[整理]地下水动力学课件第一章教学讲义ppt
合集下载
地下水运动的基本规律 PPT
补充:水文地质学常用处理问题思路: 1、分段法进行分析,因为流量相等,可以用流量把几 个段相互关联起来。
5、2 达西定律得应用
2、水流优先通过渗透性好得含水层,处理时分别求各 个层得流量,最后合并起来计算。也是一种水文地质学处 理方法。
井流计算问题
井流又可称为径向流,即从抽水 问题逐步提出。潜水井一开始 抽水时水位下降很快,但随后逐 渐稳定,地下水最终形成降落漏 斗。
[★]
(2)实验证实 Re<1时,V和I线性相关, 1<Re<10时,V和I近于线性相关。 Re>10时,V和I非线性相关。 也既,自然界只有一部分层流满足达西 定律,也即Re<10时。 注意:裂隙水,岩溶水要特别注意,不能 简单使用达西定律。 (3)达西定律与运动方向无关(垂向、水 平均可)
地下水运动得本质
1、裘布依公式
A、假设条件(假设非常重要,没 有假设该公式无法使用)
(1) 含 水 层 为 一 圆 柱 体 , 周 围 是 定水头补给边界;
(2) 含 水 层 为 均 质 , 原 始 水 位 水 平,其隔水(顶)底板水平;
(3) 含 水 层 中 心 布 置 一 完 整 井 , 以一定流量抽水;
(4)水运动符合达西定律。
稳定流––––各个运动要素(水位、流速、流向等)不随时间 改变得水流运动。
非稳定流––––运动要素随时间变化得水流运动。
渗流场中任意点得流速变化只与空间坐标一个方向有关得 渗流,称为一维流,与空间坐标得两个和三个方向有关得,分 别称为二维或三维流。
[★]
5、1 重力水运动得基本规律
1、达西定律(Darcy’s Law)
1856年达西通过实验得到达西定律。实验在砂柱中进行(P33:图5—1),根据实 验结果(流量):
5、2 达西定律得应用
2、水流优先通过渗透性好得含水层,处理时分别求各 个层得流量,最后合并起来计算。也是一种水文地质学处 理方法。
井流计算问题
井流又可称为径向流,即从抽水 问题逐步提出。潜水井一开始 抽水时水位下降很快,但随后逐 渐稳定,地下水最终形成降落漏 斗。
[★]
(2)实验证实 Re<1时,V和I线性相关, 1<Re<10时,V和I近于线性相关。 Re>10时,V和I非线性相关。 也既,自然界只有一部分层流满足达西 定律,也即Re<10时。 注意:裂隙水,岩溶水要特别注意,不能 简单使用达西定律。 (3)达西定律与运动方向无关(垂向、水 平均可)
地下水运动得本质
1、裘布依公式
A、假设条件(假设非常重要,没 有假设该公式无法使用)
(1) 含 水 层 为 一 圆 柱 体 , 周 围 是 定水头补给边界;
(2) 含 水 层 为 均 质 , 原 始 水 位 水 平,其隔水(顶)底板水平;
(3) 含 水 层 中 心 布 置 一 完 整 井 , 以一定流量抽水;
(4)水运动符合达西定律。
稳定流––––各个运动要素(水位、流速、流向等)不随时间 改变得水流运动。
非稳定流––––运动要素随时间变化得水流运动。
渗流场中任意点得流速变化只与空间坐标一个方向有关得 渗流,称为一维流,与空间坐标得两个和三个方向有关得,分 别称为二维或三维流。
[★]
5、1 重力水运动得基本规律
1、达西定律(Darcy’s Law)
1856年达西通过实验得到达西定律。实验在砂柱中进行(P33:图5—1),根据实 验结果(流量):
《地下水系统》课件
自然因素包括气候变化、地质构造、地貌形态等，它们对地下水的数量和质量产生影响。
人类活动如开采利用、污染排放等也会对地下水的数量和质量产生影响，导致地下水动态变化。
03
CHAPTER
地下水污染与防治
工业废水
农业污水
生活污水
固体废弃物
01
02
03
04
工业生产过程中产生的废水，如石油、化工、制药等行业的废水。
详细描述
VS
未来地下水系统研究的重点方向和技术创新
详细描述
