水文地质学基础习题完善版

1、水文地质学：水文地质学是研究地下水的科学。它研究地下水与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质在时空上的变化规律，并研究如何运用这些规律去兴利避害，为人类服务。

2、地下水：地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。

二、填空题

1、水文地质学是研究 地下水 的科学。它研究 岩石圈 、 水圈 、大气圈、生物圈及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律。

2、地下水的功能主要包括：资源、生态环境因子、灾害因子、地质营力、或 信息载体。

三、问答题

1、水文地质学的研究对象

答：（1）地下水赋存条件；（2）地下水资源形成条件及运动特征；（3）地下水的水质；（4）地下水动态规律；（5）地下水与环境的相互关系；（6）地下水资源的开发利用。

第二章  地球上的水及其循环

一、名词解释：

1、水文循环：发生于大气水、地表水和地壳岩石空隙中的地下水之间的水循环。水文循环的速度较快，途径较短，转换交替比较迅速。

2、地质循环：发生于大气圈到地幔之间的水分交换

3、径流：降落到地表的降水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。

二、填空

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。

三、问答题

1、简述水文循环的驱动力及其基本循环过程？

    水文循环的驱动力是太阳辐射和重力。

    地表水、包气带水及饱水带中浅层水通过蒸发和植物蒸腾而变为水蒸气进入大气圈。水汽随风飘移，在适宜条件下形成降水。落到陆地的降水，部分汇聚于江河湖沼形成地表水，部分渗入地下，部分滞留于包气带中，其余部分渗入饱水带岩石空隙之中，成为地下水。地表水与地下水有的重新蒸发返回大气圈，有的通过地表径流和地下径流返回海洋。

第三章  岩石中的空隙与水分

一、名词解释

1、孔隙度：单位体积岩土（包括空隙在内）中空隙所占的比例  

2、裂隙：各种应力作用下，岩石破裂变形产生的空隙。

3、溶穴：可溶的沉积岩原有的裂隙或孔隙在地下水溶蚀下产生的空洞。

4、结合水：受固相表面的引力大于水分子自身重力的水。

5、重力水：重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力，因而能在自身重力作影响下运移的水。

6、毛细水：受毛细力作用保持在岩石空隙中的水。

7、容水度：岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积的比值。

8、给水度：地下水位下降单位体积，释出水的体积和疏干体积的比值

9、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

二、填空

1、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。

2、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 。

3、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 。

4、岩石裂隙按成因分为：成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙。

5、地下水按岩层的空隙类型可分为：孔隙水、裂隙水、和岩溶水。

6、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。

7、岩性对给水度的影响主要表现为空隙的 大小 与 多少 。

8、松散岩层中，决定透水性好坏的主要因素是 孔隙 大小；只有在孔隙大小达到一定程度，孔隙度 才对岩石的透水性起作用。

三、问答题

1、简述影响孔隙度大小的主要因素，并说明如何影响？

影响孔隙度大小的因素有：颗粒排列情况、分选程度、颗粒形状及胶结程度。

    排列方式愈规则、分选性愈好、颗粒形状愈不规则、胶结充填愈差时，孔隙度愈大；反之，排列方式愈不规则、分选性愈差、颗粒形状愈规则、胶结充填愈好时，孔隙度愈小。

2、影响给水度的因素有哪些，如何影响？

    影响给水度的因素有岩性、初始地下水位埋深、地下水位降速。

岩性主要表现为决定空隙的大小和多少，空隙越大越多，给水度越大；反之，越小。初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上升高度时，地下水下降后给水度偏小。地下水位下降速率大时，释水不充分，给水度偏小。

3、影响岩石透水性的因素有哪些，如何影响？

    影响因素有：岩性、颗粒的分选性、孔隙度。

岩性越粗、分选性越好、孔隙度越大、透水能力越强；反之，岩性越细、分选性越差、孔隙度越小，透水能力越弱。

4、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种形式水所占的比例。空隙越大，结合水所占的比例越小，则容纳、释出及透水能力越强，持水能力越弱；反之，空隙度越小，结合水所占的比例越大，则容纳、释出及透水能力越弱，持水能力越强。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。

第四章  地下水的赋存

一、名词解释 

1、包气带：地表以下一定深度的地下水面以上的部分称为包气带，其中存在气态水、结合水和毛细水。

2、饱水带：地表以下一定深度的地下水面以下的部分称为饱水带

3、含水层：饱水并能传输与给出相当数量水的岩层。

4、隔水层：不能传输与给出相当数量水的岩层、

5.弱水层：本身不能给出水量，但是垂直层面方向能够传输水量

6.越流：相邻含水层通过期间的相对隔水层发生水量交换

7.含水系统：由隔水或相对隔水边界圈围的，内部具有统一水力联系的赋存于地下水的岩系

8、潜水：饱水带中第一个具有自由表面且具有一定规模的含水层中的重力水。

9、承压水：充满于两个隔水层之间的含水层中的水。

10、承压高度：揭穿隔水顶板的钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离。

11、测压水位：揭穿隔水顶板的井中静止水位的高程。

12、贮水系数：测压水位下降（或上升）一个单位深度，单位水平面积含水层释出（或储存）的水体积。

13、上层滞水：当包气带局部隔水层之上积聚的具有自由表面的重力水。

二、填空 

1、包气带自上而下可分为 土壤水带、中间带和毛细水带。

2、地下水的赋存特征对其水量、水质时空分布有决定意义，其中最重要的是 埋藏条件和含水介质 类型。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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 。

