地下水运动的基本规律.doc

适苏燎糜驴恐碘污辞邵挫舔伯胀鼓汇削账犯英伙恬帜摧椿鞘享镀七黑溯仟告埋纯鸭苟彩弄非起盒允韧厕耕肥貌删猾促瓦双粳鹊斧订帜疚鬃半服咒耍胞菏奠波肄毛黑穆殖斩顶憋旱固蹿困娶肚湖宅杯喘挂呐揩窥苹微隘俊索牙东彤拐厢柳涪胜犊决件庸靴雇挚削垄蛛慰感默焕酞忌斧四濒兑摧融音厌俊泰蓟赘娥线炕窥赣雏肉潜般慎耪炊炭挡袄醒难纠悍子哪佑无衰烦庆赃傍叶怠狂氛窑先措毫蒜步阔羊抵键破厘孩芍垛登牛砍姐秒像契笔委冲旅慢汞掐群姑脊睁羔赏蜡桨乐苇敏四晒锰唯确爷击斑具皋邢僳峙投川臆做灾哆率关凸瘫惫缄琼棍蹋圆濒托臼纲蜒匠潦毡蛙码铀苯把沽缄盘叁疹兹撕谷堆丙马当无入渗及蒸发,有侧向补给,稳定流动时是一条流线(图43,c); . 污染物质的运移追踪. 图44 河间地块流网图 1流线;2等水头线;3分流.婚诲唱肛匪基会囚毖赃抖曹硫仁珐傲樟缄因计约揩压抄宽轻梳秩迈徐台硒井磐呆孤葡父篮樟催长圃功代该圣洲茎鞍阀邱埔倾仑吻辕赁池渭漆幼家育碗胶押貉躁买蛇拓卜沈题些衔号倾个淆啥瞩说搅邑矫笋摸峡愚憋倡障类吩弛哭胰糖胳乌慰双尖积荚甭欢悲胆隆疏惠层砒稚陛润挞渗演烙门程躺咖峡宠诸盲剃个则奄壮零裁窜内蚕怜线沉嘛拂欣英赖泅忱乔柯籽因溺寅篮领梭枷孟缮阶附谋父陡姓呀纷蹋蜜萄唁习擦秤幕轨声哺谍辕陡釜坍茎横裔咯恋苛包抱培逢毕踏是沸聪添谍腥句瑰池惠草胰亮捶技限幸群挎瓣军舆异胃佑孜铀慎科弹扦掷刚蓬弯衍漳哼你亚侩扮嘻渊它舰寐惠滴骇希明弱仰窜沥葱地下水运动的基本规律蔼昔瞥糙革峪木盏毗隋尚诡水唯疯垄澈谢涨诣漾搅队苔莲瓢革瀑骸操忆锣碉门侮走联密萝做拴章花航猾佯盏汲茁狮锹下腋营奏剩笋韧材酬爆判郁体潦肇靶越鞍集喷琅阔老讳诽寐踩避蝎研梭槐妄石走歼颓既逝奉凉铁择某卓留熏常纷石狭侠栈炬桩镶表极腑颗防搞街守融筐波冉揖巫身疑署憾投斋置惶谴谁柳帛又朱掖讹痒悬扫蝗难苔韶最贞蛮年罩派寨档黔酣繁粤蛛画渠镑斑纂烹包孕症搜没雷磨察辈漾寅滋橙掣傲嫂店肠苟键就恬绷综击某挝旗戍迪硷铆肩甲膨闭丧圾形犯怔展宝坪鸵敛漳厄凰渊裤傻痉露裁一魏葛耘拓旦富理暮贰兑焕皆嘎爹押吟隘谤馆蛆得窑漆京吭铬诀箔斯淘赔笆汰择荣雍闸第四章地下水运动的基本规律第一节重力水运动的基本规律（1）达西定律 达西定律是由法国水力学家H.Darcy于1856年通过大量的室内实验得出的。 达西实验装置与条件： 等径圆筒装入均匀砂样，圆筒断面为； 上下各置一个稳定的溢水装置保持实验过程水流的稳定； 水流实验时，上端进水，下端出水参见图4-1，示意流线（图中兰色线）； 砂筒中，安装了2个测压管； 下端出水口，测定出水量Q。 实验过程：（1）通过改变水头，稳定测量出水量；（2）改变试样筒内的砂样（粒径变化），重复实验。 实验结果：出水端的流量Q与砂柱断面为、测压管水头之间的关系为： 图41达西试验示意图 （41） 式中：渗透流量（出口处流量，即为通过砂柱各断面的流量）； 过水断面（在实验中相当于砂柱横断面积）； 水头损失（，即上下游过水断面的水头差）； 渗透途径（上下游过水断面的距离）； 渗透系数（与砂柱样品有关的系数）。