未来地下水系统研究将更加注重跨学科的合作，利用地球物理学、水文学、环境科学等多学科的理论和方法，深入探究地下水系统的形成、演化、循环和演化机制。同时，随着遥感技术、数值模拟等技术的发展，将为地下水系统的监测、模拟和保护提供更加高效和准确的技术手段。
《地下水系统》ppt课件
目录
地下水系统概述地下水循环系统地下水污染与防治地下水资源管理与保护地下水系统研究展望
01
CHAPTER
地下水系统概述
总结词
地下水的定义、特性与分类
详细描述
地下水是指存在于地下岩层中的水，具有不透明、不易流动、分布广泛等特点。根据地下水的埋藏条件和特点，可以将其分为潜水和承压水两类。
总结词
地下水系统的组成、功能与特点
详细描述
地下水系统是由地下水及其赋存环境组成的复杂系统，包括含水层、隔水层、地下水流场等。地下水系统具有调节气候、保持生态平衡、提供人类饮用水源等功能，同时其流动和循环也影响着地表水的水质和水量。
地下水资源的分布、利用现状与问题
总结词
全球范围内，地下水资源分布不均，主要集中在北半球的中纬度地区。在许多国家和地区，地下水是重要的饮用水源和农业灌溉水源。然而，由于过度开采、污染等问题，许多地方的地下水资源面临枯竭和污染的风险。因此，合理利用和保护地下水资源已成为当前的重要任务。
人类活动如开采利用、污染排放等也会对地下水的数量和质量产生影响，导致地下水动态变化。
03
CHAPTER
地下水污染与防治
工业废水
农业污水
生活污水
固体废弃物
01
02
03
04
工业生产过程中产生的废水，如石油、化工、制药等行业的废水。
详细描述
VS
未来地下水系统研究的重点方向和技术创新
详细描述
未来地下水系统研究将更加注重跨学科的合作，利用地球物理学、水文学、环境科学等多学科的理论和方法，深入探究地下水系统的形成、演化、循环和演化机制。同时，随着遥感技术、数值模拟等技术的发展，将为地下水系统的监测、模拟和保护提供更加高效和准确的技术手段。
《地下水系统》ppt课件
目录
地下水系统概述地下水循环系统地下水污染与防治地下水资源管理与保护地下水系统研究展望
01
CHAPTER
地下水系统概述
总结词
地下水的定义、特性与分类
详细描述
地下水是指存在于地下岩层中的水，具有不透明、不易流动、分布广泛等特点。根据地下水的埋藏条件和特点，可以将其分为潜水和承压水两类。
总结词
地下水系统的组成、功能与特点
详细描述
地下水系统是由地下水及其赋存环境组成的复杂系统，包括含水层、隔水层、地下水流场等。地下水系统具有调节气候、保持生态平衡、提供人类饮用水源等功能，同时其流动和循环也影响着地表水的水质和水量。
地下水资源的分布、利用现状与问题
总结词
全球范围内，地下水资源分布不均，主要集中在北半球的中纬度地区。在许多国家和地区，地下水是重要的饮用水源和农业灌溉水源。然而，由于过度开采、污染等问题，许多地方的地下水资源面临枯竭和污染的风险。因此，合理利用和保护地下水资源已成为当前的重要任务。
地下水动力学PDF
二、无入渗潜水含水层中地下水向河渠二维稳定运动
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—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
1.一维稳定运动 水文地质模型描述
H
条件：均质、等厚、承压含水层， 两条平行河流完整切割含水层。两河 水位分别为H1，H2，当两河水位稳定 时，地下水可形成稳定流动。这时， 流网显示地下水流线是一条平行的直 线。
H≈Hn=Z+P/g
意义：渗流场中任意一点的水头实际上反映该点单位质量液体具有的总机械 能，地下水在运动过程中不断克服阻力，消耗总机械能，因此沿地下水流程， 水头线是一条降落曲线。
§1—1
地下水运动的基本概念
(2) 水力坡度[水力梯度]（hydraulic gradient）：在渗流场中大小等于梯 度值，方向沿等水头面的法线并指向水头下降方向的矢量，用J表示。
