地下水科学概论

1. 地下水科学概论 长安大学 王文科

3. 绪论 • 地下水概念(The concept of groundwater) • 水文地质学(Hydrogeology) • 地下水和地质过程(groundwater and geology process) • 地下水在人类生活、生产中的作用(The function of groundwater in human’s life and production activity) • 学习方法(studying method for this discipline)

4. 地下水概念 The concept of groundwater • 1.1, 概念 绪论 定义1:广义上讲地下水是指赋存于地表以下土壤与岩石空隙中的水。 狹义上讲地下水是指赋存于地表以下土壤与岩石空隙中的重力水。

5. 地下水概念 The concept of groundwater • 1.1, 概念 绪论 显然狭义的定义把侧重点放在浅层、饱和的地下水流上

6. 地下水概念 The concept of groundwater • 1.1, 概念 绪论 但要充分认识到对于地下水的研究必须建立在对于地下水体系有更广泛理解的基础之上才行。 不仅要围绕近地表的非饱和土壤水分体系进行深入研究-----它在水文循环中扮演重要角色 而且还要围绕相当深的饱和体系进行深入研究-----它在很多地质过程中有着重要影响 现代地下水研究的一个特点。

7. 地下水概念 The concept of groundwater • 1.1, 概念 绪论 定义2: 地下水是参于自然界水循环过程中处于地下隐伏径流阶段的循环水。

8. 地下水概念 The concept of groundwater • 1.1 概念 绪论 几点认识： • 地下水是储存和运动于岩石和土壤空隙中的水，那么地下水必然要受到地质条件的控制。 地质条件包括岩石性质、空隙类型与连通性、地质地貌特征、地质历史等等。

9. 地下水概念 The concept of groundwater • 1.1 概念 绪论 • 地下水是参于自然界水循环过程中处于地下隐伏径流阶段的循环水,那么地下水与地表水、大气降水之间存在着密切的联系，也就是说影响大气降水与蒸发、地表水的气象因素、水文因素也在直接和间接地影响地下水。

10. 地下水概念 The concept of groundwater • 1.1 概念 绪论 • 地下水的运动受空隙的影响，如空隙的大小、连通性等，地下水是空隙介质流,以渗流形式运动,控制渗流的因素除水本身的物理化学性质外，还決定于空隙介质的性质。区别于大气水、地表水的运动。 • 对地下水的研究需要跨学科

11. 地下水概念 • 1.2 人类开发地下水的历史(The history of groundwater development and utilization ) 绪论 • 自人类开始定居和从事农业生产活动后，便揭开了利用地下水的历史。 根据中国的考古发掘和史书的记载，早在原始社会的母系氏族公社时期就开始了泉水的利用和浅井的挖掘。如《淮南子·脩务训》上记载说：神农“教民播种五故”和“尝百草之滋味”外，亦教民鉴别“水泉之甘苦”。考古发现我国最古老的水井——浙江余姚河母渡水井，根据对支护木头的碳-14年代测定，其修建时间在公元前3710±125年，但井深很小（仅1.35m)。

12. 地下水概念 • 1.2 人类开发地下水的历史(The history of groundwater development and utilization ) 绪论 • 在中国进入父系氏族公社时期（公元前2550~2140年）以后，随着定居定的出现和农业生产的进步，水井已相当普遍 水井的深度不断增加，水井结构更加完善。 沈树荣（1979年）根据考古资料对这一时期中国水井挖掘的历史作了如下总结：以河北邯郸润沟和河南洛阳矬李古井为代表的龙山文化时期（公元前2800~2300年），井型为土井深度已达6~7m；商代的水井是一种长方形的水井（河北+++城台西发现的商代水井），井深已接近10m，井中有木制的井盘；西周（公元前1066~771年）早期已有石砌水井（江苏省东海县焦家庄西周早期遗址）和陶质井圈的瓦井。

13. 地下水概念 • 1.2 人类开发地下水的历史(The history of groundwater development and utilization ) 绪论 此外，在水井的提水工具上，这一时期也有了较大的进步。 据元朝王祯的《农事》上说“汤旱，伊尹教民田头凿井以灌田，今之桔槔是也。”刘仙周根据这一记载并结合早商遗迹中有长方形的水井推断，这种灌溉机械也可能创造与商代初期的成汤时期（公元前1765~1760年）。从春秋时代的后期到中国的一个封建王朝——秦国建立这一时期，随着社会经济的较迅速发展，地下水的开发利用也有了明显的进步。例如据我国西汉年间《史记.河渠书》记载，我国新疆吐鲁番一代的坎儿井至少出现在公元前200~300年之前；早在公元前200年的秦朝蜀郡守李冰就发明了制盐法（即利用地下水煮盐）。汉朝初年（纪元初年）四川自贡一带开采地下水卤水煮盐之产业已十分兴旺。已能在岩石中开凿数十到数百米以上的自流井。