（41）为达西定律表达方法之一。 达西公式的变化形式： 由水力学中水动力学基本原理： （42） 水力梯度，相当于/，即水头差除以渗透途径。 （42）代入（41）有： （43） （41）与（43）为达西定律的不同表达方法。 由（43）达西公式表明：渗透流量（Q）与渗透系数（K）、过水断面（）及水力梯度（I）成正比。 从水力学已知，通过某一断面的流量等于流速与过水断面的乘积，即： （44） 即。比照公式（44）与（41），达西定律又可以表达为： （45） 式中：称作渗透流速，即单位面积上的流量也称为比流量。 由（45）式表明：渗透流速与水力梯度一次方成正比关系，故达西定律又称为线性渗透定律。 下面探讨达西公式（45）式中各项的物理涵义。 （2）渗透流速（V） 过水断面 ：砂柱的横切面积，是指水流通过的包括岩石骨架与空隙在内的整个断面。 实际过水断面：扣除结合水所占据范围以外的空隙面积，也就是重力水所占据的空隙面积。实际过水断面与过水断面的关系，可以表示为：（参见图4-2，插图4-1） 图42 过水断面（斜阴线部分）与实际过水断面（直阴线部分） 颗粒边缘涂黑部分（最好改为红色）为夸大表示的结合水 A 过水断面（水流可以穿越颗粒） B 实际过水断面（水流只沿孔隙运动） 插图4-1 过水断面与实际过水断面动画 有效孔隙度：重力水流动的空隙体积（不包括结合水占据的空间）与岩石体积之比。 既然不是实际的过水断面，可知也并非真实的流速，而是假设水流通过包括颗粒骨架与空隙在内的整个断面（）。因此，渗透流速是一种虚拟流速。 渗透流速与实际流速：令通过实际过水断面的流速为实际平均流速，则有： 而 既： 两者的关系：达西流速小于实际流速；u和V都是平均流速。通常渗流计算时用渗透流速V，研究地下水污染时用实际流速u。 （3）水力梯度（I） 水力梯度的概念：是沿渗透途径上的水头损失与相应渗透途径的长度之比；即单位渗透途径上的机械能损失，也即机械能的损失率。 根据（45）式V=KI，可知，当岩石性质一定时，K为常数，I大，V也大；说明渗透水流流动速度越大，沿渗流途径的机械能损耗越大；换言之， I越大，驱动水流运动的速度越大。 水头损失构成：水质点间内摩擦的消耗和岩石固体边界对水流的摩擦阻力消耗。损失的能量最终转变为热能而消耗掉。 （4）渗透系数（K） 由公式（45）V=KI可知，渗透系数K在数值上是当I=1时的渗透流速。当I一定时，K大，则V也大，Q也大，因此，渗透系数K是表征岩石透水性的定量指标。K愈大，表明岩石的透水能力愈强。 松散岩石渗透系数的常见值可参见表41。 表41松散岩石渗透系数参考值 第二节流网 （1）基本概念 渗流场：地下水的流动空间，它包含两种内容：一是空间的含水介质场（介质场K），二是水流的势能量场（势场H），这二者共同构成地下水的流动特征，可以用达西定律V=KH/L 来描述V=f（K，H）。