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第1章 水资源与水循环 1

1.1 水资源 1

1.2 水文学和水文地质学 3

1.2.1 水文学和水文地质学概念 3

1.2.2 水文地质学发展简史 3

1.2.3 水文地质学与其他地质学科的联系 4

1.3 水循环 4

1.4 与水循环有关的要素 5

1.4.1 降水 5

1.4.2 蒸发和蒸腾 7

1.4.3 融雪 9

1.4.4 入渗和径流 10

1.4.5 河川径流与基流 11

1.5 水文过程 14

第2章 含水层介质的特性 15

2.1 岩土体的孔隙性 15

2.1.1 孔隙度和有效孔隙度 15

2.1.2 沉积岩的孔隙性 16

2.1.3 火山岩和变质岩的孔隙性 17

2.2 渗透率和渗透系数 17

2.2.1 Darcy试验 17

2.2.2 岩体的渗透系数和渗透率 20

2.2.3 渗透系数的测定 21

2.2.4 各向异性材料的Darcy方程 24

2.3 含水层类型及其非均质性 25

2.3.1 含水层的类型和特点 25

2.3.2 非均质介质中的渗透系数的确定 26

2.4 压缩性和有效应力 28

2.4.1 水的压缩性 28

2.4.2 Terzaghi有效应力和岩体基质的压缩性 29

2.4.3 含水层的导水系数和储水系数 33

2.4.4 给水度和持水度 33

第3章 地下水流运动的基本规律 35

3.1 饱和带中的地下水流运动方程 35

3.1.1 质量守恒定律 35

3.1.2 承压含水层的水流控制方程 36

3.1.3 潜水含水层的水流控制方程 38

3.1.4 越流含水层的水流控制方程 40

3.2 流线和流网 41

3.2.1 流线 42

3.2.2 流网 42

3.3 裂隙岩体中的地下水流 43

3.3.1 典型单元体与尺度效应 43

3.3.2 单裂隙和网络裂隙中的水流运动规律 45

3.3.3 裂隙岩体渗透张量 49

3.4 非饱和带水流运动规律 50

3.4.1 非饱和带水流的基本概念 50

3.4.2 毛细现象 52

3.4.3 土壤水及其特征曲线 53

3.4.4 非饱和水流运动控制方程 56

第4章 水文地质试验模型方法及应用 57

4.1 水文地质试验的原型地质模型 57

4.2 常规的水文地质试验步骤和方法 59

4.2.1 Theis非稳定流抽水试验法 59

4.2.2 Jacob直线求解法 64

4.2.3 水位恢复法 66

4.2.4 Hantush-Jacob越流含水层法 67

4.3 单孔试验 71

4.3.1 定流量抽水试验 71

4.3.2 定水头试验 72

4.3.3 微水试验 72

4.3.4 多次降深抽水试验 76

4.3.5 非完整井流问题 78

4.4 群孔抽水试验和叠加原理 80

4.5 水文地质试验的现场应用 81

4.5.1 含水层试验设计 81

4.5.2 基坑降水试验设计 82

第5章 区域地下水流系统及水资源 85

5.1 地下水流盆地 85

5.1.1 区域地下水流的数学分析 86

5.1.2 盆地地质特性对地下水流的影响 89

5.2 补给和排泄 92

5.2.1 补给 92

5.2.2 排泄 94

5.3 地下水和地表水的相互作用 96

5.4 淡水和咸水的相互作用 98

5.4.1 概述 98

5.4.2 淡水和咸水相互作用的基本理论 99

5.5 地下水资源的开发和管理 103

5.5.1 天然含水层的动态平衡 103

5.5.2 地下水均衡 104

5.5.3 地下水资源管理的策略 104

第6章 地下水运动数值模拟方法 110

6.1 概述 110

6.2 有限差分法 111

6.2.1 稳定流问题（拉普拉斯方程）的有限差分法 112

6.2.2 稳定流问题（泊松方程）的有限差分法 114

6.2.3 非稳定流问题的有限差分法 115

6.2.4 边界条件 119

6.2.5 有限差分模拟软件（MODFLOW）介绍 122

6.3 有限单元法 126

6.3.1 稳定流问题的有限单元法 126

6.3.2 非稳定流问题的有限单元法 134

6.4 特征有限元法 140

6.4.1 特征有限元原理 140

6.4.2 特征点p与单元网格的关系 143

第7章 水文地质模型参数反分析 145

7.1 概述 145

7.2 模型误差来源 146

7.2.1 水头误差 146

7.2.2 流量误差 147

7.3 模型参数反演的适定性和方法 147

7.3.1 参数反问题的适定性 149

7.3.2 试错法 150

7.3.3 参数自动寻优法 150

7.4 目标函数 166

7.5 参数敏感性分析、模型验证及预测 169

7.6 遗传算法在反演水文地质参数中的应用 170

第8章 地下水化学和水质特征 174

8.1 地下水中的化学组分 174

8.2 水中的化学反应类型 176

8.2.1 同离子效应 178

8.2.2 离子交换 178

8.2.3 酸碱反应 179

8.2.4 溶解与沉淀 182

8.2.5 氧化-还原反应 184

8.2.6 表面反应 187

8.2.7 络合反应 190

8.3 碳酸盐平衡 192

8.3.1 碳酸盐反应 192

8.3.2 一定CO2分压作用下的碳酸盐平衡 194

8.4 同位素水文学 195

8.4.1 稳定同位素 195

8.4.2 放射性衰减 197

8.4.3 放射性同位素的测龄 198

8.5 水化学分析结果 199

8.5.1 Piper三线图 200

8.5.2 饼图 201

8.5.3 Stiff模式 202

8.5.4 Schoeller半对数图 203

第9章 地下水中的污染物 204

9.1 污染物运移的过程 204

9.1.1 对流 204

9.1.2 扩散 205

9.1.3 延迟 207

9.1.4 弥散 209

9.2 地下水污染和示踪试验 216

9.2.1 污染物类型 217

9.2.2 示踪剂和示踪剂试验 219

9.3 多相流中污染物问题 222

9.3.1 基本概念 222

9.3.2 LNAPL和DNAPL污染 226

9.4 地下水中污染物监测方法和修复 231

9.4.1 污染物间接监测方法 231

9.4.2 修复方法 233

第10章 地下水中污染物运移模拟 239

10.1 溶质运移方程 239

10.1.1 对流-扩散方程 239

10.1.2 对流-弥散方程 240

10.1.3 对流-弥散-反应方程 242

10.2 溶质运移方程的解析解 245

10.2.1 一维溶质运移方程的解析解 245

10.2.2 三维溶质运移方程的解析解 252

10.3 溶质运移方程的数值解 254

10.3.1 边界和初始条件 254

10.3.2 数值解 256

参考文献 258