【正文】 非穩(wěn)定流： 指各個運動要素隨時間變化的水流運動 。 紊流運動 ： 在巖石空隙中滲流時，水的質(zhì)點無秩序地、互相混雜的流動 。 滲流場： 指發(fā)生滲流的區(qū)域 。 承壓含水層局部 H1－初見水位 H2－承壓水位 H－承壓水頭 h－承壓水位埋深 承壓水等水位線圖 如圖中 A點： 地形標(biāo)高 103m，承壓水位 91m，含水層頂板標(biāo)高 83m。 3）承壓水的水位、水量、水質(zhì)及水溫等受到氣象水文因素季節(jié)變化的影響不顯著。 A－補(bǔ)給區(qū) B－承壓區(qū) C－排泄區(qū) 特征： 1）承壓水的分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)是不一致的。 潛水等水位線圖 可解決如下問題： 1）決定潛水的流向； 2）求潛水的水力坡度；3）確定潛水的埋藏深度； 4）提供合理的取水位置； 5）推斷含水層巖性或厚度變化； 6）確定地下水和地表水的相互補(bǔ)給關(guān)系； 7）確定泉水出露點和沼澤化范圍。 ? 4）潛水的排泄有以泉的形勢排泄和通過蒸發(fā)的方式進(jìn)行排泄。 潛水面形狀受地形影響 。 在寒冷地區(qū)易引起道路凍脹和翻漿 . 潛水 (phreatic water) 1－砂層 2－隔水層 3－含水層 4－潛水面 5－基準(zhǔn) 面 埋藏在地面以下第一個穩(wěn)定隔水層之上具自由水面的重力水 。 – 給水度、持水度與孔隙度三者間關(guān)系： – μ + Sr=n 給水度小結(jié) Company Logo 二 、 水理性質(zhì) 透水性 （ permeability） —— （ 先自學(xué)一下 ） 反映巖土透過水的能力 后續(xù)講 “ 地下水的運動 ” 時再討論 巖石空隙直徑越大 — 透水能力越強(qiáng) — 透水性越好 ！ 巖石的水理性質(zhì) 地下水類型 地下水埋藏類型 上層滯水 (perch ground water ) 包氣帶中聚集在局部隔水層之上的重力水 . 特征：接近地表，接受大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式或向隔水底板邊緣排泄。 ? 當(dāng)?shù)叵滤怀跏悸裆?大于 支持毛細(xì)水帶高度時 H0 ＞＞ hc ,可達(dá)最大 μ值 ? 土層含水量曲線分析：當(dāng)水位埋深足夠大時 ， 土層給水度不發(fā)生變化 （ 為定值 ） ， 此時給水度 — 也是最大理論給水度 巖石的水理性質(zhì) Company Logo 二 、 水理性質(zhì) （ 2） 影響給水度 —— μ值的因素 3) 與地下水位下降速度有關(guān) – 地下水位下降快慢會影響到 μ 的大小 —— （ 下降快 μμ理 、 下降慢 μ→μ理 ） 這是因為釋水滯后 ， 而導(dǎo)致的釋水減量 4) 土層結(jié)構(gòu) – 均質(zhì)土特征與上述討論一致 – 巖土層為層狀非均質(zhì)土?xí)r ， 往往會影響 μ 值 ， – 多層狀土的特征而言 ， 上粗下細(xì) ， 上細(xì)下粗結(jié)構(gòu)影響是不同的 。 定義 2： 當(dāng)?shù)叵滤幌陆狄粋€單位高度時 ， 單位水平面積巖石柱體 ， 在重力作用下釋放出來的水體積 ， 稱為給水度 。 – 保持下來的水主要是什么水？ ? 影響因素： 與給水度的影響因素相同 ， 在下面介紹 。 %100?? VVW wV?? ?? 巖石的水理性質(zhì) ? 二 、 水理性質(zhì) 持水度 （ specific retention） Sr 巖石的持水能力 —— 最大保持水分的能力 – 定義 1： 飽水巖石在重力作用下釋水，巖石中保持住的水體積與飽水巖石總體積之比。 – 飽和差： 飽和含水量與實際含水量的差值。 ? 3） Wg與 Wv間的關(guān)系 在水的比重為 1時，若巖石的干容重（單位體積干燥巖石的重量）為 ，則有： Wg 容水度 —— nr ？ 