來自海洋的濕熱氣流與來自陸地腹地的冷氣流相遇，則在鋒面上產生降水。隨著季節(jié)變化，兩種氣流互為消長，鋒面隨之推移。一般年份，四月份鋒面相遇于我國東南沿海一帶，這一帶雨季開始。六月，隨著海洋氣團加強，鋒面穩(wěn)定于長江沿線，形成連綿不已的“黃梅雨”。七、八月間，隨著鋒面推進到華北、東北南部及我國西部內地，這一地區(qū)進入雨季，南方雨量減少。秋季，蒙古高壓加強，夏威夷高壓減弱，西北季風開始控制大陸，出現(xiàn)秋高氣爽的天氣。冬季，蒙古高壓強盛，形成多次寒潮。

東部季風影響不能波及我國西部腹地。新疆西北部受大西洋氣流控制，雨季出現(xiàn)于五、六月間。青藏高原南部及云南高原則受西南季風及印度洋季風影響，六至九月為雨季。 由于季風氣候的控制，旱季、雨季分明，降水集中使我國水資源在時間上分配相當不均勻。雨季降水豐沛，是水文循環(huán)積極進行時期。即使是較干旱的地區(qū)，由于全年降水絕大部 中國地質大學（武漢）環(huán)境學院 《水文地質學基礎》課程組 13

分集中于短期內降落，江、河、湖泊及其他地表水體的水量均得以補充，不少地區(qū)甚至江河漫溢，釀成洪澇災害。地下水在此期間也獲得大量雨水入滲補給。旱季降水比較稀少，地表水及地下水都以或快或慢的速度流向海洋，或以不同的蒸發(fā)強度轉入大氣圈，補給量小于排出量，總水量逐漸消耗減少。

由于水文循環(huán)過程的不均勻性造成各地區(qū)水量隨時間變化，給用水帶來不利影響。降水集中的雨季過后，地表徑流迅速流走而不能充分利用。地下徑流速度比地表水緩慢得多，當?shù)乇黹g歇河流已經干涸，大小溪流流量急劇減少之際，地下水仍能保持一定的水量和水位高度，這樣，不但其本身仍保持供給相當水量的能力，還能源源不斷地補充與其有聯(lián)系的地表水，使其保持一定的旱季流量。地下水對水文循環(huán)的滯緩，對于水量在時間上的分配起著調節(jié)作用，使之趨于較為均勻，對于水資源利用是很有利的。

我國水文循環(huán)的另一重要特征就是降水在空間分布上的不均勻性。例如東南沿海地區(qū)年均降水量均在1500mm以上，最大可達2000—3000mm；長江流域約1200mm，華北地區(qū)一般在600—800mm；而新疆塔里木盆地降水量僅在50mm以下，有的地方幾乎終年無雨。這就導致水資源在空間分布上的不均勻性。據(jù)最近公布的水資源資料，我國年地表徑流量約

2.78萬×108m3，長江流域及其以南地區(qū)占75％以上，華北、西北地區(qū)僅占10％。全國年地下徑流量約7000×108m3，長江流域及其以南地區(qū)占60％；華北及西北地區(qū)僅占20％。在這樣的水資源條件下，各地區(qū)水的需求的滿足程度不同。一般說來，長江流域及其以南地區(qū)，降水較為充沛，水文循環(huán)總量可滿足生產及生活的需要；但由于水量季節(jié)分配不均勻，某些地區(qū)在干旱季節(jié)，尤其干旱年份仍感到缺水。華北、東北地區(qū)，一般雨季水量不少，但干旱季節(jié)長，普遍感到缺水，總的說來水量不能滿足要求。西北干旱或沙漠地區(qū)，降水稀少，水資源貧乏，形成大范圍的荒漠，僅在盆地邊緣由于獲得山區(qū)冰川和積雪融化水補給，形成局部水源較為豐富的“綠洲”。如河西走廊的“綠洲”，即由祁連山冰雪融化水補給；天山南北沿塔里木、準噶爾沙漠邊緣的“綠洲”也同樣以周圍山地高山融雪水為水源。

