地下水动力学全

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。1 .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。2 .渗流速度（比流量）：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。.实际速度：孔介质中地下水通过空隙面积的平均速度；地下水流通过含水层过水断面的平均流速，具值等于流量除以过水断面上的空隙面积，量纲为L/T。3 .渗流场:发生渗流的区域称为渗流场。由固体骨架和岩石空隙中的水两者组成.

2、层流:水质点作有秩序、互不混杂的流动。4 .紊流:水质点作无秩序、互相混杂的流动。.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。5 .雷诺数:表征运动流体质点所受惯性力和粘性力的比值。6 雷诺数的物理意义：水流的惯性力与黏滞力之比。.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。7 .流网：在渗流场中，由流线和等水头线组成的网络称为流网。8 .折射现象：地下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。9 .裘布依假设：绝大多数地下水具有

3、缓变流的特点。.缓变流：各流线接近于平行直线的运动.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。.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。14 .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。15 .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。16 .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。17 .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。18 .井损水流经过滤器的水头损失和在井

4、内向上运动至水泵吸水口时的水头损失，统称为井损。.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。19 .渗出面（水跃）：当潜水流入井中时，井壁水位高于井中水位，称其为渗出面。.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。20 .有效孔隙度：有效孔隙的体积与多孔介质的总体积之比。21 .有效孔隙：互相连通，不被结合水所占据的空隙.死端孔隙：一端与孔隙相连，另一端封闭，其中的地下水相对停滞。.贮水率

5、：面积为一个单位，厚度为一个单位，当水头降低一个单位时所释放出的水量.贮水系数：面积为一个单位，厚度为含水层整个厚度M的水层柱体积，当水头改变一个单位时的弹性释水或贮存的水量。22 .过水断面：垂直于渗流方向取一个岩石截面.水力坡度：在渗流场中，大小等于梯度值，方向沿着等水头面的法线，并指向水头降低方向的矢量。23 .渗透系数与渗透率：水力坡度为1时，渗透系数大小就等于渗透流速，在液体动力黏质系数为0.001pa.s,压力差为101325pa,通过面积为1平方厘米，长度为1cm时的流量为1立方厘米每秒.导水系数：水力坡度为1时，通过含水层整个厚度的单宽流.水力坡度：等于梯度值，由等水头面指向水

6、头降低的方向的矢量值.渗透力：渗透水流作用对土骨架产生的拖拽力.管涌：在渗透水流作用下，土中细颗粒在粗颗粒所形成的空隙通道中移动、流失，土的空隙不断扩大，渗流量也随之加大，最终导致土体内形成贯通的渗流通道，土体发生破坏的现象。.越流：在半承压含水层与相邻含水层之间存在水头差，就会导致高水头通过透水界面流向低水头。.入渗强度（入渗率）：入渗是水渗入土壤的现象，单位时间深水深.似稳定：井中的水位降深趋于稳定，在短时间内无法观测到水位降深，若延长观测时间，又可以观测到缓慢的水位降深，这种情况就叫做似稳定状态.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

7、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，对含水层进行定量评价，为合理开采地下水提供依据。.达西定律适用于层流范围是否正确？为什么？不正确。由Jv的经验关系曲线表明，当v很小时，v与J呈线性关系，此时Re<110,地下水的运动符合达西定律；当v增大，v与J的关系曲线不符合达西定律，但此时地下水运动仍为层流运动。.渗流的三个假设条件：假象水流的性质（如密度、粘滞性等）和真实地下水相同，但它充满了既包括含水层也包括岩石颗粒占据的空间假象水流运动时，在任意岩石体积内所受的阻力等于其真实

8、水流所受阻力通过任一断面的流量及任意一点的压力或水头均和实际水流相同.Dupuit公式的假设条件有哪些？含水层均质同性，产状水平，无限延伸；天然水力坡度为零，为稳定流；服从达西定律；影响半径处有定水头补给；二维流。3 .潜水流中的滞后现象是由于渗透系数值变小而引起的吗？为什么？不正确。因为潜水含水层被疏干时，大部分水是在重力作用下排出的一一即重力疏干，重力疏干不能瞬时完成，而是逐渐被排放出来，即出现滞后现象。渗透系数只影响给水度的大小，而不会影响滞后现象的发生。.简述有均匀入渗时，河间地块均质潜水含水层中地下水分岭的存在与移动规律及其影响因素分水岭若存在，则-口由此得a=2W2/移动规律：由上

