水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)

1、地下水科學(xué)概論,長(zhǎng)安大學(xué) 王文科,緒論,地下水概念(The concept of groundwater) 水文地質(zhì)學(xué)(Hydrogeology)地下水和地質(zhì)過程(groundwater and geology process)地下水在人類生活、生產(chǎn)中的作用(The function of groundwater in human’s life and production activity)學(xué)習(xí)方法(studying m

2、ethod for this discipline),緒論,,地下水概念 The concept of groundwater 1.1, 概念,定義1:廣義上講地下水是指賦存于地表以下土壤與巖石空隙中的水。 狹義上講地下水是指賦存于地表以下土壤與巖石空隙中的重力水。,,顯然狹義的定義把側(cè)重點(diǎn)放在淺層、飽和的地下水流上,,,地下水概念 The concept of groundwater 1.1, 概念,緒

3、論,緒論,地下水概念 The concept of groundwater 1.1, 概念,但要充分認(rèn)識(shí)到對(duì)于地下水的研究必須建立在對(duì)于地下水體系有更廣泛理解的基礎(chǔ)之上才行。 不僅要圍繞近地表的非飽和土壤水分體系進(jìn)行深入研究-----它在水文循環(huán)中扮演重要角色 而且還要圍繞相當(dāng)深的飽和體系進(jìn)行深入研究-----它在很多地質(zhì)過程中有著重要影響 現(xiàn)代地下水研究的一個(gè)特點(diǎn)。,緒論,

4、地下水概念 The concept of groundwater 1.1, 概念,定義2: 地下水是參于自然界水循環(huán)過程中處于地下隱伏徑流階段的循環(huán)水。,緒論,地下水概念 The concept of groundwater 1.1 概念,幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：,地下水是儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)于巖石和土壤空隙中的水，那么地下水必然要受到地質(zhì)條件的控制。 地質(zhì)條件包括巖石性質(zhì)、空隙類型與連通性、地質(zhì)地貌特征、

5、地質(zhì)歷史等等。,,地下水是參于自然界水循環(huán)過程中處于地下隱伏徑流階段的循環(huán)水,那么地下水與地表水、大氣降水之間存在著密切的聯(lián)系，也就是說影響大氣降水與蒸發(fā)、地表水的氣象因素、水文因素也在直接和間接地影響地下水。,地下水概念 The concept of groundwater 1.1 概念,緒論,地下水的運(yùn)動(dòng)受空隙的影響，如空隙的大小、連通性等，地下水是空隙介質(zhì)流,以滲流形式運(yùn)動(dòng),控制滲流的因素除水本身的物理化學(xué)性質(zhì)外

6、，還決定于空隙介質(zhì)的性質(zhì)。區(qū)別于大氣水、地表水的運(yùn)動(dòng)。,地下水概念 The concept of groundwater 1.1 概念,緒論,對(duì)地下水的研究需要跨學(xué)科,緒論,地下水概念 1.2 人類開發(fā)地下水的歷史(The history of groundwater development and utilization ),自人類開始定居和從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)后，便揭開了利用地下水的歷史。

7、 根據(jù)中國(guó)的考古發(fā)掘和史書的記載，早在原始社會(huì)的母系氏族公社時(shí)期就開始了泉水的利用和淺井的挖掘。如《淮南子·脩務(wù)訓(xùn)》上記載說：神農(nóng)“教民播種五故”和“嘗百草之滋味”外，亦教民鑒別“水泉之甘苦”?？脊虐l(fā)現(xiàn)我國(guó)最古老的水井——浙江余姚河母渡水井，根據(jù)對(duì)支護(hù)木頭的碳-14年代測(cè)定，其修建時(shí)間在公元前3710±125年，但井深很?。▋H1.35m)。,緒論,地下水概念 1.2 人類開發(fā)地下水的歷史(

8、The history of groundwater development and utilization ),在中國(guó)進(jìn)入父系氏族公社時(shí)期（公元前2550~2140年）以后，隨著定居定的出現(xiàn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步，水井已相當(dāng)普遍 水井的深度不斷增加，水井結(jié)構(gòu)更加完善。 沈樹榮（1979年）根據(jù)考古資料對(duì)這一時(shí)期中國(guó)水井挖掘的歷史作了如下總結(jié)：以河北邯鄲潤(rùn)溝和河南洛陽矬李古井為代表的龍山文化時(shí)期（公元前2800~23

9、00年），井型為土井深度已達(dá)6~7m；商代的水井是一種長(zhǎng)方形的水井（河北+++城臺(tái)西發(fā)現(xiàn)的商代水井），井深已接近10m，井中有木制的井盤；西周（公元前1066~771年）早期已有石砌水井（江蘇省東?？h焦家莊西周早期遺址）和陶質(zhì)井圈的瓦井。,緒論,地下水概念 1.2 人類開發(fā)地下水的歷史(The history of groundwater development and utilization ),此外，在水井的提水

10、工具上，這一時(shí)期也有了較大的進(jìn)步。 據(jù)元朝王禎的《農(nóng)事》上說“湯旱，伊尹教民田頭鑿井以灌田，今之桔槔是也?！眲⑾芍芨鶕?jù)這一記載并結(jié)合早商遺跡中有長(zhǎng)方形的水井推斷，這種灌溉機(jī)械也可能創(chuàng)造與商代初期的成湯時(shí)期（公元前1765~1760年）。從春秋時(shí)代的后期到中國(guó)的一個(gè)封建王朝——秦國(guó)建立這一時(shí)期，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的較迅速發(fā)展，地下水的開發(fā)利用也有了明顯的進(jìn)步。例如據(jù)我國(guó)西漢年間《史記.河渠書》記載，我國(guó)新疆吐魯番一代的坎兒井至少出現(xiàn)

