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第1章 水 1

1.1 水 1

1.2 水文学与水文地质学 3

1.3 水循环 3

1.4 能量转换 6

1.5 水均衡方程 7

实例：Mono湖 7

1.6 水文地质工作者 9

1.7 应用水文地质学 9

1.8 水文地质工作的内容 10

1.8.1 水文地质学与人类的关系 10

1.8.2 水文地质工作的报酬 12

1.8.3 水文地质工作的职业道德 12

1.9 水文地质资料 13

1.10 美国材料与试验协会标准 15

1.11 习题说明 15

1.12 电子表格简介 17

符号 18

思考题 18

习题 18

第2章 水循环要素 20

2.1 蒸发 20

2.2 蒸腾 23

2.3 蒸散 23

2.4 凝结 25

2.5 降雨的形成 26

2.6 降雨和降雪的测量 26

2.7 有效降水深度 27

2.8 降水过程 30

2.9 河川水文过程线 34

2.9.1 基流退水 34

2.9.2 暴雨过程线 36

2.9.3 盈水河与渗失河 37

2.10 降雨-径流关系 39

2.11 历时曲线 41

2.12 根据基流确定地下水的补给量 42

2.12.1 退水曲线法（Meyboom法） 42

2.12.2 退水曲线位移法（Rorabaugh法） 43

2.13 流速及流量的测量 45

2.13.1 流速测量 45

2.13.2 堰流 47

2.14 曼宁公式 47

符号 48

思考题 49

习题 50

第3章 含水层的性质 54

3.1 物质与能量 54

3.2 岩土体的孔隙度 56

3.2.1 孔隙度的定义 56

3.2.2 沉积物的孔隙度与分类 57

3.2.3 沉积岩的孔隙度 61

3.2.4 深成岩与变质岩的孔隙度 62

3.2.5 火山岩的孔隙度 63

3.3 给水度 63

3.4 岩土体的渗透系数 66

3.4.1 达西试验 66

3.4.2 渗透系数 67

3.4.3 沉积物的渗透率 69

实例：冰水沉积物的渗透系数 71

3.4.4 岩石的渗透率 72

3.5 渗透仪 73

3.6 潜水面 75

3.7 含水层 77

3.8 潜水等水位线图与承压水等水压线图 79

3.9 含水层的特征 81

3.10 压缩系数与有效应力 83

3.11 均质性与各向同性 84

3.12 等势面的水力梯度 86

符号 87

思考题 88

习题 89

第4章 地下水运动原理 92

4.1 引言 92

4.2 机械能 92

4.3 水头 94

4.4 变密度流体的水头 96

4.5 力势与水头 98

4.6 达西定律 99

4.6.1 水头、势能与达西定律 99

4.6.2 达西定律的适用范围 99

4.6.3 单位流量与平均线性流速 101

4.7 地下水运动方程 101

4.7.1 承压含水层 101

4.7.2 非承压含水层 104

4.8 地下水运动方程的解 104

4.9 水头梯度 105

4.10 地下水运动方向与水头梯度的关系 106

4.11 流线与流网 106

4.12 流线的折射 109

4.13 承压含水层中的稳定流 110

4.14 非承压含水层中的稳定流 112

符号 116

思考题 117

习题 118

第5章 地下水向井的运动 121

5.1 引言 121

5.2 基本假设 122

5.3 径向流 122

5.4 抽水引起的降深 123

5.4.1 承压完整井 123

5.4.2 越流承压含水层中的井流 125

5.4.3 非承压含水层中的井流 131

5.5 由时间-降深数据确定含水层的参数 133

5.5.1 引言 133

5.5.2 稳定流 133

5.5.3 非稳定流 135

5.5.4 考虑弹性释水的越流含水层的非稳定流 146

5.5.5 非承压含水层中的非稳定流 147

5.5.6 非完整井 149

5.6 瞬时击水试验 151

5.6.1 利用瞬时击水试验确定含水层参数 151

5.6.2 瞬时击水试验的强衰减反应 151

5.6.3 瞬时击水试验的不完全衰减反应 159

5.6.4 瞬时击水试验讨论 161

5.7 根据单位涌水量确定导水系数 162

5.8 叠加原理 164

5.9 水文地质边界 164

5.10 含水层试验 166

5.10.1 含水层的单井试验 166

5.10.2 有观测井的含水层试验 168

符号 169

计算说明 170

思考题 170

习题 171

第6章 土的含水量与潜水的补给 176

