地下水动力学
地下水动力学
第1节 渗流的基本概念
(2)多孔介质的压缩性
令
称为多孔介质固体颗粒压缩系数，表示固体颗粒本身的压缩性；
，称为孔隙压缩系数，表示孔隙的压缩性。
则 固体骨架本身的压缩性要比孔隙的压缩性小得多，即
第1节 渗流的基本概念
目录
第1章 渗流理论基础 第3章 地下水向完整井的稳定运动 第4章 地下水向完整井的非稳定运动 第5章 地下水向边界井附近的运动 第6章 地下水向不完整井的运动
第1章 渗流理论基础
第1节 渗流的基本概念 第2节 渗流基本定律 第3节 岩层透水性特征分类 第4节 突变界面的水流折射和等效渗透系数 第5节 流网 第6节 渗流的连续性方程 第7节 承压水运动的基本微分方程 第8节 潜水运动的基本微分方程 第9节 定解条件 第10节 数学模型及解
三、贮水率和贮水系数
取面积为1m2，厚度为1m的含水层，考察当水头降低1m时
释放的水量：
（1）此时有效应力增加了γ△H=ρg×1=ρg
由介质压缩性的定义可知，相应的含水层的体积变化为：
-dVb=αVbdP=α×1×ρg=αρg（负号表示体积减小） （2）同时水压强变化了-γ△H= -ρg，由水的体积压缩系 数的定义可知，相应的水体积的变化为：dV=-βVdP=βn(-ρg)=nβρg（正号表示水体积膨胀））
第1节 渗流的基本概念
3、承压含水层与潜水含水层的区别 （1）对于承压含水层，只要水头不降低到隔水顶板以下， 水头降低只引起含水层的弹性释水，可用贮水系数μ*表示 这种释水的能力。
第1节 渗流的基本概念
3、承压含水层与潜水含水层的区别 （2）对于潜水含水层，当水头下降时，可引起二部分水的 排出。在上部潜水面下降部位引起重力排水，用给水度μ 表示重力排水的能力；在下部饱水部分则引起弹性释水， 用贮水率μs表示这一部分的释水能力。
地下水动力学
1，地下水动力学：研究地下水在孔隙岩石，裂隙岩石和岩溶（喀斯特）岩石中运动规律的科学第一章渗流理论基础2，多孔介质：在地下水动力学中，把具有孔隙的岩石称为多孔介质3有效空隙：互相连通的，不为结合水所占据的那一部分空隙4，有效孔隙度：有效孔隙体积与多孔介质总体积之比5，贮水率：又称释水率面积为一个单位，厚度为一个单位，当水头降低一个单位时所能释放出的水量贮水系数（释水系数）=贮水率乘以含水层厚度表示面积为一个单位，厚度为含水层全厚度的含水层主体中，当水头改变一个单位时弹性释放或贮存的水量贮水率与贮水系数相互关系：1，都是表示含水层弹性释水能力的参数2，对于承压含水层，只要水头不降低到隔水底板以下，水头降低只会引起弹性释水，可用贮水系数表示这种释水能力3，对于潜水含水层，当水头下降时可引起两部分水的排出（1，在上部潜水面下降引起重力排水，用给水度表示重力排水的能力2，在下部饱水部则引起弹性释水，用贮水率表示这一部分的释水能力）弹性释水和重力排水的不同点：1，影响范围不同（弹性释水影响整个承压含水层，重力释水影响潜水含水层和包气带）2，和时间有关（1 弹性释水瞬时完成不随时时间变化 2 重力释水存在滞后效应是时间的函数）3 两只大小不同（弹性释水系数多在0.001-0.00005之间重力排水参数在0.1-0.01之间）7 渗流：假设这种假想水流运动时，在任意岩石体积内所受的阻力等于真是水流所受的阻力，通过任意断面的流量及任一点的压力或水头均和实际水流相同，这种假想水流称为渗流渗流与实际水流相比相同点：阻力相同水头相同流量相同8 渗流速度：代表渗流在过水断面上的平均流速，时一种假想流速实际平均流速：在空隙中的不同地点，地下水运动的方向和速度可能不同平均速度称为实际平均速度测压管水头：H_z=z+p/r水位：一般用在野外，基准面相同（黄海水位标高）水头：基准面可任意选定水位是一种特殊的水头9 地下水头：书十页10，水力坡度：把大小等于坡度值，方向沿着等水头面的法线指向水头降低方向的矢量称为水力坡度p1111，地下水运动特征的分类p11运动要素：表征渗流运动的物理量，主要有渗流量Q，渗流速度V ，压强P，水头H等按运动要素和时间的关系分为：（1）稳定流：运动要素不随时间变化；（2）非稳定流：运动要素随时间变化按地下水运动方向和空间坐标的关系：一维运动，二维运动，三维运动12，层流：流速较小时，液体质点做有条不紊的线性运动，彼此不相掺混紊流：流速较大时，液体质点的运动轨迹曲折混乱，互相掺混13，Dacry在此处键入公式。