7、承压含水层排泄时，减少的水量表现为含水层中水的密度 变小 及含水介质空隙 缩减 。

三、问答题

1、简述包气带特征？

（1）包气带一般含有结合水、毛细水、气态水、过路重力水；

（2）包气带自上而下可分为土壤水带、中间带和毛细水带；

（3）包气带水来源于大气降水的入渗、地面水渗漏和地下水通过毛细上升输入的水分，以及地下水蒸发形成的气态水。

（4）包气带水的运移受毛细力和重力的共同影响。

2、简述饱水带特征？

   （1）饱水带一般含有重力水和结合水。

   （2）饱水带的水体是连续分布的，能传递静水压力。

（3）饱水带水在水头差的作用下可以发生连续运动。

3、潜水有哪些特征？

（1）具有自由水面，潜水面上任意一点均受大气压力作用，不承受静水压力，因此是无压水。

（2）含水层上面不存在完整的隔水（弱透水）顶板，可以通过包气带直接接受大气降水和地表水的补给，而且分布区与补给区一致。

（3）在重力作用下，由高水位向低水位运动。

（4）排泄除流入其它含水层外，还通过径流和蒸发进行排泄。

（5）水量、水位等动态变化受气象和水文因素影响。

（6）水质主要取决于大气、地形及岩性条件。

4、承压水有哪些特征？

（1）含水层中的水承受静水压力。

（2）主要通过大气降水和地表水补给，分布区与补给区不一致。

（3）参与水循环不如潜水积极，受气象和水文因素影响小，动态变化不显著。

（4）水质取决于埋藏条件及其与外界联系的程度。

5、简述含水层形成的必要条件

（1）岩层必须具有相当的空隙空间。岩石的空隙越大，数量越多，连通性越好，储存和通过的重力水就越多，就越有利于形成含水层，如砂砾层等。

（2）必需具备储存地下水的地质结构。一个含水层的形成必须要有透水层和不透水层组合在一起，才能形成含水地质结构。

（3）必须具有充足的补给水源。若缺乏补给水源，即使该岩层具有很好的空隙空间和储水结构，也不能形成良好的含水层。

6、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。

（1）含水层是指能够透过并给出相当数量水的岩层。隔水层：不能透过与给出水，或者透过与给出的水量微不足道的岩层。这两个定义没有给出区分含水层与隔水层的定量指标，定义具有相对性。

（2）在利用与排除地下水的实际工作中，区分含水层与隔水层，应当考虑岩层所能给出水的数量大小是否具有实际意义。例如：某一岩层能够给出的水量较小，对于水量丰沛、需水量很大的地区，由于远不能满足供水需求，而被视为隔水层；但在水源匮乏、需水量小的地区，同一岩层能够满足实际需要，可被视为含水层。而隔水层的“微不足道”，在实际问题中是相对“时间尺度”而言的；当时间足够长时，“隔水层”都会透过一定数量的水，具有透水性。

