Fundamentals of Hydrogeoloy

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1 Fundamentals of Hydrogeoloy
水文地质学基础 Fundamentals of Hydrogeoloy --主讲：李明辉

2 绪 言 教 材 学时数： 50 教 材：《水文地质学基础》-王大纯等，95版 实验讲义：《水文地质学基础实习实验讲义》
绪 言 教 材 教 材：《水文地质学基础》-王大纯等，95版 实验讲义：《水文地质学基础实习实验讲义》 学时数： 50 讲课： 30（含机动与总结学时数） 实习： 10 （讨论、练习与作业） 实验： 10 （5次）

3 地球上的水与水资源：再生资源 利用自然资源有两种方式： 矿产资源是典型的不可再生资源 淡水资源的主体是可再生的 不可再生资源： 可再生资源：
如果某种资源的存量大到足以保证上百年的需要，而且在资源耗竭以后，可以开发替代资源 矿产资源是典型的不可再生资源 可再生资源： 如果某种资源的再生速率高于人们的消费速率，就可以保证永续利用。 可再生资源是永远不会耗竭的 淡水资源的主体是可再生的

4 地球上的水与水资源：重要性 水——自然界存在，自然属性 水——人类生存、社会经济发展不可或缺，社会属性 生命之源，是地球系统的“血液”
不断循环运动 良好的溶剂，重要载体 水具有能量 水——人类生存、社会经济发展不可或缺，社会属性 生命之源，是地球系统的“血液” 旱灾、水灾、水污染，对人类发展不协调 水资源可再生，但，水资源有价值（价值规律） 水资源管理不当，成为社会不稳定因素之一

5 地球上的水与水资源：我国水资源概括 中国的大气降水与水资源分带 中国的人口密度与分省人均淡水资源 我国是世界上最缺水的13个国家之一
人均水资源占有量仅为世界平均值的1/4

6 绪 言 水文地质学 水文地质学是研究地下水的科学。它主要是研究地下水的分布和形成规律，地下水的物理性质和化学成分，地下水资源及其合理利用，地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。 地下水 埋藏于地表以下的各种形式的重力水。

7 绪 言 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。
绪 言 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%）

8 绪 言 地下水的功能 1、资源 2、生态环境因子 3、灾害因子 4、地质营力 5、信息载体

9 绪 言 1、地下水是一种宝贵的资源（resources） a) 供水水源：
绪 言 1、地下水是一种宝贵的资源（resources） a) 供水水源： 分布广泛；便于就地开采使用；水质普遍较优；动态比较稳定；供水量受气候变化影响较小等。 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。

10 我国西北缺水剪影

11 我国耕地与农村用水 60% 全国60%的耕地 全部或部分使用地下水灌溉 95% 全国95％以上的农村饮用地下水

12 绪 言 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。
绪 言 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。

13 绪 言 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
绪 言 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；

14 地下水利用产生的环境问题：沙化荒漠化加重

15 地下水利用产生的环境问题：上海地面沉降 城市防洪设施标准降低， 外滩防洪挡水墙越筑越高

16 绪 言 3、地下水是灾害因子 地下水难污染，但污染后不良后果很难消除。 “三废排放”； 地下采矿和各种地下工程； 地下水位上升、下降；
绪 言 3、地下水是灾害因子 地下水难污染，但污染后不良后果很难消除。 “三废排放”； 地下采矿和各种地下工程； 地下水位上升、下降； 地下水流迅速渗流。

17 绪 言 传递应力：水为诱发地震，地质灾害是地下 水作用 人工地震预报──观测地下水
绪 言 4、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：水为诱发地震，地质灾害是地下 水作用 人工地震预报──观测地下水 地球是个天然热库——在地质循环和水文循 环中传输地壳内部的能（热）量的传输者

18 绪 言 5、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？

19 绪 言 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：
绪 言 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。

20 绪 言 水文地质学的发展历史，划分为三个阶段 ： ①萌芽阶段（1856年以前）； ②奠基阶段（1956－20世纪中叶）
绪 言 水文地质学的发展历史，划分为三个阶段 ： ①萌芽阶段（1856年以前）； ②奠基阶段（1956－20世纪中叶） ③发展时期（ 20世纪中叶—至今）

