【正文】 – 整體 → 功能大于局部 （ 要素 ） 之和 ? 系統(tǒng)方法： 用系統(tǒng)思想去分析與研究問題方法 ? 系統(tǒng)思想： 就是把研究對象看作一個有機整體 ，從整體角度去考察 、 分析與處理問題的方法 ? 系統(tǒng)目標 ： 系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)化 （ 不是局部的 ） 地下水系統(tǒng)的概念 （ 1） 地下水含水系統(tǒng) Groundwater aquifer system （ 2） 地下水流動系統(tǒng) Groundwater flow system ? 地下水含水系統(tǒng) 是指有隔水或相對隔水巖層圈閉的 ， 具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的含水巖系 ? 地下水流動系統(tǒng) 是指從源到匯的流面群構成的，具有統(tǒng)一時空演變過程的地下水體 地下水含水系統(tǒng)與地下水流動系統(tǒng)的比較 (1)兩者的共同點 : 突破了把單個含水層作為功能單元的傳統(tǒng) ， 力求以系統(tǒng)的觀點去考察 、 分析與處理地下水體 潛水承壓含水層 流網(wǎng)圖 (2)兩者的不同點 含水系統(tǒng) 流動系統(tǒng) ? 根本不同 — 一個是靜態(tài)系統(tǒng) 一個是動態(tài)系統(tǒng) ?分類依據(jù) 根據(jù)儲水構造劃分 根據(jù)水的流動特征 —以介質(zhì)場為依據(jù) —以滲流場為依據(jù) ?系統(tǒng)發(fā)育史 共同的地質(zhì)演變歷史 共同的地下水演變歷史 —地層形成史一致。 礦化度或總固體溶解物 (TDS） ? 定義： 地下水中各種離子 、 分子與化合物的總量 。 ……DDT 、六六六（總量）、林丹（ γ六六六）、 2， 4滴、七氯、呋喃丹、敵敵畏（含敵百蟲）。 ③ 重金屬組分 ： Hg、 Cu、 Pb、 As、 Cd、 Mn、 Zn、 Ni、 Co、 Cr6+、總 Cr、 V、 W、 Sr、 Ba、 U、 Ra、 Se、 Al3+等。 全國地下水污染防治規(guī)劃 —— 調(diào)查指標 全國地下水污染防治規(guī)劃 ——調(diào)查指標 （ 1） ① 感官指標 ：肉眼可見物、顏色、嗅、味、透明度、渾濁度、色度、水溫等。 簡分析： 除物理性質(zhì)（色、味、嗅、透明度、懸浮物等）外，主要定量分析： HCO SO2 Cl、 Ca2+、 Mg2+、 總硬度、 pH、 K++Na+ 及 礦化度。 344223 2)( N a H C OC a S OSONaH C OCa ???? 地下水的化學特征 七 、 人為活動的作用 （ 影響 ） 人類活動對地下水化學成分的影響： 1） 人類生活與生產(chǎn)活動產(chǎn)生的廢棄物污染地下水； 2） 人為作用大規(guī)模地改變了地下水形成條件 ， 從而使地下水化學成分發(fā)生變化 。 ? 結果： 可能發(fā)生化學反應而形成化學類型完全不同的地下水 ， 如淺部的 HCO3Ca型水與深部的 SO4Na型水 ， 由于導水斷層的溝通而相遇時 ， 將形成一種新的 HCO3— Na型水 ： 兩種水的混合也可能不產(chǎn)生明顯的化學反應 ， 如當高礦化的 ClNa型海水與低礦化的 HCO3CaMg型地下水混合 ， 基本上不產(chǎn)生化學反應 。 五 、 陽離子吸附交替作用 ? 影響因素 2） 水中陽離子的濃度 例如：在海水入侵大陸時可以發(fā)生如下反應： 3）巖土本身吸附能力的大小 主要取決于其比表面積（ 1克重的巖土顆粒表面積），比表面積越大，則巖土本身吸附能力就越大，交替吸附能力越強；反之，交替吸附能力越弱。 ? 影響因素 1） 陽離子本身吸附能力的大小 水中吸附能力大的陽離子可以交替巖土顆粒表面吸附能力小的陽離子。 