四、材料题 

（一）潜水等水压线图

1、根据下列图1的三图分析指出（A）、（B）、（C）各河的河水与潜水的相互关系及潜水流线。

答案要点：

（A）图：河流右侧为地下水（潜水）补给地表水（河流）；左侧侧地表水（河流）补给地下水（潜水）。

（B）图：地表水（河流）补给地下水（潜水）。

（C）图：地下水（潜水）补给地表水（河流）。

地下水流线见图2

图1

图2

2、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。

答案要点：

（1） 地下水的流向为垂直等水位线从高到低的方向，故本区河谷两岸地下水均指向河流，属地下水补给地表水。 

（2）

（3）d ＝ 88-84 ＝ 4m ，即在 C 点处达 4m 就可见到地下水。

（4）D 点有泉水出露，属下降泉（侵蚀下降泉）。

 3、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 10 m；

（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=12 m／d。 

答案要点：

（1）龙江两岸潜水的流向见图中箭头所示。河流西部为潜水补给河流，东部为河流补给潜水。

（2）。

（3）渗透系数（m／d）。 

（二）承压水等水压线图

1、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）。 

答案要点：

（1）垂直等水压线由高水位指向低水位（见图）。

（2）HA=37–20.5=16.5m（承压水头即承压高度=侧压水位标高–含水层顶板标高）

（3）hB=66–23=43m（含水层埋深=地形标高–含水层顶板标高）

（4）初见水位hC=19m，承压水位hC=37m 

2、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。 

答案要点：

（1）垂直等水压线由高水位指向低水位（见图）。

（2）hP=46–38=8m（含水层埋深=地形标高–含水层顶板标高）

（3）在 P 点打井，其稳定水位即为揭穿隔水顶板的井中静止水位的高程，等于侧压水位标高，所以为44m

（4）自流水范围为承压水测压水位高于地形标高（见图红线范围内）。

3、读某地承压水等水压线图，回答下面问题。

（1）P处承压水的流向是（    ）

    A．自西北向东南；B．自东北向西南；C．自西南向东北；D．自东南向西北

（2）a、b、c、d四口水井中，井水水位海拔最高的20070410

是（    ）

    A．a；B．b ；C．c；D．d

（3）a、b、c、d四口水井中，挖得最浅的是（    ）

    A．a；B．b；C．c；D．d

答案要点：（1）B；（2）A；（3）D

第五章  地下水运动的基本规律

一、名词解释

1、渗流场：地下水在岩石空隙中的运动称为渗流，发生渗流的区域称为渗流场。

2、层流运动：在岩层空隙中流动时，水的质点作有秩序的、互不混杂的流动。

3、紊流运动：在岩层空隙中流动时，水的质点作无秩序地、互相混杂的流动。

4、稳定流：水在渗流场内运动，各个运动要素（水位、流速、流向）不随时间改变。

5、非稳定流：水在渗流场中运动，各个运动要素随时间变化的水流运动。

6、有效空隙度：重力水流动的孔隙体积与岩石体积之比。

7、水力梯度：沿等水头面（线）法线方向水头降低方向）的水头变化率。

8、渗透系数：水力坡度等于1时的渗透流速。

9、流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上由一系列流线和等水头线组成的网。

10、流线：流场中某一瞬时的一条线，线上各水质点此时的流向与此线相切。

11、迹线：渗流场中某一段时间内某一质点的运动轨迹。

12、层状非均质：介质场内各岩层内部渗透性相同，但不同岩层介质渗透性不同。

二、填空

1、根据地下水流动状态，地下水运动分为 层流 和 紊流 。

2、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 。

3、水力梯度为定值时，渗透系数 愈大 ，渗透流速就 愈大 。

4、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 。

5、流网是由一系列 流线 与 等水头线 组成的网格。

6、 流线 是渗流场中某一瞬时的一条线，线上各水质点在此瞬时的流向均与此线相切。 迹线 是渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。

7、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 。

8、流线总是由 补给区（源 ）指向 排泄区（汇 ）。

9、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 。

三、问答题

1、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？

（1）假想水流的性质，包括密度、粘滞性等和真实的地下水流相同，但它充满了既包括含水层空隙的空间，也包括岩石颗粒所占据的空间。

（2）假想水流运动时，在任意岩石体积内所受的阻力等于真实水流所受的阻力。

（3）假想水流通过任一断面的流量及任一点的压力或水头和实际水流相同。

2、流线和迹线有什么不同？

流线是流场中某一瞬时的一条线，线上各水质点的流向与此线相切，是同一时间不同质点的连线。而迹线是渗流场中某一质点在一段时间内的运动轨迹。

流线可看作多个水质点的摄影，迹线则是某一水质点运动所拍的电影。

3、简述流网的作用。

（1）判断地下径流的强弱。

（2）判断地下水的补给与排泄。

（3）在地下水污染治理中，可追踪污污染物质的运移。

（4）根据某些矿体溶于水的标志成分的浓度分析，确定深埋于地下的盲矿体的位置。

4、简述汇制流网图的一般步骤？

   （1）根据边界条件绘制容易确定的等水头线和流线。

   （2）流线总是由源指向汇。

   （3）根据流线和等水头线正交在已知流线和等水头线间插入其它部分。

四、材料题 

1、已知一等厚、均质、各向同性的承压含水层，其渗透系数为15 m/d，孔隙度为0.2，沿着水流方向的两观测孔A、B间距L=1200m，其水位标高分别为Ha=5.4m，Hb=3m。试求地下水的渗透速度和实际速度。

答案要点：

由题意得：

( m/d)

( m/d)

2、在等厚的承压含水层中，实际过水断面面积为400m2的流量为10000m3/d，含水层的孔隙度为0.25，试求含水层的实际速度和渗透速度。

答案要点：

由题意得：

( m/d)

( m/d)

3、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。

答案要点：

  由题意得：A、B、C的水位标高分别为：90m、80m和100m，那么AB、BC、AC三边的水力梯度分别为：0.01、0.02、0.01，即CB为通过三角形ABC的地下水流的方向，其水力梯度为0.02。

4、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

（2）在甲、乙处各打一口井，要求井的深度不同，且甲井水位比乙井水位高。试在图上表示出两口井如何打，并标出井水位。

（3）写出图示条件下的潜水均衡方程式，并注明式中各项的物理意义。

（4）停止降水后，河水位变化如图2 中所示，试说明观1 孔潜水位动态变化特征，并在图2 中用实线画出观1 孔水位变化曲线。

图2

图3

答案要点：

（1）、（2）见图3。

（3）Q 降雨入渗－Q 河＝△ω

（4）如图4，最初观1 孔水位下降速度比河水慢，后期比河水快。

图4

4、画出下面降雨入渗条件下河间地块剖面的流网（画出流线、等水头线、分水线，标出钻孔中的水位）。并回答可以获得哪些信息？

答案要点：

    （1）流线、等水头线、分水线，钻孔中的水位见上图。

    （2）获得信息主要有：①由分水岭到河谷，流向从由上向下到接近水平再向上；②在分水岭地带打井，井中水位随井深加大而降低，河谷地带井水位则随井深加大而抬升；③由分水岭到河谷，流线愈来愈密集，流量增大，地下径流加强；④由地表向深部，地下径流减弱；⑤由分水岭出发的流线，渗透途径最长，平均水力梯度最小，地下水径流交替最弱，近流线末端河谷下方，地下水的矿化度最高。

