水文地质基础

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1、水文地质基础第一节自然界中的水一、自然界中水的分布地球上的水以气态、液态和固态三种形态存在于大气圈、水圈和岩石圈之中。地球上总水量约为1.4×109km3，占地球体积的1%。水在自然界的分布如表2-1-1所示。表2-1-1水在自然界的分布水的分布大气圈岩石圈水圈海洋河流、湖泊固态水水的体积（km3）12.9×103203×107134×107178×1032.4×107概略比（以大气圈内水量为1）1200100000二、自然界中水的循环与均衡大气圈、水圈、岩石圈及生物圈中的水，通过水循环实现彼此之间的转化。水从海面蒸发，凝结降水至陆地，以径流形式（地表径流和地下径流）返回海洋，即完成一次

2、循环—称之为大循环或外循环，即为大气圈、水圈和岩石圈之间的循环过程。当海面蒸发重新降至海面，或由陆地江、河、湖蒸发及植物蒸腾再降至陆地，即完成一次循环—称之为小循环或内循环，即为陆地或海洋水单独进行循环的过程。（见图2-1-1）。图2-1-1自然界中水的循环①—含水层；②—隔水层；③—大循环；④—小循环地球上任一区域在一定时间内，进入的水量与输出水量之差等于该区域内的蓄水变化量，这一关系称为水量均衡。地球上水量的均衡情况，参见表2-1-2。53表2-1-2自然界中水的年均衡区域面积（km2）水均衡要素水的体积（km3）水层厚层（mm）海洋360×106降水蒸发河水流入量411.6×103

3、447.9×10336.3×10311401200100陆地外流区117×106降水蒸发河流径流99.3×10363.0×10336.3×103850540310陆地内流区33×106降水蒸发7.7×1037.7×103240240整个地球510×106降水、蒸发518.6×1031017注：表中数值均为概略数。三、水在岩石中的存在形式与特征地壳岩石中存在着各种形式的水，包括：1．岩石“骨架”中的水（也称矿物结合水）。其主要形式为结构水、结晶水和沸石水。2．岩石空隙中的水。主要形式为结合水和自由水。不同类型水的的存在形式与特征见表2-1-3。表2-1-3不同类型水的的存在形式与特征存在形

4、式主要特征备注岩石空隙中的水结合水吸着水（强结合水）岩石颗粒表面通过水分子引力和静电引力紧密吸附的水分子层（水膜内层）。吸着水不受重力影响，不传递静水压力，不溶解盐类，在摄氏零下78℃以内不冻结，摄氏110℃时变为气体吸着水的最大含量称为最大吸着持水度薄膜水（弱结合水）赋存在吸着水膜外层的水。不受重力影响，不传递静水压力，从薄膜厚处向薄处运动最大含水量称最大薄膜持水度（最大分子容水量）毛细水由于毛细力和分子引力作用而充满在岩石毛细空隙中的水。受重力和毛细力的共同作用。传递静水压力，有冲刷和侵蚀作用，能被植物吸收自由水重力水充满在岩石非毛细空隙中的不受颗粒吸附和毛细力控制的自由流动的液态水

5、。传递静水压力，在重力作用下可自由流动一般密度为1，在0℃结冰气态水以水蒸气状态储存和运动于非饱和岩石空隙中的水固态水成固态冻结在岩石空隙中的水按含盐程度可在0℃～零下74℃以下冻结岩石“骨架”中的水结构水以OH－、H+、H3O+离子形式按一定比例结合于矿物结晶格架中的固定位置上。只有当矿物的结构破坏时，水才能分离出来如白云岩KAI2[AlSi3O10][OH]2结晶水以H2O分子形式存在于矿物的结晶格架的固定位置上，在高温下（100～400℃）能析出，此时矿物的结晶形态发生变化，但化学性质不变如石膏CaSO4·2H2O53沸石水以H2O分子形式存在于矿物晶团之间。水分子数量与矿物其它成

6、分间无固定比值。其含量随空气的湿度而变化。高温下能析出，不改变矿物的物理性质如蛋白石SiO2·nH2O四、水的物理性质的有关数据（一）水的主要理化常数表2-1-4水的主要理化常数分子式H2O分子量18.018冰点0℃　沸点100℃　最大密度时的温度3.98℃比热：1atm，15℃时4.2×103J·kg-1·K-1汽：比热：100℃时2.05×103J·kg-1·K-1临界常数：温度：374.2℃压力：22.13MPa密度：324kg·m-3冰：密度：0℃时916.8kg·m-3　比热：-20～0℃时2.1×103J·kg-1·K-1熔化热：0℃时3.34×105J·kg-1（二）水的导

7、热系数（λ）表2-1-5水的导热系数温度（℃）λ(W·m-1·K-1)温度（℃）λ(W·m-1·K-1)温度（℃）λ(W·m-1·K-1)00.551350.626700.66850.563400.634750.671100.575450.641800.675150.587500.648850.678200.599550.654900.680250.608600.659950.682300.618650.6641000.681（三）