流体的地下水动力学
流体的地下水动力学流体的地下水动力学是研究地下水流动行为以及地下水运动规律的学科，涉及专业知识较多，包括水文地质学、地下水动力学等。
本文将介绍地下水动力学的基本概念、流体在地下的运动规律以及地下水资源管理等相关内容。
一、地下水动力学的基本概念地下水动力学是描述地下水流动行为的学科，它研究地下水的运动规律、影响因素以及地下水流体力学和传质过程等问题。
地下水动力学的研究对于水资源的合理开发和利用具有重要意义。
地下水动力学的基本概念包括：1. 地下水的来源和补给：地下水主要来源于降水的入渗和地表水的补给，其中入渗是地下水的重要补给方式。
2. 渗透率和孔隙度：地下岩层对水的渗透能力称为渗透率，而孔隙度则是描述岩层中可存储水的空隙比例。
3. 地下水流速和流量：地下水流速是单位时间内地下水通过单位面积的速度，流量是单位时间内通过某一断面的地下水体积。
4. 地下水压力和水头：地下水压力是地下水对岩层施加的压力，水头则是用来描述地下水压力差的概念。
5. 地下水流场和流线：地下水在地下岩层中的流动形态称为地下水流场，而地下水流场中各点连成的线路称为流线。
二、流体在地下的运动规律地下水动力学研究了流体在地下的运动规律，主要涉及泊松方程和达西定律等基本原理。
1. 泊松方程：泊松方程是描述地下水压力分布的方程，它描述了地下水压力与地下水位（或水头）之间的关系。
泊松方程可以帮助我们了解地下水的压力分布情况，并对地下水流动进行数值模拟和分析。
2. 达西定律：达西定律是描述地下水流速与水头梯度之间关系的定律，也称为达西-普朗克方程。
根据达西定律，地下水流速正比于水头梯度，并且与渗透率和孔隙度等因素有关。
3. 流体力学和传质过程：地下水流体力学是研究地下水流动行为的分支学科，它涉及地下水流速、流量、流体力与单位面积上岩石壁面作用力之间的关系。
此外，地下水中还存在着溶质的传质过程，即溶质在地下流体中的传输现象，它涉及浓度分布、扩散速率等问题。
地下水动力学习题及答案(1)
18.在同一条流线上其流函数等于_常数_，单宽流量等于_零_，流函数的量纲为__ __。
19.在流场中，二元流函数对坐标的导数与渗流分速度的关系式为_ _。
20.在各向同性的含水层中流线与等水头线_除奇点外处处正交_，故网格为_正交网格_。
3．在多孔介质中，不连通的或一端封闭的孔隙对地下水运动来说是无效的，但对贮水来说却是有效的。
4.地下水过水断面包括_空隙_和_固体颗粒_所占据的面积.渗透流速是_过水断面_上的平均速度，而实际速度是_空隙面积上__的平均速度。
在渗流中，水头一般是指测压管水头，不同数值的等水头面(线)永远不会相交。
5.在渗流场中，把大小等于_水头梯度值_，方向沿着_等水头面_的法线，并指向水头_降低_方向的矢量，称为水力坡度。水力坡度在空间直角坐标系中的三个分量分别为_ _、 _和_ _。
31.在均质各向同性的介质中，任何部位的流线和等水头线都正交。(×)
32.地下水连续方程和基本微分方程实际上都是反映质量守恒定律。(√)
33.潜水和承压水含水层的平面二维流基本微分方程都是反映单位面积含水层的水量均方程。(√)
34.在潜水含水层中当忽略其弹性释放水量时，则所有描述潜水的非稳定流方程都与其稳定流方程相同。(×)
27.沿流线的方向势函数逐渐减小，而同一条等势线上各处的流函数都相等。(×)
28.根据流函数和势函数的定义知，二者只是空间坐标的函数，因此可以说流函数和势函数只适用于稳定流场。(×)
29.在渗流场中，一般认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。(√)
30.在同一渗流场中，流线在某一特定点上有时候也可以相交。(√)
地下水动力学与水资源管理
地下水动力学与水资源管理地下水动力学是研究地下水的流动规律和变化过程的学科，它对于水资源管理至关重要。
地下水是一种重要的水资源，广泛应用于饮用水供应、农业灌溉和工业生产等领域。
而地下水动力学的研究可以帮助我们更好地理解地下水的运移特性，从而更有效地管理和保护水资源。
一、地下水动力学的意义地下水动力学的研究对于水资源管理具有重要的意义。
首先，地下水动力学可以帮助我们了解地下水的补给和运移规律。
通过分析地下水的补给来源和运移路径，我们可以确定合理的地下水开采方案，避免过度开采和地下水污染的风险。