14. 地下水概念 • 1.2 人类开发地下水的历史(The history of groundwater development and utilization ) 绪论 在这一时期，欧洲、中东及埃及等人类文化起源较早的地区，地下水开发经历着和中国相似的历程。有关水井和井结构的记载，已在公元前2000年前的基督教《圣经》和公用水井，古罗马在公元前312年以前即普遍利用泉水和水井（深度<5m）。古波斯时期（公元前550~330年）已在德黑兰附近修建大规模的坎儿井为城市供水和附近地区农田灌溉之用。德黑兰附近最大坎儿井的深度已达150m，长26m。 • 随着人类社会的发展和工业的出现，水井的开凿深度越来越大 欧洲的第一口井深是公元1126年Lillirs村附近一个修道院内挖成（但这一时期的水井深度很少超过300m）。这些水井按其所在地名被成为Artesian（即自流井）。

15. 地下水概念 • 1.2 人类开发地下水的历史(The history of groundwater development and utilization ) 绪论 世界凿井历史上的第一口超深井是我国1853年开凿的自贡燊海井，其深度达到1001.42m。而在欧洲直到19世纪末出现现代机械化的钻井技术后，其水井深度才超过1000m。 • 18世纪末和19世纪初欧洲国家进入工业化革命之后，随着钻井机械技术的进步，工业、农业、城市迅速发展，供水量急剧地扩大，促使人们开始大规模的利用地下水源 中国的第一口城市供水机井，是在二十世纪初期于上海开凿的，直到新中国成立之后，大规模的地下水开发工作，才算真正开始

16. 地下水概念 • 1.2 人类开发地下水的历史(The history of groundwater development and utilization ) 绪论 • 人类对地下水的利用，除了用于生活饮用和农业灌溉之外，在很早以前就已经开始了将地下水用于治病和制盐 俄罗斯地球化学的奠基人——维尔纳德斯基在其关于天然水利用历史的著作中曾提到：在公元前20~10世纪古希腊科学中，对于天然水的起源及其性质已有相当清楚的概念，在公元前1世纪，著名的希腊医生阿尔赫格涅斯即把矿水分为碱性的、铁质的、盐性的及硫质的几大类。在罗马帝国时代（公元前27年~公元476年），利用温泉已极为兴盛，在当时的论文中可以找到矿水分类的雏形。

17. 地下水概念 • 1.2 人类开发地下水的历史(The history of groundwater development and utilization ) 绪论 在中国辨别泉水的水质以及利用具有特殊成分的矿泉水治病，传说开始于神农时代。《淮南子·脩务训》中记载说，神农“尝百草之滋味，水泉之甘苦，令民知所必就”。中国有文字记载的和保存至今的温泉疗养遗址，是陕西省临潼骊山的华清池。秦代“已砌石为湯”（即用石头加固泉口）。唐代（公元8世纪），已建有规模很大的进水和排水完善的室内温泉浴池。

18. 地下水概念 • 1.2 人类开发地下水的历史(The history of groundwater development and utilization ) 绪论 • 人类除了将地下水资源作为生活、生产的供水水源外，也有和地下水有害作用进行斗争的久远历史 我国考古工作者曾在湖北铜绿山找到两处春秋战国时期的古矿井，在其中发现了戽水用的木撮瓢、引水用的木水槽和提水用的木桶等排水设备，据在Ⅱ号矿体中出土的铜斧木柄碳-14年代测定资料，其时代在公元前535±75年。

19. 地下水概念 • 1.2 人类开发地下水的历史(The history of groundwater development and utilization ) 绪论 土地盐碱化是地下水埋藏过钱引起的一大危害，在我国农业发展过程中和土地盐碱灾害斗争也有久远的历史。《尚书》中的《禹贡》篇和《史记·夏本记》都有山东青州地区盐渍土广泛分布的记述，《史记·夏本记》中说“海滨广泄，诀田斥卤”（即把盐碱地改造成农田）。由此可见，在公元前2～7世纪，我国即开始了和地下水诱发的土壤盐碱化的斗争。