地下水的渗流运动
水文地质-地下水的运动
第三节 地下水向井的稳定运动
四、裘布依公式的讨论
（2）抽水井流量与井径的关系
但实际情况远非如此,井径 对流量的影响比Dupuit公 式反映的关系要大得多。
第三节 地下水向井的稳定运动
四、裘布依公式的讨论
（3）水跃对裘布依公式计算结果的影响
在潜水的出口处一般都存 在渗出面。当潜水流入井 中时也存在渗出面,也称水 跃，即井壁水位hs高于井 中水位hw(图4一10)，而潜 水井的Dupuit公式并没有 考虑渗出面的存在。
H Z p
图4-5 流网示意图
在渗流场中，把水头值相等的点连成线或面就构成了等水 头线或等水头面。
流网是由等水头线和流线所组成的正交网格。流网直观地 描述了渗流场（或流速场）的特征。它可以是正方形、长 方形或曲边方形。
第二节 地下水运动规律
水流类型
一维流任意点的水力坡度均相等（
图4-6a）；
s1=1.00 m s2=1.75 m s3=2.50 m 求K？
Q1=4500 m3/d； Q2=7850 m3/d； Q3=11250 m3/d；
第三节 地下水向井的稳定运动
五、地下水流向非完整井和直线边界附近的完整井
1、承压水非完整井 当α=1时，A=0，就变成 完整井公式，当α很小， A值很大，则公式变为：
第三节 地下水向井的稳定运动
五、地下水流向非完整井和直线边界附近的完整井
2、潜水非完整井 潜水非完整井可以看做上段 是潜水完整井，下段是承压 水非完整井。这样可以近似 的看做总流量Q等于两段Q1 和Q2的和。
第三节 地下水向井的稳定运动
裘布衣假设：
天然水力坡度为0，井附近水力坡度<1/4； 含水层是均质各向同性的，含水层的底板
地下水动力学(第一章 渗流理论基础-2-专)
∂2H ∂2ψ ∂2H ∂2ψ −K = ; −K =− 2 ∂x∂y ∂y2 ∂y∂x ∂x
二、流网及其性质
流网：在渗流场内，取一组流线和一组等势线 组成的网格。 流网的性质： 流网的性质： 1. 在各向同性介质中，流线与等势线处处垂直， 故流网为正交网格。 证明：等水头线和流线的梯度为：
gradH = ∇H = ∂H ∂H i+ j ∂x ∂y
一般地下水流都为Darcy流。 思考题
§1—3 岩层透水特征分类和渗透系数张量 一、岩层透水特征分类 据岩层透水性随空间坐标的变化情况，将岩层 分为均质的和非均质的两类。 均质岩层：在渗流场中，所有点都具有相同的 渗透系数。 非均质岩层：在渗流场中，不同点具有不同的 渗透系数。 非均质岩层有两种类型：一类透水性是渐变的， 另一类透水性是突变的。 均质、非均质:指 与空间坐标的关系 与空间坐标的关系， 均质、非均质 指K与空间坐标的关系，即不同位 是否相同； 置K是否相同； 是否相同
K1M1 + K2M2 M1 + M2 Kp − Kv = − M1 M2 M1 + M2 + K1 K2 M1M2 = >0 (K1M1 + K2M2 )(M1 + M2 )
(K1 − K2 )
2
第8章 地下水渗流分析
非稳定流。稳定流为运动参数如流速、流向和水位等不随时间变化的地下水流动。反之，非
稳定流。绝对意义上的稳定流并不存在，常把变化微小的渗流按稳定流进行分析。地下水渗
流按运动形态可分为层流和紊流。层流指在渗流的过程中水的质点的运动是有秩序、互不混
杂的。反之，称为紊流。层流服从达西定律，紊流服从 Chezy 公式，内容详见本手册 3.3 节。
流砂是指土体中松散颗粒被地下水饱和后，由于水头差的存在动水压力即会使这些松散
颗粒产生悬浮流动的现象，如图 8-1 所示。克服流砂常采取如下措施：进行人工降水，使地
下水水位降至可能产生流砂的地层以下；设置止水帷幕如板桩或冻结法用来阻止或延长地下
水的渗径等[6][7]。
初始坡面
流砂后坡面
流砂堆积物
图 8-1 流砂破坏示意图
基坑工程中为避免流砂、管涌，保证工程安全，必须对地下水采取有效的措施。控制地
下水的措施可以从两方面进行，分为堵水措施和降排水措施，详见表 8-8。出于经济和安全 的目的，常把堵水措施与降排水措施结合使用。
基坑工程中的治水措施
表 8-8
分类
说明
钢板桩
其有效程度取决于土的渗透性、板桩的锁合效果和渗径的长度等因素
按埋藏条件分类
埋藏条件
特征
岩溶裂隙潜水 裸露型
赋存于弱岩溶化的薄层灰岩和白云岩的各种裂隙中的水，埋 动态变化复杂， 藏浅，水量丰富而集中，富水程度不均，与地表水联系密切 分布不均一，多
岩溶区 地下暗河水
地下水
由强烈差异溶蚀作用导致岩溶发育的山区中形成地下管道， 见岩溶潜水，其 地下水构成暗河（带），有一定的汇水面积和主要地下河道 矿化度低
埋藏深，地下水矿化度高
往比水平向的大几倍
水文地质学基础 第四章 地下水运动的基本规律.
