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1、专门水文地质学,吉林大学环境与资源学院地下水科学与工程系梁秀娟水工楼 207,第一章 地下水资源调查,梁秀娟,1.1 地下水资源调查步骤及方法,一、地下水资源调查的目的与任务,目的：查明天然及人为条件下地下水的形成、赋存及运移特征；地下水水量、水质的变化规律；为地下水资源评价、开发利用、管理和保护以及防治环境问题提供所需资料。任务：地下水系统的结构、边界、水动力系统水及化学系统的特征地下水的赋存条件。查明含水介质的特征及埋藏分布情况；地下水的补给、径流、排泄条件，地下水的运动特征；水量、水质的变化规律；查明地下水的水文地球化学特征，地下水化学成份的形成条件。,二、地下水资源调查工作的步骤,1.
2、准备工作2.野外工作3.室内工作,组织准备,技术准备,物资后勤管理工作准备,设计书,收集、整理、研究前人资料,确定研究程度，对水文地质条件和存在问题有初步认识。,第一部分已有研究工作的评述和阐述调查区的地质、水文地质条件：,第二部分：调查工作设计（1）各项调查工作设计。（2）物资设备计划、人员组织分工、经费预算及施工进度计划等；（3）预期调查工作成果。,最基本的调查方法地下水资源地面调查（又称水文地质测绘）钻探、物探野外试验室内分析、检测模拟试验地下水动态均衡研究等。新的地下水资源调查技术方法航卫片解译技术、GIS技术、同位素技术、物探方法及测定水文地质参数的技术方法。,三、地下水资源调查方法
3、,2.2 地面调查的观测项目,地面调查（水文地质测绘）是认识地下水埋藏分布和形成条件的一种调查方法。地面调查一般应在区域地质调查基础上进行。目前我国除个别边远地区外，都已完成120万区域地质调查工作，个别地区还完成了15万区域地质调查工作，一般只需收集已有地质资料即可满足地下水地面调查对地质资料的要求。地面调查观测的项目一般包括地下水露头调查、水文气象调查、植被调查及与地下水有关的环境地质问题的调查。当没有或已有地质调查内容不能满足要求时，要全面或补充地质调查和地貌调查。,一、地下水露头的调查研究,地下水露头的种类有：（1）地下水的天然露头泉、地下水溢出带、某些沼泽湿地、岩溶区的暗河出口及岩溶
4、洞穴等；（2）地下水的人工露头水井、钻孔、矿山井巷及地下开挖工程等。在地下水露头的调查中，利用最多的是水井（钻孔）和泉。,1.泉的调查研究内容,（1）查明泉水出露的地质条件、补给的含水层，确定泉的成因类型和出露的高程；（2）观测泉水的流量、涌势及其高度、水质和泉水的动态特征，现场测定泉水的物理特性，包括水温、沉淀物、色、味及有无气体逸出等；（3）泉水的开发利用状况及居民长期饮用后的反映；（4）对矿泉和温泉，在研究前述各项内容的基础上，应查明其含有的特殊组分、出露条件及与周围地下水的关系，并对其开发利用的可能性做出评价。,2.水井（钻孔）的调查内容,（1）调查和收集水井（孔）的地质剖面和开凿时的
5、水文地质观测记录资料；（2）记录井（孔）所处的地形、地貌、地质环境及其附近的卫生防护情况；（3）测量井孔的水位埋深、井深、出水量、水质、水温及其动态特征；（4）查明井孔的出水层位，补、径、排特征，使用年限，水井结构等。,二、地表水的调查,调查研究地表水体的类型、水系分布、所处地貌单元和地质构造位置外，还要进一步调查以下内容：（1）查明地表水与周围地下水的水位在空间、时间上的变化特征；（2）观测地表水的流速及流量，研究地表水与地下水之间量的转化性质；（3）结合岩性结构、水位及其动态，确定两者间的补排形式。（4）分析、对比地表水与地下水的物理性质与化学成分，查明它们的水质特征及两者间的变化关系；（