其次，地下水动力学可以预测地下水位的变化。
通过建立地下水流动模型，我们可以模拟地下水位的动态变化，预测未来地下水资源的变化趋势，为决策者提供科学的依据。
最后，地下水动力学有助于优化水资源管理策略。
通过深入研究地下水的运动规律，我们可以制定合理的地下水管理政策，合理配置水资源，实现水资源的可持续利用。
二、地下水动力学的主要研究内容地下水动力学的研究内容主要包括以下几个方面：1. 地下水补给与补给途径：研究地下水的补给机制和补给来源，包括降水入渗、地表水入渗和地下水补给。
2. 地下水流动与运移：研究地下水的流动规律和运移速度，分析影响地下水运移的因素，如介质渗透性、地层倾斜度等。
3. 地下水位变化与水资源管理：通过建立地下水位变化模型，预测地下水位的变化趋势，为水资源管理提供科学依据。
4. 地下水化学与水质保护：研究地下水的化学成分和水质特征，分析地下水污染的原因和影响，提出保护地下水水质的措施。
5. 地下水开采与管理：研究地下水开采对地下水系统的影响，制定科学合理的地下水开采方案，实现水资源的持续利用。
三、水资源管理中的地下水动力学应用地下水动力学在水资源管理中有着广泛的应用。
首先，地下水动力学可以用于管理地下水资源的量与质。
通过建立地下水动力学模型，可以预测地下水资源的变化趋势、预警地下水位下降和水质变差的风险，从而采取相应的措施进行管理和保护。
地下水动力学PDF
u =Q/w′
渗流速度=ne﹒实际平均流速
§1—1
地下水运动的基本概念
3 地下水的水头与水力坡度 (1)地下水水头（hydraulic head）：渗流场中任意一点的总水头近似 等于测压水头(piezometric head)，即:
通常称为渗流水头。 在水力学中定义总水头(total head):
§1—1
地下水运动的基本概念
三维流运动：地下水的渗透流速沿空间三个坐标轴的分量均不为0。 三维流（three-dimensional flow），也称空间运动，地下水的渗透流速沿 空间三个坐标轴的分量均不等于零的渗流；水头、流速等渗流要素随空间三 个坐标而变化的水流。
§1—2
渗流基本定律
A
1 达西定律（线性渗透定律）
Re>10-100，层流，不适用，地下水流速增大，为过渡带，由粘滞力占优 势的层流转变为以惯性力占优势的层流运动；
Re>100，紊流，不适用。
§1—2
2 渗透系数
渗流基本定律
(1)渗透系数（K）(hydraulic conductivity)
V=KI ，当I=1时，V=K，即K在数值上等于渗流速度，具有速度的单位，它 又可以称为水力传导系数，反映含水介质对渗流阻力大小的系数。常用单位： m/d，cm/s。 渗透系数是反映岩石透水性的指标，可以根据渗透系数的大小进行岩石透水 性分级。
1.隔水底板水平的潜水运动 2.隔水底板倾斜的潜水运动
§2—2
非均质含水层中地下水向河渠的运动
一、水平层状非均质含水层中地下水稳定运动问题 二、透水性沿流向突变的非均质含水层中地下水维稳定运动问题
§2—1
均质含水层中地下水向河渠的运动
一、承压含水层中地下水向河渠稳定运动
地下水动力学
平方向运动规律。
主要研究内容
（3）地下水向井的运动和求参方法，重点是地下水向完整 井的稳定运动和非稳定运动；水井区地下水运动的规律即 垂直运动规律。
（4）地下水向非完整井和边界井的运动； （5）地下水运动中的若干问题（地下水中溶质运移规律、
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一、铁路，更多的铁路 1．地位 铁路是 交通建运设输的重点，便于国计民生，成为国民经济 发展的动脉。 2．出现 1881年，中国自建的第一条铁路——唐山 至开胥平各庄铁 路建成通车。 1888年，宫廷专用铁路落成。
3．发展 (1)原因： ①甲午战争以后列强激烈争夺在华铁路的 修。筑权 ②修路成为中国人 救的亡强图烈存愿望。 (2)成果：1909年 京建张成铁通路车；民国以后，各条商路修筑 权收归国有。 4．制约因素 政潮迭起，军阀混战，社会经济凋敝，铁路建设始终未入 正轨。
用； （9）在含多组分溶质的水流中Darcy定律的表
达形式。
§6 地下水动力学的应用
（1）城市、工矿企业和农业供水：确定水文 地质参数，论证开采方案和预计开采量，预 报开采动态，正确评价地下水资源评价，科 学管理和保护地下水资源。
