《水文地质学基础》课程授课教案（讲稿）绪论 Introduction to hydrogeology

课程名称：水文地质学基础第1讲次授课题目（章、节）第o章绪论（Introductiontohydrogeology）本章要点：【目的要求]：认识水文地质学研究对象，掌握地下水四重功能：了解水文地质学研究内容；了解水文地质学发展历史与展望，并从中总结出学科研究方法及进展；了解本门课程内容与学时安排。[重点]：认识地下水【难点]：总结学科研究方法及进展内容备注[本讲内容的引入：《水文地质学》课程应用于地质、工程、矿井等多领域，是一门重要的基础课程，从生产实践中来。开篇介绍地下水、地下水功能、水文地质学发展历史与展望、水基课程内容安排。[本讲内容]:S1认识地下水一一水文地质学研究对象概念：P1水文地质学简言之——研究地下水的科学。地下水（groundwater）：即是赋存于地面以下岩石空隙中的水。（岩石？）其主要功能（functions）为：·地下水是一种宝贵的资源（resource）·地下水是极其重要的生态环境因子·地下水是一种很活跃的地质营力·地下水是地球内部地质演变的信息载体1地下水是一种宝贵的资源（resource）a）水资源（waterresources）问题一：查阅资料，了●全球淡水占总水量的3.53%，其中地下水占1.7%：解我国水资源现状我国陆地一半为干旱、半干旱地区，1/3耕地，2/3牧区水源不足城市水资源严重欠缺；全国60%的耕地全部或部分使用地下水灌溉；全国95%以上的农村饮用地下水；。作为供水水源，具有分布广，动态变化小，洁净，不易污染等优点

课程名称：水文地质学基础 第 1 讲次 授课题目(章、节) 第 0 章 绪论（Introduction to hydrogeology） 本章要点： [目的要求]：认识水文地质学研究对象，掌握地下水四重功能；了解水文地质学研究内容；了解水文地质 学发展历史与展望，并从中总结出学科研究方法及进展；了解本门课程内容与学时安排。 [重点]： 认识地下水 [难点]：总结学科研究方法及进展 内 容 备 注 [本讲内容的引入]：《水文地质学》课程应用于地质、工程、矿井等多领域，是一门重要的 基础课程，从生产实践中来。开篇介绍地下水、地下水功能、水文地质学发展历史与展望、 水基课程内容安排。 [本讲内容]: §1 认识地下水——水文地质学研究对象 概念：P1 水文地质学简言之──研究地下水的科学。 地下水（groundwater）:即是赋存于地面以下岩石空隙中的水。（岩石？） 其主要功能（functions）为： ⚫ 地下水是一种宝贵的资源（resource） ⚫ 地下水是极其重要的生态环境因子 ⚫ 地下水是一种很活跃的地质营力 ⚫ 地下水是地球内部地质演变的信息载体 1 地下水是一种宝贵的资源（resource） a) 水资源（water resources） ⚫ 全球淡水占总水量的 3.53%, 其中地下水占 1.7%； 我国陆地一半为干旱、半干旱地区，1/3 耕地，2/3 牧区水源不足； 城市水资源严重欠缺； 全国 60%的耕地全部或部分使用地下水灌溉； 全国 95％以上的农村饮用地下水； ⚫ 作为供水水源，具有分布广，动态变化小，洁净，不易污染等优点 问题一：查阅资料，了 解我国水资源现状

6地表水系河姆渡井（5700年前）以图说明，地下水的利用是人类文明的转折。b）液体矿产（liquidmining）。地下水高含盐类或稀有元素，开发提炼具有工业开采价值（溴、碘、锶、锁等）例：我国最早自流井，四川自贡，三叠纪岩层中的卤水，每升达300g之多●医疗或健身功能的矿泉水（Naturalmineralwater）：疗养院，天然矿泉水厂，啤酒厂等一寻找特殊功能的水资源c)能量（热能，冷能）源问题二：利用已有的地质学知识解释泉水地下水的露头一一泉井，往往具有冬暖夏凉的特点？“冬暖夏凉”、“地球热库”？“冬灌夏用，夏灌冬用”，地球是个天然热库一一可以供热，供取暖等用处例：墨西哥、新西兰地热利用；西藏羊八井2地下水是极其重要的生态环境因子环境因子：地下水与其周围的环境，人、水、热、动是个相互依存的有着内在联系的生物生存链，打破一个环节就会引起或正或负的反馈（报复）一一环境退化。讨论1：过量开采与排除地下水引起的环境退化■水位下降、浅井报废■井泉干，例泉城济南一一趵突泉■河水基流减少、地表径流衰减■干旱区、半干旱区土地荒漠化：包气带变厚——表土千——植物退化——土地沙化——动物衰减——生态全面退化例：黑河、弱水、居延海■地面沉降厚层砂土、粘土的固结压实一一唐山沿海区最重要的地质灾害■海水入侵地下水系统变化、咸淡水界面迁移例：南黛河区地下水快速咸化

