《地下水手册 美国内政部垦务局》董承山，高义军，袁宏利，毛深秋，刘芙荣编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《地下水手册 美国内政部垦务局》

【作　者】董承山，高义军，袁宏利，毛深秋，刘芙荣编

【页 数】 409

【出版社】 天津：天津大学出版社 , 2022.02

【ISBN号】978-7-5618-7137-9

【价 格】99.00

【分 类】地下水-手册

【参考文献】 董承山，高义军，袁宏利，毛深秋，刘芙荣编. 地下水手册 美国内政部垦务局. 天津：天津大学出版社, 2022.02.

图书封面：

图书目录：

《地下水手册 美国内政部垦务局》内容提要：

本书是关于地下水资源调查、开发和管理的指南，是由美国内政部垦务局组织有关技术领域的众多专家撰写的。手册内容偏重于地下水调查、开发和管理等实际工作以及一些经常遇到的问题，是水文地质工作者必备的工具书。全书共十六章，除解决供水方面的地下水恢复问题以外，对解决来自地表水库和渠道的渗漏、蓄水工程、斜坡稳定性、地下水库的补给、海水入侵控制、坑道及地下排水系统、建筑物排水、地面沉降、废物处理及控制污染等有关的一些问题都是很重要的基础工作。

《地下水手册 美国内政部垦务局》内容试读

第1章地下水的形成、性质和管理

1.1引言

地下水工程学是为人类利益对地下水进行调查、开发和管理的一门技术与科学。这门技术涉及的专门领域有土壤学、水力学、水文学、疏干学、地球物理学、地质学、数学、农艺学、冶金学、细菌学以及电子、机械和化学工程等。需水量的不断增长，使地下水工程学变得日益重要。

地下水工程学，除解决供水方面的地下水恢复问题以外，对解决地表水库和渠道的渗漏、岸边蓄水的后果、斜坡的稳定性、地下水库的补给、海水入侵的控制、坑道及地下排水系统和建筑物的排水、地面沉降、废物处理及控制污染等问题都是很重要的基础工作。

地下水工程学涉及确定含水层的性质和特征，并把水力学原理应用到地下水的特性上，以解决一些工程问题。在解决与地下水有关的复杂问题时，确定含水层的特征和以适当的数学以及其他方法使用这些资料都是必不可少的。确定含水层性质和特征所必须达到的精度取决于所涉及问题的复杂性。所需要的调查可以是粗略的，也可以是详细的。调查时需要研究或考虑的含水层特性和水力学原理可能是全部的，或者只有一两项。一些条件往往会很复杂，以致测定有限的数据和运用现有的理论不能解决某些问题。在这种情况下，需要对发展于17世纪末期的水循环理论有所了解，地质学基本原理在18世纪的建立为理解地下水的赋存及运动奠定了基础。法国水力工程师亨利·达西(Henry Darcy)通过研究垂直圆管中均质砂层内的水流，提出了具有很大主观性的地下水流基本原理。这些原理的可靠性取决于地下水技术专家的经验和判断能力。

1.2利用史

古代何时第一次把地下水用作供水水源已无法考证。古人从泉水中获取水，但人工挖掘的水井在圣经时代早期已得到广泛的应用，而古代中国人被广泛认为是钻进并衬砌水的发明者。几个世纪以来，由于开发地下水碰到的困难和对其成因以及形成缺乏了解，使地下水的使用受到限制。

地下水早期开发的标志是浅的手工掘井和原始的提水设备。钻井机械和电动泵的引进，使大量开采地下水和加大开采深度成为可能。地下水水文学和其他科学知识的发展，增强了人类了解和利用这种资源的能力。

因为技术有了改进，开发地下水的好处已经变得日益突出。最优先考虑的通常是生活用水（人畜消耗），其次是工业用水，然后是农业用水（灌溉）。由于地表水资源的开发已接

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地下水手册

近其全部潜力，近年来美国地下水资源的开发已在增长。

1.3

成因

1.3.1水循环

降水、贮存、径流和蒸发，遵循一个无休无止的过程，被称为水循环。在此循环期间，大气中和地表或地下的总水量保持不变，但是它们的形式可以改变。虽然有少量的岩浆水或来自其他深层水源的水可能找到途径流到地表，但我们把所有的水都看作是水循环的一部分。