9、式餐一为时，则5,分水岭位于河渠中央；1_义为时，则""5,分水岭靠近左河；%时，则0>3,分水岭靠近右河。影响因素：分水岭的存在有移动规律与L-诉小小关。.给水度是时间t的函数这种说法是否正确？并说明理由：正确由于饱水带中水分的运动滞后于地下水位的降落速度，存在滞后疏干。潜水面虽然下降了，但潜水面以上的非饱和带内的水继续向下不断地补给潜水。因此，给水度在抽水期间是以一个递减的速率逐渐增大的。当时间足够长时，给水度才趋于一个常数值。.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

10、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的边界。.折射现象特点：当K1WK2,且K1和K2均不等于0,角度都等于0,表明水流垂直通过界面不发生折射；当K1=KZa1=a2,表示在均质岩层中不发生折射；当K1WK2,且K1,K2均为有限值时，角度都等于90C,表明水流平行于界面时不发生折射；当水流斜向通过界面时，介质的渗透系数K越大，角度也越大，流线越靠近界面。K相差越大，角度也相差越大，流线通过界面后偏移程度也越大。.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

11、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。.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；依据流网选择垃圾填埋场位置等。4 .流网的性质/特性：在各向同性介质中，流线与等势线处处垂直，故流网为正交网在均匀各向同性介质中，流网中每一个网格的边长比为常数当流网中各相邻流线的流函数差值相同，且每个网格的水头差值相等时，通过每个网格的流量相等当两个透水性不同的介质相邻时，在一个介质中为曲边正方形的流网，越过界面进入另一介质中

12、，则变成曲边矩形。5 .试述渗透系数K,渗透率k,导水系数T的主要区别。K定义（略）。与岩性和渗透液体的物理性质有关。k定义（略）。只与岩性有关，与渗透液体性质无关。T定义（略）。与岩性、渗透液体的物理性质和含水层厚度有关。6 .Dupuit假设无效白地区：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。.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,即两河之间距离越短

13、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。7 .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。.潜水井流的特征：流线与等水头线都是弯曲的曲线，井

14、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。.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。8 .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或缝隙进入抽水井时要

15、克服阻力，产生一部分水头损失hl;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h3o.利用Theis公式确定水文地质参数的配线法的步骤？在双对数坐标中绘制w（u）和1/u在另一张模数相同的透明双对数纸上绘制实测的s-t/r2曲线或s-1曲线。将实际曲线置于标准曲线上，在保持对应坐标轴彼此平行的条件下相对平移，直至两曲线重合为止。任取一配点（在曲线上或曲线外均可），记下匹配点的对应坐标：W（u）、1/u、s、t/r2（或t）,代入下式求参数：.井径和流量的关系Dupuit公式中井径和流量的关系Q不完全符合实际。在Dupui

16、t公式中井半径rw以对数形T=4；RWu»式出现，井径对流量的影响不太大，但实际却相反。在大“a,或!*_灯曰降深时，井径不同，流量差异很大。当降深相同时，井F7T径增加同样的幅度，强透水岩层中井的流量增加比弱透水J-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明显。.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

17、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.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水口的沿程水头损失。.映射原则：虚井应有下列特征：虚井和实井的位置对称于边界；虚井的流量和实井相等；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

18、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。虚井与实井的结构相同；虚井的工作时间和实井相同。.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）含水层侧向无限延伸；抽水前水头面是水平的，水力坡度为0;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，即W=0；渗流满足Darcy定律；完整井，井径无限小且定流量抽水；完整井，假设流量沿井壁均匀进水。.承压含水层中单井定流量抽水的数学模型假设条件：含水层性质各向同性，等厚，侧向无限延伸，产状水平抽水前天然状态下水力坡度为零完整井定流量抽水，井径无限小含水层中水流服从达西定

