水文地质学（附分析题答案）

水文地质学基础复习题

一、名词解释

径流：

孔隙概念：某一体积岩土（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。

结合水：分布在颗粒表面受静电引力大于重力，而不能在自身重力作用下发生运动的那部分水。

重力水：固体表面结合水层意外的水分子，时候重力影响大于固体表面的吸引力，在中立作用下运移。

毛细水：指的是地下水受土粒间孔隙的毛细作用上升的水分（ 毛细现象：在液体表面张力作用下，毛细管中水位上升一定高 度的现象）

容水度 ：岩土完全饱水时所能容纳的水的体积与岩土体积的比值。 给水度：地下水位下降单位体积时，释出水的体积和疏干体积的比值。

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。

包气带：地下水面以上，未被水充满的岩层。

饱水带：地下水面以下。饱水带中地下水存在形式：饱水带岩石空隙全部为液态水所充满。

含水层：定义：饱含水的透水层，或能够透过并给出相当数量水的岩层 隔水层：不透水的岩层，或不能透过并给出一定水量的岩层。

潜水：赋存在地面以下，第一个区域性隔水层之上，而且有自由水面的水称作潜水。 承压水：充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水。

上层滞水：当包气带存在局部隔水层(弱透水层)时，局部隔水层(弱透水层)上会积聚具有自由水面的重力水，为上层滞水。

承压高度：稳定水位与个税顶板高程指尖的差值。

测压水位:如果在某处打井那么刚渗透出水的位置叫做初见水位层，此时停止挖掘如果该处地下水存在承压水或者上层滞水那么此后井中水位不断上升，到一定高度后便稳定下来，不再上升，此时该水面的高程称为稳定水位，也即该点处承压含水层的承压水位（也叫测压水位

贮水系数：是指承压水测压水位下降或上升一个单位深度时单位水平面积含水层所释放或储存的水的体积.。

渗流场：发生渗流的区域（渗流区）

水力梯度： 沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值。

渗透系数：岩石渗透性能的定量指标，在数值上等于单位水力梯度条件下的渗流速度 流网：在渗流场中某一典型剖面或切面上，由一系列等水头线与流线组成的网格。 流线：渗流场中某一瞬间的一条曲线，曲线上各水质点在此瞬间的流向均与此线相切。

（某时刻各点流向的连线）

迹线：渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。（水质点运动过程，稳定流条件下，流线与迹线重合）

毛细压强：弯液面产生的附加压强称为毛细压强 毛细饱和：最宽大的控系统到被支持毛细水充满的范围.

总溶解固体:地下水中所含种离子、分子与化合物的总量。(有机物和无机盐的总称) 总硬度：水中Ca2+、Mg2+的总含量

暂时硬度：水煮沸时（脱碳酸作用），因形成碳酸盐沉淀而失去的一部分Ca2+、Mg2+含量 永久硬度：水煮沸后仍留在水中的Ca2+、Mg2+含量 入渗系数：气降水补给地下水的份额，常以小数表示。

越流：具有一定水头差的相邻含水层，通过其间的弱透水岩层发生水量交换的过程。通常发生于松散沉积物中，粘性土层构成弱透水层。

泉：下水的天然露头，多为“点”，属径流排泄。泉的出露是地形、地质与水文地质条件有机结合的结果 上升泉：承压水的排泄

下降泉：潜水或者上层滞水的排泄

侵蚀泉：地形切割到潜水面二出露，包括潜水含水层及揭露承压水隔水顶板。 接触泉：水流在前方受阻，水位抬升，溢流成泉

溢流泉：水流前方出现相对隔水层或者下伏相对隔水底板抬升时，地下水流动受阻而溢出地表。

泄流： 当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄，称作地下水的泄流

地下水含水系统：是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统 地下水流动系统：是指由源到汇的流面群构成，具有统一时空演变过程的地下水体。 地下水动态：地下水的各要素（水位、水量、水质、水温、流速、流向等）在自然和人为因素的综合影响下随时间作有规律的变化。

地下水均衡：利用质量守恒定律，分析地下水在某地区某时段内水量、热量和盐量的收入与支出之间的平衡关系。 正均衡：收入＞支出 负均衡：收入＜支出

孔隙水：赋存于松散沉积物颗粒构成的孔隙网络之中水 裂隙水：储存于非可溶性基岩裂隙介质中的地下水

岩溶水： 赋存于可溶性岩层的溶蚀裂隙和洞穴中的地下水。又称喀斯特水 地下水资源：一定范围内多年平均地下潜水层所能得到的外来补给水量。 补给资源量：某特定区域在一定时段内由于降水及其他补给源所形成的地下水量。 储存资源量：地下水系统在地质历史演化过程中,残留或积存下来的水量。这部分水量往往