（2）矿山开采、建筑基坑和沼泽化、盐渍化 区的疏干：设计疏干量、疏干水平，预测疏 干范围、疏干过程，合理选择疏干设备。
目的：
（1）使学生了解学习该课程的意义，以及在生产实 践中能解决的具体问题。
（2）使学生系统掌握地下水运动的基本理论，并能 初步运用这些基本理论分析水文地质问题，建立相 应的数学模型和提出适当的计算方法或模拟方法， 对地下水进行定量评价。
地下水动力学
1、地下水动力学就是研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石、与喀斯特岩石中运动规律的科学。
它就是模拟地下水流基本状态与地下水中溶质运移过程,对地下水从数量与质量上进行定量评价与合理开发利用,以及兴利除害的理论基础。
2、流量:单位时间通过过水断面的水量称为通过该断面的渗流量。
3、渗流速度(比流量):假设水流通过整个岩层断面(骨架+空隙)时所具有的虚拟平均流速,定义为通过单位过水断面面积的流量。
4、实际速度:孔介质中地下水通过空隙面积的平均速度;地下水流通过含水层过水断面的平均流速,其值等于流量除以过水断面上的空隙面积,量纲为L/T。
4、渗流场:发生渗流的区域称为渗流场。
由固体骨架与岩石空隙中的水两者组成5、层流:水质点作有秩序、互不混杂的流动。
6、紊流:水质点作无秩序、互相混杂的流动。
7、稳定流与非稳定流:若流场中所有空间点上一切运动要素都不随时间改变时,称为稳定流,否则称为非稳定流。
8、雷诺数:表征运动流体质点所受惯性力与粘性力的比值。
9、雷诺数的物理意义:水流的惯性力与黏滞力之比。
10、渗透系数:在各项同性介质(均质)中,用单位水力梯度下单位面积上的流量表示流体通过孔隙骨架的难易程度,称之为渗透系数。
11、流网:在渗流场中,由流线与等水头线组成的网络称为流网。
12、折射现象:地下水在非均质岩层中运动,当水流通过渗透系数突变的分界面时,出现流线改变方向的现象。
13、裘布依假设:绝大多数地下水具有缓变流的特点。
14、缓变流:各流线接近于平行直线的运动14、完整井:贯穿整个含水层,在全部含水层厚度上都安装有过滤器并能全断面进水的井。
15、非完整井:未揭穿整个含水层、只有井底与含水层的部分厚度上能进水或进水部分仅揭穿部分含水层的井。
16、水位降深:抽水井及其周围某时刻的水头比初始水头的降低值。
17、水位降落漏斗:抽水井周围由抽水(排水)而形成的漏斗状水头(水位)下降区,称为降落漏斗。
18、影响半径:就是从抽水井到实际观测不到水位降深处的径向距离。
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地下水运动的控制方程
承压含水层地下水运动的控制方程；半承压含水层地下水运动的控制方程；潜水含水层地下水运动的控制方程；多孔介质中地下水运动的连续性方程
地下水运动的数学模型及其求解方法
数学模型；解析法；物理模拟法；数值模拟法
河渠附近的地下水运动解析计算
河渠间潜水稳定流计算；有入渗时河渠间分水岭移动规律；无入渗时河渠间地下水运动计算；河渠间承压水稳定流计算；河渠间承压－潜水流计算；水库迴水及渗漏计算；基坑降水与涌水计算；河渠间地下水非稳定流计算
地下水运动问题的综合分析、评价
地下水运动问题基本概念的讨论分析；
河渠附近的地下水运动问题的综合分析、评价；
井流问题的综合分析、评价；
地下水运动问题模拟、求解方法的综合分析、评价；
实际地下水运动问题的综合分析、计算和评价。
科目代码
842
科目名称
地下水动力学
内容范围或要点：
基本概念
多孔介质中的水；地下水和多孔介质的性质；渗透、渗漏和渗流；渗流相关的物理量及参数；水井的类型；井损；叠加原理；镜像法原理；水动力弥散；海水入侵；双重介质
渗流基本定律与连续性方程
多孔介质透水特征分类；地下水流态的判别；Darcy定律及其适用范围；地下水运动特征分类
井流问题的解析计算
承压水井的Dupuit公式推导及应用；潜水井的Dupuit公式推导及应用；Dupuit公式的讨论；流量和水位的关系；非线性稳定井流计算；干扰井稳定流计算；均匀流中的井及计算；井损与有效井径的确定；Theis公式的应用；Jacob公式的应用；Theis公式的讨论；非稳定流抽水试验确定水文地质参数；Boulton模型的特点；Neuman模型的特点；边界附近井流计算；非完整井流计算；Thiem公式推导及应用；叠加原理及其应用