《地下水动力学》PPT课件.ppt

地下水动力学 主讲：肖长来 教授 吉林大学环境与资源学院 2006年2月 绪 论 1 概念 2 课程的目的 3 地下水动力学的研究内容 4 学科发展历程 5 今后应重点突破的新课题 6 地下水动力学的应用 7 教材及参考书 1 概 念 地下水动力学（groundwater dynamics ） 研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石和 岩溶岩石中运动规律的科学。其研究对象 主要是重力水。 它是模拟地下水流基本状态和地下水 中溶质运移过程，对地下水从数量上和质 量上进行定量评价和合理开发利用，以及 兴利除害的理论基础。 2 课程的目的 目的： （1）使学生了解学习该课程的意义，以及在生产实 践中能解决的具体问题。 （2）使学生系统掌握地下水运动的基本理论，并能 初步运用这些基本理论分析水文地质问题，建立 相应的数学模型和提出适当的计算方法或模拟方 法，对地下水进行定量评价。 （3）要求学生重点掌握各种条件下地下水稳定流和 非稳定流理论，深刻理解其适用条件，并能应用 其中的理论和方法解决实际问题。 要求：（1）认真听课；（2）做好笔记；（3）完成 作业；（4）及时复习；（5）全面总结。 3 地下水动力学的研究内容 多孔介质：具有互相连通空隙的岩石（含水的岩 石）。包括孔隙介质、裂隙介质和裂隙-溶隙介 质。由两部分组成，骨架和空隙。 主要研究内容： （1）渗流基本概念、基本定律、基本方程 、定解条件及数学模型的建立和解法，为 基础理论和重点内容； （2）地下水向河渠的运动；排灌区地下水 运动的规律即水平方向运动规律。 主要研究内容 （3）地下水向井的运动和求参方法，重点 是地下水向完整井的稳定运动和非稳定运 动；水井区地下水运动的规律即垂直运动 规律。 （4）地下水向非完整井和边界井的运动； （5）地下水运动中的若干问题（地下水中 溶质运移规律、包气带中水的运移规律等 ）和实验室方法。 4 学科发展历程 1 稳定流建立和发展阶段（18561935） 2 非稳定流建立和发展阶段（19351969） 3 实验-电网络模拟技术阶段（19501980） 4 计算机数值模拟技术阶段（1965今） 1 稳定流建立和发展阶段（18561935 ） p1856年,法国水力学家达西（Henry Darcy， 18031858）提出了多孔介质中的线性渗透定律， 即著名的达西定律（Darcys Law），成为地下水 运动的理论基础。 p1863年，J. Dupuit 研究了一维稳定运动和向水井 的二维稳定运动，提出了著名的Dupuit假设及 Dupuit公式。 p1901年，P. Forchheimer等研究了更复杂的渗流问 题，从而奠定了地下水稳定理论的基础。 p1906年，提出了Thiem公式。 p1928年，O.E. Meinzer （19761948）注意到地下 水运动的不稳定性和承压含水层的贮水性质。 2 非稳定流建立和发展阶段（19351969 ） （1）1935年，美国的C.V. Theis（19001987） 提出了地下水流向承压水井的非稳定流公式- Theis公式，开创了现代地下水运动理论的新纪 元； （2）1954年M.S Hantush， 1955年C.E. Jacob（ 19141970）提出了越流理论； （3）1954年、1963年N.S. Boulton，1972年S.P. Neuman研究了潜水含水层中水井的非稳定流 理论。 3 实验-电网络模拟技术阶段 （19501980） 19501965年，研究了大范围含水层系统的 电网络模拟技术，电模拟技术到20世纪80 年代在我国还被较广泛应用。 4 计算机数值模拟技术阶段（1965今） 1965年以来，计算机数值模拟技术不断得到广泛应 用。目前，已经形成许多国际通用的商业化专业 软件，主要有： (1) GMS; (2) FEFLOW, Visual (3) MODFLOW, Visual;(4) GFLOW (5) WinFEM; (6) Aquifer (7) Aquifer TEST; (8) StepMaster 目前，可视化、仿真性、虚拟技术正被开发利用。 