Hydrogeology of Crystalline Rocks (Water Science and Technology Library) pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Stober, Ingrid; Bucher, Kurt; Stober, I.

出品人:

页数:286

译者:

出版时间:2007-11-19

价格:USD 129.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780792360827

丛书系列:

图书标签:

Hydrogeology
Crystalline Rocks
Groundwater
Water Resources
Geology
Hydrology
Water Science
Geochemistry
Fractured Rocks
Aquifers

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具体描述

Hydrogeology of Crystalline Rocks deals with deep groundwater in the granite and gneiss basement of the continents. It has become evident during the past years that highly mineralized water is present in an interconnected fracture network of the basement. Thus, the upper part of the crust of the continents can be viewed as an aquifer and investigated with tools common in hydrogeology. This book presents accounts on water-conducting features of crystalline rocks and summarizes the hydraulic properties of the basement. The volume includes reviews, new data and research on the often remarkable chemical composition of deep groundwater. Microbial processes in the deep basement aquifer are probably more important than previously thought. Two contributions focus on this recent extension of research of the biosphere to greater depth in the Earth. This book represents the first multidisciplinary and integrated account of deep groundwater hydrology in crystalline basement. It is of interest to hydrologists and hydrogeologists working with water in crystalline rocks, but also to solid earth geophysicists, geochemists and petrologists with an interest in fluids in the crust. Scientists involved in nuclear waste disposal programs and geothermal energy development will find a wealth of stimulating ideas in this volume.