6、5）调查地表水（主要为江河）的含沙（泥）量及河床淤积或侵蚀速度。（6）研究地表水的开发利用现状，掌握远景规划。,三、气象资料调查,降水量蒸发量,蒸发可分为水面蒸发、土面蒸发和植物散发实际水面蒸发量较气象站蒸发器皿测出的蒸发量要小，需要进行折算。土面蒸发量与土壤的孔隙性（孔隙大小、数量、形状等）、土壤含水量及地下水位埋深等因素有关，土面蒸发量中包含包气带水和潜水地下水量的损失，土面蒸发量一般使用专用仪器在野外实测获得。植物散发量是植物根系吸收土壤中水分，通过叶面散发到大气中的水量。目前只能根据植物种类、植物覆盖情况利用经验公式计算，也可利用一个地区的总蒸发量反求。,降水量资料应到气象站和雨量站收
7、集。降水资料要考虑观测系列的长短、代表性和一致性。应采用尽可能长序列资料。雨量站应均匀分布；满足分区计算要求；所采用降水资料也应为整编和审查的成果。,1.3 不同地区地下水资源地面调查的任务和内容,一、平原区地下水资源地面调查,1.调查内容概述查明主要含水层的岩性、埋藏条件、分布规律，地下水类型，含水层的富水性及水化学成份，咸淡水的空间分布规律等；调查研究地下水补给、径流、排泄条件，不同含水层之间的水力联系，第四系含水层与下伏基岩含水层之间的关系，地表水系的分布及其水文特征，地表水与地下水的补排关系；研究地下水动态变化特征，调查地下水集中开采区和井灌区的开采量与地下水动态的关系，研究大量采、排
8、地下水形成地下水下降漏斗的原因及其发展趋势；同时还要调查特殊的水文地质问题，如盐碱化、沼泽化、特殊水质、地方病及水质污染的形成条件、分布规律和防治措施，在具备回灌条件的地区，应开展人工回灌条件的研究，开发利用地下水引起的生态环境问题的调查。,2.山前冲洪积扇地区,冲洪积扇的分布范围，扇前、后缘及两侧标高及地面坡度变化；确定由冲积扇顶部到前缘的岩性变化，研究动植物化石，实测典型露头剖面，结合钻孔对地层岩性进行详细分析；冲洪积扇不同部位含水层的岩性、厚度、埋深、富水性和水质变化情况。寻找埋藏冲积扇并研究其水文地质特征、埋藏条件、分布规律，同时也要研究扇间区的水文地质条件。在山前河谷地区，应注意调查
9、河谷形态、阶地结构及其富水性。研究河谷阶地分布范围、河谷类型、阶地性质、阶地的级数及其绝对和相对标高、河谷断面形态、支流冲沟发育情况及其切割深度；各级阶地的地层结构、岩性成份、厚度及岩性变化，地下水的补给及排泄条件，河水与地下水的补给关系。,3.河谷平原区,在河谷平原区，分布有不同河流交互堆积及由河道变迁形成的古河道堆积，某些地区还有海相堆积和冰水堆积，一般第四纪厚度大，含水层次多，水质复杂。应重点研究下述内容：不同河流堆积物的特征及其分布，含水介质的富水性，水化学成份及分布规律；古河道带及古湖泊堆积物的分布，埋深及水文地质条件；海相、陆相地层的埋藏与分布及相互间的接触关系；微地貌形态、水质、
10、水位埋深对盐碱化、沼泽化形成的影响。通过地貌调查，查阅历史记载，了解河道变迁的时代与范围，采用物探方法确定古河道带的分布范围、埋藏深度及岩性变化，并与机井的有关资料进行对比。古湖泊堆积物，应通过岩性、岩相、湖积层动植物化石、基底构造和新构造运动的研究及实验工作，了解湖积层形成的古地理环境及分布范围，并注意对地层岩性、颜色、泥炭层的发育程度的研究及石膏的含量与分布。,盐碱化地区了解盐碱化的发育程度，分布范围及其成因，为土壤改良提供水文地质资料。调查地下水的埋藏深度、水化学类型和矿化度及其与土壤盐碱化的关系，了解地下水位临界深度。选择典型地段逐层采取土样，了解盐类垂直分布与变化规律，盐碱化与微地貌