0.3 地下水水文学与水文地质学 Henry Darcy (1803-1858) Karl Terzaghi (1883-1963) M. King Hubbert (1903-1989) Charles Vernon Theis (1900-1987) Oscar Edward Meinzer (1876-1948) Charles Edward Jacob (1914-1970) 著名科学家 0.3 地下水水文学与水文地质学 Jacob Bear, Professor Emeritus Dept. of Civil & Environmental Engineering Technion-Israel Inst. of Technology Haifa, Israel 32000 Phone: 972-4-8292290 Fax: 972-4-8220133 e-mail: CVRBEARTX.TECHNION.AC.IL Jacob Bear is a Professor Emeritus in the Dept. of Civil Engineering of the Technion-Israel Institute of Technology, Haifa, Israel, where for many years he held the Albert and Anne Mansfield Chair in Water Resources. He received his B.Sc., P.E., and M.Sc. degrees from the Technion, and his Ph.D. degree from the Univ. of California at Berkeley (1960). All degrees are in Civil Engineering. He was the first recipient (1977) of the Birdsall Distinguished Lecturer in Hydrogeology, awarded by the Geological Society of America, Hydrogeological Div., Washington, D.C. He was awarded Honorary Doctorates in Technological Sciences both by the Delft Univ. of Technology, Delft, The Netherlands, and by E.T.H., Zurich, Switzerland. He is a Fellow of the American Geophysical Union, and was awarded the 1990 K. Hubbert Award by the National Ground Water Assoc. (USA). In 1998, he was awarded the Rothschild Prize in Engineering. In 2003 he received the American Geophysical Union (AGU) Excellence in Geophysical Education Award. 著名科学家 5 今后应重点突破的新课题 （1）地下水在裂隙介质、岩溶介质中运动机制 和基本运动规律的研究 （2）非饱和带水、盐运动理论的研究； （3）水中溶质运动机制和运移理论的研究； （4）热量在地下水中运移的研究； （5）地下水最优管理问题的研究； 重点突破的新课题 （6）介质非均质性研究； （7）各种实际渗流问题的数值模拟方法研究； （8）随机理论在水流和溶质运移研究中的应 用； （9）在含多组分溶质的水流中Darcy定律的表 达形式。 6 地下水动力学的应用 （1）城市、工矿企业和农业供水：确定水文地 质参数，论证开采方案和预计开采量，预报 开采动态，正确评价地下水资源评价，科学 管理和保护地下水资源。 （2）矿山开采、建筑基坑和沼泽化、盐渍化区 的疏干：设计疏干量、疏干水平，预测疏干 范围、疏干过程，合理选择疏干设备。 地下水动力学的应用 （3）水工建筑：解决库周、坝（堤）基及坝（ 堤）体的渗漏量、回水浸没范围等，为正确 选择坝址、坝体结构提供依据。 （4）农业工程：农田灌溉中确定灌排沟渠的合 理间距、排灌水量、时间及地下水动态预报 。 （5）环境地质：水质污染及净化趋势的预报、 地面沉降、岩溶塌陷、边坡稳定、海水入侵 、地下水储能（贮能）以及人工补给。 7 教材及参考书 1.教材 薛禹群主编. 地下水动力学（第二版）M. 北京 ：地质出版社，1997年9月 2.参考书 李同斌、邹立芝主编. 地下水动力学M. 长春： 吉林大学出版社，1995年； 陈祟希，林敏. 地下水动力学M. 武汉：中国地 质大学出版社，1999； 参考书 李佩成主编. 地下水动力学M. 北京：农业出版社 ，1993； 薛禹群主编. 地下水动力学原理M. 北京：地质出 版社，1986； J. Bear著，1979，许涓铭等译. 地下水水力学M. 北京：地质出版社，1985。 3.习题集 迟宝明主编. 地下水动力学习题集 M. 北京：科 学出版社，2005年6月。 4. 实习教材 肖长来主编.水文与水资源工程实习指导 M. 长春 ：吉林大学出版社，2005年4月。 部分有关网站或主页 phttp:/www.gsj.jp/Intl/Dir/a.htm p/ phttp:/www.cig.