《供水水文地质》试题（A 卷）标准答案
专业：给水排水工程
一、选择题——选择一项最佳答案填在括号内（共15分，每题1）
(1) 当某种岩石由两种大小不等的颗粒组成，且粗大颗粒之间的孔隙完全为细小颗粒所充填时，则此岩石的孔隙度( A )由粗颗粒和细颗粒单独组成时的岩石的孔隙度的乘积。
a ．小于
b ．大于
c ．等于
(2) 大气压力的升高有时可以引起承压含水层钻井或测压孔中水位 ( B )。
a ．升高
b ．降低
c ．不变
(3) 潜水含水层中的地下水流动时，通常是从 ( C ) 的地方运动。
a ．水力梯度大的地方向水力梯度小
b ．地形坡度大的地方向地形坡度小
c ．地形高的地方向地形低
(4)决定地下水流动方向的是 ( C )。
a ．压力的大小
b ．位置的高低
c ．水头的大小
(5) 有入渗补给时或蒸发排泄时潜水面可以看做 ( C )。
a ．流面
b ．等水头面
c ．既非a 也非b
(6) 地下水按 ( B ) 分类，可以分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。
a ．埋藏条件
b ．含水介质类型
c ．化学成分的形成
(7) 包气带岩层的渗透系数随包气带含水量的降低而 ( B )。
a ．增大
b ．减小
c ．不变
(8) 高矿化度地下水中的阳离子组分通常以 ( A ) 为主。
a ．Na +
b ．Mg 2+
c ．Ca 2+
(9) 河流与地下水的补给关系沿着河流纵剖面而有所变化。一般说来，在山前洪冲积扇，河流 ( A ) 地下水。 a ．补给 b ．排泄 c ．既非a 也非b
(10) 地下水的实际流速通常 ( A ) 地下水的渗透流速。
a ．大于
b ．等于 c. 小于
(11) 接受同等强度的降水补给时，砂砾层的地下水位变幅 ( A ) 细砂层的地下水位变幅。
a ．大于
b ．小于
c ．等于
(12) 水对某种盐类的溶解能力随该盐类浓度的增加而 ( C )。
a ．增强
b ．不变
c ．减弱
(13) 山区地下水全部以大泉形式集中排泄时，可以认为泉流量 ( C ) 地下水的补给量。
a ．小于
b ．大于
c ．等于
(14) 人工补给地下水的目的之一是可以防止 ( B )。
a ．地下水污染
b ．地面塌陷
c ．海水入侵
(15) 一个地区水资源的丰富程度主要取决于 ( A ) 的多寡。
a ．降水量
b ．蒸发量
c ．地表径流量
二、名词解释（共40分，每题4分）
1、 地下水
广义的地下水是指赋存于地面以下岩土空隙中的水；包气带及饱水带中所有含于岩石空隙中的水均属之。
狭义的地下水仅指赋存于饱水带岩土空隙中的水。
2、 孔隙度
孔隙度是指某一体积岩石(包括孔隙在内)中孔隙体积所占的比例。若以n 表示岩石的孔隙度，V 表示包括孔隙在内的岩石体积，Vn 表示岩石中孔隙的体积，则：
%100?==
V Vn n V Vn n 或
3、 径流模数
径流模数(M)：系指单位流域面积F(km 2)上平均产生的流量，以L ／s ·km 2为单位，计算式为：
)101(103
33m L F Q
M -=?= 4、 给水度
地下水位下降一个单位深度时，单位水平面积饱水岩石柱体中在重力作用下给出的水的体积。给水度的大小主要取决于岩性、初始地下水位埋深以及地下水位的下降速度。
5、水力梯度
水力梯度（I ）为沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值。水力梯度可以理解为水流通过单位长途渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能。也可以将水力梯度理解为驱动力，即克服摩擦阻力使水以一定速度流动的力量。
