地下水向河渠的运动

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1、第二章地下水向河渠的运动河流对地下水的补给和排泄是地下水均衡计算的重要组成部分，在地下水资源评价中具有重要的意义。河渠水位和流量的变化是影响河渠附近地区地下水动态的重要因素，通过研究河渠附近地下水运动规律，对地下水资源评价、人工排水和灌溉等都具有重要的指导作用。2.1河渠间地下水的稳定运动1潜水的稳定运动1）方程的建立及公式推导图2-1所示，假设条件：(1)含水层为均质各向同性，底部隔水层水平分布，上部有均匀入渗（用入渗强度W表示，为常数）；(2)河渠基本上彼此平行，潜水流可视为一维流；(3)潜水流是渐变流并趋于稳定。取垂直

2、于河渠的单位宽度进行研究,其数学模型如下：式中h——距离左端起始断面x处的潜水含水层厚度；h1，h2——左右两端河渠边的潜水含水层厚度。（推导建议手推，下面直接给出结论）单宽流量公式：若已知两个断面上的水位值，可以用它来计算两断面间任一断面的流量。应该指出的是，因沿途有入渗补给，所以q随x而变化。（2-8）x2）公式讨论及应用下面根据上面得到的公式来讨论河渠间潜水运动的一些特点及其应用。（1）有入渗时，潜水面的形状及河渠间分水岭的移动规律上式是推导公式的过程中的（2-5），它反映的浸润曲线形：当W>0时，为椭圆曲线；当W<0

3、时，为双曲线；当W=0时，为抛物线。有入渗时，河渠间的浸润曲线形状为一椭圆曲线的上半支。河渠间形成分水岭，由于分水岭上水位最高，可用求极值的方法求出分水岭的位置。将（2-5）式对x求导数，并令，把x=a代入，即可得分水岭位置的计算公式:根据（2-9）式，当其他条件不变时，讨论分水岭(Divide)位置a与两侧河渠水位h1、h2的关系。若h1=h2，则a=l/2，分水岭位于河渠中央；若h1>h2，则al/2，分水岭靠近右河。由此可见，分水岭的位置总是靠近高水位河渠的。（2-9）（2

4、）排水渠合理间距的确定在排水渠设计中，为了避免产生河渠间的盐渍化或沼泽化，需要把分水岭水位h控制在一定标高，这时排水渠的间距就是合理的。根据（2-5）式，令x=a，h=h，得:上式中的l，a都是待求量，可同(2-9)式结合起来，用试算法解出合理间距l。其方法为：按分水岭移动规律给出a值，由（2-9）式算出l值；（2-10）maxmax再代入(2-10)式，看是否满足等式。如不满足，重复上述过程，直到满足条件。此时l即为所求的合理间距。在两渠水位相等的特殊条件下，即hl=h2=hw，分水岭位置a=l/2，这时（2-10）式可简

5、化为：由此可见，当水位条件一定时，在入渗强度愈大和渗透性愈弱的含水层中，排水渠间距愈小，反之则愈大。（3）河渠间单宽流量的计算河渠间的单宽流量取决于是否存在分水岭，如果存在分水岭的话，它的位置在哪儿?当a>0时，说明河渠间存在分水岭。此时，q1=-W×a(负号表示流向左河)，q2=W×(l-a)(流向右河)。当a=0时，分水岭位于左河边的起始断面上，此时，ql=0，左河既不渗漏也得不到入渗补给；q2=W×l，全部入渗量流入右河。当a<0时，不存在分水岭。此时不仅全部入渗量流入右河，而且水位高的左河还要发生向水位低的右河渗漏。

6、从左河流出的渗漏量：右河得到的补给量：从上述分析可知，若左河为水库时，它的渗漏量由于存在入渗而减少，减少量等于整个库渠间入渗量的一半，即。因此，在选择库址时，除了要考虑岸边岩石的渗透系数K和河渠(库)之间的宽度l外，还要考虑入渗量W的大小等，以预测水库蓄水后分水岭存在的可能性和渗漏量的大小。1/2Wl（4）无入渗时潜水的方程图2-2计算出的潜水面与实际潜水面的比较当W=0时，（2-5）式和(2-8)式可简化为:这就是Dupuit公式。降落曲线的形状已经不是椭圆曲线，而是二次抛物线了。通过河渠间所有断面的单宽流量也变成相等的了

7、。上述所导出的公式都是在应用Dupuit假设，忽略了渗流垂向分速度的情况下导出的。因此，用（2-ll）式计算出的浸润曲线较实际浸润曲线偏低。潜水面坡度愈大，两曲线间的差别也愈大。恰尔内(И.А.Чарный)证实，虽然用了Dupuit假设，但按(2-12)式计算的流量仍然是准确的。2承压水的稳定运动图2-3承压含水层见图2-3。在没有入渗补给，含水层厚度为M，其他条件同潜水含水层，为一维流，则有，对其积分得到：由达西定律：（2-13）（2-14）上述结果表明，在厚度不变的承压水流中，降落曲线是均匀倾斜的直线。若含水层厚度变化

8、时，则M取上、下游断面含水层厚度的平均值。3双层介质含水层中的水流图2-4双层岩层中的渗流（非均质情况）（图2-4）双层结构的含水层，其上层渗透系数往往比下层的渗透系数小得多。在这种情况下，可以将地下水流分成二部分，将分界面以上当作潜水，以下当作承压水看待。通过整个含水层的单宽流量等于通过