以图说明，地下水的利用是人类文明的转折。 b) 液体矿产（liquid mining） ⚫ 地下水高含盐类或稀有元素，开发提炼具有工业开采价值（溴、碘、锶、钡等）: 例：我国最早自流井，四川自贡，三叠纪岩层中的卤水，每升达 300g 之多 ⚫ 医疗或健身功能的矿泉水（Natural mineral water）: 疗养院，天然矿泉水厂，啤酒厂等—寻找特殊功能的水资源 c)能量（热能，冷能）源 地下水的露头──泉井，往往具有冬暖夏凉的特点？ “冬灌夏用，夏灌冬用”， 地球是个天然热库──可以供热，供取暖等用处 例：墨西哥、新西兰地热利用；西藏羊八井 2 地下水是极其重要的生态环境因子 环境因子：地下水与其周围的环境，人、水、热、动是个相互依存的有着内在联系的生 物生存链，打破一个环节就会引起或正或负的反馈（报复）——环境退化。 讨论1：过量开采与排除地下水引起的环境退化 ◼ 水位下降、浅井报废 ◼ 井泉干涸，例泉城济南——趵突泉 ◼ 河水基流减少、地表径流衰减 ◼ 干旱区、半干旱区土地荒漠化： 包气带变厚——表土干——植物退化——土地沙化——动物衰减——生态全面退化 例：黑河、弱水、居延海 ◼ 地面沉降 厚层砂土、粘土的固结压实——唐山沿海区最重要的地质灾害 ◼ 海水入侵 地下水系统变化、咸淡水界面迁移 例：南黛河区地下水快速咸化 问题二：利用已有的地质学知识解释泉水 “冬暖夏凉”、“地球热库”？

■岩溶塌陷：与南湖塌陷相区别例：2000年唐山体育场地坪塌陷讨论2：地下水的过量补充引起的环境退化？：■土地沼泽化湿地—→疏千—环境退化土地——过量补水—→沼泽—环境退化（原有农业、建筑、道路损坏）■土壤的次生盐渍化例：50年代未，华北平原拦蓄地表水，只灌不排，蒸发浓缩作用，土壤次生盐化，地下水咸化。■山区地质灾害：滑坡、泥石流、崩塌，水库诱发地震地下水位升高，水软化作用、浮托作用、孔隙水压力，斜坡失稳。库水增加活动断裂的孔隙水压力，断层面抗剪强度减小，断裂活动。讨论3：地下水污染环境问题污染后果难以消除3、地下水是一种很活跃的地质营力外动力地质作用的重要参与者：花岗岩化作用、变质作用、地热迁移、有些金属矿产、岩溶地貌、地面沉降、地裂缝滑坡、崩塌、河流的搬运与堆积、岩石风化等现象，都与地下水有关4、地下水是地球内部地质演变的信息载体：地壳内能量、热量的传输者·传递应力：地震预报辅助标志地下水水位异常升降·强的溶剂：在地质循环和水文循环中化学组分溶解，传递到适宜的部位沉淀（沉积）成矿：如找矿、找油、地质演变·热量传递：利用含水介质储能92水文地质学研究的内容利用资源、趋利除害一一与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈、人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律一一如何应用规律为人类服务。（1）搞清地下水的形成、赋存、演化规律，合理有效的开发利用地下水资源，发挥其积极作用。（2）认识地下水与环境的关系，合理干预它们之间的平衡，使水文地质过程向着有益于人类生活和生产方向发展

