地下水动力学复习资料

1、地下水动力学复习资料1. 地下水动力学是研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石、和喀斯特岩石中运动规律的科学。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. 地下水在空隙介质中的运动称为渗透，而概化后的假象水流是流动于整个含水层中，此时称为渗流；描述地下水运动特征的物理量，如渗流速度、渗流量、水头等，他们是时间和空间的连续函数。3. 渗透压力:又称动水压力，是指在渗流方向上水对单位体积土的压力。4. 渗透压力对岩、土体稳定性的影响随渗流方向不同而异。如坝基下当渗流方向与重力一致时，渗透力能提高岩土体稳定性；如与重力方向相反

2、，则将减小颗粒间压力，即产生扬压力对土体稳定不利。5. 流量:单位时间通过过水断面的水量称为通过该断面的渗流量。6. 渗流速度:假设水流通过整个岩层断面（骨架+空隙）时所具有的虚拟平均流速，定义为通过单位过水断面面积的流量。7. 渗流场:发生渗流的区域称为渗流场。是由固体骨架和岩石空隙中的水两部分组成。8. 层流:水质点作有秩序、互不混杂的流动。9. 紊流:水质点作无秩序、互相混杂的流动。10. 稳定流与非稳定流:若流场中所有空间点上一切运动要素都不随时间改变时，称为稳定流，否则称为非稳定流。11. 雷诺数:表征运动流体质点所受惯性力和粘性力的比值。12. 雷诺数的物理意义:水流的惯性力与黏滞

3、力之比。13. 湿周:过流截面与固体边界相接触的线段长度。14. 水力半径:过流截面面积与对应湿周的比值。15. 渗透系数:在各项同性介质（均质）中，用单位水力梯度下单位面积上的流量表示流体通过孔隙骨架的难易程度，称之为渗透系数。16. 在渗流场中，由流线和等水头线组成的网络称为流网。17. 渗透率是表征岩土本身固有传导液体能力的参数，其大小与孔隙度、液体渗透方向上空隙的几何形状、颗粒大小以及排列方向等因素有关，而与在介质中运动的液体性质无关18. 渗透系数与渗透率的差别在于:渗透率是与空隙介质的物理性质相关的量，而渗透系数是与空隙介质物理性质和渗透液体物理性质相关的量。19. 折射现象:地下

4、水在非均质岩层中运动，当水流通过渗透系数突变的分界面时，出现流线改变方向的现象。20. 地下水在含水层中运动遵循两条基本定律，质量守恒定律:水均衡原理；能量守恒或转换定律:直线、非直线渗透定律。21. 裘布依假设：绝大多数地下水具有缓变流的特点。22. 完整井:贯穿整个含水层，在全部含水层厚度上都安装有过滤器并能全断面进水的井。23. 非完整井:未揭穿整个含水层、只有井底和含水层的部分厚度上能进水或进水部分仅揭穿部分含水层的井。24. 承压完整井:于水平埋藏的承压含水层中的完整井，水流基本上水平，同一地点不同深度上的观测孔内的水位也一致。25. 承压水不完整井:水流不再水平，等势线呈弯曲状，同

5、一地点不同深度上的观测孔内水位不同，降深也不同。26. 水位降深:抽水井及其周围某时刻的水头比初始水头的降低值。27. 水位降落漏斗:抽水井周围由抽水（排水）而形成的漏斗状水头（水位）下降区，称为降落漏斗。28. 影响半径:是从抽水井到实际观测不到水位降深处的径向距离。29. 稳定井流的形成条件:存在补给，且补给量等于抽水量。30. 有效井半径:由井轴到井管外壁某一点的水平距离。在该点，按稳定流计算的理论降深正好等于过滤器外壁的实际降深。31. 井损水流经过滤器的水头损失和在井内向上运动至水泵吸水口时的水头损失，统称为井损。32. 水跃:在实验室砂槽中进行井流模拟实验时发现，只有当井中水位降低

6、非常小时，抽水井中的水位与井壁外的水位才基本一致，当井中水位降低较大时，抽水井中的水位与井壁外的水位之间存在差值的现象。33. 渗出面：当潜水流入井中时，井壁水位hs高于井中水位hw，称其为渗出面（水跃）。34. 叠加原理：在数学物理中经常出现这样的现象：几种不同原因的综合所产生的效果，等于这些不同原因单独产生效果的累加。1. 地下水动力学的研究对象广义:研究地下水在多孔介质中的运动规律及应用，分为三个方面: 水头场分布规律（水量模型） 非饱和带:毛细水运动规律 饱和带:重力水运动规律 浓度场分布规律（水质模型） 温度场分布规律（水温模型） 狭义:研究饱水带地下水水头分布规律，对含水层进行定量