K的影响因素： ① 岩石的性质：粒度、成分、颗粒排列、充填状况、裂隙性质及其发育程 度等，空隙大小起主导作用； ② 流体的物理性质：容重、粘滞性等。
§1—2
渗流基本定律
第二章 地下水向河渠的稳定运动
§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
二、无入渗潜水含水层中地下水向河渠二维稳定运动
岩石中的渗流 （a）实际渗透 (b)假想渗流
2) 渗流（seepage flow）：具有实际水流的运动特点（流量、水头、压力、 渗透阻力），并连续充满整个含水层空间的一种虚拟水流；是用以代替真实地 下水流的一种假想水流。
§1—1
地下水运动的基本概念
2) 渗流（seepage flow）：具有实际水流的运动特点（流量、水头、压力、 渗透阻力），并连续充满整个含水层空间的一种虚拟水流；是用以代替真实地 下水流的一种假想水流。其特点是： （1）假想水流的性质与真实地下水流相同； （2）充满含水层空隙空间和岩石颗粒所占据的空间；
《地下水渗流力学》PPT课件
水文地质学基础： 地下水形成、赋存及运移规律。 水力学：研究水在管道中运动规律。
2 目的与意义
（1）了解学习该课程的意义，以及在生产实践中能解决具体 问题。 （2）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）渗流（动）力学
Groundwater Infiltration Flow Dynamics
安徽理工大学 . 水资源与规划系
绪论
概念 研究目的与意义 研究内容 本学科发展历史 应用情况 课程的特点
1概念
（地下水）渗流（动）力学：
研究地下水在多孔介质(孔隙、裂隙和溶隙)中运动规律的科学。 (流体、溶质)
狭义：研究饱水带地下水水头分布规律，对含水层进 行定量评价，为合理开采地下水提供依据。
4 本学科发展历史
1 稳定流建立和发展阶段（1856~1935） 2 非稳定流建立和发展阶段（1935~1969） 3 实验 实验- -电网络模拟技术阶段（ 1950~1980） 4 计算机数值模拟技术阶段（ 1965~至今）
GMS中FEMWATER模块
FEFLOW
FEFLOW是加拿大Waterloo水文地质公司开发的基于三维 (Galerkin)有限元的地下水模拟可视化软件包。
它能够解决下列地下水模拟问题：完全瞬时、半瞬时、稳态地下 水流动与溶质运移；随时间变化的实体属性和约束边界条件；饱和 与不饱和流动；包含自由潜水面的承压与不承压含水层；带有非线 性吸附作用、衰变、对流、弥散的化学质量运移；考虑贮存、对流、 热散失、热运移的流体和固体热量运移；密度变化的流动(海水入侵 等)。
它是研究地下水流运动特征和溶质在地下水水流作用下在多 孔介质中的运移过程与机理，并从量上和质上进行定量评价，并 以此进行合理开发利用，最终达到兴利除害的一门理论基础课 程。
2 目的与意义
（1）了解学习该课程的意义，以及在生产实践中能解决具体 问题。 （2）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）渗流（动）力学
Groundwater Infiltration Flow Dynamics
安徽理工大学 . 水资源与规划系
绪论
概念 研究目的与意义 研究内容 本学科发展历史 应用情况 课程的特点
1概念
（地下水）渗流（动）力学：
研究地下水在多孔介质(孔隙、裂隙和溶隙)中运动规律的科学。 (流体、溶质)
狭义：研究饱水带地下水水头分布规律，对含水层进 行定量评价，为合理开采地下水提供依据。
4 本学科发展历史
1 稳定流建立和发展阶段（1856~1935） 2 非稳定流建立和发展阶段（1935~1969） 3 实验 实验- -电网络模拟技术阶段（ 1950~1980） 4 计算机数值模拟技术阶段（ 1965~至今）