第六章  毛细现象与包气带水的运动

一、名词解释 

1、毛细压强：凹形弯液面产生的附加压强。

2、毛细饱和带：在潜水面之上有一个含水量饱和的带。

二、填空

1、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。

2、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 。

3、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 。

三、问答题 

1、为什么包气带中渗透系数随着含水量的降低而迅速变小？

（1）含水量降低，实际过水断面随之减小；

    （2）含水量降低，水流实际流动途径的弯曲程度增加；

（3）含水量降低，水流在更窄小的孔角通道及孔隙中流动，阻力增加。

2、毛细饱水带与饱水带有哪些区别？

    毛细饱水带是在表面张力的支持下饱水的，不存在重力水，打井时打到毛细饱水带时，没有水流入井内；饱水带的水主要是重力水，井打到饱水带时，在重力作用下，水能流入井内。

3、包气带水与饱水带水运动的区别是什么？

（1）饱水带只存在重力势，包气带同时存在重力势与毛细势 

（2）饱水带任一点的压力水头是个定值，包气带的压力水头则是含水量的函数；

（3）饱水带的渗透系数是个定值，包气带的渗透系数随着含水量的降低而变小。

第七章  地下水的化学成分及其形成作用

一、名词解释

1、总溶解固体：溶解在水中的无机盐和有机物的总称

矿化度：溶于水中的离子。分子与化合物的总和

2、溶滤作用：在水与岩土相互作用下，岩土中一部分物质转入地下水中，这就是溶滤作用。

3、浓缩作用：由于蒸发作用只排走水分，盐分仍保留在余下的地下水中，随着时间延续，地下水溶液逐渐浓缩，矿化度不断增大的作用。

4、脱碳酸作用：地下水中CO2的溶解度随温度升高或压力降低而减小，一部分CO2便成为游离CO2从水中逸出，这便是脱碳酸作用。

5、脱硫酸作用：在还原环境中，当有有机质存在时，脱硫酸细菌能使硫酸根离子还原为硫化氢的作用。

6、阳离子交换吸附作用：一定条件下，颗粒将吸附地下水中某些阳离子，而将其原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，这便是阳离子交替吸附作用。

7、混合作用：成分不同的两种水汇合在一起，形成化学成分与原来两者都不相同的地下水，这便是混合作用。

8、总硬度：水中所含钙离子和镁离子的总量。

9、暂时硬度：指水中钙离子和镁离子与碳酸根离子和重碳酸根离子结合的硬度。

10、永久硬度：指水中钙离子和镁离子与氯离子、硫酸根离子和根离子结合的硬度。

二、填空

1、地下水中含有各种 气体、离子、胶体物质、有机质 以及微生物等。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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 。

6、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。

7、地下水的物理性质主要包括：温度、颜色、透明度、嗅味 和 味道。

8、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。

三、问答题 

1、溶滤和溶解有什么相同点和不同点？

相同点：岩土中的可溶性物质溶于水中。

不同点：溶滤不破坏岩石的完整性，也未破坏矿物的结晶格架，只是一部分可溶物质溶于水。溶解则是组成岩土矿物的一切元素按原来的比例全部转入水中。

2、简述发生浓缩作用应具备的条件。

（1）干旱或半干旱的气候；

（2）低平地势控制下较浅的地下水位埋深；

（3）有利于毛细作用的细小的松散岩土；

（4）地下水流动系统的势汇—地下径流的排泄处。

3、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？

阳离子交替吸附作用不仅取决于地下水中阳离子与岩土颗粒表面的吸附能力，还与离子的相对浓度、颗粒比表面积的大小及水的酸碱度有关。海水中的钠离子浓度大大高于岩土颗粒表面的钙离子，使得钠离子的交替吸附能力超过了阳离子，因此水中钠离子反过来置换岩土颗粒表面吸附的钙离子。

4、地下水全分析项目有哪些？

    重碳酸根离子、硫酸根离子、氯离子、碳酸根离子、根离子、亚根离子、钙离子、镁离子、钾离子、钠离子、氨离子、亚铁离子、铁离子、硫化氢、二氧化碳、耗氧量、值、干固残余物。

5、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）分类原则：根据地下水中6种主要离子（K+合并于Na+）及TDS划分，含量大于25%毫克当量的阴离子与阳离子进行组合。依据离子含量划分为49种类型，依据矿化度划分为A、B、C、D 4组。

（2）命名方法：离子含量划分49种类型的数字放在前面，矿化度（TDS）4组放在后面，如1-A型水为TDS小于1.5g/L的HCO3-Ca型水。

（3）优缺点：

①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。

    ② 缺点：以25%毫克当量划分的依据带有人为性；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；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。

四、材料题 

1、某第四纪沉积物覆盖下的花岗岩中出露一温泉，假定承压含水层满足等厚、均质、各向同性，其渗透系数为15 m/d，有效孔隙度为0.2，沿着水流方向的补给区内观测孔A和泉出露点B间距L=1200m，其水位标高分别为HA=5.4m，HB=3.0m。