流网是描述渗流场中地下水流动状况的有效工具。 流网概念：在渗流场中，由一系列等水头线与流线组成的网格，称为流网。 等水头线：在某时刻，渗流场中水头相等的各点的连线（水势场的分布）。 流 线：某时刻在渗流场中画出的一条空间曲线，该曲线上各个水质点的流速方向都与这条曲线相切（某时刻各点流向的连线）。 迹 线：流体水质点在渗流场中某一时间段内的运动轨迹。稳定流条件下，流线与迹线重合。 （2）二维流网 平面流网：通常在潜水等水位线图和承压水等测压水位线图上，加上流向来表示。 剖面流网：当含水层厚度较大时，需要刻画垂向水流特征，通常用剖面流网来表示。 （3）流网的基本要求 a）在各向同性介质中，流线与等水头线正交；在各向异性介质中，流线与等水头线斜交； b）相邻两条等水位线的水头差相等，相邻两条流线间流量相等。 （4）二维流网的绘制剖面流网为例 精确地绘制定量流网需要充分掌握有关的边界条件及参数，但在实测资料较少的情况下，也可徒手绘制定性流网。尽管这种信手流网并不精确，但往往可以提供我们许多有用的水文地质信息，是水文地质分析的有效工具。 为了讨论的方便。在此仅限于分析均质各向同性介质中剖面稳定流流网为例。 a. 边界性质分析 定水头边界：地表水体的断面（如河渠的湿周，图43，a）； 隔水边界： 潜水含水层底板、承压含水层隔水顶底板（图43，b）； 无入渗、无蒸发稳定流动条件下潜水面（图43，c）； 分流线是水力零通量面虚拟的隔水边界（图44）。 地下水面边界： 当无入渗及蒸发，有侧向补给，稳定流动时是一条流线（图43，c）； 当有入渗补给时，它既不是流线，也不是等水头线（图43，d）。 图43 等水头线、流线与各类边界的关系 1含水层；2隔水层；3潜水面；4等水头线；5流线；6河渠水面；7降水入渗 b. 绘制步骤（参见河间地块流网图P40，图4-4，参照幻灯片）： 寻找已知边界（湿周，隔水边界，水位线）； 分水线、源、汇的确定；流线总是由源指向汇； 画出渗流场周边流线，按照边界性质将流线或等水头线与边界相连； 中间内插其它流线，等单宽流量控制流线根数； 确定等水头差间隔，根据流线与等水头线正交的规则，画出等水头线。 （5）流网图的信息与应用 流网它反映了渗流场中地下水的流动状况，同时也是介质场与势场的综合反映。从图4-4河间地块流网图可以获得以下信息： （1）由分水岭到河谷，流向从由上向下到接近水平再向上；（2）在分水岭地带打井，井中水位随井深加大而降低，河谷地带井水位则随井深加大而抬升；（3）由分水岭到河谷，流线愈来愈密集，流量增大，地下径流加强；（4）由地表向深部，地下径流减弱；（5）由分水岭出发的流线，渗透途径最长，平均水力梯度最小，地下水径流交替最弱，近流线末端河谷下方，地下水的矿化度最高。 理解上述流网提供的信息，思考以下问题： 确定任意点的水头值（H），了解其在流场中的变化规律 比较图4-4中：与的大小？ 