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水文地質條件

標籤:礦床水文地質

水文地質指自然界中地下水的各種變化和運動的現象。水文地質學是研究地下水的科學。它主要是研究地下水的分佈和形成規律,地下水的物理性質和化學成分,地下水資源及其合理利用,地下水對工程建設和礦山開採的不利影響及其防治等。隨著科學的發展和生產建設的需要,水文地質學又分為區域水文地質學、地下水動力學、水文地球化學、供水水文地質學、礦床水文地質學、土壤改良水文地質學等分支學科。近年來,水文地質學與地熱、地震、環境地質等方面的研究相互滲透,又形成了若干新領域。

1課程性質

《水文地質學》是地質工程專業一門必修的專業基礎課。課程的主要任務是培養大家從水文循環的基本原理出發,獲得水文地質學的基礎知識和基本研究方法,能初步運用所學知識解決工程地質工作中與地下水有關的問題,要求大家掌握地下水形成、分佈和運移規律,地下水的動態與均衡以及水化學相關問題;了解該領域研究狀況及與其他學科的關係。為今後從事與地下水有關的實際工作或科學研究打下基礎。
《水文地質學》是地質學的一個分支,是研究地下水(Groundwater)的一門學科,它是對地質環境中地下水的發生、運動及其水化學特性上的研究。主要研究與岩石圈、水圈、大氣圈、生物圈以及人類活動相互作用下地下水水量和水質的時空變化規律,並研究如何運用這些規律去興利除害,為人類服務。

2研究對象

地下水
利:①分佈廣泛,便於就地開採使用;②潔凈、不易被污染,水質普遍較優;③不佔用地表空間;④動態比較穩定;⑤供水量受氣候變化影響較小,具有較大到調蓄能力等。
害:①不合理的灌溉可造成次生鹽鹼化;②過量開採,可造成:在沿海地區,海水入侵,水質惡化;地面沉降,使區內建築物失去穩定;不同含水層之間誘發水力聯繫,產生水的混合作用,使水質惡化;岩溶區地面塌陷;③其它,如礦坑涌水、基礎及邊坡的穩定問題等。
功能:①資源(不難理解);②生態環境因子;③災害因子(乾旱或洪水);④地質營力(滑坡、泥石流等);⑤信息載體(找礦等)。

3發展史

開發利用歷程
初期:地下水開發地點分散且數量較少階段,主要進行地下水水源地的勘查,通過勘查論證地下水的開發方案。
中期:地下水處於連片開發,且水源地相互干擾明顯增大的階段,將區域性大面積地下水資源評價列為論證地下水合理開發的重要工作。
後期:地下水需求量與其多年平均補給量相接近,且需求量還在不斷增長的階段,將包括技術管理、政策和法規制定的地下水管理列為支持地下水合理開發的重點工作。同時,還將研究人工回灌補給地下水及地表水、地下水聯合運用等問題,注意加強地下水資源保護,實施地下水系統管理。

4發展簡史

人類探索除水害、興水利的歷史,猶如人類的文明史那樣悠久。在生產實踐中,特別在與水旱災害的鬥爭中,人類不斷觀測各種水文現象,思考和研究它們的規律,積累起關於水的豐富知識,逐漸形成並不斷發展了水文科學。
水文學源遠流長,經歷了漫長的醞釀時期,而它的飛躍發展則是一個世紀的事。同自然科學的許多學科相似,人們還難以找出公認的里程碑,把水文科學的歷史進程劃分成若干明確的階段。我們只是順著它前進的足跡,大體劃分為:
⑵奠基時期
歐洲文藝復興帶來的科學思想的解放和科學技術的進步,為水文科學發展成為獨立的學科奠定了基礎。這一時期,水文儀器的發明使水文觀測進入了科學的定量觀測階段。
1663年雷恩和胡克創製了翻斗式自記雨量計,1687年哈雷創製測量水面蒸發量的蒸發器,1870年埃利斯發明旋槳式流速儀,1885年普賴斯發明旋杯式流速儀。這些近代水文儀器使流量、流速、蒸發、降水的觀測達到了相當的精度,利用這些近代水文儀器進行水文觀測的各種水文站陸續出現。
1746年,中國在黃河老壩口設立了全國第一個正規水位站,開始系統觀測水位,並進行報汛。這些成就使水文現象的觀測視野在深度和廣度上空前擴大,為水文科學在理論上的發展創造了條件。
在這一時期,近代水文科學理論開始逐漸形成。1674年佩羅提出了水量平衡的概念,成為水文科學最基本的原理之一;1738年伯努利父子發表水流能量方程,1775年謝才發表明渠均勻流公式;1802年道爾頓建立了研究水面蒸發的道爾頓公式;1856年,達西發表了描述孔隙介質中地下水運動的達西定律;1851年莫萬尼提出了匯流和徑流係數的概念,並發表了計算最大流量的著名推理公式。
這些科學理論的創立,為水文科學在河道水流、蒸發、地下水運動、徑流形成和水文循環等領域的發展奠定了理論基礎,它表明人類對水文現象的認識已由萌芽時期那種膚淺零星的知識,發展到了比較深刻系統的知識。同時也表明,人類對地球上水的運動、變化規律的探索,已發展到以大量觀測事實為基礎,進行假說、演繹和推理,進而建立各理論體系的近代科學方法論。
19世紀末,專門水文研究機構開始出現,一些國家開始出版水文年鑒。弗里西著的《河流水文測驗方法》、福雷爾著的《日內瓦湖湖泊志》、馬略特著的《水的運動》等水文學專著陸續出版。這些著作總結了當時水文觀測和理論研究的成就,標誌著水文科學作為一門近代科學已奠定基礎。
⑷現代水文學
20世紀50年代以來,社會生產規模空前擴大,科學技術進入了新的發展時期,並正在出現新的技術革命,人類改造自然的能力迅速增強,人與水的關係已經由古代的趨利避害,和近代較低水平的興利除害,發展到了現代較高水平的興利除害的新階段。這個新階段賦予水文科學以新的動力和新的特色。
首先,由於人類對水資源的突出需求,水文科學的研究領域正在向著為水資源最優開發利用的方向發展,以期為客觀評價、合理開發、充分利用和保護水資源提供科學依據。
其次,大規模的人類活動對自然水體,進而對自然環境正在產生多方面的影響。研究和評價人類活動的水文效應和這種效應的環境意義,揭示人類活動影響下水文現象的規律,進而探討水文分析的新方法和新途徑,防止人類活動對水文循環的影響朝著不利於人類生存環境的方向發展,這一切正在成為水文科學面臨的新課題。
另外,現代科學技術使獲取水文信息的手段和分析水文信息的方法有了長足的進步。例如,遙感技術的應用,使同時觀測大範圍內的宏觀水文現象成為可能;核技術的應用使人們能夠獲得微觀水文信息;水文模擬方法、水文隨機分析方法、水文系統分析方法,使人們研究水文現象的能力發展到新的水平;尤其是電子計算機的應用,使水文科學從水文觀測到基本規律的研究,由人力和機械操作,發展到以電子計算機為核心的自動化。
水文科學和其他科學之間的邊緣科學正在不斷興起,學科間的空隙逐漸得到填補。同時,人們開始看到,水已成為影響社會發展的重要因素。水在表現它的自然屬性的同時,它的社會屬性也日益表現出來,並逐漸為人們所認識。因此,水文科學將有可能發展成為具有自然科學和社會科學雙重性質的一門綜合性科學。
總的來講,水文學從它所隸屬的學科領域看,作為地球物理科學的一個分支,主要研究地球系統中水的存在、分佈、運動和循環變化規律,水的物理、化學性質,以及水圈與大氣圈、岩石圈和生物圈的相互關係;作為水利學科的重要組成部分,主要研究水資源的形成、時空分佈、開發利用和保護,水旱災害的形成、預測預報與防治,以及水利工程和其他工程建設的規劃、設計、施工、管理中的水文水利計算技術。