1.渗透与渗流
渗透： 地下水在岩石空隙中的运动
渗流是一种假想水流。
假想水流应满足下列条件： （1）性质（如密度、粘滞
性等）和真实地下水相同； （2）充满含水层的整个空
间； （3）运动时，在任意岩石
体积内所受的阻力与真实水流 相同；
（4）通过任一断面的流量 及任一点的压力或水头均和实 际水流相同。 渗流区或渗流场：假想水流所 占据的空间。
• 流线：是渗流场中某一瞬时的一条线，线上各水 质点在此瞬时的流向均与此线相切。
• 迹线：则是对水质点运动所拍的电影。在稳定流 条件下，流线与迹线重合。
一、均质各向同，流线与等水头线构成 正交网格。 • 分析均质各向同性介质中的稳定流网。 • 徒手绘制定性流网
地下水的运动绝大多数服从Darcy定律。
二、非线性渗透定律—哲才（Chezy）定律
地下水在较大的空隙中运动且流速较大时，呈紊 流运动，此时的渗流服从哲才定律。有：
1
Q KI 2
1
V KI 2
即此时渗透流速V与水力梯度I的1/2次方成正比.
4.2 流 网
• 流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上，由一 系列等水头线与流线组成的网格.
2.层流和紊流
层流运动：水质点作有秩序的、互不混杂的流动. 紊流运动：水质点无秩序的、互相混杂的流动.
地下水在岩石空隙中的运动速度一般较慢，大多为层流 运动。只有在大裂隙、溶洞中地下水流速大，才可能出现紊 流运动。此外，在抽水井附近小范围内，当降深很大时，流 速增大，也可出现紊流现象。
3. 稳定流和非稳定流
实际流速，ω有：
Q Kw h KwI Vw L
Q＝ ω／·u＝ ω·ne·u＝
第三章地下水运动的基本规律
3、3 流 网
四、层状非均质中得流网
层状非均质介质就是指介质场内各岩层内部渗透 性为均质各向同性,但不同层介质得渗透性不同。水流 折射定律:
K1 tan1 K 2 tan 2
式中:K1--地下水流入岩层(K1层)得渗透系数; K2--地下水流出岩层(K2层)得渗透系数; θ1--地下水流向与流入岩层(K1层)层界法线之间
1、 等水位(压)线——潜水位(测压水位)相等得各点 得连线,称为等水位(压)线。 2、 流线——渗流场中某一瞬间得一条曲线,曲线上各水 质点在此瞬间得流向均与此线相切。 3、 流网——在渗流场得某一典型剖面或切面上由一系 列等水头线与流线所组成得网络。
3、3 流 网
二、渗流场性质
(一)渗流场介质类型 均质—非均质;各向同性—各向异性
(2)根据边界条件绘制容易绘制得流线或等水头线
a、 定水头边界:相当于等水头线,等水头面。 b、 隔水边界:相当于流线。 c、 潜水面边界:无入渗补给时为流线
有入渗补给时,水面即不就是流线也不为等水头线
(3)按照“正交”原则,等间距内插其它得流线或等水头线。
3、3 流 网
河间地块流网
河间地块流网
3、1 地下水运动得基本特点
注意:
1、 自然界中地下水都属于非稳定流。 ⑴ 补给水源受水文、气象因素影响大,呈季节性变化; ⑵ 排泄方式具有不稳定性;
⑶ 径流过程中存在不稳定性。 2、 为了便于计算,常将某些运动要素变化微小得渗流,近似 地瞧作稳定流。
3、2 达西定律
一、实验条件
H、Darcy—法国水力学家,1856年 (以实验为基础研究时期)通过大量得室 内实验得出了达西定律。
3、2 达西定律
2、 求水平等厚承压含水层流量与承压水头线。 承压含水层由均质等厚得砂组成,隔水底板水平,地下水做水平稳定
地下水运动的大体规律名词说明渗流地下水在岩石
第四章地下水运动的大体规律一、名词说明1．渗流：地下水在岩石间隙中的运动。
2．渗流场：发生渗流的区域。
3．层流运动：在岩层间隙中流动时，水的质点作有秩序的、互不混杂的流动。
4．紊流运动：在岩层间隙中流动时，水的质点作无秩序地、相互混杂的流动。
5．稳固流：水在渗流场内运动，各个运动要素（水位、流速、流向）不随时刻改变。
6．非稳固流：水在渗流场中运动，各个运动要素随时刻转变的水流运动。
7．渗透流速：地下水通过某一过水断面的平均流速。
8．迹线：渗流场中某一段时刻内某一质点的运动轨迹。
9．水力梯度：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径之比。
10．渗透系数：水力坡度等于1时的渗透流速。
11．流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上由一系列流线和等水头线组成的网。
