【正文】 ? 測(cè)定方法： ① 直接測(cè)定 ： 105～ 110℃ 溫度下 ， 水樣烘干后的干涸殘余物質(zhì) ， 單位為 g/L, mg/L (ppm) ② 計(jì)算法： 用全分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ， 陰陽(yáng)離子總和減 1/2 HCO3含量求算 ? 據(jù)礦化度的水樣分類(lèi)： 1g/L, 1～ 3g/L, 3～ 10g/L, 10～ 50g/L, 50g/L 淡水 微咸水 咸水 鹽水 鹵水 礦化度或總?cè)芙夤腆w (TDS） （ total dissolved solids， total dissolved salt) 水化學(xué)成分的表示方法 —庫(kù)爾洛夫式 ? 分式前： 特殊成分、氣體成分、礦化度 M ，單位 (g/L) ? 分式上下 ：陰、陽(yáng)離子（毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù) ≥ 10%） ? 分式后 ：水溫（ oC) ? 特點(diǎn) 是直觀、表示簡(jiǎn)單也較全面，可以反映水的成因類(lèi)型（常用方法） 0522 7 . 87 1 . 6414853 . 220 . 0 3 130 . 0 72CaNaSOClMCOS i OH t庫(kù)爾洛夫式 : Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) 第五章 地下水系統(tǒng)及其循環(huán)特征 主講教師：王 濤 ? 系統(tǒng)與系統(tǒng)方法 ? 系統(tǒng)： 由相互作用和相互依賴(lài)的若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的整體 – 相互作用 ， 相互依賴(lài) → 不是各部分或零部件的簡(jiǎn)單堆積 ， 而是有規(guī)則的組織 。 全國(guó)地下水污染防治規(guī)劃 ——調(diào)查指標(biāo) （ 2） ④ 有機(jī)污染組分 ：三氯甲烷、四氯化碳、三溴甲烷、二氯甲烷、 1， 2二氯乙烷、環(huán)氧氯丙烷、氯乙烯、 1， 1二氯乙烯、 1， 2二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、氯丁二烯、六氯丁二烯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛、三氯乙醛、苯、乙苯、二甲苯、異丙苯、氯苯、 1， 2二氯苯、 1， 4二氯苯、三氯苯、四氯苯、六氯苯、硝基苯、二硝基苯、 2， 4二硝基甲苯、 2， 4， 6三硝基甲苯、硝基氯苯、 2， 4二硝基氯苯、 2， 4二氯苯酚、 2， 4， 6三氯苯酚、五氯酚、苯胺、聯(lián)苯胺。 定性分析： NO3， NO2 ， NH4， Fe2+ Fe3+， H2S，耗氧量等 總礦化度與地下水化學(xué)成分分類(lèi) 一、地下水化學(xué)成分的分析內(nèi)容 全分析： 項(xiàng)目較多，要求精度高，通常在簡(jiǎn)分析得基礎(chǔ)上選擇代表性水樣進(jìn)行全分析 ? 一般定量分析 ： HCO3,SO24,Cl， Ca2+, Mg2+, K+, Na+， NO3， NO2 ， NH4， Fe2+ Fe3+， H2S， CO2, 耗氧量， 總硬度， pH, 及干涸殘余物（礦化度）；某些 微量元素、有毒 組分；研究水的侵蝕性時(shí)需分析水的 侵蝕性 CO2。 混合水的礦化度與化學(xué)類(lèi)型取決于參與混合的兩種水的成分及其混合比例 。陽(yáng)離子吸附能力由大至小的順序： H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+ 2）水中陽(yáng)離子的濃度 水中某種陽(yáng)離子濃度越大，則其交替吸附能力就越強(qiáng)，甚至可以發(fā)生吸附能力小的交替巖土顆粒表面吸附能力大的陽(yáng)離子。 