6、弱含(透)水层
所谓弱透水层是指那些渗透性相当差的岩层，在一般的供排水中它们所能提供的水量微不足道，似乎可以看作隔水层；但是，在发生越流时，由于驱动水流的水力梯度大且发生渗透的过水断面很大(等于弱透水层分布范围)，就不能当成隔水层，这样的岩层称为弱透水层。
7、阳离子交替吸附作用：一定条件下，颗粒将吸附地下水中某些阳离子，而将其原来吸附的部分阳离子转为地下水中的组分，这便是阳离子交替吸附作用。
8、渗透系数
渗透系数为水力梯度等于1时的渗透流速。渗透系数K 的因次与渗透流速相同，一般采用m ／d 或cm ／s 为单位。
9、总矿化度
地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量称为总矿化度(总溶解固体)，以每公升中所含克数(g ／L)表示。
10、脱硫酸作用
在还原环境中，当有有机质存在时，脱硫酸细菌能使S042-还原为H 2S ：
S042-+2C+2H2O —H 2S+2HCO 3-
结果使地下水中S042-减少以至消失，2HCO 3-增加，pH 值变大，这种作用称为脱硫酸作用。
三、简答题（共36分，每题6分）
1、简述上层滞水、潜水、承压水的概念及其基本特征
答:（1）上层滞水指赋存于包气带局部隔水层之上具有自由水面的重力水。其基本特征为1）无压性2）补、径、排特征，补给：主要接受大气降水、地表水、凝结水的补给。补给区与分布区一致。径流：由水位高处流向水位低处。排泄：存在流向局部隔水层边沿的径流排泄与蒸发排泄两种排泄方式，且蒸发排泄较潜水更强，由于更接近地表。3）动态特征，受气象、水文因素影响最大，动态最不稳定（在潜水、承压水与上层滞水三者之中）此外，水循环积极，易于恢复；由于规模小，缺乏多年调节性。正由于上层滞水规模小，动态变化又大，难以保证稳定供水，故只能作为暂时性供水水源。4）水质特征：水质最易遭受污染。
（2）潜水：饱水带中第一个具有自由表面的含水层（潜水含水层）中的水。其基本特征为1)无压性：潜水面上无稳定隔水层存在，直接与大气接触，具有自由水面，属无压水，即潜水的自由水面不承受大气压强以外的任何附加压强（水文地质学中衡量压强的基准点是大气压强）。2)补、径、排特征,补给：在其分布范围内接受大气降水、地表水或凝结水的补给，补给区与分布区一致。径流：由潜水位高处流向潜水位低处。
1） 排泄：存在两种排泄方式：径流排泄：即以泉或泄流等方式排向地表或排入地表水体。蒸发排泄：即以蒸发或蒸腾的形式排入大气。3)动态特征,潜水动态不稳定，其水位、水质、水量等明显受控于气象、水文等因素，具有明显的季节变化特点。潜水参与水循环积极，易于恢复。含水层较薄时往往缺乏多年调节性。(3)承压水：充满于两个稳定隔水层间含水层中的水（注意：“充满”二字，否则叫无压层间水），中间的含水层就叫承压含水层。其基本特征为,1．承压性：钻孔揭穿承压含水层隔水顶板时，承压水会沿钻孔上升到高出含水层顶面某一高度才静止下来。其产生的原因就是由于上覆隔水层对下部含水层中地下水施加了重压。2．补、径、排特征,补给：主要的补给方式有：含水层于地表出露处直接获得补给；通过连通于地表的导水断裂获得补给；上下含水层的越流补给等（补给区与分布区不一致）。径流：由测压水位高处流向测压水位低处。排泄： 径流排泄为主（以泉或泄流的方式排出地表，或排入地表水体或以 越 流方式排入其它含水层）。3.动态特征,由于承压水存在上覆稳定的隔水层使其受气象、水文等因素影响较小，由此决定了：承压水动态较潜水更为稳定。此外，承压水循环缓慢，难于恢复，常具一定规模，具多年调节性。4．水质特征,埋深浅、含水层规模越小，水循环积极，有利于形成淡水；相反埋深大，含水层规模越大，易于形成含盐量高的水。与潜水相比，水质更不易遭受污染。