GMS中FEMWATER模块
FEFLOW
FEFLOW是加拿大Waterloo水文地质公司开发的基于三维 (Galerkin)有限元的地下水模拟可视化软件包。
它能够解决下列地下水模拟问题：完全瞬时、半瞬时、稳态地下 水流动与溶质运移；随时间变化的实体属性和约束边界条件；饱和 与不饱和流动；包含自由潜水面的承压与不承压含水层；带有非线 性吸附作用、衰变、对流、弥散的化学质量运移；考虑贮存、对流、 热散失、热运移的流体和固体热量运移；密度变化的流动(海水入侵 等)。
它是研究地下水流运动特征和溶质在地下水水流作用下在多 孔介质中的运移过程与机理，并从量上和质上进行定量评价，并 以此进行合理开发利用，最终达到兴利除害的一门理论基础课 程。
地下水动力学PDF
岩石中的渗流 （a）实际渗透 (b)假想渗流
2) 渗流（seepage flow）：具有实际水流的运动特点（流量、水头、压力、 渗透阻力），并连续充满整个含水层空间的一种虚拟水流；是用以代替真实地 下水流的一种假想水流。
§1—1 地下水运动的基本概念
2) 渗流（seepage flow）：具有实际水流的运动特点（流量、水头、压力、 渗透阻力），并连续充满整个含水层空间的一种虚拟水流；是用以代替真实地 下水流的一种假想水流。其特点是：
K的影响因素： ① 岩石的性质：粒度、成分、颗粒排列、充填状况、裂隙性质及其发育程 度等，空隙大小起主导作用； ② 流体的物理性质：容重、粘滞性等。
§1—2 渗流基本定律
第二章 地下水向河渠的稳定运动
§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 二、无入渗潜水含水层中地下水向河渠二维稳定运动
§1—2 渗流基本定律
1 达西定律（线性渗透定律）
A
由于自然界中地下水运动的速度一般都
比较小，因此地下水的运动大多看作层流运
动。为了对地下水运动进行定量研究，必须
把握地下水运动基本要素之间的最基本的数
L
量关系，即研究其基本规律。
（1）达西定律表达式 实验条件：定水头、定流量、均质砂。 此时地下水做一维均匀运动，渗流速度
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):
式中右端三项分别称为位头（potential head）、压头(pressure head)和 速头(velocity head)。
总水头（Total head ）为测压管水头和流速水头之和。
2) 渗流（seepage flow）：具有实际水流的运动特点（流量、水头、压力、 渗透阻力），并连续充满整个含水层空间的一种虚拟水流；是用以代替真实地 下水流的一种假想水流。
§1—1 地下水运动的基本概念
2) 渗流（seepage flow）：具有实际水流的运动特点（流量、水头、压力、 渗透阻力），并连续充满整个含水层空间的一种虚拟水流；是用以代替真实地 下水流的一种假想水流。其特点是：
K的影响因素： ① 岩石的性质：粒度、成分、颗粒排列、充填状况、裂隙性质及其发育程 度等，空隙大小起主导作用； ② 流体的物理性质：容重、粘滞性等。
§1—2 渗流基本定律
第二章 地下水向河渠的稳定运动
§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 二、无入渗潜水含水层中地下水向河渠二维稳定运动
§1—2 渗流基本定律
1 达西定律（线性渗透定律）
A
由于自然界中地下水运动的速度一般都
比较小，因此地下水的运动大多看作层流运
动。为了对地下水运动进行定量研究，必须
把握地下水运动基本要素之间的最基本的数
L
量关系，即研究其基本规律。
（1）达西定律表达式 实验条件：定水头、定流量、均质砂。 此时地下水做一维均匀运动，渗流速度
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):
