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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 MODFLOW427

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