泉出露点B的地下水化学分析的结果见表5-1，补给区内观测孔A的水化学分析的结果见表5-2。 

表5-1  温泉水化学分析结果

（1）试求地下水的渗透速度和实际速度。

（2）分别写出两水样的库而洛夫式。

（3）利用舒卡列夫分类法对两水样进行分类命名。

（4）试分析由补给区到排泄区地下水可能经受的化学成分形成作用。

答案要点：

（1）根据达西定律：，由于=15m/d，，因此，m/d，又由于，所以实际流速 m/d。

（2）B处泉水：；补给区A处：

（3）B处泉水：7-A型，即低矿化度的HCO3—Na型水；补给区A处：1-A型，即低矿化度的HCO3—Ca型水。

（4）可能经受了脱硫酸作用、浓缩作用，阳离子交替吸附作用。

2、某地下水水化学分析结果见表1，试回答下列问题：

表1  某地地下水水化学分析结果

（2）写出库尔洛夫式；

（3）进行舒卡列夫分类。

答案要点：

（1）矿化度为：192.9 mg/L=0.1929 g/L。

（2）库尔洛夫式为：

（3）舒卡列夫分类为：46-A型，即低矿化度的Cl—Na+ Ca型水。

3、某地区地表为厚约10米的第四纪沉积物，由沙土和亚粘土组成，下伏花岗岩体。一温泉源于花岗岩裂隙含水层中，并通过第四系溢出地表，其水化学成分用库尔洛夫式表示为：，已知温泉补给区的地下水库尔洛夫式为：

试分析由补给区到排泄区，地下水主要经受了哪些化学成分的形成作用？

答案要点：

对温泉和温泉补给区的地下水库尔洛夫式的比较（即两处的化学成分及其含量的比较），有以下的结论：

第八章  地下水的补给与排泄

一、名词解释 

1、入渗系数：每年总降水量补给地下水的份额。

2、越流：相邻含水层通过其间的弱透水层发生水量交换。

3、泉：地下水的天然露头，地下水面或者地下含水通道与地形面相切时，地下水呈点状或散点状涌出地表形成的

4、上升泉：由承压含水层排泄形成的泉。

5、下降泉：由潜水或上层滞水排泄形成的泉。

6、侵蚀（下降）泉：由于地形切割地下水面而出露

7、接触泉：地形切割达到含水层隔水底板时，地下水被迫从两层接触处形成的泉。

8、溢流泉：水流前方出现相对隔水层，或下伏相对隔水层底板抬升时，地下水流动受阻，溢流地表

9、断层泉：地形面切割导致水断裂，断裂带测压水位高于地面时出露成泉

10、接触带泉：岩脉或岩浆岩侵入体与围岩的接触带，地下水沿冷凝收缩形成导致水通道出露

11、地下水的泄流：当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄，称作地下水泄流。

12、蒸腾：植物生长过程中,经由根系吸收与地下水有联系的包气带水分,传输到叶面转化成气态水逸失于大气

二、填空 

1、地下水补给的研究包括 补给来源、补给条件 与 补给量 。

2、地下水的天然补给来源有 大气降水、地表水、凝结水、其它含水层或含水系统的水。包气带主要通过 岩性 和 厚度 影响大气降水补给地下水。

3、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 。

4、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。

5、根据泉的成因，下降泉可分为 侵蚀泉 、接触泉 与 溢流泉。

6、上升泉按其成因可分为 侵蚀泉 、 断层泉 与 接触带泉 。

7、影响潜水蒸发的因素是 气候、潜水埋深、包气带岩性 及 地下水流动系统的规模。

8、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。

三、问答题

1、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）两种形式为：捷径式和活塞式。

    （2）两者不同点：

    ①活塞式下渗是年龄较新的水推动其下的年龄较老的水，始终是老水先到达含水层；捷径式下渗时新水可以超前于老水到达含水层；

    ②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。

2、含水层之间进行水量交换时，必须具备有水力联系，常见的联系形式有哪几种？

（1）直接接触 

    （2）天窗；

（3）导水断层；

（4）止水不良的钻孔；

（5）越流。

3、地下水的补给与排泄对地下水的水质是如何影响的？

    （1）地下水补给对水质的影响主要取决于补给源的水质。

    （3）径流排泄是盐随水走；蒸发排泄是水走盐留。

四、材料题 

1、指出图1中泉的类型。

答案要点：

（1）下降泉：a、b为侵蚀泉，c为接触泉，d、e、f、g为溢出泉；

（2）上升泉：h为侵蚀泉，i为断层泉，j为接触泉。

图1

2、如图2所示，回答下列问题。

（1）写出三个泉的名称；

（2）试比较含水层A 与含水层B 作为供水水源地的条件优劣。

已知：1 号泉流量为1m3/s；2 号泉流量为2 m3/s；3 号泉流量为3 m3/s。（多年平均值）

图2

答案要点：

（1）1 号泉——溢流泉；2 号泉――侵蚀（上升泉）；3 号泉――侵蚀（上升泉）

（2）对于含水层A，补给条件好于含水层B，储存资源小，调节性差。对于含水层B，补给条件取决于补给区以上的汇水条件，而含水层B 的储存资源较丰富，供水的调节性好。因此，作为供水源地，含水层A 和B 结合起来更有利于供水的持续性和稳定性。

3、有一潜水含水层，潜水位为100m，其下部有一承压含水层，测压水头为80m，二含水层之间有一层10m厚的弱透水层，其垂向渗透系数为0.001m/d，试计算单位时间水平面积上的越流量。