式中右端三项分别称为位头（potential head）、压头(pressure head)和 速头(velocity head)。
总水头（Total head ）为测压管水头和流速水头之和。
地下水课件
第1章水文地质基础一、矿井水害防治----意义水害是矿井的五大自然灾害之一，也被国家《特别规定》列为15类重大隐患之一。
1.矿井水害类型概述☐地表水水害☐孔隙水水害☐裂隙水水害☐岩溶水水害☐老空水水害2.我国煤矿水害特点☐不同地区、不同水害类型发生的频繁及危害程度不同☐近几年，老空水透水事故明显增多☐雨季发生的透水事故约占50%左右☐70%的水害事故发生在掘进工作面☐事故发生后抢险难度大第1章水文地质基础知识一、地下水的形成与赋存二、地下水的物理性质及化学成分三、地下水类型及特征四、地下水的运动一、地下水的形成与赋存(一)地下水的赋存空间(二)岩石的主要水理性质(三)含水层与隔水层1.地下水的赋存空间---空隙孔隙、裂隙、溶隙(二)岩石的主要水理性质1.岩石的给水性：◆给水性——在重力作用下，从饱水的岩石中，自由流出（排出）一定水量的性能。
在数量上用给水度（又称重力给水度）来衡量。
2.岩石的透水性：◆透水性——岩石本身具有允许水通过的性能。
在数量上用渗透系数（K）来衡量。
岩石透水性决定因素：空隙的大小、数量。
(三)含水层与隔水层1.含水层：含水层——能透水又饱含重力水的岩层。
构成含水层的必要条件：储水空间、储存地下水的地质构造、良好的补给来源含水层富水性：弱富水性：q≤0.1L/s.m、中等富水性：0.1L/s.m＜q≤1.0L/s.m强富水性：1.0L/s.m＜q≤5.0L/s.m、极强富水性：q＞5.0L/s.m(三)含水层与隔水层2.隔水层隔水层——不透水的岩层。
隔水层性质:❖可以是饱水的（如饱水粘土），也可以是不含水的（如胶结致密、完整的坚硬岩层）。
二、地下水的物化性质及水质分析(一)地下水的主要物理性质(二)地下水的主要化学成分(三)地下水化学成分表示方法(四)煤矿地下水的化学特点(一)地下水的主要物理性质1.地下水的温度：地下水温度的差异主要取决于地下水埋藏的地温条件。
2.地下水的颜色：当地下水中含有某些离子或胶体物质时，会呈现各种颜色3.地下水的透明度：透明的水、微浊的水、混浊的水、极混浊的水4.地下水的嗅（气味）：含有H2S气体时具腐蛋味5.地下水的味（味道）：含NaSO4时具涩味(二)地下水的主要化学成分1、地下水中的七大离子成分（Cl-、SO42-、Na+、HCO3-、K+、Ca2+、Mg2+）2、地下水中的主要气体成分（ O2、N2 、H2S、CH4、CO2）3、地下水的化学性质①地下水的酸碱性（PH值）②地下水的总矿化度③地下水的硬度3、地下水的化学性质④地下水的侵蚀性（碳酸性侵蚀、硫酸性侵蚀)CaCO3+H2O+CO2←—→Ca2++2HCO3-4CaO·Al 2O3· 12H 2O+3CaSO4·nH2O——→3CaO·Al2O3 · 3CaSO 4· 30H2O+Ca(OH)2(杰瓦盐)（三）地下水化学成分的表示方法1、地下水的水质分析◆简分析：主要对地下水的物理性质进行鉴定◆全分析：对地下水的各种化学成分、耗氧量、干涸残余物、灼热残渣、悬浮物、可溶性硅酸H3SiO4等进行分析测定。
地下水动力学PDF
地下水动力学
第一章 地下水运动的基本概念和基本定律 第二章 地下水向河渠的稳定运动 第三章 地下水向完整井的稳定运动
第一章 地下水运动的基本概念和基本定律
§1—1 §1—2
地下水运动的基本概念 渗流基本定律
§1—1
1) 多孔介质的概念
地下水运动的基本概念
1. 多孔介质及其特性
多孔介质(Porous medium)：地下水动力学中具有空隙的岩石。广义上包
岩石中的渗流 （a）实际渗透 (b)假想渗流
2) 渗流（seepage flow）：具有实际水流的运动特点（流量、水头、压力、 渗透阻力），并连续充满整个含水层空间的一种虚拟水流；是用以代替真实地 下水流的一种假想水流。