尋找油田的輔助標志。 Ca2+(Mg2+) + 2HCO3 → CO2↑+ H2O + CaCO3↓ 結果： 引起地下水中 Ca2+ 、 Mg2+、 HCO CO2減少；礦化度下降 ； pH下降（略有變化） 四 、 脫硫酸作用 定義： 指還原環(huán)境中 ， 有有機質(zhì)存在時 ， 脫硫酸細菌使 SO42還原成 H2S， 引起水質(zhì)發(fā)生變化的過程 。 理想模式圖 Company Logo 丘陵 傾斜平原區(qū) 低平原 濃縮作用 水流遲緩 礦化度高、 ClNa 過渡區(qū) 礦化度中、 SO4MgCa 地下水化學特征具有分帶性 溶濾作用 水交替迅速 礦化度低、 HCO3Ca 由于地下水化學成分形成作用受區(qū)域自然地理與地質(zhì)條件的影響，地下水的化學特征往往具有一定的分帶性（空間上的）。 ? 濃縮作用 （ 過程 ） ——理想的蒸發(fā)濃縮模式 ? 水份失去過程 → 鹽分相對濃集 ， 化學成分的變化 （ 實際上與上述理想模式是不同的 ） ? 地下水在蒸發(fā)過程中 ， 水分失去還有補充；鹽分積累也有補充 。 這是由 溶濾作用的階段性決定 ！在由多種鹽類組成的巖石中： 早期 ： Cl鹽最易溶于水中 → 隨水帶走； 中期： 巖土貧 Cl鹽類， 繼續(xù)作用 ，較易溶 SO42鹽類被溶入中 → 隨水帶走： 晚期： 貧 SO42鹽類， 持續(xù) 作用， 巖土中只剩較難溶的碳酸鹽類。 ?停滯與流動很緩慢的地下水，溶解能力最終會降為零，溶濾作用停止。 （ 水巖作用 ） ? ? 1）巖土性質(zhì) ? 礦物組分： （如：石灰?guī)r HCO3Ca水、花崗巖 HCO3Na水 ) ? 礦物組分的可溶性 （溶解度、溶解速度） 組分溶解度的差異導致易溶先進入水中，難溶的后進入水中 ? 空隙特征： ：缺乏裂隙的致密基巖，水難于與礦物鹽類接觸，因此溶濾作用難以發(fā)育 一、 溶濾作用 ——影響因素 ?2）水性質(zhì) ? 水的溶解能力（ TDS， O CO2氣體組分，水的流動性） 水中已溶組分的多少 —水中鹽份含量增高，溶解能力降低 水中某些氣體組分 O2—增加硫化物的 … ， CO2—增加碳酸鹽類 ... 水交替強度 水交替強度越大，地下水的溶解能力就越大；反之溶解能力就越小。 其結果是：巖土 失去 部分可溶物質(zhì) ， 地下水中 獲得相應 的化學成分使水中 TDS↑ 。 ?人類活動： 在化石燃料 （ 煤 、 石油 、 天然氣 ） ， 導致大氣中的 CO2增加 ， （ 增長 20%） 引起溫室效應 。 ??? N XeKrAr 地下水的化學特征 氣體成分 地下水中常見的氣體成分 硫化氫（ H2S）、甲烷（ methane, CH4） 這兩種氣體都是在較封閉環(huán)境中，在有機質(zhì)與微生物參與的 生物化學過程 中形成。 ? 說明是大氣成因的；若比值小于 ，則說明是生物或變質(zhì)成因的。一般用電導率表示，電導率為電阻率的倒數(shù)，單位是 S/cm(西門子每厘米 )。當水中的溶解的鹽類成分的數(shù)量增多時，水的比重增大。 地下水的物理特征 五、氣味：地下水中含有不同成分的氣體及有機質(zhì)時，地下水便具有不同的氣味；如硫化氫為臭雞蛋味，腐殖質(zhì)多則有霉草味，氧化亞鐵為鐵腥味。如二氧化碳或碳酸鈣時清涼可口，硫酸鈣為澀味，氯化鎂為苦味。 地下水的物理特征 二、顏色：水本無色，太深時才顯示出淡藍色；含有其他離子、分子之后才會顯示出不同的顏色，如氧化鐵為暗紅色，氧化亞鐵為淺藍綠色，有機質(zhì)為瑩黃色、灰黃色，硫化氫為翠綠色。如華清池為 43℃ ，長白山的撫松溫泉為 61℃ ，海南的官塘溫泉為 7990℃ ，而西藏的羊八井溫度則高達 150160℃ 。 1℃ ）； 3）增溫帶中的水溫隨其賦存于循環(huán)深度的增加而升高。 地下水的物理特征 一、溫度： 地溫梯度：一般在 ℃ /100m之間，一般為 3℃ /100m。 