12．流线：流场中某一瞬时的一条线，线上各水质点的流向与此线相切。
二、填空1．据地下水流动状态，地下水运动分为层流和紊流。
2．据地下水运动要素与时刻的关系，地下水运动分为稳固流和非稳固流。
3．水力梯度为定值时，渗透系数愈大，渗透流速就愈大。
4．渗透流速为定值时，渗透系数愈大，水力梯度愈小。
5．渗透系数能够定量说明岩石的渗透性能。
渗透系数愈大，岩石的透水能力愈强。
6．流网是由一系列流线与等水头线组成的网格。
7．若是规定相邻两条流线之间通过的流量相等，那么流线的疏密能够反映径流强度，等水头线的疏密那么说明水力梯度的大小。
8．在均质各向同性介质中，地下水必然沿着水头转变最大的方向，即垂直于等水头线的方向运动，因此，流线与等水头线组成正交网格。
9．流线老是由源指向汇。
三、判定题1．当含水层中存在强渗透性透镜体时，流线将向其汇聚。
（√）2．两层介质的渗透系数相差越大，那么其入射角和折射角也就相差越大。
（√）3．达西定律中的过水断面是指包括砂颗粒和间隙一起占据的面积。
（√）4．在渗流场中，一样以为流线能起隔水边界作用，而等水头线能起透水边界的作用。
（ √ ）5．渗透流速是指水流通过岩石间隙所具有的速度。
地下水的渗流运动
天然条件下地下水的渗流速度通 常很缓慢，绝大部分为层流运动， 一般可用线性定律描述其运动规 律。
19
10.2 地下水运动的基本定律
二、非线性渗透定律
➢ 紊流：
哲才公式
v Kc i
➢ 混合流：介于层流与紊流之间的水流。
斯姆莱盖尔公式 v K c m i
三、水力坡度
指沿渗透途径上的水头降低值(损失)与相应的渗流长度之
比。
IH1H2 Hh
L12
LL
物理含义：代表渗流过程中，单位渗透途径上机械能的损 失。
渗流过程中总机械能的损耗原因(与水力学相近)：液体的粘 滞性(水质点间的摩檫阻力)及固体颗粒表面对水流的反作用力 (水与隙壁间的阻力)。
8
10.1 渗流的基本概念
11
10.1 渗流的基本概念
四、流线与流网
流网：渗流场某一典型剖面或切面上，由一系列等水头 线与流线组成的正交网格。（剖面流网、平面流网）
流 网 示 意 图
平行流网
辐射流网
12
10.1 渗流的基本概念
四、流线与流网
流网特点：
1. 流线与等水头线垂直（正交）； 2. 相邻两条等势线间的势差为常量，相邻两条流线
3
概化后的理想渗流
ห้องสมุดไป่ตู้
图1-1-0b 在一般管道中的普通水流
颗粒
孔隙
A
图1-1-3a 地下水实际流线
颗粒
孔隙
B
4
10.1 渗流的基本概念
二、过水断面和渗透速度 ➢ 过水断面
指含水层中水与渗流流向垂直的的断面，包括骨架和空 隙在内的断面。可以是平面，也可是曲面，其大小可随渗 流方向变化。
地下水运动的特点
地下水运动的特点地下水运动是指地下水在地下岩石或土壤中的流动过程。
地下水是地球上重要的水资源之一，其运动特点对于水资源的管理和保护具有重要意义。
地下水运动的特点主要包括以下几个方面：1. 渗流性：地下水的运动主要是通过岩石孔隙和裂隙中的水分子在压力和渗透力作用下进行的。
地下水的渗流性决定了地下水的运动速度和方向。
不同岩石和土壤的孔隙结构不同，会影响地下水的渗流性。
2. 缓慢性：与地表水相比，地下水的运动速度相对较慢。
由于地下水在岩石孔隙中的流动受到阻碍，地下水的流速通常较慢。
这也使得地下水的补给和排泄过程相对缓慢。
3. 水质稳定性：地下水在地下运动过程中，受到地下岩石和土壤的过滤和净化作用，因此地下水的水质通常比地表水更加稳定。
地下水的运动过程中，水质不易受到外界污染物的影响，保持相对纯净。
4. 存储性：地下水在地下岩石和土壤中形成水库，具有一定的存储能力。
地下水的存储性使得地下水可以在旱季或干旱地区为人类提供稳定的水资源。
5. 受季节影响：地下水的运动受季节变化的影响比较大。
在雨季，地下水补给较多，水位上升；而在旱季，地下水补给减少，水位下降。
这种季节性的变化对地下水资源的利用和管理具有重要意义。
6. 形成地下水流域：地下水运动形成了地下水流域，即一定范围内地下水的补给和排泄过程。
地下水流域的划分对于地下水资源的保护和管理至关重要。
地下水运动的特点决定了地下水资源的独特性和重要性。
了解地下水运动的特点，有助于科学合理地利用和管理地下水资源，保护地下水环境，实现可持续发展。
地下水资源是人类生活和生产不可或缺的重要水资源，只有通过科学的管理和保护，才能更好地利用地下水资源，满足人类的需求。