排泄，潜水埋深又略增大；

（4）上部潜水接受降水补给，下部承压水接受前两个带侧向补给。

径流微弱，蒸发主；

（5）上部潜水浓缩作用加强，TDS增大；下部承压水水质相对好，水量大。

17、裂隙水有哪些特点？

1、埋藏分布不均匀

2、渗透性具有不均匀性和各向异性

3、形态多种多样：

层状、带状、脉状

4、运动性质十分复杂

18、岩溶水有哪些特征？

一、岩溶含水介质的特征

1、是尺寸不等的空隙构成的多级次空隙系统；

2、尺度不等的空隙彼此之间存在着不同程度的水力联系，构成宏观上具有统一水力联系的岩溶含水介质。

二、岩溶水运动特征

1、孤立水流与具有统一地下水面的岩溶含水系统并存

2、层流与紊流并存

3、有压流与无压流交替并存

4、明流与伏流并存

三、岩溶水的化学特征

1、低矿化（M<0.5g/L）

2、HCO3_Ca水

HCO3_Ca·Mg水（白云岩区）

3、与水交替强度有关：

补给区低矿化；深部排泄区M可达数克每升，水型转变为

SO4_HCO3_Ca型

裸露型岩溶区：

化学成分随雨量和流量变化呈有规律的变化。

沉降盆地深部含水层中，M可达几十克每升，水温达85~120℃。

四、分析题

1、下图是某地区潜水等水位线图，A、B两点水平距离为50m，图中的数字单位为m，试确定：

（1）潜水与河水间的补排关系；

（2）A、B两点间的平均水力梯度（坡降）；

（3）若在C点处凿水井，至少打多深才能见到地下水；

（4）D点处有何水文地质现象，写出其类型。

2、龙江河谷地区的潜水等水位线图如下图所示，试确定：

（1）龙江两岸潜水的流向（用箭头表示），并阐明潜水与河水的补给关系；

（2）A、B两点之间的平均水力坡度，设A、B之间的水平距离为10m；

（3）潜水流过的土层的渗透系数K，如已测得潜水在该土层的渗透速度V=12m／d。

3、某区域承压水的等水压线图（如下图所示），试确定：

（1）本地区地下水的主要流向（以箭头表示）；

（2）A点承压水头；

（3）B点含水层埋深；

（4）C点的初见水位和稳定（承压）水位（如果在C点凿井时）。

4、某地区承压水等水压线图如下所示，试确定：

（1）本区地下水流向（以箭头表示）；

（2）P点地下水埋深；

（3）若在P点打井，其稳定水位；

（4）自流水范围。

4、一底板水平的含水层，观测孔A、B、C彼此相距1000m，A位于B的正南方，C则在AB线的东面。

A、B、C的地面高程分别是95m、110m和135m，A中水位埋深为5m，B中和C中的水位埋深分别是30m和35m，试确定通过三角形ABC的地下水流的方向，并计算其水力梯度。

5、根据图1条件，回答下列问题。

（1）在图中画出示意流网；（图中“”表示地下分水线）。

图1图2

（2）在甲、乙处各打一口井，要求井的深度不同，且甲井水