◼ 岩溶塌陷：与南湖塌陷相区别 例：2000年唐山体育场地坪塌陷 讨论2：地下水的过量补充引起的环境退化？： ◼ 土地沼泽化 湿地 疏干 环境退化 土地 过量补水 沼泽 环境退化（原有农业、建筑、道路损坏） ◼ 土壤的次生盐渍化 例：50年代未，华北平原拦蓄地表水，只灌不排，蒸发浓缩作用，土壤次生盐化，地 下水咸化。 ◼ 山区地质灾害：滑坡、泥石流、崩塌，水库诱发地震 地下水位升高，水软化作用、浮托作用、孔隙水压力，斜坡失稳。 库水增加活动断裂的孔隙水压力，断层面抗剪强度减小，断裂活动。 讨论3：地下水污染环境问题 污染后果难以消除 3、 地下水是一种很活跃的地质营力 外动力地质作用的重要参与者： 花岗岩化作用、变质作用、地热迁移、有些金属矿产、岩溶地貌、地面沉降、地裂缝、 滑坡、崩塌、河流的搬运与堆积、岩石风化等现象，都与地下水有关 4、地下水是地球内部地质演变的信息载体：地壳内能量、热量的传输者 ⚫ 传递应力：地震预报辅助标志 地下水水位异常升降 ⚫ 强的溶剂：在地质循环和水文循环中化学组分溶解，传递到适宜的部位沉淀（沉 积）成矿：如找矿、找油、地质演变 ⚫ 热量传递：利用含水介质储能 §2水文地质学研究的内容 利用资源、趋利除害——与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈、人类活动相互作用下地 下水水量和水质的时空变化规律——如何应用规律为人类服务。 （1）搞清地下水的形成、赋存、演化规律，合理有效的开发利用地下水资源，发挥其 积极作用。 （2）认识地下水与环境的关系，合理干预它们之间的平衡，使水文地质过程向着有益 于人类生活和生产方向发展

$2水文地质学的发展与趋势三个时期：1856年以前的萌芽时期1856～1950的奠基时期1930～1940成为一门系统科学1950发展期萌芽时期：（1）由逐水而居到凿井取水----一大转折河姆渡井（5700年前）、亚美尼亚坎儿井（公元前7世纪）、四井卤水井（汉代）井一一地下水利用一一对地下水赋存条件认识一一作为实用技术萌芽（2）水的来源：与降水、河水有关奠基时期：近代实验科学兴起（1）地下水运动1856年，法国水力工程师达西，进行了水透过砂的室内实验一一达西定律一一提供了地下水定量计算依据一一奠定了水文地质学的基础1863年，法国A.Dupuit，地下水稳定井流公式1886年，奥地利，福希海默，绘制了地下水流网1935年，美国人泰斯，地下水非稳定井流方程一一泰斯公式物理模拟技术的发展，窄缝流（2）水源：初生水学说沉积水学说入渗说与凝结说（3）水化学成分1920～1930美国人迈因策尔，安全抽水量水文地质学成为一门成熟学科。发展阶段：预测人类活动干扰下的地下水变化，正确评价、合理开发管理、保护地下水及生态环境1940~1960雅可布汉图什：地下水含水系统+含水层1960s托特英格伦地下水流动系统一含水层1954博尔顿潜水位下降过程中非饱和带滞后释水

§2 水文地质学的发展与趋势 三个时期： 1856年以前的萌芽时期 1856～1950的奠基时期 1930～1940成为一门系统科学 1950发展期 萌芽时期： （1）由逐水而居到凿井取水-一大转折 河姆渡井（5700年前）、亚美尼亚坎儿井（公元前7世纪）、四井卤水井（汉代） 井——地下水利用——对地下水赋存条件认识——作为实用技术萌芽 （2）水的来源：与降水、河水有关 奠基时期：近代实验科学兴起 （1）地下水运动 1856年，法国水力工程师达西，进行了水透过砂的室内实验——达西定律 ——提供了地下水定量计算依据——奠定了水文地质学的基础 1863年，法国A.Dupuit，地下水稳定井流公式 1886年，奥地利，福希海默，绘制了地下水流网 1935年，美国人泰斯，地下水非稳定井流方程——泰斯公式 物理模拟技术的发展，窄缝流 （2）水源：初生水学说 沉积水学说 入渗说与凝结说 （3）水化学成分 1920～1930 美国人迈因策尔，安全抽水量 水文地质学成为一门成熟学科。 发展阶段： 预测人类活动干扰下的地下水变化，正确评价、合理开发 管理、保护地下水及生态环境 1940～1960 雅可布 汉图什： 地下水含水系统 含水层 1960s 托特 英格伦 地下水流动系统 含水层 1954 博尔顿 潜水位下降过程中非饱和带滞后释水