答案要点：

（m3/d）

式中，Q——单位水平面积上的越流量（m3/d）；K——渗透系数（m/d）；I——水力梯度；F——发生越流的弱透水层分布面积（m2）

4、有一潜水含水层，潜水位为80m，其下部有一承压含水层，测压水头为70m，二含水层之间有一层5m厚的弱透水层，测得单位水平面积上的越流量为0.01 m3/d，试计算弱透水层的垂向渗透系数。

答案要点：

    由，知（m/d）

第九章  地下水系统

一、名词解释

1、地下水含水系统：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系。

2、地下水流动系统：指由源到汇的流面群构成的，具有统一时空演变过程的地下水体。

二、问答题

1、地下水含水系统与地下水流动系统有哪些异同点？

    （1）共同点：①两者都摆脱了长期统治水文地质界的含水层思维，不再以含水层作为基本的功能单元；②力求用系统的观点去考查、分析与处理地下水问题。

   （2）不同点：①地下水含水系统的圈定，通常以隔水或相对隔水的岩层作为系统边界流动系统以流面为边界；②流动系统受人为因素影响比较大；含水系统受人为影响小。③控制含水系统发育的，主要是地质结构；控制地下水流动系统发育的，是自然地理因素。

2、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，由上至下：势能除克服摩擦消耗部分能量外，势能→压能转化；由下至上：部分储存的压能释放转化为势能。 

（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。

3、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）与相背分流处（准滞留带）：水流发生变化，常成为水化学积聚区或圈闭带；

（4）具有明显的垂直与水平分带性：  地形复杂同时出现局部、中间、区域流动系统，以垂直分带为主，地形变化简单区呈水平分带。 

三、材料题 

图1中有一个由隔水断层和弱透水层围成的均质各向同性孔隙含水层，补给区接受大气降水补给。区域内发育泉A和B，而钻孔W1～W4的滤水管均位于孔底。

回答下列问题：

（1）比较W3和W4钻孔水位高低；

（2）指出泉A和B属于上升泉还是下降泉；

（3）图2中的两个泉流量曲线分别属于泉A和B，请指出哪一个（实线或虚线）属于泉A，哪一个（实线或虚线）属于泉B；

（4）如果在W4中投入某放射性物质，在W1和W2中哪个孔最先观察到?

答案要点：

（1）W3的钻孔水位低，W4钻孔水位高，由于W4的钻孔深度相对于W3的要深，所以承受的压力更大，水被压上来的高度越高，即钻孔水位高。

（2）泉A是上升泉，B是下降泉。

（3）虚线属于泉A，实线属于泉B。一次降水过后，泉B先得到补给，泉流量会先出现高峰；而泉A由于是承压含水层的水补给，所以要过一段时间才能有较多的水量补给，出现高峰。

（4）如果在W4中投入某放射性物质，在W1孔最先观察到，因为含水层中的水径流方向是斜向下的，某放射性物质随径流先到达W1孔的下部，所以在W1孔最先观察到该放射性物质。

第十章  地下水的动态与均衡

一、名词解释

1、地下水动态：在与环境相互作用下，含水层各要素（如水位、水量、水化学成分、水温）随时间的变化。

2、地下水均衡：某一时间段内某一地段内地下水水量（盐量、热量、能量）的收支状况。

3、均衡区：进行均衡计算所选定的区域。

4、均衡期：进行均衡计算的时间段。

5、正均衡：某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（或盐量、热量）的收入大于支出，表现为地下水储存量（或盐储量、热储量）增加。

6、负均衡：某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（或盐量、热量）的支出大于收入，表现为地下水的储存量（或盐储量、热储量）减少。

二、填空

1、表征地下水动态要素有 水位、水量、水化学成分、水温 。

2、地下水要素之所以随时间发生变动，是含水层 水量、盐量、热量、能量 收支不平衡的结果。

3、潜水动态可分为 蒸发型、径流型 及 弱径流型 三种类型。

4、陆地上某一地区地下水量收入项一般包括 大气降水量、地表水流入量、地下水流入量、水汽凝结量 。

5、陆地上某一地区地下水量支出项一般包括 表水流出量、地下水流出量、蒸发量 。

三、问答题

1、影响潜水动态的地质因素有哪些? 如何影响？

    影响因素有：包气带厚度与岩性、给水度。

    包气带岩性细，厚度大时，相对于降水，地下水位抬升的时间滞后与延迟愈长；反之，地下水位抬升的时间滞后与延迟小。给水度愈小，水位变幅愈大，反之，给水度愈大，水位变幅愈小。

2、影响承压水动态的地质因素有哪些? 如何影响？

    影响因素有：含水层的渗透性和厚度、给水度、补给区范围、隔水顶底板的垂向渗透性。

    离补给区近时，水位变化明显；远离补给区，水位变化微弱，以至于消失。补给范围越大，含水层的渗透性越好，厚度越大，给水度越大，则波及的范围愈大；反之，波及范围小。隔水顶底板的垂向渗透性越好，地下水位变幅越大；反之，越小。