7、评价，为合理开采地下水提供依据。2. 渗透水流（真实状态）的特点通道是曲折的，质点运动轨迹弯曲； 流速是缓慢的，多数为层流； 水流仅在空隙中运动，在整个多孔介质中不连续； 通常是非稳定的； 通常为缓变流。3. 渗透水流与理想渗流有何区别？共同点:总体流向取决于水头差； 流量取决于水头差及沿程损耗。区别:水在管道中运动取决于管道大小、形状及粗糙度；渗流运动取决于空隙大小、形状、连通性。4. 理想渗流等效简化原则（1）理想渗流通过某断面的流量应等于通过该断面内孔隙面积的实际流量:质量等效。 （2）理想渗流通过某岩层所受到的阻力与实际水流所受到的阻力相等:能量等效。（3）作用于任一面积上的渗流压力或

8、压强等于作用于该面积上的实际水流的渗透压力或压强:压力等效。5. 水头降是怎么产生的呢？渗流场中任意一点的水头实际上反映该点单位质量液体具有的总机械能，地下水在运动过程中不断克服阻力，消耗总机械能，因此沿地下水流程，水头线是一条降落曲线。6. 理想流体和实际流体的区别？有无粘滞性是理想流体和实际流体的本质区别。粘滞性是运动流体产生水头损失的根源。7. 常见的水文地质边界类型第一类边界条件:给定水头边界条件，具有无限补给或排泄地下水的能力，如与地下水具有水力联系的地表河流、湖泊等；第二类边界条件:给定流量边界条件，典型的有隔水边界、地下水分水岭。第三类边界条件:混合边界，流量和水头呈某种线性关系

9、的边界。8. 折射现象特点当K1K2，10,流线才会折射；当K1=K2，1= 2；只有在0< 1<90，才会折射；在界面上发生的流线折射并不改变地下水流总方向，总体流向仍受边界条件和源、汇等控制。9. 信手流网绘制原则:首先分析水文地质条件，搞清补给区、排泄区、或源汇项分布、边界条件等；先绘制肯定的流线和等水头线；隔水边界是流线；无入渗、无蒸发条件下潜水面是流线；湖泊、河流边界可看成等水头线；有两个以上排泄点时应确定分水线、面、点。10. 流网的意义解释水文地质现象；判断地下水系统内部结构；分析地下水的补给、排泄、径流特征；计算渗流场任意点的水头、压强、水力坡度、渗透流速等；依据流

10、网选择垃圾填埋场位置等。11. 裘布依假定的应用:使剖面二维流问题(x,z)降阶为水平一维问题近似处理；使三维问题(x,y,z)降阶为水平二维(x,z)问题处理；使潜水面边界处理的简单化，直接近似地在微分方程中处理。12. Dupuit假设无效的地区(1)存在入渗的潜水分水岭地段；(2)渗出面附近。渗出面是在下游边界面上，潜水面以下、下游水面以上的地段。渗出面上潜水面往往和边界面相切，有较大的垂向分速度；(3)垂直的隔水边界附近。13. 指导野外调查工作，分析影响水库渗漏的因素（a<0) K愈大，愈易渗漏。水库调查时要避开喀斯特发育带、构造破碎带或古河道发育带；渗流途径l 小，即两河之间

11、距离越短越易渗漏。要避免将库址选在分水岭过于狭窄的地带；入渗补给量W愈小，愈易渗漏。在干旱地区水库选址时，要避开存在渗透性差的覆盖层（地下水无法得到有效补给量）；邻河水位愈低（h2愈小），愈易渗漏。选址时应注意选在邻河水位高的地段。14. 稳定井流与非稳定井流的区别稳定井流中，当无垂向补给时，地下水流向井的过程中任一断面的流量都相等，并等于抽水井流量Q，地下水位h不随时间t变化。非稳定井流中，地下水流向井的过程中，沿途不断得到含水层释放补给，通过任一断面的流量都不相等，井壁处流量最大并等于抽水井流量，地下水位h随时间t而变化，初期变化大，后期变化减小。15. 潜水井流的特征：流线与等水头线都是

12、弯曲的曲线，井壁不是等水头面，抽水井附近存在三维流，井壁内外存在水头差值；降落漏斗位于含水层内部，水位降落漏斗的曲面就是含水层的上部界面，导水系数T随时间t和径向距离r变化；潜水含水层水位下降伴有弹性释水和重力疏干，为缓慢排水过程，抽水量主要来源于含水层疏干。16.承压水井流的特征：流线与等水头线在剖面上的形状不相同，等水头线近似直线，等水头面即为铅垂面，降深不太大时承压井流为二维流；降落漏斗在含水层外部呈虚拟状态变化，导水系数不随时间t变化；承压井流的抽水量来自承压含水层水头降落漏斗范围内由于减压作用造成的弹性释放，是瞬时完成的。17. 产生水跃的原因：井损的存在：渗透水流由井壁外通过过滤器