水在水循环中的运动如图1-1所示。大气中的水蒸气被冷凝成冰晶或水滴，它们降落到地表而成为雪或雨。其中，一部分通过蒸发返回到大气中：一部分流经地表，一直流到河川，并最终流到海洋；剩余部分直接渗入地下，并向深处渗透，这部分中的一些水可以通过植物根系蒸腾或通过毛细管作用运移到地表并被蒸发，剩余的水向下渗透并与地下水体相连。

降水（雨和雪）

补

弱透水基岩

水下泉

承压含水层

隔水层

潜水

图1-1水循环

地下水通过泉及向河流渗透的方式回流到地表，然后水经蒸发作用，或者从地表直接被蒸发，或者通过植物蒸腾，从而结束水循环。当水蒸气进人大气中时，水循环便继续进行。

任何地区的水循环要素都可以定量地表示在一个均衡方程式中。就地下水调查而言，

第1章地下水的形成、性质和管理

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均衡方程式可用地下水的各分量来表示。然而，要确定地下水的各分量，必须对大的水文环境做出评价。确定地下水均衡方程式中的各分量是烦琐和费时的，而且其结果充其量也只能是近似的。因此，在进行评价之前，应当做出分析，确定这种评价是必需的，而且是合理的。

1.3.2地下水均衡方程式

地下水均衡方程式是一个地下水基本方程式，它的建立可以计算对一个地区地下水流动和贮存有直接影响的水循环要素，以便定量地估算地下水的可采量。该方程式可表示为

△S=补给-排泄

式中：△S是研究期间地下水贮存量的变化值。

从理论上讲，在天然条件下，经历了很长一段时间（包含湿、干两个循环）时，△S将等

于零，即流入量（补给）将等于流出量（排泄）。

地下水体的天然补给量，包括降水向深处的渗透量、来自河流与湖泊的渗流量和地下潜流量。地下水体的人工补给量，包括灌溉和喷灌向深处的渗透量、来自运河和水库的渗流量以及人工补给井的补给量。地下水体的天然排泄量或流出量，包括向河流的渗流量、泉的流量、地下潜流量、蒸腾和蒸发量。地下水体的人工排泄量是由水井或排水造成的。如果一个地区中的地下水贮存量在选定期间的末期比在初期时少，则说明排泄量已经超过了补给量；相反时，则说明补给量可能超过了排泄量。

1.3.3地下水的补给

地下水天然来源的补给包括下列诸项。

(1)降水向深处的渗透：地下水最重要的补给源之一。各个地区的补给量受植被、地形和土壤性质的影响，还受降水的类型、强度和频率的影响。

(2)来自河流和湖泊的渗流：另一种重要的地下水补给源。在地下水位高的潮湿和半潮湿地区，这种渗流量可能在重要程度上受到限制，且可能是季节性的。然而，在河流的全部流量可能流失到含水层中的干旱地区，这种渗流量可能具有重要的意义。

(3)来自其他含水层的潜流：含水层可以由有水力联系的临近含水层的潜流补给，补给量取决于水头差、水力联系的性质和含水层的水力特征。

(4)人工补给：可以通过设计的系统实现，也可能是未预见到的或无意识的。设计的对地下水的主要补给是通过地面引渗、渗透池和补给井来实现的。灌溉、引渗地表的污水及废水、化粪池的场地渗漏及其他活动具有相似的作用，通常是无意中造成的影响。来自水库、运河、排水沟渠、池塘以及类似的蓄水和输水建筑物的渗漏可能是地下水的主要局部来源。来自这类水源的补给，可以使广大地区的地下水动态完全改变。

1.3.4地下水的排泄

地下水的排泄有以下四个途径。

地下水手册

(1)向河流渗流：在一些河流的某些河段和一年的某些季节，地下水可能向河流排泄，并维持其基流。这种情况，湿润地区比干旱或半干旱地区更为普遍。

(2)泉及溢出水流：在地下水位与地面相交或承压含水层与地表相通的地方，有泉及溢出水流。

(3)蒸发和蒸腾：如果地下水位接近地表，足以保持由毛细上升高度产生水流，则地下水可以通过蒸发作用而散失；同时，植物可以从毛细作用带或饱和带蒸腾地下水。

(4)人工排泄：利用水井和排水沟渠人工排出地下水。在某些地区，这是造成地下水大范围枯竭的原因。

地下水以与明渠或管道中水流相同的方式沿水力坡度运动。然而，地下水的流动明显地受其所流经的多孔介质阻力的限制，与明渠或管道水流相比，其导致地下水流速低、水头损失大。