§1—1
地下水运动的基本概念
2) 渗流（seepage flow）：具有实际水流的运动特点（流量、水头、压力、 渗透阻力），并连续充满整个含水层空间的一种虚拟水流；是用以代替真实地 下水流的一种假想水流。其特点是： （1）假想水流的性质与真实地下水流相同； （2）充满含水层空隙空间和岩石颗粒所占据的空间；
§1—2
渗流基本定律
实验过程：通过供水管从上面注入水，实验中保持恒定水头，水渗经试样
（砂子）以后由出水管流进量筒中，水渗经试样的水头损失用测压管测定。
实验结果：单位时间内通过筒中砂的流量Q与垂直水流方向的介质面积A及 上下测压管的水头差Δ H成正比，与渗透长度L成反比。
H1 H 2 Q KA l
气相—空气，非饱和带中 液相—水：吸着水 Hygroscopic water
薄膜水
毛细管水 重力水
pellicular water
capillary water gravitational water
第一章 地下水运动的基本概念和基本定律 第二章 地下水向河渠的稳定运动 第三章 地下水向完整井的稳定运动
第一章 地下水运动的基本概念和基本定律
§1—1 §1—2
地下水运动的基本概念 渗流基本定律
§1—1
1) 多孔介质的概念
地下水运动的基本概念
1. 多孔介质及其特性
多孔介质(Porous medium)：地下水动力学中具有空隙的岩石。广义上包
岩石中的渗流 （a）实际渗透 (b)假想渗流
2) 渗流（seepage flow）：具有实际水流的运动特点（流量、水头、压力、 渗透阻力），并连续充满整个含水层空间的一种虚拟水流；是用以代替真实地 下水流的一种假想水流。
§1—1
地下水运动的基本概念
2) 渗流（seepage flow）：具有实际水流的运动特点（流量、水头、压力、 渗透阻力），并连续充满整个含水层空间的一种虚拟水流；是用以代替真实地 下水流的一种假想水流。其特点是： （1）假想水流的性质与真实地下水流相同； （2）充满含水层空隙空间和岩石颗粒所占据的空间；
§1—2
渗流基本定律
实验过程：通过供水管从上面注入水，实验中保持恒定水头，水渗经试样
（砂子）以后由出水管流进量筒中，水渗经试样的水头损失用测压管测定。
实验结果：单位时间内通过筒中砂的流量Q与垂直水流方向的介质面积A及 上下测压管的水头差Δ H成正比，与渗透长度L成反比。
H1 H 2 Q KA l
气相—空气，非饱和带中 液相—水：吸着水 Hygroscopic water
薄膜水
毛细管水 重力水
pellicular water
capillary water gravitational water
地下水动力学PDF
地下水动力学
第一章 地下水运动的基本概念和基本定律 第二章 地下水向河渠的稳定运动 第三章 地下水向完整井的稳定运动
第一章 地下水运动的基本概念和基本定律
§1—1 §1—2
地下水运动的基本概念 渗流基本定律
§1—1
1) 多孔介质的概念
地下水运动的基本概念
1. 多孔介质及其特性
多孔介质(Porous medium)：地下水动力学中具有空隙的岩石。广义上包
气相—空气，非饱和带中 液相—水：吸着水 Hygroscopic water
薄膜水
毛细管水 重力水
pellicular water
capillary water gravitational water
§1—1
2 渗透与渗流
地下水运动的基本概念
1) 渗透:地下水在岩石空隙或多孔介质中的运动，这种运动是在弯曲的通道 中，运动轨迹在各点处不等。为了研究地下水的整体运动特征，引入渗流的 概念。
§1—1
地下水运动的基本概念
一维流（one-dimensional flow），也称单向运动，指渗流场中水头、流速等渗
流要素仅随一个坐标变化的水流，其速度向量仅有一个分量、流线呈平行的水流。
§1—1
地下水运动的基本概念