13、或缝隙进入抽水井时要克服阻力，产生一部分水头损失h1；水进入抽水井后，井内水流井水向水泵及水笼头流动过程中要克服一定阻力，产生一部分水头差h2；井壁附近的三维流也产生水头差 h3。18. 井径和流量的关系Dupuit公式中井径和流量的关系不完全符合实际。在Dupuit公式中井半径rw以对数形式出现，井径对流量的影响不太大，但实际却相反。如图3.8中试验成果所示，在大降深时，井径不同，流量差异很大。当降深相同时，井径增加同样的幅度，强透水岩层中井的流量增加比弱透水岩层中的井多；对同一岩层，井径增加同样的幅度，大降深抽水的流量增加的多，小降深流量增加的少；对同样的岩层和降深，当井径较小时，井径增加

14、所引起的流量增长率大；中等井径时（300mm至500mm），增长率减小；大井径时，流量随井径的增长不明显。19. 井径和流量的关系Dupuit公式中井径和流量的关系不完全符合实际。在Dupuit公式中井半径rw以对数形式出现，井径对流量的影响不太大，但实际却相反。在大降深时，井径不同，流量差异很大。当降深相同时，井径增加同样的幅度，强透水岩层中井的流量增加比弱透水岩层中的井多；对同一岩层，井径增加同样的幅度，大降深抽水的流量增加的多，小降深流量增加的少；对同样的岩层和降深，当井径较小时，井径增加所引起的流量增长率大；中等井径时（300mm至500mm），增长率减小；大井径时，流量随井径的增长不

15、明显。20. 渗出面对浸润曲线的影响在井附近，由Dupuit计算所得浸润线要低于实际浸润线；当r H0时Dupuit计算曲线与实际浸润曲线不完全一致，当r> 0.9H0时，Dupuit计算曲线与实际浸润曲线完全一致；在用Dupuit计算流量时，用井中水位hw计算所得的流量是精确的，. aH曾做过严格的数学证明。21. 井损对应的这部分水头损失通常包括三部分：水流通过过滤器时所产生的水头损失；水流穿过过滤器时，由接近水平的运动变为滤水管内的垂向运动，因水流方向偏转所产生的水头损失；水流在滤水管内向上运动时，不断有水流入井内，因流量和流速不断增加所引起的水头损失；水流在井管内向上运动至水泵吸

16、水口的沿程水头损失。22. 映射法基本要求映射后所得无界为问题应保持原有边界条件； 映射前后流场形状应一致23.映射原则:虚井应有下列特征：（1）虚井和实井的位置对称于边界；（2）虚井的流量和实井相等；（3）虚井性质取决于边界性质：对于定水头补给边界，虚井性质和实井相反。如实井为抽水井，则虚井为注水井；对于隔水边界（抽水井），虚井和实井性质相同，都是抽水井。（4）虚井与实井的结构相同；（5）虚井的工作时间和实井相同。24. 无限含水层中单井定流量抽水的非稳定流Theis模型水文地质条件（八个假设条件）含水层均质各向同性、等厚且水平分布，侧向无限延伸；抽水前天然水头面是水平的，水力坡度为0；水及

17、含水层均假设为弹性体，水头下降引起地下水从储存量中的释放是瞬间完成的；无垂向补给、排泄；含水层中水流满足Darcy定律；完整井，井径无限小且定流量抽水；假设流量沿井壁均匀进水。25. 越流系统通常可以划分为三种类型第一越流系统是不考虑弱透水层弹性释放、忽略（不考虑）补给层水位变化的越流系统；第二越流系统是考虑弱透水层弹性释放、不考虑补给层水位变化的越流系统；第三越流系统是不考虑弱透水层弹性释放、考虑补给层水位变化的越流系统。1. 河间地块宽度为1500m，隔水底板水平，标高为10m，含水层渗透系K=0.01cm/s，降雨入渗强度=0.00000038cm2/s,两河水头如图所示。如左岸河修建水

18、库，库水标高为22.0m，试评价修建水库前后渗漏情况。2. 如下图所示，左侧河水已受污染，其水位用H1表示，没有受污染的右侧河水位用H2表示。（1）已知河渠间含水层为均质、各向同性，渗透系数未知，在距左河L1处的观测孔中，测得稳定水位H，且H>H1>H2。倘若入渗强度W不变。试求不致污染地下水的左河最高水位。（2）如含水层两侧河水水位不变，而含水层的渗透系数K已知。3. 某承压含水层中有一口直径为0.20m的抽水井，在距抽水井527m远处设有一个观测孔。含水层厚52.20m，渗透系数为11.12m/d。试求井内水位降深为6.61m，观测孔水位降深为0.78m时的抽水井流量。4. 在厚度为27.50m的承压含水层中有一口抽水井和两个观测孔。已知渗透系数为34m/d，抽水时，距抽水井50m处观测孔的水位降深为0.30m，110m处观测孔的水位降深为0.16m。试求抽水井的流量。5. 某潜水含水层中的抽