無論地表水或地下水，都是自然界水文循環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，均以大氣降水為其補給來源。因此，一個地區(qū)水資源的豐富程度主要取決于降水量的多寡。降水量大的地區(qū)，水資源較為豐富；反之，水資源貧乏。由于降水在時間上分配的不均勻，在總徑流量中占主要地位的地表徑流由于循環(huán)速度快，利用率受到限制；而地下徑流比較滯緩；分布也較廣泛，無論在時間上和空間上均可起到一定的調節(jié)作用；從而大大提高了地下水在水資源中的價值和地位。但是，我們必須充分認識到，只有降水才是地下水補給的最主要來源。在某些降水十分稀少的干旱地區(qū)，甚至沙漠地區(qū)，有時也能發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的地下水。它們或者是從周圍高山冰雪融水獲得補充，實際上仍是固體降水的轉化補給；或者是在長期地質歷史或歷史時期中集聚起來的，是多年水文循環(huán)的積累。而可以長期供給利用的水量，只能是該地區(qū)經常參與水文循環(huán)的那部分水量。當用水量超過參與水文循環(huán)的總水量時，實際上是在提取多年積存的地下水；這部分水量是難以短期恢復補充的，從實際應用的角度而言，有時甚至是無法恢復的。因此，把地下水資源的形成作為自然界水文循環(huán)過程中的一個環(huán)節(jié)加以研究，是水文地質學的一個基本出發(fā)點。

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第二章 巖石中的孔隙與水分

2．1 巖石中的空隙

地殼表層十余公里范圍內，都或多或少存在著空隙，特別是深部http:///
一、兩公里以內，空隙分布較為普遍。這就為地下水的賦存提供了必要的空間條件。按維爾納茨基（В．И．Вернадский）的形象說法，“地殼表層就好象是飽含著水的海綿”。

巖石空隙是地下水儲存場所和運動通道�？障兜亩嗌�、大小、形狀、連通情況和分布規(guī)律，對地下水的分布和運動具有重要影響。

將巖石空隙作為地下水儲存場所和運動通道研究時，可分為三類，即：松散巖石中的孔 隙，堅硬巖石中的裂隙和可溶巖石中的溶穴。

2．1．1 孔隙

松散巖石是由大小不等的顆粒組成的。顆�；蝾w粒集合體之間的空隙，稱為孔隙（參見圖2—1中l(wèi)—6）。

巖石中孔隙體積的多少是影響其儲容地下水能力大小的重要因素�？紫扼w積的多少可用孔隙度表示�？紫抖仁侵改骋惑w積巖石（包括孔隙在內）中孔隙體積所占的比例①。 若以n表示巖石的孔隙度，V表示包括孔隙在內的巖石體積，Vn表示巖石中孔隙的體積，則：

n=VnV 或 n=n×100% VV

孔隙度是一個比值，可用小數(shù)或百分數(shù)表示。

孔隙度的大小主要取決于分選程度及顆粒排列情況，另外顆粒形狀及膠結充填情況也影響孔隙度。對于粘性土，結構及次生孔隙常是影響孔隙度的重要因素。

為了說明顆粒排列方式對孔隙度的影響，我們不妨設想一種理想的情況，即構成松散巖石的顆粒均為等粒圓球；當其為立方體排列時（圖2—2，a）�？伤愕每紫抖葹�47.64％，為四面體排列時（圖2—2，b），孔隙度僅為25.95％。由幾何學可知，六方體排列為最松散排列，四面體排列為最緊密排列，自然界中松散巖石的孔隙度大多介于此兩者之間。

應當注意，上述討論并未涉及圓球的大小。如圖2—3所示，三種顆粒直徑不同的等粒巖石排列方式相同時，孔隙度完全相同。 另一種表示松散巖石中孔隙多少的參數(shù)是孔隙比。巖石的孔隙比(ε，簡稱隙比)是指某一體積巖石內孔隙的體積（Vn）與固體顆粒體積（V）的比值，即ε