19、律水头下降引起的地下水从贮存量中的释放时瞬间完成的对于含水层的来说其压缩性主要表现在空隙和水的压缩性上（，）贮水系数既适用于承压含水层，也适用于潜水含水层。（V）符合达西定律的地下水流，其渗透速度与水力坡度呈直线关系，所以渗透系数或渗透系数的倒数是该直线的斜率。（，）在均质各向异性、等厚、无限分布的承压含水层中，以定流量抽水时，形成的等降深线为椭圆形。长轴方向水力坡度小、渗流速度大，短轴方向水力坡度大，渗流速度小。（，）平行和垂直层面的等效渗透系数的大小，主要取决于各分层渗透系数的大小。（V）对于同一层状含水层来说，水平方向的等效渗透系数大于垂直方向的等效渗透系数。（，）在渗流场中，一般认为流

20、线能起隔水边界作用，而等水头线能起透水边界的作用。47 （V）在实际计算中，如果边界面上的流量和水头都已知，则该边界既可以做第一类边界也可作为第二类边界。（，）同一时刻在潜水井流的观测孔中测得的平均水位降深值总是大于该处潜水湖的降深值。（V）在无限含水层中，当含水层的导水系数相同是，开采同样多的水在承压含水层中形成的降落漏斗体积要比在潜水含水层大。（V）只要给定边界水头和井内水头，就可以确定抽水井附近的水头分布，而不管渗透系数和抽水量的大小如何。（，）潜水井的流量和水位降深之间是二次抛物线关系。这说明，流量随降深的增大而增大，但流量增加的幅度愈来愈小。（V）24.在地下水运动计算中，其水头就等

21、于测压管水头。（，）.贮水系数的大小与含水层和水的弹性性质有关。（，）.潜水面某点的水头等于该点的位置高度。（，）.达西定律实质上就是渗流的能量守恒或转换定律。（，）.渗透系数是表征岩层渗透性能的一个参数。（，）.导水系数与单宽流量具有相同的量纲。（V）.上、下两层含水介质的K值相差愈大，则水流斜向通过界面时，流线偏移的程度也愈大。（，）.流网线稀疏，说明水力坡度小，流速小，径流微弱。（，）.渗流的连续性方程也称为渗流的质量守恒定律。（，）.取流线作为研究区边界时可作为隔水边界来处理。（V）.用Dupuit公式计算出的浸润曲线总是比实际浸润曲线偏低。（，）.潜水井附近的观测孔中的水面比该处潜水

22、面低。（，）.贮水系数的大小与含水层和水的弹性性质有关。（，）.地下水运动是一维的、二维的还是三维的与所选取的坐标系有关。70 49.导水系数在三维条件下是无意义的。（，）51.各向同性介质中，无论均质还是非均质流线和等水头线都处处正（，）54.水平等厚的承压完整井流，等水头面是一系列同心圆柱面。（，）57.Dupuit公式的假设条件之一是抽水前地下水是不流动的。（，）59.稳定井流中，只要给定边界水头和井中的水头，抽水井附近的水头分布就确定了。（V）.当涌水量Q为定值时，Theis公式中的时间与降深成正比。（，）.满足Theis条件的井流，每个断面的水头速度的变化规律是先由小变大，后又由大变小，最后等速。（，）.在下有过滤器的承压含水层中抽水时，井壁内外水位不同的主要原因是由于存在井损的缘故。（，）.在无限含水层中，当含水层的导水系数相同时，开采同样多的水在承压含水层中形成的降落漏斗体积要比潜水含水层大。（，）.在过滤器周围填砾的抽水井，其水位降深要小于相同条件下未填砾抽水井的水位降深。（，）.只要给定边界水头和井内水头，就可以确定抽水井附近的水头分布，而不管渗透系数和抽水量的大小如何。（，）.在无补给的无限含水层中抽水时，水位永远达不到稳定。（，）.潜水井的流量和水位降深之间是二次抛物线关系。这说明，流量随降深的增大而增大，但