水文地质学基础

水文地质学基础水文地质学基础第一讲第一讲绪 论主讲：徐超 教授徐超 简介1984级水文地质工程地质专业（地质工程前身），1988年毕业1988级水文地质工程地质专业硕士生，1991年获硕士学位 留校任教1994级结构工程（隧道方向）博士，1997年获博士学位1999-2001在美国华盛顿州立大学作博士后，方向：地下水渗流一个老同济，也是一个老地质。水文地质学基础在地质工程专业知识体系（培养方案）中。基础课人文社科、外语、数理化、材料科学、力学等专业基础课地质科学（基础地质、构造地质、水文地质、工程地质、地球物理勘探）、工程科学（土力学、岩体力学、结构力学、测绘科学等）专业课地下水动力学、土体工程、岩体工程、地基处理等（必修）地质灾害、地震工程、基坑工程、边坡工程、桩基础、土动力学、工程地下水、土工合成材料等（选修）水文地质学的定义水文地质学（Hydrogeology）是研究地下水（groundwater）的科学。从以往经历中，你接触过地下水吗？谈一谈你对地下水的印象和认识。什么是地下水？2023/4/1342023/4/135水文地质学的定义水文地质学是研究地下水的科学。它研究地下水与岩石圈、地幔、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下，其水量和水质等在时空上的变化规律，并研究如何利用这些规律去兴利除弊，为人类服务。Hydrogeology vs Geohydrology何为地下水？与地表水相对应，指赋存于地面以下岩石空隙中的水（这是一个广义的概念）。Subsurface water vs Groundwater2023/4/136地下水的功能主要功能包括：宝贵的资源（用于工业、农业、人类生活等）重要的地质营力不可忽视的致灾因子活跃的生态环境因子极有价值的信息载体2023/4/137地下水作为资源水是不可或缺的资源，地下水是重要组成部分农作物生长都需要水；干旱半干旱地区无灌溉就无法发展农业，而灌溉用水主要是地下水工业品的生产也需要耗用一定的水，尤以钢铁、化肥生产和造纸为甚富集某类盐和元素的地下水本身就是液体矿床地热（高温地下水）资源具有保健和治疗功能的地下水（往往是温泉）被称为矿水。2023/4/138地下水作为生态因子这是指地下水（系统）是生态系统的一个敏感的子系统，地下水的变化往往会影响生态环境系统的天然平衡状态。土壤次生盐泽化土壤次生沼泽化生态湿地消失，造成生态环境恶化，引起土地沙化将在本课程第10详细介绍。2023/4/139地下水作为灾害因子过量开采地下水引起地面沉降我国上海、天津等滨海城市非常严重滨海地区开采地下水引起的海水入侵地下水污染，以及与地下水资源的矛盾出现水质性缺水2023/4/1310灾害因子（续）矿山开采与地下水问题矿床水文地质学煤矿或其它矿床开采时的突水事故地下工程与地下水问题工程水文地质学隧道施工的涌水事故地下开挖的滞水问题、地下构筑物的防渗特殊地基的水文地质问题膨胀土、湿陷性土、冻土、红黏土等地基2023/4/1311地质灾害：滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等大坝、大堤由于地下水渗流而引起的渗透变形破坏管涌流土流砂灾害因子（续）这些地质灾害、环境地质问题、工程地质问题都与地下水密切相关，需要掌握水文地质学及相关学科规律的专家、工程师去研究解决！2023/4/1312地下水作为地质营力地下水是应力的传递者是热量及化学组分的传输者是地球变迁的活跃参与者岩溶、成壤、风化等地质过程都有水的参与在地下水参与下的地幔运动、接触带成矿作用等水在岩浆作用、变质作用、岩石圈的形成与改造等作用2023/4/1313地下水作为信息载体人类很难通过工程技术手段去了解地球深部的情形，目前我们对深部地幔、地核的认识也是间接的。但地下水作为流体，通过其地质循环可以为人类提供地球深部的信息：作为应力的传递者，用于地震预报作为化学组分的携带者，可提供地球深部悠久地质年代的信息2023/4/1314水文地质学的发展历史简述1856年以前的萌芽时期1856至20世纪中期的奠基时期20世纪中期的成形时期20世纪中后期（第二次世界大战以后）的发展时期2023/4/1315萌芽时期从逐水而居到凿井取水是人类文明史的标志性事件和转折点。中国发现最古老的井为余姚河姆渡木质结构井，距今5600多年。在打井取水的过程中，人类也在积累对地下水的知识，如坎儿井。这一时期关于地下水的认识和利用方法是一门实用技术，而非学科这一时期，人类开始思考地下水的来源2023/4/1316奠基时期1856年著名的Darcy试验和Darcy定律，奠定了作为学科分支的水文地质学基础1863年Dupuit的地下水稳定井流公式1886年Forchheimer绘制的流网1935年计算非稳定井流公式Theis公式1930s采用砂槽模拟、电模拟的方法研究地下水的运动 2023/4/1317奠基时期（续）地下水起源的思考与研究初生水学说、入渗说、凝结说等随着对地下水化学成分的研究，形成水文地质分支水文地球化学提出地下水的分类，分析地下水的埋藏条件和排泄条件等至20世纪中叶，关于地下水的起源、赋存、运动、补给、排泄、分类以及水化学、地下水的定量评价，已经形成一套完整的理论体系，水文地质学从奠基走向成熟2023/4/1318发展时期科技进步、工业发展、人口增加极大地推动对地下水的需求，人类活动成为影响地下水运动的决定性力量发展时期面临的背景:地下水下降、地面沉降、海水入侵、地下水污染 地下水资源枯竭 从正确评价、开发利用地下水转变为如何保护地下水以及相关的生态环境大规模工程建设，特别是地下工程的建设，对水文地质学提出了更高的要求，工程水文地质学？！2023/4/1319发展时期（续）几个标志性进展对隔水层的再认识，相对隔水层与越流概念地下水系统理论的形成研究和认识非饱和带与饱和带水之间的关系使用数值模拟的手段和方法研究地下水，如MODFLOW地下水污染的研究及治理这一进程还在继续2023/4/1320如何学好本课程？本课程的特点是概念多，有一定难度尽可能预习，带着问题来听课课堂认真听讲，课堂上讲的都是教师认为需要掌握和学习的；欢迎课堂提问和讨论做到课后复习，自觉完成思考题勤思考，掌握概念的要领，把道理理顺；遇到问题及时与老师联系首要地，争取课堂解决2023/4/1321Any questions?联系方式：Office:岩土楼512QQ:1745465333 Email:c_2023/4/1322复习思考题水文地质学的定义及研究对象地下水的定义了解地下水的功能与作用，特别是，作为宝贵资源作为致灾因子思考人类面临的地下水资源方面的问题两件事关于实验课水文地质学实验没有学分，属于课内实验，共3次，等通知再去上课。关于下面几次课因出国参加专业年会，9月19-29日，下面几次课我请陈建峰教授上课。