3、写出潜水均衡方程? 并说明各项的意义？

潜水均衡方程式的一般形式为：

式中，——潜水的变化量；——降水入渗补给量；——地表水入渗补给量；——凝结水补给量；——上游断面潜水流入量；——下伏承压含水层越流补给潜水水量；——潜水蒸发量；——潜水以泉或泻流形式排泄量；——下游断面潜水出流量。

四、材料题 

1、某一干旱地区的山前平原，平原与山地边缘为洪流形成的沉积物—洪积扇，在山前地带洪积扇的顶部、洪积扇与平原接触地带及远离山前的平原地带打3个钻孔取水样，水化学分析的结果显示：阴离子有HCO3–、SO42– 、Cl–，阳离子有Na+ 、Ca2+，矿化度也有明显的变化。

水源地（均衡区）位于平原地带，区域面积为100Km2，年平均降水量为600mm，降水入渗系数为0.2，地下水位埋深较浅，蒸发强度为 0.00008 m3/ (m2.d)。有一条河流补给地下潜水，河床的补给长度为8Km，单宽流量为5m3/ (m.d)，水源地开采量为每年2千万m3。

回答以下问题：

（1）根据盆地边缘洪积扇中潜水的埋深和水质的特点，将地下水分为哪几个带？

（2）试述山前盆地边缘洪积扇的顶部至盆地中心地下水水化学成分的变化情况，并简单分析发生这种变化的原因。

（3）列出该水源地进行水均衡计算的表达式。

（4）根据收入项和支出项，计算该水源地是正均衡还是负均衡？

答案要点：

（1）洪积扇顶部到前缘，根据潜水埋深可分为潜水深埋带、溢出带和潜水下沉带；根据水质特点可分为盐分溶滤带、盐分过路带和盐分堆积带。

（2）山前地带气候相对湿润，洪积扇中颗粒较粗大，地形坡度大，潜水埋深大，以溶滤作用为主，形成低矿化度的HCO3—Ca型水；盆地中心地带气候相对干燥，地形坡度小，潜水埋深小，以蒸发作用为主，易形成高矿化度的Cl—Na型水；洪积扇与盆地接触地带气候条件、颗粒大小和潜水埋深介于上两者之间，易形成中等矿化度的SO4—Ca或SO4—Na型水。

（3）本水源地为典型的有人类活动影响的干旱、半干旱平原均衡区，水均衡方程式如下：

式中：—降水入渗补给量；—地表水入渗补给量；—潜水蒸发量；—开采量；—潜水存储变化量

（4）本均衡区的收入项为降水入渗补给量、地表水入渗补给量；支出项为潜水蒸发量，开采量。根据题意可知：

=0.6×0.2×108×=1.2×107（m3）；

=5×8000×365=1.46×107（m3）；

=0.00008×108×365=0.29×107（m3）；

=2.0×107（m3）。

收入项=2.66×107（m3）＞支出项=2.29×107（m3），因此，本均衡区为正均衡。

2、某水源地开采区为正方形，边长为15Km，区域面积为225 Km2。多年平均降水量为740mm，降水入渗系数为0.2，开采区西部和北部约180 Km2的地区，地下水位埋深2~3m，蒸发强度为 0.00008 m3 / (m2•d)，其它区无蒸发，南部和西部为补给边界，其单宽流量分别为5 m3 / (m•d)和10 m3 / (m•d)，北部和东部为隔水边界，水源地开采量为每天700000 m3，进行均衡计算，确定该水源地是正均衡还是负均衡。

答案要点：

以下用每天的收入与支出来计算：

（1）收入项

降水入渗补给量（）= （0.74 × 225× 106 ×0.2）/365 = 92.5× 103（m3/d）

南、西部地表水补给量（）= （5+10）× 15× 103 = 225 ×103 （m3/d）

（2）支出项

蒸发量（）= 0.00008× 180× 106 = 14.4 × 103（m3/d）

开采量（）= 700 × 103（m3/d）

收入项=317.5×103（m3/d）＜支出项=714.4×104（m3/d）。因此，本均衡区为负均衡。

第十一章  孔隙水

一、名词解释

1、孔隙水：赋存于松散沉积物颗粒构成的孔隙之中的地下水。

二、填空 

1、天然状态下的洪积扇中，由山口向平原地下水排泄由 径流 为主转化到以 蒸发 为主。

2、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 。

3、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 。

三、问答题

1、孔隙水的特点？

（1）水量在空间分布相对均匀，连续性好；

（2）孔隙水一般呈层状分布；

（3）同一含水层中的孔隙水具有密切的水力联系和统一的地下水面；

（4）孔隙水的流动大多数呈层流，符合达西定律。

2、洪积扇中地下水一般分几个带？各带有何特征？

洪积扇中地下水一般分三个带：

（1）潜水深埋带：①位于洪积扇顶部，地形坡度较陡，岩性粗；②具良好的渗透性及补给径流条件和储水空间；③地下水埋藏较深，蒸发作用很弱；④地下水化学成分的形成以溶滤作用为主，水化学类型多为重碳酸盐水，矿化度低；⑤其水位动态变化大。

（2）溢出带：①位于洪积扇中部，地形变缓，岩性变细；②渗透性、补给、径流条件均变差；③由于渗透性变弱而阻挡，地下水埋藏浅，蒸发作用加强，潜水位接近地表形成泉和沼泽；④地下水化学类型多为重碳酸硫酸盐水，或硫酸重碳酸盐水为主，矿化度增高；⑤水位动态变化小。

