水文地质第四章

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1、第四章地下水的运动第四章地下水的运动第一节地下水运动的特征及其基本规律第二节地下水流向井的稳定运动第三节地下水流向井的非稳定运动第四节水文地质参数的确定地下水动力学达西定律:1856年，法国水力学家达西发表了著名的多孔介质地下水运动或流动的报告，得出达西定律裘布依公式:裘布依（Dupuit）是十九世纪著名水文工程师。在1863年，鉴于在大部分地下水流中潜水面坡度很小这一观测结果,Dupuit根据若干简化的假定提出了著名的Dupuit假设,推导出Dupuit单井涌水量计算公式。泰斯公式:1935年

2、美国人C.V.泰斯在数学家C.I.卢宾帮助下，导出定流量抽水时的单井非稳定流计算分式。在给定的定流量条件下，可预报不同地点不同时间的相应水位降深第一节地下水运动的特征及其基本规律（一）曲折复杂的水流通道概化后的理想渗流研究的实质：用充满含水层（包括全部空隙和岩石颗粒本身所占的空间）的假想水流来代替仅仅在岩石空隙中运动的真正水流假想水流应有以下特点流量相等：假想水流通过任意断面的流量必须等于真正水流通过同一断面的流量水头相等：假想水流在任意断面的水头必须等于真正水流在同一断面的水头阻力相等：假想水

3、流通过岩石所受到的阻力必须等于真正水流所受的阻力（二）迟缓的流速地表水的流速：m/s；地下水的流速：m/d；地下水在岩石空隙中的运动称为渗流发生渗流的区域称为渗流场过水断面：渗透水流通过的含水层横断面称为过水断面（三）层流和紊流地下水流大多数多呈雷诺数值很小的层流运动。在通过特大孔隙或大裂隙及可溶岩的大溶洞时；在人工开采地下水时，呈紊流（四）非稳定，缓变流运动非稳定流：在渗流场内各运动要素（流速，流量，水位）随时间变化的地下水运动当地下水的运动要素在某段时间变化不大——稳定流缓变流是指各流线接近

4、于平行直线的流动缓变流在天然条件下地下水流一般都呈缓变流动地下水的各过水断面可当作一个直面，同一过水断面上各点的水头亦可当做是相等的——将三维流简化成为平面流（二维流）一、地下水运动的特点（特征）（一）曲折复杂的水流通道（二）迟缓的流速（三）层流和紊流（四）非稳定——稳定流运动，缓变流运动二.地下水运动的基本规律—达西定律Q=ν·ω=K·i·ω=K·h/L·ω1856年，法国水力学家达西发表了著名的多孔介质地下水运动或流动的报告，得出达西定律达西的发现首次从数量上揭示了多孔介质中水流与多孔介质渗

5、透性之间的数量关系，使多孔介质中地下水流计算成为可能。现代地下水流计算中，几乎所有的经典计算方法和计算模型，都是直接或间接地由达西定律推倒而得来。所以可以毫不夸张地说，达西是水文地质学的奠基人之一，他的实验成果开创了一门研究地下水流在多孔介质中运动的科学——地下水动力学。Q=K·h/L·ω=K·i·ω=ν·ω（一）线性渗透定律（又称达西定律）渗流速度ν不是地下水的真正实际流速u例：两观测井A、B相距1000m，水位差为1m，含水层渗透系数k为5.0m/d，孔隙率n=0.2，问A、B之间地下水的实

6、际平均流速是？u=Q/(ω·n)=ν/n达西公式的适用范围只有当雷诺数小于1~10时地下水运动才服从达西公式。大多情况下地下水的雷诺数一般不超过1；例如，地下水以u=10m/d的流速在粒径为20mm的卵石层中运动，卵石间的孔隙直径为3mm（0.003m），当地下水温为15℃时，运动粘滞系数γ=0.1m2/d，则雷诺数为？（二）非线性渗透定律当地下水在岩石的大孔隙，大裂隙，大溶洞中及取水构筑物附近流动时，Re>10，紊流。紊流运动的规律称为谢才公式（哲才公式）水流运动形式介于层流和紊流之间，则称为

7、混合流运动，可用斯姆莱公式表示下面关于地下水运动的说法中，哪些项是错误的（）A、自然界的地下水运动始终处于非稳流状态，只有在特定条件下，由于运动要素变化幅度小，才可近似为稳定流运动；B、喀斯特地区地下暗河中的地下水运动可以用达西定理来描述C、呈层流状态的地下水不一定符合达西定律D、地下水径流从水位高处向低处流动达西定律要满足条件为（）A、地下水流的雷诺数Re<1～10B、地下水流的雷诺数1～1020～60D、地下水流的雷诺数可以为任何值一潜水含水层均质

8、，各向同性，渗透系数为15m/d，其中某过水断面A的面积为100m2，水位为38m，距离A断面100米的断面B的水位为36m，则断面A的日过流量是（）m3第二节地下水流向井的稳定运动稳定流运动：当取水构筑物中地下水的水位和抽出的水量都保持不变，这时水流称为稳定流运动。一.地下水取水构筑物的基本类型（一）垂直取水构筑物1.潜水完整井：2.潜水非完整井：3.承压水完整井：4.承压水非完整井（二）水平取水构筑物下面关于井的说法哪一项是错误的（）A、根据井的结构和含水层的关系可将井分为完整井和非完整井B