SO42 + 2C + 2H2O → H2S↑+ 2HCO3 結(jié)果： 地下水中 SO42減少甚至消失； 2HCO3增加； H2S增加； pH值升高。 因此 ， 實(shí)際的蒸發(fā)作用可以產(chǎn)生含鹽量很高的地下水 (鹵水 )或鹽漬化的土地 ? 濃縮作用的結(jié)果： 往往形成高礦化度 、 以易溶離子為主的地下水 （ Cl—Na+為主 ） ? 影響因素 —?dú)夂?、 地下水位 、 土層巖性 、 地形等 。 ?徑流速度和 交替強(qiáng)度是決定溶濾作用強(qiáng)度最活躍最關(guān)鍵的因素 如果 某地區(qū)地下水流動(dòng)很快，水交替（循環(huán)）迅速，溶濾作用很強(qiáng)烈，長(zhǎng)期作用下去， 地下水水化學(xué)特征如何？ ? 該地區(qū)地下水中的 水質(zhì) 礦化度是高（ TDS）？還是低？水中以哪種陰、陽(yáng)離子為主？ ? 長(zhǎng)期、強(qiáng)烈溶濾作用的結(jié)果： 地下水以低礦化度的難溶離子為主， HCO3—Ca水 或 HCO3—Ca Mg水 。 溶濾過(guò)程包括了 溶解和結(jié)晶 兩種作用 。還原環(huán)境下： ? SO24 → H2S，成煤過(guò)程，煤田水 成油過(guò)程，油氣藏，油田水 脫硫酸作用： SHH C OOHCSO 2224 3222 ???????? ?? 脫硫酸細(xì)菌（有機(jī)質(zhì)） 氣體成分 二氧化碳 （ CO2） 大氣降水中的 CO2含量較低 ， 地下水中 CO2主要 源于 ?土壤層 （ 入滲過(guò)程溶于水中 ） ：有機(jī)質(zhì)殘骸發(fā)酵產(chǎn)生 、 植物呼吸作用產(chǎn)生 ?碳酸鹽巖地層 ： 在深部高溫下 ， 可變質(zhì)生成 CO2 ?深部地幔和地殼： 通過(guò)活動(dòng)的深大斷裂 。 地下水的物理特征 地下水的化學(xué)特征 一、地下水中常見(jiàn)的氣體成分 ? 氧（ O2）、氮（ N2）、二氧化碳（ CO2） 硫化氫（ H2S）、甲烷（ CH4）， 常見(jiàn)氣體成分與地下水所處環(huán)境和地下水來(lái)源有關(guān) 二、地下水中主要離子成分 ? 地下水中含量多的有七種離子 ?陰離子： HCO3 ， SO24 ， Cl ?陽(yáng)離子： Ca2+, Mg2+, K+, Na+ 地下水中常見(jiàn)的氣體成分 氧（ oxygen, O2）、氮（ nitrogen, N2） ? 起源 ：隨大氣降水入滲進(jìn)入含水層中，如富含 O2與 N2 ——說(shuō)明地下水是大氣起源的， 氮 還有生物起源與變質(zhì)起源。 六、比重：溫度在 4℃ 時(shí)比重為 1。 三、味道：地下水味道有苦有澀有甜，主要取決于化學(xué)成分和氣體成分的種類(lèi)和含量。 溫度的控制因素：大氣溫度及埋藏深度； 水溫超過(guò) 20℃ 稱(chēng)為溫水， 2037℃ 稱(chēng)為低溫水，42℃ 以上的稱(chēng)為高溫水。 ? 在利用地下水時(shí)，不同的用水目的，對(duì)水的質(zhì)量有一定要求 （如：飲用水、鍋爐用水、灌溉用水、飲用礦泉水、地下水對(duì)混凝土的侵蝕性等） ? 研究地下水的 化學(xué)成分與作用 必須與地下水的 流動(dòng)條件 結(jié)合 。 ? 物理性質(zhì)： 溫度 、 顏色 、 嗅 、 味 、 密度 、 導(dǎo)電性 、 放射性 。反過(guò)來(lái)，水力梯度 I愈大時(shí)，驅(qū)動(dòng)水流運(yùn)動(dòng)與速度也愈大 注意：水頭損失一定要與滲流途徑相對(duì)應(yīng) 滲透系數(shù) 滲透系數(shù) K（ coefficient of permeability） 在有些教科書(shū)中也稱(chēng)為水力傳導(dǎo)系數(shù) （ hydraulic conductivity） ? 