不参与现代水文循环,大部分属于不可再生资源。其数量近似等于该系统多年平均最低水位以下重力水的体积。地下水储存资源是描述某一地下水系统水资源拥有量的总体指标之一。

二、填空题

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。

4、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。

5、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 。 6、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 。

7、岩石裂隙按成因分为：成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙。 8、地下水按岩层的空隙类型可分为：孔隙水、裂隙水、和岩溶水。

9、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。

10、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。 11、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。

12、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。

13、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 。

14、根据地下水流动状态，地下水运动分为 层流 和 紊流 。

15、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 。 16、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 。 17、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 。

18、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 。

19、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。 20、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 。

21、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 。

22、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。 23、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。 24、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。

25、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 。

26、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。

27、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。

28、地下水补给的研究包括 补给来源、补给条件 与 补给量 。

29、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 。 30、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。根据泉的成因，下降泉可分为 侵蚀泉 、接触泉 与 溢流泉。上升泉按其成因可分为 侵蚀泉 、 断层泉 与 接触带泉 。

31、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。

32、表征地下水动态要素有 水位、水量、水化学成分、水温 。 33、潜水动态可分为 蒸发型、径流型 及 弱径流型 三种类型。

34、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 。

35、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 。

36、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。

37、岩溶可划分为 地表岩溶 和 地下岩溶。

38、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。

39、 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。 40、地下水资源可分为 补给资源 和 储存资源 两类。

三、问答题

1、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形式的水所占的比例。空隙越大，结合水所占的比例就越小，而出纳、释出以及透水能力就较强，持水能力就越弱；反之，孔隙度越小，结合水所占的比例就越大，出纳、释出以及透水能力就较弱，持水能力就越强。 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。 2、简述包气带特征？

在接近地表的上层岩土中，土石的孔隙未被水充满，而含有相当数量的气体，故常将这一岩土层称为包气带。

包气带是指地面以下、地下水位以上的岩土孔隙未被水饱和的地带，又称非饱和带、通气带。

包气带是大气水和地表水同地下水发生联系并进行水分交换的地带，它是岩土颗粒、水、空气三者同时存在的一个复杂系统。其中植物根系活动层与外界有强烈的水分交换。包气带具有吸收水分、保持水分和传递水分的能力。 3、简述含水层形成的必要条件

（1）要有空隙大，且连通性好的储水空间。

（2）要有有利于地下水储存的地质构造（蓄水构造）。 （3）要有充足的补给来源。

4、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。

含水层：饱含水的透水层，或能够透过并给出相当数量水的岩层。

辨异：饱含水的弱透水层（粘土、亚粘土等）；不含水的透水层（沙漠、被疏干的含水层等）

隔水层：不透水的岩层，或不能透过并给出一定水量的岩层。 辨异：隔水层的相对性，并非完全隔水－弱透水层

含、隔水层是相对概念，划分时要根据研究区的需水要求，即考虑岩层所能给出水的数量大小是否具有实际意义。

例：同一目的，同一岩层，在不同地区有不同的划分； 同一地区，同一岩层，不同的目的有不同的划分。

5、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？

不考虑含水层中固体颗粒的存在，认为含水层完全被水所充满； 不考虑实际流向的多变性，只考虑一个单体流向。 6、简述流网的作用。

1）由等水头线可知地下水分布状况

2、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。

3、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）。

地形等高线 等压线 含水层顶板等高线

4、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。

4、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。

5、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 图2

（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。

6、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？

7、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

离 子 Na+ 阳离子 Ca2+ Mg2+ 总计 Cl阴离子 — mg/L 50.90 3.0 0.49 54.39 8.50 7.0 122.20 137.70 毫克当量/L 2.19 0.15 0.04 2.38 0.24 0.14 2.0 2.38 毫克当量% 92.0 6.30 1.70 100.0 10.0 6.0 84.0 100.0 其它成分 H2S：5mg/L 矿化度：500 mg/L 水温：16℃ 流量：2.6L/s SO42— — HCO3总计 表5-2 补给区地下水水化学分析结果