11、和地表水的分布关系。沼泽化地区应了解沼泽化的分布与成因，为保护利用沼泽化地区提供水文地质资料。,3.河谷平原区,4.滨海平原区,对滨海平原地区应调查海岸地貌、海岸变迁及现代海岸的升降变化；海相沉积物的岩性、颜色、厚度及其分布范围；通过对各含水层的抽水试验及水质分析，研究水质在垂直和水平方向上的变化，确定淡水含水层的富水段及其分布范围以及咸、淡水分布界线。在咸水区，要着重研究咸淡水界面埋深，淡水层的埋藏条件、水量，淡水和咸水产生水力联系的可能性，为咸水的改造和利用提供资料。,二、基岩丘陵区地下水资源地面调查,1.主要任务（1）查明地层岩性、构造、地貌等对区域水文地质条件的影响，分析研究控制地下水
12、形成、分布的主导因素和条件；划分含水层、组、带及地下水的类型，研究各类地下水的形成、富集和补给、径流、排泄条件及水质状况；访问和搜集有重大供水意义的井、泉和受季节影响较大的地下水动态资料；（2）查明基岩自流水盆地和自流水斜地的水文地质条件；断裂、构造裂隙及岩体、岩脉与围岩接触带富水性的一般规律；具有一定供水意义的风化带中地下水的一般分布规律和水文地质条件；（3）第四系发育的河谷平原、山间盆地等松散砂砾石含水层的一般水文地质条件；（4）查明区域水化学的一般特征，初步了解热矿水成因、分布及其开发利用条件，注意水化学找矿；（5）探索和了解地方病与环境地质的关系，了解由于水质污染而引起“污染病”的状况
13、和致病原因；（6）初步了解矿区水文地质条件和以水利工程地质为主的区域工程地质条件。,2.对构造的富水性进行调查,（1）各种构造形迹。（2）构造裂隙的发育与不同构造、地层部位的关系。（3）褶皱构造的形态类型、规模、地层组合关系、破碎程度和地貌汇水条件等。（4）注意单斜构造形成自流斜地的可能性。（5）调查岩脉的岩性、产状、厚度，长度和侵入时（6）调查地方病与环境地质和水质的关系。,3.碎屑岩山区着重查明含水层较稳定的自流水盆地和自流斜地。软硬相间和厚薄相间的地层中硬脆薄层的层间裂隙水和在界面处出露的泉；柔性地层中相对硬脆岩层和裂隙发育的构造部位局部富水的可能性；对单一硬脆岩层主要着眼于断裂构造富水
14、带的调查；在不整合面和沉积间断面上出露的泉及其构成富水带的可能性；灰岩和泥质灰岩夹层的富水性。,3.花岗岩类地区风化带性状、厚度及影响因素，尤其是半风化带的厚度和分布规律，充分注意地貌汇水条件较好的剥蚀丘陵的风化网状裂隙水和堆积在沟谷、洼地的石英砂层的富水性。围岩接触蚀变带的类型和宽度，尤其要注意硅化、碳酸盐化蚀变带的破碎和裂隙发育程度及其富水性。,4.玄武岩地区喷发方式、各期台地的分布、高程、柱状节理和气孔状结构等与地下水赋存的关系，中心式喷发的台地要注意火山口的调查，由火山口向周围观察玄武岩岩性、岩相厚度与地下水位、水质及富水性的变化规律，注意边缘地下水溢出带的分布。多期喷发地区，应注意调
15、查各次喷发熔岩流之间接触带的性质、分布及其富水性，注意研究凝灰质岩层的隔水性及裂隙性熔岩的富水性。侵入其它地层中的安山玄武岩，应注意其地面露头的分布标高、柱状节理发育程度、风化带厚度，围岩蚀变类型、蚀变带宽度及侵入裂隙发育程度与地下水的关系。,5.非玄武岩之熔岩及火山碎屑岩类地区 薄层状层理裂隙发育的火山碎屑岩的层理裂隙水；流层发育的流纹岩的成岩裂隙水；软硬相间岩层中硬脆岩层的层间裂隙水；喷发和沉积间断面的富水性。,6.变质岩类分布地区薄层大理岩夹层的岩性、厚度、产状、稳定性和岩溶裂隙发育程度对富水的影响；厚层大理岩则要调查其与不同岩性接触带的岩溶裂隙水，特别是粗粒大理岩、角闪大理岩和表部风化