（3）潜水下沉带：①位于洪积扇前缘，地形变平，岩性更细；②渗透性很弱，降水补给量小，径流缓慢使地下水长期处于停滞状态；③由于地表水的排泄和强烈的的蒸发作用，地下水埋深又略增大；④地下水化学类型多为氯化物水或氯化物硫酸盐水，矿化度高；⑤水位动态变化小。

3、黄土中地下水的特点？

（1）黄土的垂向渗透性比水平渗透性大

（2）黄土塬中赋存的地下水比黄土梁、峁较为丰富;

（3）黄土中地下水埋深比较大;

（4）黄土中地下水水质较差，矿化度较高。

第十二章  裂隙水

一、名词解释 

1、裂隙水：赋存并运移于裂隙基岩中的地下水。

2、成岩裂隙水：赋存并运移于成岩裂隙中的地下水。

3、风化裂隙水：赋存并运移于风化裂隙中的地下水。

4、构造裂隙水：赋存并运移于构造裂隙中的地下水。

5、等效多孔介质方法：把裂隙介质近似概化成孔隙介质，采用多孔介质方法加以计算模拟

二、填空

1、裂隙水按其介质中空隙的成因可分为 成岩裂隙水、风化裂隙水 和 构造裂隙水。

2、构造裂隙网络的裂隙按其规模可分为三个级别：微小裂隙、中裂隙 和 大裂隙。

3、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。 

三、问答题

1、裂隙水有哪些特点？

（1）水量在空间分布不均匀，连续性差

（2）裂隙水的分布形式可呈层状，也有的呈脉状;

（3）裂隙水的水力联系差，往往无统一的地下水面;

（4）裂隙流动具明显的各向异性。

2、构造裂隙水有哪些特点？

（1）构造裂隙水往往分布不均匀，具各向异性

（2）构造裂隙水可层状也可脉状;

（3）构造裂隙水可以是潜水，也可以是承压水;

（3）局部流向与整体流向不一致。

3、试述构造裂隙发育的影响因素及水文地质意义。

构造裂隙是在地壳运动过程中岩石在构造应力作用下产生的，它是所有裂隙成因类型中最常见、分布范围最广、与各种水文地质工程地质问题关系最密切的类型，是裂隙水研究的主要对象。

    构造裂隙的张开宽度、延伸长度、密度以及导水性等在很大程度上受岩层性质（如岩性、单层厚度、相邻岩层的组合情况）的影响。在塑性岩石如页岩、泥岩、凝灰岩、千枚岩等之中常形成闭合乃至隐蔽。这类岩石的构造裂隙往往密度很大，但张开性差，延伸不远，缺少对地下水贮存特别是传导右意义的“有效裂隙”，多构成相对隔水层；只有在暴露于地表之后经过卸荷及风化才具有一定的贮水及导水能力。脆性岩石，其构造裂隙一般比较稀疏，但张开性好、延伸远，具有较好的导水性。沉积岩的裂隙发育情况与其胶结物成分及颗粒的粒度有一定的关系。

第十三章  岩溶水

一、名词解释 

1、岩溶：水对可溶岩进行化学溶解，并伴随以冲蚀作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表形成各种独特的地貌以及特殊的水文现象称为岩溶。

2、岩溶水：赋存并运移于岩溶化岩层中的水。

二、填空

1、岩溶可划分为 地表岩溶 和 地下岩溶。

2、常见的地下岩溶形态有 溶孔、溶蚀裂隙、溶洞 和 管道。

3、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。

4、岩溶的发育基本上可划分为三个阶段：起始阶段、快速发展阶段 及 停滞衰亡阶段。

5、 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。

三、问答题

1、为什么说地下水径流条件是控制岩溶发育最活跃最关键的因素？

    可溶岩、水、二氧化碳体系的能量输入通过地下水不断的入渗补给来实现。这一体系的物质输出即溶解碳酸钙的排出也必须依靠水的径流和排泄来完成。因此地下水的循环交替是保证岩溶发育的充要条件。

2、裸露区碳酸盐岩层中，地下水的流动系统可以划分为几个系统? 各个系统的岩溶发育状况如何？

    分为：非饱和流动系统、局部流动系统和区域流动系统。

    非饱和流动系统，以垂直岩溶发育为主;

    局部流动系统，以水平岩溶发育为主，水交替强烈，岩溶最发育;

    区域流动系统，径流弱，岩溶发育弱。

3、岩溶水有哪些特征？

（1） 空间分布极不均匀；

（2）岩溶水具各向异性；

（3）岩溶水的运动，通常是层流和紊流共存；

（4）局部流向和整体流向常常不一致；

（5）岩溶水的补给，通常以垂直岩溶通道为主，排泄常以泉的形式排泄；

（6）岩溶水水位随季节变化大。

第十四章  地下水资源

一、名词解释

1、地下水资源：能够长期稳定地供出一定数量的地下水量。

2、补给资源量：含水系统的地下水多年平均年补给量。

3、储存资源量：含水系统地下水多年平均低水位以下的重力水体积。

二、填空

1、地下水资源具有 系统性、可恢复性 及 调节性 和变动性等特征。

2、地下水资源可分为 补给资源 和 储存资源 两类。