兩者有何關(guān)系 – 一般情況下，容水度在數(shù)值上與孔隙度（裂隙率、巖溶率）相等，但在如下情況下，二者不相等： – 對于吸水后體積發(fā)生收縮或膨脹的土粒： 吸水后膨脹時， nr n 吸水后收縮時， nr n 含水量 （ water content） w ? 巖石 實際保留水分的狀況 （ 是某巖樣某時的含水狀態(tài) ） ， 又稱巖石的天然含水量 1）重量含水量（ Wg）： 巖石孔隙中所含水份的重量（ Gw）與干燥巖石重量（ Gs）之比。 就水文地質(zhì)學(xué)來說 ， 主要涉及是與水分 儲容 、釋出與運移 有關(guān)的性質(zhì) 包括： 容水度 、 含水量 、 持水度 、 給水度 ? 二 、 水理性質(zhì) 容水度和孔隙度 （ porosity） nr ? 巖石完全飽水時 ， 所能容納的最大水體積 與巖石總體積之比 （ 反映巖石最大含水能力 ） 孔隙度 —— n。 上升高度與水面上部的巖石孔隙性質(zhì)有關(guān) b) 懸掛毛細(xì)水 （ suspension capillary water ） 脫離水面 ， 巖石細(xì)小孔隙中保留的水分 ， 稱為懸掛毛細(xì)水 上細(xì)下粗砂礫試樣的例子 。 ? 毛細(xì)力的方向： 作用方向始終指向彎曲液面的凹側(cè)（ p44） ?毛細(xì)力的大小： 毛細(xì)力大小與彎液面的曲率成正比（曲率大 ,毛細(xì)力大 。 bulk water） ? 遠(yuǎn)離固相表面 ， 水分子受固相表面吸引力的影響極其微弱 ， 主要受自身重力影響 。 ? （ 3） 性質(zhì) 結(jié)合水具有固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì) ， 即在自身重力作用下不能運動 ， 在外力作用下能夠移動 （ 運動 ）及變形 ， 也可以說其具有一定的 抗剪強(qiáng)度 。 孔隙大小均勻 ， 裂隙大小懸殊 ， 溶穴大小極懸殊 ? 空隙比率 — 孔隙介質(zhì)最大 ， 裂隙最小 ? 空隙滲透性 — 孔隙介質(zhì) 各向同性 ， 裂隙與溶穴 各向異性 造成空隙介質(zhì)上述差異的主要原因： 沉積物形成和空隙形成的 環(huán)境 空隙特征的對比 Company Logo 巖石空隙中的水 存在形式： 氣態(tài) 固態(tài) 液態(tài) 設(shè)想實驗 ：材料 （ 小石子 、 細(xì)管 ） +水 （ 水杯 ） （ 1） 在小石子之上滴上幾滴水 ， 小石子上就會有殘留水 ？ （ 2） 在飽水試樣中 ， 小石子上和小石子上孔隙間的水 ？ （ 3） 將玻璃細(xì)管插入水中 ， 取出 ， 管中殘留水 ？ 通過上述 3例及圖示 → 空隙中水的存在形式： 結(jié)合水 —— （ absorbed water, bound water） 重力水 —— （ gravitational water。 溶穴 %100??VVK KkCompany Logo 空隙特征的比較 ? 含水介質(zhì) —— 由各類空隙所構(gòu)成的巖石稱為 含水介質(zhì) （ 孔隙含水介質(zhì) 、 裂隙含水介質(zhì) 、 溶穴含水介質(zhì) ） 。 式中： F ：代表性露頭地段巖石面積 bi ：第 i條裂隙寬度 Li：第 i條裂隙長度 裂隙 %1001 ?????FlbKniiiaCompany Logo 溶穴 （ cavity） cavern –在裂隙基礎(chǔ) ， 水流對可溶巖進(jìn)一步作用的結(jié)果 —— 是 擴(kuò)大了的裂隙 溶穴 ：溶蝕的裂隙 ， 有溶孔 、 溶隙 、 溶洞等 –巖溶巖體 ：要描述裂隙特征及巖溶發(fā)育特征 （裂隙 +溶洞） 1）巖溶發(fā)育方向 2）溶蝕率 鉆孔巖溶發(fā)育程度 3）溶洞（方向、規(guī)模等） 溶穴 溶穴 （ cavity） cavern –巖溶率 Kk ：為溶穴的體積（ VK ）與包括溶穴在內(nèi)的巖石體積（ V ）的比值。 ? ② 線裂隙率 KL ：一般用于野外測定 指與裂隙走向垂直方向上單位長度內(nèi)裂隙所占的比例。 ? 集合體與集合體結(jié)合構(gòu)成 粘性土 的沉積結(jié)構(gòu)特征 ? 粘土孔隙：孔隙大小除與顆粒大小及排列有關(guān) ， 還與 結(jié)構(gòu)孔隙 、 次生孔隙有關(guān) 。 ? 分選程度差 ， 顆粒大小愈懸殊 ， 孔隙度愈小 。 顆粒形狀 、 膠結(jié)與充填 也會影響孔隙度 。 Company Logo 孔隙 砂礫石的孔隙度 （ porosity） 及其影響因素 ? 完全混合試樣： 孔隙度 n混 =n礫 n砂 （ 請自己推導(dǎo)證明 ） 具體指當(dāng)某種巖石由兩種大小不等的顆粒組成 ， 且 粗大顆粒之間的孔隙 ， 完全為細(xì)小顆粒所充填時 ， 則此巖石的孔隙度等于由粗粒和細(xì)粒單獨組成時的巖石的孔隙度的乘積 。 通常用 n 表示 ? ？ 問： 孔隙度的大小與什么有關(guān) ？ ? —— 與顆粒大小有關(guān) ？ a. 與排列方式有關(guān) —— 緊密與疏松 理想最疏松孔隙度為 %(立方體排列 )緊密排列孔隙度為 %（ 四面體排列 ） 。 Company Logo 孔隙 （ pore） 指松散巖石顆粒或顆粒集合體之間的空隙 。 （以小數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示） 的大小可以反映流域內(nèi)降水轉(zhuǎn)化為地表徑流的效率。T 式中： Q：流量（ m3/s）； T：時間（ s） 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 徑流 （ 2） 徑流要素 （ 主要針對地表徑流 ， 但對地下徑流也可以適用 ） ? 徑流模數(shù)（ M） ： 單位流域面積平均產(chǎn)生的流量，單位為 L/s Company Logo 徑流 （ 2） 徑流要素 （ 主要針對地表徑流 ， 但對地下徑流也可以適用 ） ? 流量（ Q）： 單位時間內(nèi)通過河流某一斷面的水量，單位為 m3/s，公式為： Q=F ? 分水嶺： 指相鄰兩個流域之間地形最高點的連線，這是地表水的分水嶺。 ? 水系： 指匯注于某一干流的全部河流的總體構(gòu)成的一個地表徑流系統(tǒng)。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 降水 （ 3） 天氣 、 氣候的概念 ? 天氣： 指某地區(qū)在某時刻（或短暫的時間段內(nèi)如 1小時，幾小時， 1天等）各種氣象因素綜合影響所決定的大氣物理狀態(tài) ? 氣候： 指某區(qū)域的天氣平均狀態(tài)，一般指多年平均狀態(tài)，并以氣象要素的多年平均值表征，稱為該區(qū)域的氣候。 （ 2）降水量 ? 氣象部門用雨量計測定降水量，以某地區(qū)在某時間段內(nèi)的降水總量平鋪于該區(qū)地面得到的水層高度 mm數(shù)表示。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 降水 （ 1） 概念 ? 指空氣中的水汽含量達(dá)到飽和狀態(tài)時，超過飽和限度的水汽便凝結(jié)，并以液態(tài)或固態(tài)的形式降落于地面，這就是降水。 公式： d=Ee 飽和差越大，則蒸發(fā)越大。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 蒸發(fā) （ 3） 影響水面蒸發(fā)速度 、 強(qiáng)度的因素 ? 主要有 氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速 等，其中主要取決于 氣溫與絕對濕度的 對比關(guān)系，更具體地講，主要取決于相對濕度的大小，相對濕度越小，飽和差越大，則蒸發(fā)速度越快。氣象部門測定蒸發(fā)量的方法是：用蒸發(fā)皿裝上水，測定一定時期內(nèi)的蒸發(fā)水量，并用水柱高度的 mm數(shù)表示，如：北京的多年平均年蒸發(fā)量為 1102mm。 （ 2） 類型 有 土面蒸發(fā) 、 水面蒸發(fā)和葉面蒸發(fā) （ 蒸騰 ） 。 影響水文循環(huán)的氣象、水文因素 Company Logo 濕度 （ 2） 濕度的分類 ? 露點 指當(dāng)溫度下降至某一值時，水汽含量達(dá)飽和， 亦即