地下水动力学：沉积岩与松散沉积物中的水流与物质迁移本书聚焦于沉积岩和松散沉积物（如砂、砾石、粘土、页岩）中的水文地质过程。这与对结晶岩（如花岗岩、片麻岩）的深入研究形成鲜明对比，它探讨了孔隙结构、渗透率各向异性、多孔介质中的溶质迁移以及人类活动对这些复杂系统的影响。本书的叙述将侧重于描述这些介质的非均质性和复杂性，以及如何运用现代水文地质模型和地球物理技术来理解和预测其水文行为。 --- 第一部分：沉积物水文地质基础与介质特征第一章：沉积岩与松散沉积物的形成与水文分类本章系统回顾了沉积岩和松散沉积物的地质成因，包括河流、湖泊、海洋、冰川和风力沉积环境。重点分析了不同沉积构造（如层理、交错层理、透镜体、断层泥）对水力传导性的影响。我们将区分有效孔隙度与总孔隙度，并探讨孔隙结构（孔径分布、连通性）如何控制地下水的赋存状态和流动路径。核心内容包括：沉积相概念及其水文意义：识别高渗透性相（如砂层）和低渗透性相（如粘土层、淤泥层）的垂直和水平分布。岩石物理性质与水力参数的关联：分析颗粒大小、分选度、圆度如何影响渗透率和储水能力。粘土矿物的水文作用：探讨粘土矿物（如蒙脱石、伊利石）的表面化学性质、阳离子交换容量（CEC）及其对污染物吸附和低渗透性的贡献。第二章：多孔介质中的水流理论与达西定律的局限性本章详细阐述了地下水流动的基本控制方程，特别是达西定律的适用范围及其在沉积物系统中的修正。重点讨论了在低速流动和高梯度流动条件下的偏离现象。达西定律的微观基础与宏观表述：对渗透率的定义、测量方法（实验室和现场测试）进行深入探讨。层状介质中的流动：分析水流在具有明显差异渗透率的层理结构中的非均匀性，如层间渗流与层内渗流的耦合。非均质性和各向异性：在沉积盆地中，渗透率通常表现出显著的统计学上的随机性或结构性的各向异性。本章将介绍随机场理论在描述这种复杂渗透率场中的应用。非饱和带水流：详细分析包气带（Vadose Zone）中的重力流、毛管力控制下的滞留水流和蒸发作用，并引入 Richards 方程在描述水势驱动流动中的应用。第三章：地下水补给、排泄与水文平衡本章侧重于沉积盆地水文循环的宏观过程。探讨了大气降水、地表水交错、人工回灌等对地下水系统的补给机制。补给机制的量化：利用稳定同位素和示踪剂技术区分不同补给来源；评估降雨入渗效率。排泄途径：分析基岩裂隙/孔隙水向河流、湖泊的基流贡献；探讨地下水蒸发和人工开采的量化方法。区域水文平衡分析：建立基于质量守恒原理的区域水文模型，用于评估可持续开采潜力。 --- 第二部分：沉积岩水系中的溶质迁移与污染物控制沉积物，尤其是松散沉积物，因其高孔隙度和复杂的固-液界面化学作用，成为污染物迁移和转化的关键区域。本部分将详细解析溶质在这些多孔介质中的传输过程。第四章：对流-弥散过程与反应动力学溶质在地下水中的迁移通常由对流和弥散共同控制。本章区分了这两种机制，并探讨了影响污染物迁移速率的化学反应。对流-弥散方程（ADE）：推导并应用 ADE 模型描述保守污染物（如氯离子）的迁移。重点分析纵向和横向弥散系数的确定。机械弥散与物理扩散：区分由流速梯度引起的机械弥散和受浓度梯度驱动的分子扩散，尤其是在低流速下的黏土层中。反应性污染物：引入反应动力学，包括一级或零级反应，用于模拟有机污染物（如烃类）的降解过程。第五章：吸附、离子交换与生物地球化学过程沉积物，特别是富含有机质或粘土的细粒沉积物，对污染物具有强大的滞留能力。固液界面化学：详细研究有机污染物（如多环芳烃、农药）在有机碳上的分配系数 ($K_{oc}$)。离子交换过程：针对重金属（如镉、铅）和一些有机阳离子，分析粘土矿物表面的负电荷导致的阳离子交换，以及如何使用离子交换容量（CEC）来预测其迁移延迟。生物降解与电子受体：在厌氧或好氧环境中，探讨污染物在水力梯度控制下的生物降解速率，关注铁还原、硫酸盐还原等关键微生物过程对污染物转化的影响。第六章：地球物理方法在沉积物水文地质中的应用由于沉积物的非均质性，传统的水文地质钻探和采样往往不足以刻画整个储层。本章介绍地球物理技术如何提供空间连续的介质属性信息。电法勘探（ERT/IP）：利用电阻率和极化率的变化来识别含水层/隔水层界面、粘土含量和地下水盐度。瞬态电磁法（TEM）：适用于深部大尺度地层结构探测，用于确定地下水面深度和基岩界面。探地雷达（GPR）：在浅层（<30米）高分辨率成像，用于识别古河道、砂砾石透镜体以及污染羽的边界。地球物理参数与水文参数的标定：介绍如何通过回归分析或机器学习方法，将测量的地球物理参数（如电阻率）反演为水力参数（如渗透率）。 --- 第三部分：沉积盆地的人工影响与水资源管理第七章：地下水开采与地面沉降沉积盆地是全球最重要的淡水资源库之一。大规模开采，特别是发生在细粒沉积物中，常导致严重的环境问题。储层压实与地面沉降：详细阐述地下水抽取导致孔隙水压力下降，进而引起上覆土层（特别是粘土和淤泥）的有效应力增加、孔隙度减小和体积压缩的机制。介绍Terzaghi固结理论在水文地质中的应用。开采影响的数值模拟：介绍使用有限元/有限差分方法对区域抽水井群进行耦合固结-水流模拟，预测沉降速率和地下水位的长期下降趋势。第八章：污染物渗漏与修复技术沉积物中的污染物羽通常具有复杂的迁移路径和长期的残留问题。本章探讨针对此类复杂系统的修复策略。污染羽的迁移预测：利用高阶对流-弥散模型预测重金属和持久性有机污染物在非均质沉积物中的传播。原位修复技术：重点介绍适用于沉积物的技术，如：化学氧化/还原（ISCO/ISCR）：探讨在还原性粘土层中应用零价铁（ZVI）的局限性与潜力。生物刺激与强化（Bio-stimulation/Bioaugmentation）：针对含水层中的有机物降解。多相流修复：针对油气等非水相液体（NAPLs）在细粒介质中的滞留和扩散。本书旨在为水文地质学家、土木工程师和环境科学家提供一个全面而深入的框架，以应对沉积岩和松散沉积物中复杂的水流、物质传输和环境挑战。它强调了从微观孔隙尺度到宏观区域尺度的多尺度分析方法的重要性。