1.4地下水的赋存条件

1.4.1概述

韦伯斯特(Webster)将含水层定义为“含水的土层、砾石层或多孔岩层”。某些地层是良好的含水层，而另一些地层则是贫水的。最重要的条件是地层必须含有互相沟通的、水能够通过的缝隙或孔隙。含水层的性质取决于其组成物质、成因、颗粒组分与共生孔隙之间的关系、在地表的相对位置、对补给源的暴露情况及其他一些因素。

地下水赋存于几乎所有松散的或固结的沉积物，甚至于破碎的火成岩及变质岩中。含水层的潜力不仅取决于岩性，而且取决于地层及地质结构。一般而言，粗粒沉积物，无论非固结或固结的，均为最好的含水层。

1.4.2沉积物和岩石

通常，最好的含水层是粗颗粒、未固结粒状沉积覆盖层的饱水地段，这些覆盖层覆盖在固结岩石上，分布在地表大部分地方。普遍存在的未固结沉积物，在靠近河流的高程较低处更为多见。这些沉积物是由河流冲积物、冰水沉积物、风积沙、冲积扇及类似的水或风积粗颗粒的粒状物质组成的。此外，固结岩石因风化形成的残积物，也是良好的含水层。

粗颗粒的固结岩石，如砾岩和砂岩，通常也是良好的含水层，而且通常是在未固结的粒状沉积覆盖层的下面被发现。它们作为含水层的价值，在很大程度上取决于胶结程度和它们的破碎程度。此外，某些块状沉积岩，如石灰岩、白云岩和石膏，也可能是良好的含水层。这些岩石相对来说是可溶的，经过长时间的作用，会沿裂隙和缝隙形成几毫米至几百米（一英寸的十分之几到几百英尺)的空洞。一些最著名的、出水量最大的含水层就是含溶洞的

灰岩层。（国际单位制(SI)与美国惯用单位制换算见附录，后同。）

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地下水手册

带，从而形成有上层滞水水面的上层滞水含水层。在上层滞水含水层的底部和区域地下水面之间，存在一个非饱和带。上层滞水含水层是非承压含水层的特例。随着气候条件或上覆土地利用情况的不同，上层滞水水面可能是一个持久的现象，或者是季节性的间歇现象。含水层的类型如图1-2所示。

补给区

非承压含水层中的井承压含水层中的非自流井

地下水面一测压水面

承压含水层

的自流井

地表面

降水

、区域地下水面隔水层

非承压水层

承压含水层

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疾

图1-2含水层的类型

在几种可以分辨出处于不同条件下的土壤带中有不同状态的地下水存在，见根据

Meinger的材料改编的表1-l。

表1-1不同土壤带中地下水的状态

带

层

含水条件

土壤条件

土壤水层

在表面张力作用下

非饱和的

包气带（地下水面以上）

过渡水层

在表面张力作用下

非饱和的

毛细上升带

在表面张力作用下

饱和的或非饱和的

非承压地下水层

在压力作用下，但表面受大气压作用

饱和的

饱水带（地下水面以下）

承压或自流水层

在压力作用下，但表面压力超过了大气压

饱和的

岩流带

结合水·非自由水

干燥的

位于岩流(rock f1 owage)带上面的各含水带的厚度，随地区和时间而变化。在补给期间，饱水带变厚，包气带变薄。当排泄量超过补给量时，饱水带变薄，包气带变厚。在补给期，向下移动的暂时性饱水透镜体可以穿过包气带运动。

上述指的是温带和热带地区的地下水。然而，在北半球和南半球的寒带地区，冰冻层或永冻土可以延伸到相当大的深度，影响地下水的形成条件。与这样的条件有关的工程问题可能是独特的，本手册中未予考虑。

···试读结束···