二维流（two-dimensional flow），也称平面运动，地下水的渗透流速沿空 间二个坐标轴方向都有分速度、仅仅一个坐标轴方向的分速度为零的渗流； 水头、流速等渗流要素随两个坐标变化的水流，其速度向量可分为两个分量， 流线与某一固定平面呈平行的水流。 单宽流量（Discharge per unit width）：渗流场中过水断面单位宽度的 渗流量，等于总流量Q与宽度B 之比。即 q=Q/B。 总渗流量Q为单宽流量q与宽度B 的乘积，Q=qB。
第一章 地下水运动的基本概念和基本定律 第二章 地下水向河渠的稳定运动 第三章 地下水向完整井的稳定运动
第一章 地下水运动的基本概念和基本定律
§1—1 §1—2
地下水运动的基本概念 渗流基本定律
§1—1
1) 多孔介质的概念
地下水运动的基本概念
1. 多孔介质及其特性
多孔介质(Porous medium)：地下水动力学中具有空隙的岩石。广义上包
气相—空气，非饱和带中 液相—水：吸着水 Hygroscopic water
薄膜水
毛细管水 重力水
pellicular water
capillary water gravitational water
§1—1
2 渗透与渗流
地下水运动的基本概念
1) 渗透:地下水在岩石空隙或多孔介质中的运动，这种运动是在弯曲的通道 中，运动轨迹在各点处不等。为了研究地下水的整体运动特征，引入渗流的 概念。
§1—1
地下水运动的基本概念
一维流（one-dimensional flow），也称单向运动，指渗流场中水头、流速等渗
流要素仅随一个坐标变化的水流，其速度向量仅有一个分量、流线呈平行的水流。
§1—1
地下水运动的基本概念
二维流（two-dimensional flow），也称平面运动，地下水的渗透流速沿空 间二个坐标轴方向都有分速度、仅仅一个坐标轴方向的分速度为零的渗流； 水头、流速等渗流要素随两个坐标变化的水流，其速度向量可分为两个分量， 流线与某一固定平面呈平行的水流。 单宽流量（Discharge per unit width）：渗流场中过水断面单位宽度的 渗流量，等于总流量Q与宽度B 之比。即 q=Q/B。 总渗流量Q为单宽流量q与宽度B 的乘积，Q=qB。
地下水资源与地下水系统讲义PPT(98页)
μ—含水层的给水度； F—潜水含水层的面积(m2)； h—潜水含水层的厚度(m) 。
（二）储存量
在承压含水层中，承压含水层除了容积储存量外，还有 弹性储存量（承压含水层压力水头的变化主要反映弹性水 的释放，称为弹性储存量）。
W弹＝μ*·F· h 式中：W弹—承压水的弹性储存量(m3)；
μ*—贮水(或释水)系数； F —承压含水层的面积(m2)； h —承压含水层自顶板算起的压力水头高度(m)。
（二）储存量
（二）储存量
注意1： 储存量在地下水运动交替和开采中起调节作用。 天然条件下，储存量呈周期性变化，有年周期或多年周期。 开采条件下，如果开采量不大于补给量，储存量仍呈周期性变化； 开采量超过补给量时，由储存量来补偿超过开采量，使储存量出现逐年 减少的趋势性变化。
（二）储存量
注意2： 一定期限内的最小储存量称为永久储存量或静储量,是在一定周期内不
水之间相互转化，联系密切，资源量存在很 大的重复性。
地下水与地表水的差异性:
1. 地表水分布于地势低洼处，构成当地侵蚀基准面， 而地下水分布广泛；
2. 地表水分布受控于地形条件，而地下水分布则主要 受地层、岩性和构造控制；地表水流域范围受地形 分水岭控制，而地下水系统范围则不受地表水流域 影响，有时可大于地表水流域，有时可小于地表水 流域；
6. 地下水有较大的储量和调蓄能力，这是地下水资源
和地表水资源的主要不同点。
全球地表水平均更新期16天，对降水反映迅速，储 量小，全球2.1×1012m3，地表水的调蓄能力很差。
地下水资源：地球上600米深度内淡水储量 10530×1012m3，为河网储量的5000倍，平均更新期 长达1400年，因而地下水资源对降水的反映远不如 地表水敏感。