11、在公元前200~300年之前；早在公元前200年的秦朝蜀郡守李冰就發(fā)明了制鹽法（即利用地下水煮鹽）。漢朝初年（紀(jì)元初年）四川自貢一帶開采地下水鹵水煮鹽之產(chǎn)業(yè)已十分興旺。已能在巖石中開鑿數(shù)十到數(shù)百米以上的自流井。,緒論,地下水概念 1.2 人類開發(fā)地下水的歷史(The history of groundwater development and utilization ),在這一時(shí)期，歐洲、中東及埃及等人類文化起源較早

12、的地區(qū)，地下水開發(fā)經(jīng)歷著和中國(guó)相似的歷程。有關(guān)水井和井結(jié)構(gòu)的記載，已在公元前2000年前的基督教《圣經(jīng)》和公用水井，古羅馬在公元前312年以前即普遍利用泉水和水井（深度<5m）。古波斯時(shí)期（公元前550~330年）已在德黑蘭附近修建大規(guī)模的坎兒井為城市供水和附近地區(qū)農(nóng)田灌溉之用。德黑蘭附近最大坎兒井的深度已達(dá)150m，長(zhǎng)26m。,隨著人類社會(huì)的發(fā)展和工業(yè)的出現(xiàn)，水井的開鑿深度越來越大,歐洲的第一口井深是公元1126年Lillirs

13、村附近一個(gè)修道院內(nèi)挖成（但這一時(shí)期的水井深度很少超過300m）。這些水井按其所在地名被成為Artesian（即自流井）。,緒論,地下水概念 1.2 人類開發(fā)地下水的歷史(The history of groundwater development and utilization ),世界鑿井歷史上的第一口超深井是我國(guó)1853年開鑿的自貢燊海井，其深度達(dá)到1001.42m。而在歐洲直到19世紀(jì)末出現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械化的鉆井技術(shù)

14、后，其水井深度才超過1000m。,18世紀(jì)末和19世紀(jì)初歐洲國(guó)家進(jìn)入工業(yè)化革命之后，隨著鉆井機(jī)械技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市迅速發(fā)展，供水量急劇地?cái)U(kuò)大，促使人們開始大規(guī)模的利用地下水源,中國(guó)的第一口城市供水機(jī)井，是在二十世紀(jì)初期于上海開鑿的，直到新中國(guó)成立之后，大規(guī)模的地下水開發(fā)工作，才算真正開始,緒論,地下水概念 1.2 人類開發(fā)地下水的歷史(The history of groundwater developme

15、nt and utilization ),人類對(duì)地下水的利用，除了用于生活飲用和農(nóng)業(yè)灌溉之外，在很早以前就已經(jīng)開始了將地下水用于治病和制鹽,俄羅斯地球化學(xué)的奠基人——維爾納德斯基在其關(guān)于天然水利用歷史的著作中曾提到：在公元前20~10世紀(jì)古希臘科學(xué)中，對(duì)于天然水的起源及其性質(zhì)已有相當(dāng)清楚的概念，在公元前1世紀(jì)，著名的希臘醫(yī)生阿爾赫格涅斯即把礦水分為堿性的、鐵質(zhì)的、鹽性的及硫質(zhì)的幾大類。在羅馬帝國(guó)時(shí)代（公元前27年~公元476年），利用溫

16、泉已極為興盛，在當(dāng)時(shí)的論文中可以找到礦水分類的雛形。,緒論,地下水概念 1.2 人類開發(fā)地下水的歷史(The history of groundwater development and utilization ),在中國(guó)辨別泉水的水質(zhì)以及利用具有特殊成分的礦泉水治病，傳說開始于神農(nóng)時(shí)代。《淮南子·脩務(wù)訓(xùn)》中記載說，神農(nóng)“嘗百草之滋味，水泉之甘苦，令民知所必就”。中國(guó)有文字記載的和保存至今的溫泉療養(yǎng)遺址，是

17、陜西省臨潼驪山的華清池。秦代“已砌石為湯”（即用石頭加固泉口）。唐代（公元8世紀(jì)），已建有規(guī)模很大的進(jìn)水和排水完善的室內(nèi)溫泉浴池。,緒論,地下水概念 1.2 人類開發(fā)地下水的歷史(The history of groundwater development and utilization ),人類除了將地下水資源作為生活、生產(chǎn)的供水水源外，也有和地下水有害作用進(jìn)行斗爭(zhēng)的久遠(yuǎn)歷史,我國(guó)考古工作者曾在湖北銅綠山找到兩處春

18、秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的古礦井，在其中發(fā)現(xiàn)了戽水用的木撮瓢、引水用的木水槽和提水用的木桶等排水設(shè)備，據(jù)在Ⅱ號(hào)礦體中出土的銅斧木柄碳-14年代測(cè)定資料，其時(shí)代在公元前535±75年。,緒論,地下水概念 1.2 人類開發(fā)地下水的歷史(The history of groundwater development and utilization ),土地鹽堿化是地下水埋藏過錢引起的一大危害，在我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中和土地鹽堿災(zāi)害斗