6.1 引言 176

6.2 土的孔隙度与含水量 176

6.3 毛细作用与毛细上升带 179

6.4 包气带中的孔隙水张力 180

6.5 土壤带水 181

6.6 包气带水流运动原理 183

6.7 潜水的补给 185

符号 187

思考题 188

习题 188

第7章 区域地下水流模式 190

7.1 引言 190

7.2 非承压含水层中的稳定流 190

7.2.1 补给区与排泄区 190

7.2.2 均质含水层中的地下水流 191

7.2.3 埋藏透镜体 195

7.2.4 非均质各向异性含水层 195

7.3 非稳定流 197

7.4 不参与循环的地下水 198

7.5 泉 198

7.6 地质条件对区域地下水流模式的影响 200

实例1：大盆地（Great Basin）地区的区域水流体系 201

实例2：美国东南部沿海地区的区域水流体系 204

实例3：高原含水层的区域水流体系 211

实例4：达科他含水层 215

7.7 地下水与湖泊、湿地以及河流的联系 218

符号 222

计算说明 223

思考题 223

习题 224

第8章 地下水的赋存 226

8.1 引言 226

8.2 松散含水层 227

8.2.1 冰成地貌 227

实例：俄亥俄州Dayton市埋藏型含水层的水文地质条件 230

8.2.2 冲积河谷 232

8.2.3 构造山谷中的冲积物 233

实例：San Bernardino地区的构造河谷 235

8.3 沉积岩 237

实例：伊利诺伊州东北部—威斯康星州东南部的砂岩含水层 237

8.3.1 复杂的地层条件 240

8.3.2 褶皱与断层 241

实例：断层作为含水层边界 242

8.3.3 碎屑沉积岩 244

实例：Newark盆地的水文地质条件 246

8.3.4 碳酸盐岩 246

8.3.5 煤与褐煤 253

8.4 岩浆岩与变质岩 254

8.4.1 侵入岩与变质岩 254

8.4.2 火成岩 255

实例：火成岩高原——哥伦比亚河玄武岩 255

实例：火成岩穹窿——夏威夷群岛 256

8.5 永久冻土区的地下水 257

实例：冲积含水层——美国阿拉斯加州Fairbanks地区 259

8.6 沙漠地区的含水层 259

实例：约旦Azraq盆地——沙漠地区的水文地质条件 260

8.7 滨海平原含水层 260

8.8 淡水与咸水的关系 263

8.8.1 滨海含水层 263

8.8.2 海岛 266

8.9 潮汐效应 268

8.10 美国地下水分区 269

8.10.1 西部山区 270

8.10.2 冲积盆地区 270

8.10.3 哥伦比亚熔岩高原区 271

8.10.4 科罗拉多高原与怀俄明盆地区 271

8.10.5 高原区 271

8.10.6 中部非冰川区 272

8.10.7 中部冰川区 272

8.10.8 皮德蒙特—蓝岭区 273

8.10.9 东北高地与苏必利尔高地区 273

8.10.10 大西洋和海湾的滨海平原区 273

8.10.11 东南滨海平原区 274

8.10.12 冲积河谷区 274

8.10.13 夏威夷岛 274

8.10.14 阿拉斯加区 274

8.10.15 波多黎各和维尔京群岛区 274

符号 275

习题 275

第9章 水化学 277

9.1 引言 277

9.2 计量单位 277

9.3 水中的化学反应类型 278

9.4 质量作用定律 279

9.5 同离子效应 280

9.6 化学活度 281

9.7 水与弱酸的电离常数 283

9.8 碳酸盐平衡 285

9.8.1 碳酸盐反应 285

9.8.2 CO2分压不变时的碳酸盐平衡 287

9.8.3 pH对碳酸盐平衡的影响 289

9.9 热力学关系 290

9.10 氧化电位 291

9.11 离子交换作用 294

9.12 同位素水文学 296

9.12.1 稳定同位素 296

9.12.2 放射性同位素测年 298

9.13 主要离子化学 299

9.14 化学分析结果的表达 300

9.14.1 Piper图 300

9.14.2 Stiff图 302

9.14.3 Schoeller半对数图 302

实例：美国佛罗里达含水层系统的水文地球化学特征 303

符号 306

思考题 306

习题 307

第10章 地下水水质与污染 310

10.1 引言 310

10.2 水质标准 312

10.3 水样的采集 313

10.4 地下水水质监测 314

10.4.1 地下水水质监测规划 314

10.4.2 地下水监测井的安装 315