21 绪 言 萌芽时期：由逐水而居到凿井取水----一大转折 距今5700年，浙江余姚河姆度井； 公元前7世纪，亚美尼亚坎儿井；
绪 言 萌芽时期：由逐水而居到凿井取水----一大转折 距今5700年，浙江余姚河姆度井； 公元前7世纪，亚美尼亚坎儿井； 公元前200年，四川自流井。 法国帕利斯，珀若，马里奥特和中国徐光启先后提出井泉的水来源与降水或与河水有联系的观点。

22 绪 言 奠基时期： 1856年，达西定律--地下水定量计算——奠定了水文地质学的基础 1856年，法国水力工程师达西得到达西定律；
绪 言 奠基时期： 1856年，达西定律--地下水定量计算——奠定了水文地质学的基础 1856年，法国水力工程师达西得到达西定律； 1863年，法国人裘布依提出地下水稳定井流公式 1886年，奥地利的希福海默绘制地下水流网； 1935年，美国人泰斯得出地下水非稳定流方程—泰斯公式； 上世纪30年代怀可夫与马斯卡特等进行地下水模型模拟； 同时这个时期，对地下水的起源提出了一些新的看法，对矿水的利用进一步发展等。

23 绪 言 发展阶段：二次世界大战战后，科学技术推动生产力迅猛发展以及人口的急剧增长，大规模开采地下水，一些水文地质现象开始受到人们注意。
绪 言 发展阶段：二次世界大战战后，科学技术推动生产力迅猛发展以及人口的急剧增长，大规模开采地下水，一些水文地质现象开始受到人们注意。 上世纪40年代到60年代，雅可布及汉图什发现弱透水层； 60年代，托特提出越流； 1954年，博尔顿发现潜水位下降过程中非饱和带滞后释水现象； 1956年，斯图尔曼将数值法应用与水文地质计算； 60年代，华尔顿将计算机引入水文地质计算 近年来，地理信息系统开始应用。

24 绪 言 转变时期：核心内容的转变，可持续发展观的提出 水文地质学的发展正向“地下水科学”的转变——
绪 言 转变时期：核心内容的转变，可持续发展观的提出 水文地质学的发展正向“地下水科学”的转变—— 趋势：《水文地质工程地质》05.第1期，51-56，张人权等 核心课题转移：找水水文地质学→资源…→生态环境… 视野扩展：含水层→地下水系统→水文-生态环境→技术-社会系统。 目标改变：由当前的问题转向长期的可持续发展… 内容扩展：从地下水的水量为主，转向水量与水质的研究并重；从狭义地下水，扩大到广义地下水,乃至地下水圈… 思路的改变：从求从成生角度，加强过程与机理研究… 多学科交叉渗透成为主流：地下水科学与其它自然科学以及社会科学交叉渗透，以多学科方式研究与处理问题 服务方式转变：…方式发生了很大改变，如何使水文地质工作成果转化为生产力，成为一个急需解决的重大课题

25 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

26 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：
水文学(Hydrology) 地质学(Geology)

27 课程内容 本课主要内容 一、水文地质学基本概念 二、水文地质学基本原理 三、地下水科学的分析方法 四、应用分析——概念与原理的掌握
概念、名词与术语 二、水文地质学基本原理 地下水形成基本规律——赋存、分布、运动 三、地下水科学的分析方法 微观——以概念为基础的分析方法 宏观——地下水系统理论为基础的综合分析 四、应用分析——概念与原理的掌握

28 主要参考文献 《水文地质学基础》教材后附的参考文献， 《水文地质工程地质》期刊， 中英文版—“地下水”和“水文地质学”类教材
主要参考文献： 《水文地质学基础》教材后附的参考文献， 《水文地质工程地质》期刊， 中英文版—“地下水”和“水文地质学”类教材 芮孝芳 著，水文学原理，2004.8

29 “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）