定義： 水力梯度為 I =1 時(shí)的滲透流速 （ V=KI） 單位為 m／ d或 cm／ s ? 由公式 V = K I 分析 – 當(dāng) I一定時(shí) ， 巖層的 K 愈大 ， 則 V 也愈大 ， Q 大 因此 ， 滲透系數(shù) K 是表征巖石透水性的定量指標(biāo) V— I關(guān)系圖 Company Logo 滲透系數(shù) 滲透系數(shù) K ? 影響因素 ： —— 以松散巖石等徑孔隙為例來(lái)分析 – γ 水的比重； μ 動(dòng)力粘滯系數(shù) 。 I ——（ 3） Company Logo 達(dá)西定律討論 滲透流速 （ V） 與過(guò)水?dāng)嗝?（ ω ） Q = K ω I = ω V ? 過(guò)水?dāng)嗝媾c水力學(xué)中的水流過(guò)斷面是否一致 ？ 否 –過(guò)水?dāng)嗝?—— ω， 假想的斷面 –實(shí)際孔隙斷面 —— ωn 孔隙度 –實(shí)際水流斷面 —— ωne 有效孔隙度 Q/ω =V 比照水力學(xué) ， 實(shí)際流速 Q/ω′= u ， ω′= ω ne ? 關(guān)系 ： 地下水滲透流速 V= u ne ? 滲透流速 V： 是假設(shè)水流通過(guò)整個(gè)巖層斷面 （ 骨架 +空隙 ） 時(shí)所具有的虛擬的平均流速 。 實(shí)驗(yàn)條件：裝置圖 — P36， 圖 41 1） 等徑圓筒裝入均勻砂樣 （ uniform sand） ， 斷面為 ω 2） 上 （ 下各 ） 置一個(gè)穩(wěn)定的溢水裝置 —— 保持穩(wěn)定水流 3） 實(shí)驗(yàn)時(shí)上端進(jìn)水 ， 下端出水 —— 示意流線 4） 砂筒中安裝了 2個(gè)測(cè)壓管 5） 下端測(cè)出水量 （ outflow） — Q 達(dá)西試驗(yàn)裝置 LhK ωQ ?O O’ 斷面 1 斷面 2 L H1 H2 h ω 達(dá) 西 試 驗(yàn) 裝 置 _兩種 2—變水頭裝置 1—常水頭裝置 達(dá)西定律（ Darcy’s law） ? 通過(guò)變水頭，多次實(shí)驗(yàn)得出：出水端的流量 Q與砂柱、測(cè)壓管水頭之間的關(guān)系為： （ 1） LhK ωQ ?g r a d i e n th y d r a u l i cJILh 水力梯度????? Q ——滲流量； ω——砂柱斷面面積； ? h ——水頭損失（ m）； L ——滲流途徑； ? K——與試樣有關(guān)的比例常數(shù) 。 從流態(tài)來(lái)看，地下水多為層流（除巖溶管道外） 第三章 地下水的運(yùn)動(dòng) ? 地下水運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)基本概念 （ 3） 穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流 穩(wěn)定流： 指水在滲流場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，各個(gè)運(yùn)動(dòng)要素 (水位、水量、流速、流向等 )不隨時(shí)間變化的水流運(yùn)動(dòng) 。 則承壓水位埋深為： 103－ 91＝ 12m 承壓水頭為 91－ 83＝ 8 m 含水層埋深為 ： 103－ 83＝ 20m 承壓水等水位線圖可確定 下列重要指標(biāo)： ?承壓水位埋深 ?承壓水頭大小 ?