5分類

水文學開始主要研究陸地表面的河流、湖泊、沼澤、冰川等,以後逐漸擴展到地下水、土壤水、大氣水和海洋水。
① 傳統水文學按研究的水體來進行劃分:河流水文學、湖泊水文學、沼澤水文學、冰川水文學、海洋水文學、地下水水文學(水文地質學)、土壤水文學、大氣水文學等。
② 由水文學採用的實驗方法,派生出三個分支學科:水文測驗學、水文調查、水文實驗。
③ 由水文研究內容分為:水文學原理、水文預報、水文分析與計算、水文地理學、河流動力學等。
④ 作為應用科學,水文學分為:工程水文學、農業水文學、土壤水文學、森林水文學、城市水文學等。
⑤ 隨新科學、新技術的發展和引進,出現新分支:隨機水文學、模糊水文學、灰色系統水文學、遙感水文學、同位素水文學等。

6發展過程

儘管19世紀已開始使用水文地質學一詞,但到20世紀初科學家Mead才給出這個術語一個廣泛的含義:水文地質學是研究地表以下水的發生與運動。20世紀50年代末期到80年代早期這將近30年的時間裡,水文地質學一下子成熟了,成為地球科學羽翼豐滿的一員。1960年之前,水文地質學主要是地質學家的領域,作為一個自然科學家,對於控制地下水流動的因素和規律,毫無興趣或者知之甚少,任憑差分方程式去加以描述。另一方面,工程師在估算井的單位出水量和總出水量時,只顧得計算,處於岩層「透水」和「不透水」之間的灰域之中,無所適從。
20世紀50年代晚期到60年代早期
也許是由於偶然的巧合,也許是由於下意識地交流滲透,絕對隔水性的觀念受到來自兩個分支的強烈質疑——工程師們從評價含水層和井的出水量出發產生疑問,而地質學家在研究盆地地下水流動時發現了問題。雅可布、漢圖斯、諾曼(Neuman)、威瑟斯龐等,引入並發展了越流含水層的概念,並將其擴展到盆地尺度的含水層系。自然科學分支這邊,托特的均質的「統一盆地」被弗里澤和威瑟斯龐 「非均質化」了,通過數值模擬,揭示了不同形態、不同規模含水岩系的基本流動型式。兩方面共同的最終結論是,岩體存在水力連續性。基於岩體存在水力連續性的結論,很快人們就認識到,存在著時空尺度差別很大的流動系統,而每個系統具有自己的作用過程與伴隨現象。於是,統一的觀念誕生了,不斷流動著的地下水是一種地質營力。
⑴ 形成與轉化:
闡述地下水起源與形成的基本知識(包括地下水的賦存條件),並探討大氣水、地表水、土壤水與地下水相互轉化、交替的基本規律。
⑶飽水帶及包氣帶中水分和溶質的運動:
主要研究地下水流的基本微分方程,包括地下水向井、渠的流動,以揭示地下水位和水量的時空變化規律。同時探討包氣帶水與地下水溶質運移的基本方程。
⑸ 資源計算與評價:
分別討論局部開採區和區域性大面積開採區地下水資源評價的主要方法,並具體介紹有關含水層參數測定及地下水補給量和排泄量的計算方法。同時,闡述地下水水質評價的有關知識。
研究方法:
數學物理方法和概率統計方法兩類。
地下水資源勘查項目參照執行的技術標準

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