2、试述矿物与岩石的概念、相互关系和岩石按成因分类。
答：矿物是地壳中各种地质作用的自然产物，具有一定的化学成分和内部构造，因而有一定的物理和化学性质。矿物可以是单质（自然硫、金）或化合物（盐、石英、赤铁矿）。矿物是地壳的基本组成部分，是矿石和岩石的组成单位。
岩石按成因分为：岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩浆（软流圈中的物质）沿着地壳岩石的裂隙上升到地壳范围内或喷出地表，热量逐渐散失，最后冷却凝固而形成的岩石，就叫岩浆岩，又称火成岩。在地表环境中已经形成的岩石经过风化、剥蚀、熔解等外力地质作用的破坏而产生的岩石碎屑、溶质等物质，在原地或经过搬运在适宜的环境沉积起来，再经过成岩作用而形成的岩石。由于地壳运动、岩浆活动等地质作用的影响，使早期形成的岩石处于新的物理化学环境之下（温度、压力的改变，与化学活动性流体反应等），岩石的矿物成分及结构，构造就必然发生相应变化，所形成新的岩石就称为变质岩。
3、地下水中氯离子(C1-)的来源有哪些？
地下水中的C1-
主要有以下几种来源：
(1)来自沉积岩中所含岩盐或其它氯化物的溶解；
(2)来自岩浆岩中含氯矿物[氯磷灰石Ca 5(P04)3Cl]、方钠石[NaAlSiO 4.NaCl 3]的风化溶解；
(3)来自海水；
(4)来自火山喷发物的溶滤；
(5)人为污染：工业、生活污水及粪便中含有大量C1-。
4、什么是溶滤作用？其影响因素是什么？
在水与岩土相互作用下，岩土中一部分物质转入地下水中，这就是溶滤作用。 溶滤作用的结果，岩土失去一部分可溶物质，地下水则补充了新的组分。
溶滤作用的强度与下列因素有关：
（1）组成岩土的矿物盐类的溶解度。
（2）岩土的空隙特征。缺乏裂隙的致密基岩，水难以与矿物盐类接触，溶滤作用便也无从发生。
（3）水的溶解能力决定着溶滤作用的强度。总的说来，低矿化水溶解能力强而高矿化水弱。
（4）水中CO 2、O 2等气体成分的含量决定着某些盐类的溶解能力。如水中CO 2含量愈高，溶解碳酸盐及硅酸盐的能
力愈强。O 2的含量愈高，水溶解硫化物的能力愈强。
（5）水的流动状况。流动停滞的地下水，最终将失去溶解能力，溶滤作用便告终止。地下水流动迅速，矿化度低的、含有大量CO 2、O 2的大气降水和地表水，溶滤作用便持续地强烈发育。地下水的径流与交替强度是决定溶滤作用
强度的最活跃的因素。
5、试简述山前倾斜平原区地下水的水文地质特征。
答：山前倾斜平原区形成洪积扇，依据洪积扇中地形、地质条件的变化，洪积扇的水文地质特征也呈现相应有规律的变化，可以将其从扇顶→前沿划分为三个水文地质分带：深埋带、溢出带、垂直交替带。（1）深埋带，①位置位于扇顶。地下水的赋存特征，②颗粒粗大的卵砾石层构成潜水含水层，下部基岩构成隔水底板；潜水位埋深大（一般达十几米至几十米）主要由于地势更高的缘故，这也是该带叫深埋带的原因。③地下水的补、径、排特征，补给：降水、地表水、基岩裂隙水，以地表水为主。径流：径流迅速（由于坡度大、渗透性好）。排泄：以径流排泄为主，蒸发十分微弱。④水质特征，多形成低矿化度的重碳酸型水，矿化度一般小于1g/L ，大多在几十mg/L~几百mg/L 左右。（2）溢出带。①位置，洪积扇中部。②地下水的赋存特征，岩性多为砂砾石、砂夹粘土透镜体，多形成潜水含水层，局部地段有微承压现象。③补、径、排特征。