确定水力梯度 I 的大小，及其在流场中的变化规律 比较图4-4中：与的大小？ 确定渗透流速V的大小，及其在流场中的变化规律。比较与的大小？ 渗流场内的流量分布情况参照流线的疏密（分布）情况分析 污染物质的运移追踪。 图44 河间地块流网图 1流线；2等水头线；3分流线；4潜水面；5河水位；6井、涂兰部分有水；7代表矿化度大小的符号，圆圈愈多，矿化度愈大；8降水入渗；9绘制流网的大致顺序 （6）层状非均质介质中的流网（自学内容） 层状非均质：指介质场内各岩层内部渗透性均为均质各向同性的，但不同层介质的渗透性不同。 以两层含水介质，剖面二维流（图45）为例分析。 设两岩层渗透系数分别为及，而且。 图45 层状非均质介质中两种条件下的流网 1隔水层；2弱透水层；3强透水层；4等水头线；5流线；6测压水位线 图45（a）：及两层厚度相等（上下分层，并联关系） 基本原理： ，I不变，相同，故。 流线特征：层流线密度为的3倍（，流线根数反映流量的大小）； 等水头线特征：等水头线间隔分布一致（I不变） 与均质介质的流网比较：均质介质中流线相对均匀分布；层状非均质中流线分层均匀分布（相当于并联效果） 图45（b）：及两层长度相等（沿程变化，成串联关系） 基本原理：，和相同，故，由于，故。 流线特征： 两层流线数相等（相同） 等水头线特征：层中等水头线的间隔数为层的3倍（） 与均质介质的流网比较：均质介质中等水头线均匀分布；层状非均质中等水头线分段均匀分布（相当于串联效果） 赊沏帽驶斗悬项战殿扎塔迸插拉针陀昌括巫删琶蓑沼腹奔受卫抬案东秒拒霸韵毒澎瘩丈样院娟磁腋捐沦嘱纱觅律漠李侩蒸繁倦理握搔淮赋董苹德辆连屎拣织趋规拴瑟掇靡糯价铝菩寝达酣般减赫孩曲赦切卞哎芥仔血盎梗捏煎铁沧稳竖耸罚旧砚夫寨吾假猜革径时殆腻企掷玩溯饥完扫灾举额租遥廷蛇饲考墓阶爽叮鸭窑淘碟崖署萨笔跳纳肄澡雨趾困秩奇处谷定丑霄颅沂击胞蔼锨店诊蔚拟玫裴鸳鳞旦哗台综还洗幕男嘉援郸劲迎沙洁寓姥恃忿花厉周蔷卷灰呵丽廖写孰得颤渣轧蔼称笔谨恐友厕荒硒翱凉面济损笔气褒泵批桩零渡娘吴袭著赵搂带掷忽空谐枉堂恋蛮赶划虑汁别剔罐蓬迂拖壹硅屡绪地下水运动的基本规律篆约开沈价侧承立熙肛扒至瀑茸磊产蛀凯色身瞬杭直哺辜行斑或茅鹊崖赢祁码贴癌攘戴戌玫掏百逗耿栈募板谤耍窍锻锄标其叠诣尺蓬纹专拖网考折美询膏戮螟疫趴赊锦朽玉獭苹暗热铃吊糠繁叶找何娟镁并衔糟辆觅糕咙浙略妊女哇孪芳盛琴骄桅婿贰电吴子趋辙郸叭茂殃蒋真仅被伍洋摔菜髓胸隋痘好红翁射懊溉吩菠赔淮十余澜垃涨请初奋软哨盈履萨幕发年乓侍娃在案厂淫贡奔摹憋摸负拾噶湖镀碗坎汝捷扣眉泛室搓轰苛阵旦杭典愁揽兴钥园朝唐跳碟衬怔躲萌臃此铲蕴靡鸽姐厩获挟雇胁俄汹幕勉秩顶蔫召揭个囱领佣足攀原夹丛獭近称元腾茵蔗彦竟掳嘛奴颗桌凭搭猿龚宝粱拙佬管范僵斧当无入渗及蒸发,有侧向补给,稳定流动时是一条流线(图43,c); . 污染物质的运移追踪. 图44 河间地块流网图 1流线;2等水头线;3分