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《地下水动力学与水化学基础实验》 本书旨在为地质学、水文学、环境科学以及相关领域的研究生和高年级本科生提供一套系统、实用的地下水动力学和水化学实验指导。通过丰富的实验案例和详细的操作步骤，帮助读者深入理解地下水在地下介质中的运动规律，掌握地下水化学成分的分析方法及其变化机制，并学会运用这些知识解决实际的水文地质问题。 第一篇 地下水动力学实验 本篇重点关注地下水流的运动规律和驱动机制，涵盖了从基本原理验证到复杂现象模拟的多个方面。 第一章 恒定流观测与绘图： 介绍不同边界条件下（如等深线、流线、等势线）的恒定流场观测方法，包括但不限于： 沙盘模拟实验： 利用不同渗透系数的介质（如石英砂、黏土）搭建地下水流模型，模拟均质与非均质介质中的稳定渗流。通过在模型上绘制等势线和流线，直观展示地下水流动的方向和路径。 物理模型验证： 参照经典水文地质模型（如Theis解析解、Hantush指数积分解的物理实现），通过控制渗流速度和水头差，验证不同边界条件对地下水流场的影响。 实验数据处理与分析： 学习如何准确记录实验数据，利用绘图软件（如Origin、Excel）绘制等势线图和流线图，并分析水力梯度、渗透系数等关键参数。 第二章 非稳定流模拟与分析： 探索地下水在非稳定状态下的运动特征，主要关注抽水或注水对地下水位的影响。 井中抽水试验（物理模型）： 构建具有有限导水层厚度和渗透性的模型，模拟单井或多井抽水过程中地下水位的下降规律。 水文地质参数估算： 学习应用库兹涅佐夫（Kuznetsov）公式、舒莫维尔（Shumovilov）公式等经典方法，根据抽水试验数据估算导水系数、储存系数等关键水文地质参数。 非稳定流模型演示： 通过实际模型演示，观察抽水过程中涌流边界、自流边界以及混合边界对水位下降曲线的影响。 第三章 渗透性与渗透系数测定： 讲解如何准确测量不同地下介质的渗透性。 恒定渗流法（恒定流）： 使用渗流仪，在恒定流量条件下，测量不同颗粒级配、孔隙度的砂土、粘土等介质的渗透系数。 非恒定渗流法（非恒定流）： 介绍通过测量不同时间段内的渗流量变化，间接计算渗透系数的方法。 介质性质与渗透系数的关系： 分析颗粒大小、形状、排列方式、孔隙度、饱和度等因素对渗透系数的影响。 第四章 孔隙与渗透特性的宏微观研究： 探讨地下水运动的微观机理。 微观模型模拟： 利用微流控芯片或扫描电子显微镜（SEM）成像技术，观察地下水在多孔介质中的微观流动路径和行为。 孔隙结构分析： 学习运用图像处理技术分析岩芯或土样的孔隙度、孔径分布、连通性等参数，并理解这些参数如何影响宏观渗透性。 第二篇 地下水化学实验 本篇侧重于地下水化学成分的分析、来源解析以及水化学平衡的研究，旨在培养读者对地下水质量评估和保护的能力。 第五章 地下水主要阳离子与阴离子测定： 掌握常见的地下水化学组分测定技术。 酸碱度（pH）与总溶解固体（TDS）： 学习使用pH计和电导率仪测定水样的pH值和总溶解固体含量。 离子滴定法： 掌握碳酸根、重碳酸根、氯离子等阴离子的滴定分析方法，了解滴定终点的判断。 火焰原子吸收光谱法（FAAS）/电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）： 学习测定钙、镁、钠、钾等阳离子的原理和操作，理解其在地下水中的赋存形态。 第六章 地下水微量元素与同位素分析： 拓展地下水化学的分析深度。 ICP-MS（电感耦合等离子体质谱法）： 学习测定重金属等微量元素的方法，了解其在地下水中的来源和环境意义。 同位素示踪技术： 介绍稳定同位素（如¹⁸O, ²H）和放射性同位素（如³H, ¹⁴C）在地下水补给、径流、混合等过程研究中的应用。 第七章 地下水水化学类型划分与评价： 学习如何综合分析地下水化学数据。 Piper图、Stiff图的绘制与解读： 掌握利用化学分析结果绘制水化学图，并根据图谱分析地下水的主要离子组成和水化学类型。 地下水成因类型分析： 结合地质背景和水化学特征，分析地下水形成的来源和演化过程（如岩石风化、溶解、离子交换等）。 地下水质量评价： 学习依据国家或地方相关饮用水水质标准，对地下水进行质量评价，并识别可能存在的污染问题。 第八章 地下水污染物的识别与溯源： 运用化学分析方法追踪地下水污染。 有机污染物检测（GC-MS/LC-MS）： 介绍利用气相色谱-质谱联用技术或液相色谱-质谱联用技术，检测地下水中的农药、挥发性有机物（VOCs）等污染物。 重金属污染溯源： 结合化学分析结果和地质调查，分析重金属污染的潜在来源，如工业排放、农业活动、采矿等。 同位素示踪在污染研究中的应用： 演示如何利用同位素信息辅助判断污染物的来源和迁移转化途径。 第九章 地下水化学平衡与反应模拟： 深入理解地下水化学的动态过程。 热力学平衡计算： 学习使用PHREEQC等软件，进行地下水矿物溶解沉淀、离子交换等化学平衡计算。 水-岩相互作用模拟： 模拟地下水与围岩相互作用过程中发生的地球化学反应，预测水化学演化趋势。 本书内容紧密结合理论知识，注重实验操作的规范性和结果的准确性，同时强调对实验数据的深入分析和解释能力。通过本教程的学习，读者将能够独立完成基本的地下水动力学和水化学实验，并具备运用实验结果解决实际水文地质问题的能力。
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