10.4.3 监测井取样 317

10.5 包气带污染监测 319

10.6 溶质迁移 320

10.6.1 引言 320

10.6.2 扩散 320

10.6.3 对流 321

10.6.4 机械弥散 321

10.6.5 水动力弥散 322

10.6.6 延迟效应 325

10.6.7 有机物的降解 333

10.7 地下水污染 334

10.7.1 引言 334

10.7.2 化粪池与污水池 336

10.7.3 垃圾填埋场 336

10.7.4 化学溢出物与地下存储罐的泄漏 340

10.7.5 采矿 342

实例：铀矿尾矿的污染 342

10.7.6 其他地下水污染源 343

10.8 地下水恢复 344

10.8.1 基于风险的纠正措施 344

10.8.2 污染源控制措施 344

10.8.3 污染羽的处理 345

10.8.4 自然与强化生物修复 346

10.9 实例：某超级基金场地的地下水污染 346

10.9.1 背景 346

10.9.2 地质条件 346

10.9.3 水文地质条件 348

10.9.4 地下水污染 349

10.9.5 场地修复 351

10.10 捕获带分析 352

符号 355

思考题 355

习题 356

第11章 地下水开发与管理 357

11.1 引言 357

11.2 含水层的动态平衡 357

实例：美国伊利诺伊州东北部的深层砂岩含水层 358

11.3 地下水均衡 359

11.4 地下水的管理潜力 360

11.5 安全开采量之惑 362

11.6 水资源法 363

11.6.1 法律基础 363

11.6.2 地表水水量管理法 364

11.6.3 地下水水量管理法 366

实例：美国亚利桑那州地下水规范 368

11.6.4 地下水水质管理法 368

实例：美国威斯康星州地下水保护法 371

11.7 人工补给 372

11.8 地下水水质保护 373

11.9 地下水开采与循环储量 375

11.10 地表水与地下水的联合利用 376

11.11 全球水问题 377

思考题 379

第12章 野外工作方法 380

12.1 引言 380

12.2 断层形迹分析 380

12.3 地表地球物理勘测方法 385

12.3.1 直流电阻率法 385

12.3.2 电磁传导率法 388

12.3.3 地震法 391

12.3.4 探地雷达与磁法勘探 396

12.3.5 重力法和航空磁测法 396

12.4 地球物理测井 397

12.4.1 井径测井 400

12.4.2 温度测井 400

12.4.3 单极电阻测井 401

12.4.4 电阻率法测井 401

12.4.5 自然电位测井 402

12.4.6 核测井 403

实例：利用地球物理方法确定某隔水层的范围与厚度 404

12.5 场地水文地质条件评价 407

12.6 野外水文地质工作 408

12.7 水文地质报告 410

符号 412

习题 412

第13章 地下水运动模型 415

13.1 引言 415

13.2 地下水模型的应用 417

13.3 模型需要的数据 417

13.4 有限差分模型 419

13.4.1 有限差分网格 419

13.4.2 有限差分网格记符 420

13.4.3 边界条件 420

13.4.4 稳定流均匀网的求解方法 421

13.4.5 非稳定流的求解方法 422

13.5 有限元模型 423

13.6 常用地下水运动模型 423

13.7 MODFLOW基本原理 425

13.8 Visual MODFLOW 427

13.9 地理信息系统 427

思考题 428

附录 432

附录1 泰斯井函数u-W（u）数值表 433

附录2 η,μ-F（η,μ）函数表 434

附录3 u—W（u,r/B）函数表 435

附录4 H（u,β）函数表 436

附录5 K0（x）函数与exp(x)K0（x）函数表 437

附录6A 潜水含水层W（uA,Г）函数表 438

附录6B 潜水含水层W（uB,Г）函数表 439

附录7 长度换算表 440

附录8 面积换算表 441

附录9 体积换算表 441

附录10 时间换算表 442

附录11 部分矿物与化合物的溶度积 442

附录12 天然元素的相对原子质量与原子序数 443

附录13 erf(x),erfc（x）函数表 446

附录14 水的密度与黏度 447

附录15 下载运行程序说明 448

附录16 渗透系数换算表 450

附录17 流量换算表 451

词汇表 452

习题答案 466

参考文献 472

索引 503