研究許多地質(zhì)作用時都不能不涉及地下水的化學作用 。 ? 化學成分： 氣體成分 、 離子成分 、 膠體物質(zhì) 、 有機質(zhì)等 。 在自然界 水循環(huán)過程 中 ， 地下水與大氣圈 、 水圈與生物圈同時發(fā)生著水量和 化學成分的交換 。 d0孔徑 ? 從公式 即得出： – K與巖石性質(zhì) 有關 K ∝ （ d02， ne） – 與流體物理性質(zhì)有關 K ∝ （ γ/μ） 表 31列出常見巖石滲透系數(shù)的參考值 e20 nd32 μγK ?Company Logo 滲透系數(shù) 滲透系數(shù) K 表 31 松散巖石滲透系數(shù)參考值 松散巖石名稱 滲透系數(shù)（ m/d） 松散巖石名稱 滲透系數(shù)（ m/d） 亞粘土 ~ 中砂 5~20 亞砂土 ~ 粗砂 20~50 粉砂 ~ 礫石 50~150 細砂 ~ 卵石 100~500 Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質(zhì)學基礎 第四章 地下水的理化特征及其形成作用 主講教師：王 濤 ? 概述 ? 地下水不是純的 H2O， 而是 天然溶液 ， 含有各種組分 。 （ 2）有效孔隙度 ne給水度 μ ？ Company Logo 過水斷面 ω與實際過水斷面 ω’ 實際過斷面（ ω’） 過水斷面（ ω） 地下水實際流線 基于滲透流速的流線 水力梯度 水力梯度 （ I） （ hydraulic gradient） v 水力學中 水力坡度 （ J） :單位距離上的水頭損失 v 是沿滲流途徑上的水頭損失與 相應的滲流長度 之比 LhLΔHLHHI2121 ?????gupZH22??? ?v 物理涵義 上來看 I：代表著滲流過程中 ， 機械能的損失率 ，由水力學中水頭的概念加以分析： v 在地下水滲流研究中 任意點的水頭表達式 總水頭 測壓水頭 速度水頭 機械能 勢 能 動 能 水力梯度（ I） ? 在 達西實驗 中 ： 水力梯度 gupZH221111 ??? ??111pZH ??其原因是 u2/2g 很小而忽略 v 在 地下水滲流研究 中常 ： ? 總水頭 ? 測壓水頭 (包括位置水頭和測壓高度 ) 我們 仍然用 △ H = H1H2 代表該程 L1—2 上的總水頭損失， I — 則為總能量損失率 v 滲流過程中總機械能的損耗原因（與水力學相近） ? 流體的粘滯性引起的 ——內(nèi)摩擦阻力（分子間） ? 固體顆粒表面與水流之間的摩擦阻力 水力梯度 水力梯度（ I） 從達西公式 : V = KI 來看 ： ?當 I 增大時， V 也愈大； ?即流速 V 愈大，單位滲流途徑上損失的能量也愈大 。 ? 意義： 研究水量時 ， 只考慮水流通過的總量與平均流速 ， 而不去追蹤實際水質(zhì)點的運移軌跡 —— 簡化的研究 過水斷面比較 Company Logo 過水斷面 ω與實際過水斷面 ω’ 過水斷面（ ω） 實際過水斷面（ ω’） ω’＝ ω ne (1)有效空隙度 ne為 重力水 流動的空隙體積 (不包括結合水占據(jù)的空間 )與巖石體積比。I （ 3） V稱為 滲透流速 （ seepage velocity \Darcy velocity ） – 達西定律中由此看出： – 滲透流速與水力梯度是一次方成正比 – 故達西定律又稱為線性滲透定律 V— I關系圖 轉下頁 V——I 曲線 砂樣 V I O 1 2 V = K v由水力學 中水動力學基本原理： （ 2） Q = K I ω Company Logo 達西定律（ Darcy’s law） ? 滲透流速 – 根據(jù)水力學 ， 流速與流量的關系對上式轉化： Q = ω Company Logo 達西定律（ Darcy’s law） 達西定律 —線性滲透定律 （ linear law） ? — 法國水力學家 ， 1856年通過大量的室內(nèi)實驗得出的 。