离 子 mg/L 毫克当量/L 毫克当量% 其它成分 Na+ 阳离子 Ca2+ Mg2+ 总计 Cl阴离子 — — — 6.60 40.0 1.15 47.75 6.74 21.50 107.54 135.78 0.28 2.0 0.10 2.38 0.19 0.43 1.76 2.38 12.0 84.0 4.0 100.0 8.0 18.0 74.0 100.0 CO2：11mg/L 矿化度：300 mg/L 水温：14℃ SO42HCO3总计

注：舒卡列夫分类、分级表

舒卡列夫分类表

超过25%毫克当量百分数的离子成分 Ca Ca+Mg Mg Na+Ca Na +Ca+ Mg Na+ Mg Na HCO3 1 2 3 4 5 6 7 HCO3+SO4 8 9 10 11 12 13 14 HCO3+SO4 +Cl 15 16 17 18 19 20 21 HCO3+Cl 22 23 24 25 26 27 28 SO4 29 30 31 32 33 34 35 SO4+Cl 36 37 38 39 40 41 42 Cl 43 44 45 46 47 48 49 舒卡列夫分类中的矿化度分级表 组别 A B C D 矿化度（g/L） ＜1.5 1.5~10 10~40 ＞40 回答下列问题：

（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。

8、某地下水水化学分析结果见表1，试回答下列问题：

（1）计算矿化度； （2）写出库尔洛夫式； （3）进行舒卡列夫分类。

表1 某地地下水水化学分析结果

阳离子 离子 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ 小计 阴离子 HCO3- Cl- SO42- 小计 mg/L 28.0 6.8 21.8 4.5 61.1 0.5 11.3 120.0 131.8 mgN/L 1.217 0.174 1.09 0.375 2.85 0.008 2.5 0.318 2.826 mgN% 45.8 11.1 35.7 7.4 100% 0.3 88.4 11.3 100%

9、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：

H2S0.005M0.5HCO384Cl10t45，已知温泉补给区的地下水库尔洛夫式为：

Na92M0.2HCO374SO418t12

Ca84Na12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？

10、如下图所示，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）

答案要点：

（1）1 号泉――溢流泉；（2）2 号泉――侵蚀（上升泉）：（3）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。

11、在某河流的一次水文试验观测中，记录了两个距离不远的断面的河流流量差变化曲线

?Q(t)，以及地下水向该河泄流量的变化曲线Qw(t)，观测过程中有一次强降雨从t0开始，在t1结束，降水强度为W，这次强降水引起地表径流和地下径流的升降，直到t2恢复初始状态，初始径流量为?Q0。已知观测段对应的流域面积为A。分析以下问题：

（1）观测时期地下水与河流的关系？

答：当河流切割含水层时，地下水沿河呈带状排泄，称作地下水的泄流。观测时期，地下水泄流补给河水，或者地下水通过河水泄流排泄。

（2）地表、地下径流量的峰值出现时间为何不同？

答：大气降水补给河流不具有时间延长和滞后，所以两个断面流量差随着降雨持续而增加，随后随降雨结束，其值逐渐减小。而大气降水补给潜水首先要入渗地面并在包气带下渗，然后到达地下水面，增加地下径流，所以地下水泄流量的峰值出现在?Q(t)= Q2?Q1的峰值之后

（3）基流量?Q0主要由哪些部分组成？地下水泄流量Qw为何先增大，后减小？

答：基流量?Q0主要是地下水泄流补给河水的量。由于降水入渗补给存在延迟以及降水的结束，地下径流量增加以波形形式反映，所以地下水泄流量先增加，随降水的结束而后减小

（4）计算一下本次强降水的入渗补给系数。

本次降水量=w(t1-t0)A

入渗补给地下水量=?QW(t)dt??Q0(t2?t1)

t0t2本次强降水的入渗补给系数a=?QW(t)dt??Q0(t2?t1) /w(t1-t0)A

t0t2Q

Q1 降水强度W ?Q(t)= Q2?Q1 地下水泄流量Qw(t) Q2 ?Q0 0 t0 t1 t2 t

12、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；

答：钻孔W3 的水位低于钻孔W4中的水位。

（2）指出泉A和B属于上升泉还是下降泉；

答：泉A由承压水补给，是上升泉；B由潜水补给，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；

答：实线属于泉B，虚线属于泉A。

（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：如果在W4中投入某放射性物质，在W1中最先观察到。

B 一次降水 泉

图 例 含水层 弱透水层 隔水断层 地下水位 W3 W4 W2 A W1 流量

时间

图2 泉流量示意图

图1 含水系统示意图

钻孔滤水管

层

13、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？

14、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。

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