含水層埋深（初見(jiàn)水位） Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) 第三章 地下水的運(yùn)動(dòng) The movement of 主講教師：王 濤 第三章 地下水的運(yùn)動(dòng) ? 地下水運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)基本概念 （ 1） 滲流與滲流場(chǎng) 滲流 （ 滲透 ） ： 指地下水在巖石空隙中的運(yùn)動(dòng) 。 2）地下水面承受靜水壓力，非自由面。一個(gè)是水平方向上的，一個(gè)是垂直方向上的。 特征：與大氣相通 ，具自由水面 ， 補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)一致 ，動(dòng)態(tài)受氣候影響較大 。 巖石的水理性質(zhì) Company Logo 給水度小結(jié) —— 野外實(shí)際測(cè)定時(shí) ： – 均 質(zhì) 土 ， 當(dāng)?shù)叵滤怀跏悸裆畲笥?hc， 降速緩慢 ， μ=WSW0 – 初始埋深小于 hc時(shí) ， 埋深愈淺 ， μ↓ – 水位降速愈快 ， μ↓ – 一般而言 ， 層狀土 μ小于均值土 。 %100?? VVS r 持水Company Logo 二 、 水理性質(zhì) 給水度 （ specific yield） —— ? （ 1） 、 定義 定義 1： 飽水巖石在重力作用下給出的水的體積與飽水巖石總體積之比 。 – 飽和度： 實(shí)際含水量與飽和含水量之比值。 %100??swg GGW 巖石的水理性質(zhì) ? 二 、 水理性質(zhì) 含水量 （ water content） w ? 2） 體積含水量 （ Wv） ： 巖石孔隙中含水體積與巖石總體積之比 。 ？ 懸掛毛細(xì)水的高度 c) 孔角毛細(xì)水 （ 觸點(diǎn)毛細(xì)水 ） （ corner water, contiguity water?） 孔角毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水是不同 —— ？ 懸掛毛細(xì)水似串珠狀且連續(xù)分布的 ， 孔角毛細(xì)水是孤立的 毛細(xì)水 支持與懸掛毛細(xì)水 小結(jié) Company Logo 巖石的水理性質(zhì) ? 一 、 定義 指巖石與水接觸過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的控制水分活動(dòng)的各種性質(zhì) 。 在自身重力影響下可以自由運(yùn)動(dòng)的水叫重力水 ? 地層內(nèi)巖石空隙中如果存在一定的重力水 ，就可以通過(guò)泉 ， 或井流出 （ 抽出 ） ? 重力水是水文地質(zhì)學(xué)研究的主要對(duì)象 ， 也是勘察的主要對(duì)象 重力水 結(jié)合水與重力水 Company Logo 毛細(xì)水 （ capillary water） 基本概念 ? 毛細(xì)現(xiàn)象 ： ① 根據(jù)細(xì)小管插入水中 ， 水上升至一定高度停下來(lái) ② 在土層中挖個(gè)洞 ， 在洞內(nèi)放個(gè)接滲皿 ， 能否接到水 ?— 北方地窖 ， 陜北的窯洞 ? 毛細(xì)力 ： 毛細(xì)水：受到表面吸引力 ， 重力 ， 還有另一種力 —稱(chēng)毛細(xì)力的作用 ， 產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象 我們可以把毛細(xì)力歸納為 3點(diǎn)： 毛細(xì)水 毛細(xì)水 空隙中的水 毛細(xì)水 Company Logo 毛細(xì)力： ? 毛細(xì)力的產(chǎn)生： 是在三相界面上內(nèi)彎液面引起 —— 液面彎曲產(chǎn)生的。bulk water）