故孔隙度與孔隙比之間有如下關系：ε①=Vn/Vs或ε=(Vn/Vs)×100%。因為 ，=n。松散巖石壓縮（或膨脹變形）時，孔隙體積（Vn）1?n

發(fā)生變化，而顆粒體積（Vs）不變，故孔隙比與孔隙體積變化成正比，在涉及變形時，采用孔隙比方便些：而涉及水的儲容與流動時，則采用孔隙度。

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圖2—1 巖石中的各種空隙

〔據(jù)邁因策爾修改補充〕

1—分選良好，排序疏松的砂；2—分選良好，排列緊密的砂；3—分選不良的，含泥、砂的礫石；4—經過

部分膠結的砂巖；5—具有結構性孔隙的粘土；6—經過壓縮的粘土；7—具有溶隙及溶穴的可溶巖

圖2-2 顆粒的排列形式(參照格雷通)

A—立方體排列；B—四面體排列

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圖2-3 不同粒度等粒巖石的孔隙度與孔隙大小

〔轉引自�。�Н．Семихатов，1954〕

自然界中并不存在完全等粒的松散巖石。分選程度①愈差，顆粒大小愈懸殊的松散巖 石，孔隙度便愈小。細小顆粒充填于粗大顆粒之間的孔隙中，自然會大大降低孔隙度（圖2—1中3）。當某種巖石由兩種大小不等的顆粒組成，且粗大顆粒之間的孔隙，完全為細小顆粒所充填時，則此巖石的孔隙度等于由粗粒和細粒單獨組成時的巖石的孔隙度的乘積。

自然界中的巖石的顆粒形狀多是不規(guī)則的。組成巖石的顆粒形狀愈不規(guī)則，棱角愈明顯，通常排列就愈松散，孔隙度也愈大。

粘土的孔隙度往往可以超過上述理論上最大孔隙度值。這是因為粘土顆粒表面常帶有電荷，在沉積過程中粘粒聚合，構成顆粒集合體，可形成直徑比顆粒還大的結構孔隙（圖2—1中5和6）。此外，粘性土中往往還發(fā)育有蟲孔、根孔、干裂縫等次生空隙。

表2—1列出自然界中主要松散巖石孔隙的參考數(shù)值。

表2—1 松散巖石孔隙度參考數(shù)值〔據(jù)弗里澤等，1987〕 巖 石 名 稱

孔隙大小對地下水運動影響很大�？紫锻ǖ雷罴毿〉牟糠址Q作孔喉，最寬大的部分稱作孔腹（圖2—4）；孔喉對水流動的影響更大，討論孔隙大小時可以用孔喉直徑進行比較。

孔隙大小取決于顆粒大�。▓D2—3）。對于顆粒大小懸殊的松散巖石，由于粗大顆粒形成的孔隙被細小顆粒所充填，孔隙大小取決于實際構成孔隙的細小顆粒的直徑（圖2—1，3）。

顆粒排列方式也影響孔隙大小。仍以理想等粒圓球狀顆粒為例，設顆粒直徑為D，孔喉直徑為d，則作立方體排列時，d=0.414D②（圖2—4，圖2—5，a）；作四面體排列時，d=0.155D（圖2—5b）。 礫 石 砂 粉 砂 粘 土 孔隙度變化區(qū)間％－40％％－50％％－50％％－70％

圖2-4 孔吼（直徑為d）與孔腹（直徑為d＇） 圖2-5 排列方式與孔隙大小關系

通過孔隙通道中心切面圖 a—立方體排列；b—四面體排列

假定顆粒為等粒球體（直徑為D）作立方體排列

①在顆粒成分累積曲線上，取累積含量為60％處的顆粒直徑d60，除以累積含量為10％處的顆粒直徑系數(shù)②f=d60/d10，此系數(shù)可表征松散巖石的分選程度。 此時孔腹直徑d′=0.732D，參見圖2—4。

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顯然，對于粘性土，決定孔隙大小的不僅是顆粒大小及排列，結構孔隙及次生空隙的影響是不可忽視的。

2．1．2 裂隙