地下水的运动 yl课件.ppt

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1、第四章地下水的运动第二节地下水运动的基本概念第三节渗流基本定律第四节地下水在均质各向同性含水层中的稳定单向流及剖面上的平面流第五节地下水流向集水井的稳定运动第六节地下水向完整井的非稳定运动第一节水力学基础知识第一节水力学基础知识一、静止液体的位置高度、测压管高度、测压管水头及其关系二、流线、流速、流量三、层流和紊流、稳定流和非稳定流、非均匀流和缓变流如图4-1所示，在装有静止液体的容器中，任取两点Ａ、Ｂ。分别插入直角玻璃管，Ａ、Ｂ管内的毛细现象不计，它们的液面压强均等于大气压强，上述管子称为测压管。利用测压管可测得任意点的压强。γγ图4-1测压管水头关系一、静止液体的位置高

2、度、测压管高度、测压管水头及其关系00′基准面。Ａ点到基准面00′的距离ＺＡ，称位置高度。Ａ点以上液体的自重对Ａ点压强ｐＡ，ｐＡ＝γｄＶ／ｄω＝γｈＡ（式中ｄＶ＝ｈｄω为Ａ点水的微分体积，ｄω为Ａ点的微分面积，ｈ是Ａ点的水深，γ为水的容重）。因为ｐＡ略去了液面的大气压强，所以称为相对压强。这样，ｐＡ／γ＝ｈ正好是Ａ点到测压管液面的高度，所以称ｐＡ／γ为测压管高度。把位置高度与测压管高度之和，称测压管水头。从图4-1中容易看出，Ａ、Ｂ两点具有相同的测压管水头，即:（4-1）由于Ａ、Ｂ两点是任意的，得结论：静止液体中各点的测压管水头为一常数，其数值等于液面到基准面的距离。二、流

3、线、流速、流量流速场:在水体中，若某两点的测压管水头不相等时，水便会流动，把流动的水体所占有的连续空间称为流速场。水的运动要素:流速场中水流的特征用流速、流量、动水压强等物理量描述，并称其为水的运动要素。在应用中或实验室研究时，常用（流网）流线和等水位线来直观描述水流特征流线是指在某一瞬时流速场内相邻水流质点沿流动方向所连成的几何线，如图4-2所示。因为流线描述的是不同水质点在同一时刻的状态，流线上任意一点的切线方向就是该点此时的水流方向，所以，流速场中同时刻的流线是彼此不相交的光滑曲线。图4-2流线示意图过水断面把垂直于水流方向（即流线）的水流截面称为过水断面。它是平面或

4、曲面，如图4-3。流速指水流在单位时间内所流动的距离（m/s）。它分为实际的点流速和平均流速。实际的点流速（ｕ）是指过水断面上各点的实际流速。由于摩擦阻力和分子引力的存在，过水断面上各点的流速常不相等。如在河床中间的水流速度大，向岸边靠近流速逐渐变小，直至为零。平均流速（v）是指过水断面上各点流速的平均值。实际应用时，多用平均流速描述过水断面的水流特征，从而简化计算。图4-3流线及过水断面流量是指单位时间内通过某一过水断面的水量（m3/s）。其表达式（4-2）式表明：某过水断面所通过的流量Ｑ等于过水断面面积ω乘以该过水断面上的平均流速v。（4-2）三、层流和紊流、稳定流和非

5、稳定流、非均匀流和缓变流层流和紊流实验表明，当流速较小，液体质点作有秩序地，互不混杂地流动时，称为层流；相反，当流速较大，液体质点运动无秩序，互相混杂时，称为紊流。稳定流和非稳定流稳定流是指流速场中任意点的运动要素均不随时间而变化的水流。从数学角度看，稳定流中任意点的运动要素仅是空间坐标的函数（v＝ｆ（x，y，z）），随时间的变化率为零。相反地，如果有任意一项运动要素随时间而变化，则称为非稳定流。非均匀流和缓变流均匀流是指运动要素沿流程不变的水流。显然，它属于稳定流。均匀流流程过水断面大小、形状和方向都不变化，同一流线上各点的流速不变，流线为直线且彼此互相平行。非均匀流是运

6、动要素沿流程发生改变的水流。按其改变的程度又可分为缓变流和急变流。缓变流是运动要素沿流程改变很小，流线几乎平行且近于直线的水流。缓变流具有下述重要特性：①过水断面可视为平面，因为流线是近于平行的直线；②可认为同一过水断面上各点的水头相等且等于测压管水头（流速水头可忽略不计）。急变流不具备缓变流条件的非均匀流就是急变流。地下水运动是发生在岩石土壤空隙中的。和地表水流的区别是运动缓慢，运动空间既有水流又有岩土颗粒存在，运动的阻力很大，地下水流在岩土空隙中作弯弯曲曲的复杂运动，研究地下水每个质点的运动情况既不可能又没必要。地表水流中水质点充满于整个流速场，水流是连续的。第二节地

7、下水运动的基本概念地下水运动的基本概念一、渗流和渗流场二、渗流速度和实际流速三、水头和流网四、水流类型一、渗流和渗流场已知：在一个复杂电路中，若有许许多多的串联、并联电阻存在时，可以用一个等效的电阻来代替，这个等效电阻所起的作用和这些串、并联电阻所起的作用相同。引入渗流来代替岩土中实际水流运动的总体效果。渗流是一种假想的水流，它是把运动于岩土空隙中的水流假想为充满于岩土整个空间（包括空隙空间和岩土颗粒所占的全部空间）、性质和作用与真实地下水流相同的水流。渗流所占据的空间区域称为渗流场。渗流场可用渗流量Ｑ、渗流速度v