补给：有大气降水，地表水及深埋带地下水侧向流入。径流：径流强度明显减弱，蒸发加强。排泄：由于坡度下降与渗透性减弱，地下水多以泉或泄流形成排泄。④水质特征，多形成硫酸型或l 434C SO HCO SO --、等过渡水型，矿化度明显上升，一般为1~2g/L 左右。蒸发作用增强的结果：水质矿化度增高。（3）垂直交替带（或盐份堆积带）①位置洪积扇前沿。②地下水的赋存特征，岩性为粘土细粒沉积为主，夹砂层，地下水主要存在潜水与承压水，且往往存在多层承压水。③潜水的补、径、排特征，补给：大气降水、地表水。径流：强度十分微弱，由于地形平缓且渗透性差。排泄：径流排泄可以忽略，以蒸发排泄为主。（水质矿化度增高）④水质特征，蒸发浓缩作用的结果，水质多形成Cl 化物型，且矿化度较高，可达10g/L 。
6、简述锅炉用水中产生成垢作用、起泡作用和腐蚀作用的原理。
答：（1）成垢作用指水煮沸时，水中所含的一些离子、化合物可以相互作用而生成沉淀，依附于锅炉壁上形成锅垢。锅垢厚了不仅影响传热，浪费燃料，而且易使金属炉壁过热融化，引起锅炉爆炸。锅垢的成分通常有：CaO 、CaCO 3、CaSO 4、CaSiO 4、Mg(OH)2、MgSiO 4、Al 2O 3、Fe 2O 3及悬浮物质的沉渣等。这些物质是由溶解于水中的钙、镁盐类及胶体的SiO2、Al2O3、Fe2O3
和悬浮物沉淀而成的。（2）起泡作用主要指水煮沸时在水面上产生大量起泡的作用。如果气泡不能立即破裂，就会在水面以上形成很厚的集不稳定的泡沫层。泡沫太多时将使锅炉内水的汽化作用极不均匀和水位急剧地升级，致使锅炉不能正常运转。产生这种现象的原因是由于水中易溶解的钠盐、钾盐，以及油脂和悬浊物，受炉水的碱度作用发生皂化的结果。钠盐中，促使水起泡的物质为苛性钠和磷酸钠。苛性钠除了可使脂肪和油脂皂化外，还促使水中的悬浊物变成胶体状悬浊物。磷酸根与水中的钙、镁离子作用也能在炉火中形成高度分散的悬浊物。水中的胶体状悬浊物增强了气泡薄膜的稳定性，因而加剧了气泡作用。（3）腐蚀作用指由于水中氢置换铁使炉壁受到损坏的作用。氢离子可以是水中原有的，也可以是由于炉中水温增高，从某些盐类水解而生成。此外，溶解于水中的气体成分，如氧、硫化氢及二氧化碳等也是造成腐蚀作用的重要因素。锰盐、硫化铁、有机质及脂肪油类也可作为接触剂而加强腐蚀作用的进行。
四、论述题（9分）
试通过分析碳酸盐岩—水—二氧化碳体系说明岩溶作用的机理，据此讨论岩溶发育的影响因素。
答：碳酸盐岩—水—二氧化碳体系涉及到固、液、气三相复杂的化学体系，其化学过程通常以CaCO3-H2O-CO2体系进行分析，主要的反应如下：
水中CO2能够促进CaCO3溶解是因为CO2溶于水的生成物H+能也CaCO3溶于水的生成物OH-结合，降低了CaCO3溶于水的生成物的浓度，带动了反应向正向进行，促进了CaCO3的溶解。由此可见，岩溶发育的影响因素有如下：（1）气候条件，其决定了一个地区的植被和土壤特征，而植被和土壤又是地下水中CO2和其它酸类的主要来源。一般湿热气候条件下，由于微生物对土壤中有机质的氧化分解以及植被根系的呼吸作用会产生大量的CO2与其它有机酸等，从而使水的侵蚀性大大增强，使岩溶更为发育。（2）岩石成分及结构的影响，碳酸盐岩是由不同比例的方解石与白云石组成，其中含有泥质、硅质等杂质。而通常情况下，方解石的溶解速度是白云石的两倍，泥质、硅质都是难溶物，故而，对于碳酸盐岩而言，其中方解石的含量越高，泥质、硫质含量越小，则越有利于岩溶的发育；孔隙大且多的生物礁岩，岩溶最为发育，泥晶粒屑碳酸盐岩及泥晶碳酸盐次之；亮晶碳酸盐岩，尤其经重结晶作用而形成的亮晶碳酸盐岩，孔隙度小，最不易溶蚀。