16、成层状的大理岩要注意下部岩溶发育程度与地下水的关系。片麻岩类的风化带性状、厚度、分布、汇水面积及富水性；了解沟谷中不同地貌部位的泉水动态；注意山麓和沟谷中风化物稍经搬运堆积成的含水砂层的富水性。,三、岩溶地区地下水资源地面调查,调查岩溶含水层分布，研究地层、构造、岩脉与岩溶水的关系。调查地表有规律分布的各种岩溶形态，如串珠状洼地、干谷、漏斗、溶井、落水洞、塌陷等；各种岩溶水点，如岩溶泉、地下河出口、出水洞等是调查的重点；测定空间位置、水位、流量、流速、水质，调查补给范围、补给来源。对岩溶水点的水位和流量，应力求获得最枯时期资料，并访问雨季动态变化。岩溶水地区地表水与地下水间相互转化的速度较快，
17、特别是裸露、半裸露型及一些浅覆盖地区，地表河水流量变化较大，应研究其伏流情况，对流量变化显著的河流，应分段测定其流量，常年有水的河流宜在枯季测流，间歇性河流可在雨季测流。,要调查研究岩溶地下水系统补给、径流与排泄特征。裸露地区主要查明岩溶发育特点及岩溶水点的详细情况。在我国南方岩溶地区，尤其要查清地下暗河的分布、补给面积、流量与水质等状况。在覆盖型岩溶地区，要调查主要地下通道的位置及埋藏情况，查明岩溶强烈发育带，勾绘出强径流带及富水地段，评价其水质、水量。埋藏型地区，要获得各岩溶含水层组的埋深、厚度、水量、水质等初步资料。,四、黄土地区地下水资源地面调查,黄土地区土质疏松、沟谷深切、地形破碎、
18、水土易于流失，地表缺水严重，多呈半干旱景观。地下水资源地面调查侧重调查黄土地区的地貌特征。黄土区的地貌往往反映基底构造轮廓及下伏地层的分布与发育情况，控制地下水的赋存、运移。注意调查黄土台塬、黄土丘陵、山前洪积扇（裙）和河谷阶地的形态等，收集黄土层中溶蚀、湿陷、沟谷切割密度及深度等，观察了解黄土地区水土流失以及植被与地下水的关系等。通过对井、孔、泉水的研究，确定黄土层中的含水层位，分析地下水的赋存条件和分布规律。黄土地区的下伏基岩，多是古生代至中生代的灰岩、砂岩或页岩，应注意寻找基岩地下水，确定其富水层位及富水地段。研究黄土地区的水文地球化学特征，了解地方病与水土、地貌的关系，探讨致病水与非致
19、病水的差异，查清致病水的水化学特征，研究合理开发黄土区地下水的方案，并推测可能出现的环境地质问题。,五、沙漠地区地下水资源地面调查,地下水资源调查的主要目的是解决当地生活、生产和治理沙漠而寻找地下水源，因此，要对所有地下水露头等进行观测。在查清从边缘山地到沙漠内部，松散沉积物形成特征基础上，查明砂丘覆盖的淡水层和近代河道两侧淡水层的分布及其水文地质条件，重点调查古河道、潜蚀洼地和微地貌的分布及其与地下水淡水层或透镜体的分布关系，注意可能汇水的冲洪积扇、冲湖积层的分布特征，寻找被掩埋的冲洪积扇、古河道带及冰水堆积物；调查山地与戈壁带的接触条件和地下水溢出带，查明地下水的补给来源、运动规律及排泄特
20、点；研究地下水的化学成份，植物生长与地下水化学成份的关系，从山前到腹地的地下水化学成份的变化规律；还要注意研究古气候特征，可指导寻找现代沙漠之下的地下水。,六、冻土地区的地下水资源地面调查,冻结层内的地下水主要呈固态存在，冻结层下为液态地下水，但在冻结层内也常分布有融冻区。应重点调查多年大面积冻结层的深度，片状冻结与岛状冻结层的分布规律及其特征；融冻期融冻层的厚度，常年积雪区范围、积雪和融雪量，地表水体的分布、水位、流量等。查明河流融区、湖泊融区、构造融区的形成原因、发育特点、分布范围及融区内含水层的埋藏条件，水质、水量、地下水与地表水的水力联系。冰锥、冰丘是多年冻土区地下水露头的特殊表现形式，应做详细调查。在现代冰川区，要研究其形成运动规律及冰川地貌，查明冰碛、冰水堆积、冰缘地貌的分布规律，其沉积物的类型，地下水的埋藏特征。还要查明冻土区水化学的水平与垂直变化规律。,