（1950~1960电子计算机引入水文地质数值模拟多重1960~同位素技遥感技术术渗地理信息技术透发展趋势：核心内容的转变，可持续发展观的提出水文地质学的发展正向“地下水科学”的转变一一趋势：《水文地质工程地质》05.第1期，51-56，张人权等核心课题转移：找水水文地质学→资源→生态环境….视野扩展：含水层→地下水系统→水文-生态环境一技术-社会系统。目标改变：由当前的问题转向长期的可持续发展内容扩展：从地下水的水量为主，转向水量与水质的研究并重；从狭义地下水，扩大到广义地下水，乃至地下水圈…·思路的改变：从成生角度，加强过程与机理研究…多学科交叉渗透成为主流：地下水科学与其它自然科学以及社会科学交叉渗透，以多学科方式研究与处理问题服务方式转变：方式发生了很大改变，如何使水文地质工作成果转化为生产力，成为一个急需解决的重大课题。讨论：由水文地质学研究历史，来看水文地质研究方法及进展$3课程内容.水文地质学基本概念：概念、名词与术语.水文地质学基本原理：地下水形成基本规律一一赋存、分布、运动地下水科学的分析方法：微观一一以概念为基础的分析方法：0宏观一一地下水系统理论为基础的综合分析.应用分析一一概念与原理的掌握教材：《水文地质学基础》-王大纯等，95版学时数：24

1950～1960 电子计算机引入水文地质数值模拟 1960～ 同位素 遥感技术 地理信息技术 发展趋势：核心内容的转变，可持续发展观的提出 水文地质学的发展正向“地下水科学”的转变——趋势：《水文地质工程地质》05.第 1期，51-56，张人权等 核心课题转移：找水水文地质学→资源.→生态环境. 视野扩展：含水层→地下水系统→水文-生态环境→技术-社会系统。 目标改变：由当前的问题转向长期的可持续发展. 内容扩展：从地下水的水量为主，转向水量与水质的研究并重；从狭义地下水，扩大 到广义地下水,乃至地下水圈. 思路的改变：从成生角度，加强过程与机理研究. 多学科交叉渗透成为主流：地下水科学与其它自然科学以及社会科学交叉渗透，以多 学科方式研究与处理问题 服务方式转变：.方式发生了很大改变，如何使水文地质工作成果转化为生产力，成 为一个急需解决的重大课题。 §3 课程内容 ⚫ 水文地质学基本概念：概念、名词与术语 ⚫ 水文地质学基本原理：地下水形成基本规律——赋存、分布、运动 ⚫ 地下水科学的分析方法：微观——以概念为基础的分析方法； 宏观——地下水系统理论为基础的综合分析 ⚫ 应用分析——概念与原理的掌握 教材： 《水文地质学基础》-王大纯等，95版 学时数：24 多 重 技 术 渗 透 讨论：由水文地质学研究历史，来看水文地质研究方法及进展

讲课：20讨论、练习与作业：4课时安排：参照教学日历【课程小结]：作为水文地质学研究对象，地下水是重要的淡水资源，也是重要的液体矿床：是极其重要的生态环境因子：活跃的地质营力和地球内部地质演变的信息载体。由水文地质发展历程，看其研究域的不断扩展，总结其研究方法。水文地质学是一门实用性能强的课程，做好认真学习的准备。[本讲作业及要求]：1、查阅资料，了解我国水资源状况2、利用已有的地质学知识解释泉水“冬暖夏凉”、“地球热库”？3、复习本讲内容，深入认识地下水四重功能

讲课： 20 讨论、练习与作业：4 课时安排：参照教学日历 [课程小结]：作为水文地质学研究对象，地下水是重要的淡水资源，也是重要的液体矿床； 是极其重要的生态环境因子；活跃的地质营力和地球内部地质演变的信息载体。由水文地 质发展历程，看其研究域的不断扩展，总结其研究方法。水文地质学是一门实用性能强的 课程，做好认真学习的准备。 [本讲作业及要求]： 1、查阅资料，了解我国水资源状况 2、利用已有的地质学知识解释泉水“冬暖夏凉”、“地球热库”？ 3、复习本讲内容，深入认识地下水四重功能