第04a讲地下水文学

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1、地下水水文学主讲：杜发兴GroundwaterHydrology电话：13886728457Email:425965399@qq.com第4讲第二章地下水运动地下水的运动特点曲折、复杂的渗流通道。迟缓的流速。一般为紊流，很少出现层流。绝大多数为非稳定流运动，极少数为稳定流运动。天然条件下，一般均呈缓变流动，有时为非缓变流动。空袭中实际水流方向和水流通道等效平均直线水流方向和水流通道2.1地下水运动的基本方程紊流－水质点的运动方向不一致、流线随机交叉。层流－水质点的运动平行一致、流线无交叉现象。紊流层流地下水曲折、复杂

2、的渗流通道渗流的概念定义：地下水受重力、毛细力、分子吸力等作用，在多孔介质空隙中的渗透流动，叫渗流。地下水运动的场所称为渗流场按空间分为一维流(单向流)：水平或垂向二维流(平面流、剖面流)三维流(空间流)按流态层流：Re<100紊流：Re>100V—地下水渗流速度d—含水层颗粒的平均粒径—地下水运动粘滞系数按与时间关系稳定流非稳定流渗流的基本定律达西(Darcy)定律1856年，法国水力学工程师H.Darcy曾就Dijon城的水源问题研究了水在直立砂柱中的流动，如图2-1所示根据实验，Darcy得出：h1h2渗流量

3、Q与过水断面面积A及上、下两测压管的水头差h成正比，而与渗透途径长度l成反比。即：这就是著名的达西定律。或则式中，I—水力坡(梯)度；V—渗透速度若令：比例常数K称为渗透系数在实际渗流场中使用达西公式，由于各点的渗透速度包括其大小和方向可能都不相同，为描述渗透速度分布与水头分布之间的关系，可建立达西定律的一般性表达式，即后来的实验表明，并非所有地下水渗流都服从达西定律，它有一个适用范围：或达西定律适用范围：存在一个临界雷诺数Re临，该值约在1～10之间，当Re

4、惯性力)占优势的层流区域，该区域内达西定律是适用的。上述Re临就是达西定律成立的上限。同时说明，服从达西定律的Re临比地下水由层流转变为紊流时的雷诺数要小。也即达西定律的适用范围比层流运动范围要小当Re临

5、临，即达西定律适用下限实验证明：0.00005

6、系，可区分为均质与非均质岩层，以及各向同性与各向异性岩层。均质和各向同性是两个不同的概念，均质岩层中可以是各向同性，也可以是各向异性。含水层的渗透系数K可以取原状土在室内试验求得，但在生产中，常从野外现场试验获得，也可用动态资料进行分析计算求出，具体方法将在含水层参数确定一章中介绍例110°C的水通过右下图所示的砂柱流动(L＝120厘米，A＝200厘米2，h1-h2＝120厘米)。砂的孔隙率n＝0.36，渗透系数K＝20米／日。试确定：(a)流量(Q)和渗透速度(V)；(b)砂柱中的实际流速(V实)。解：根据达西公式

7、例题例3已知在厚度不变的均质各向同性承压含水层中发生的是均匀流动，假定含水层的厚度M＝20米，孔隙率n＝0.2，渗透系数K＝15米/日。沿着水流方向位于A、B两点的两个观测孔的距离为L＝1200米，两观测孔中的水位均高于平均海水位，测压管水头分别为hA＝+5.4米，hB＝+3米。砂的平均粒径d＝1毫米。水的运动粘度＝0.013厘米2/秒。(a)Darcy定律是否适用?(b)求孔隙中的平均流速。解：(a)用水力梯度判断：Darcy定律适用(b)例题习题1假设右图为一均质砂柱，长度L＝100厘米，试绘出在下列三种情况下

8、，沿着该砂拄的测压管水头分布和压力水头分布，然后根据所得到的压力分布引出一个结论。(a)h1＝115厘米h2＝15厘米；(b)h1＝125厘米h2＝15厘米；(c)h1＝115厘米h2＝25厘米。习题2一口完整并以定流量Q＝600米3/小时从承压含水层中抽水。含水层由砂组成厚度M＝50米，砂的平均粒径为0.1厘米。试问在井周围的多大范围内Dar