（二）储存量
在承压含水层中，承压含水层除了容积储存量外，还有 弹性储存量（承压含水层压力水头的变化主要反映弹性水 的释放，称为弹性储存量）。
W弹＝μ*·F· h 式中：W弹—承压水的弹性储存量(m3)；
μ*—贮水(或释水)系数； F —承压含水层的面积(m2)； h —承压含水层自顶板算起的压力水头高度(m)。
（二）储存量
（二）储存量
注意1： 储存量在地下水运动交替和开采中起调节作用。 天然条件下，储存量呈周期性变化，有年周期或多年周期。 开采条件下，如果开采量不大于补给量，储存量仍呈周期性变化； 开采量超过补给量时，由储存量来补偿超过开采量，使储存量出现逐年 减少的趋势性变化。
（二）储存量
注意2： 一定期限内的最小储存量称为永久储存量或静储量,是在一定周期内不
水之间相互转化，联系密切，资源量存在很 大的重复性。
地下水与地表水的差异性:
1. 地表水分布于地势低洼处，构成当地侵蚀基准面， 而地下水分布广泛；
2. 地表水分布受控于地形条件，而地下水分布则主要 受地层、岩性和构造控制；地表水流域范围受地形 分水岭控制，而地下水系统范围则不受地表水流域 影响，有时可大于地表水流域，有时可小于地表水 流域；
6. 地下水有较大的储量和调蓄能力，这是地下水资源
和地表水资源的主要不同点。
全球地表水平均更新期16天，对降水反映迅速，储 量小，全球2.1×1012m3，地表水的调蓄能力很差。
地下水资源：地球上600米深度内淡水储量 10530×1012m3，为河网储量的5000倍，平均更新期 长达1400年，因而地下水资源对降水的反映远不如 地表水敏感。
地下水动力学课件
∂H （ ) ∂t
k +1 / 2
h −h = ∆t
k +1 i
k i
（8-11） ）
时间离散：将时间段[0， 时间离散：将时间段[0， [0 Tsum]用直线等分为m Tsum]用直线等分为m份， 时间步长△ 时间步长△t= Tsum /m； /m；
河流 l
河流
空间、 图8-2 空间、时间离散示意图
如离散网格图所示，任一结点的坐标为： xi=i△x (i=0,1,2…,l)； △ ； tk=k△t (k=0,1,2…,m)。 △ 。 简记为（ ， ， 简记为（i，k)，并以Hik表示 表示H(xi， tk）=H( i△x， △ ， k△t）,用hik 表示原方程的近似解，即差分方程的解。 △ ）用 下面以典型结点（ ， 下面以典型结点（i，k) 为例，说明有显式限差分方 程建立的思路、过程及求解方法。
hk +1i −1 − 2hk +1i + hk +1i +1 (∆x)
λ 若定义： =
∗
2
=
µ∗ hi k +1 − hi k
T ∆t
（8-9）
T ∆t µ ( ∆x )
2
，则（8-9）式可变为：
k +1 i
− λh
k +1 i −1
+ 1 + 2λ） h （
− λh
k +1 i +1
=h
k i
i=1,2,…,l-1 （8-10） K=1,2,…,m-1
2.数值法 数值法
数值法是把刻划地下水运动的数学模型离散化，把定界问 题化成代数方程，解出渗流区域内有限个结点上的数值解 题化成代数方程，解出渗流区域内有限个结点上的数值解 （近似解）。 （近似解）。 数值法适用性广（复杂的含水层、定解条件等），通用性强 （计算机模拟）、并可程序化，修改模型方便。目前，在求解 大型地下水流问题时被广泛应用。 数值法模拟计算过程没有物理模拟法逼真、直观，而且计 算工作量大，需要借助于计算机进行模拟计算。 数值法中，最常用的是有限差分法（ 数值法中，最常用的是有限差分法（FDM）和有限单元法 ） （FEM)。有限差分法是建立在用差商代替导数的基础上；而有 。有限差分法是建立在用差商代替导数的基础上；而有 限单元法是建立在直接求函数的近似解的基础上。 限单元法是建立在直接求函数的近似解的基础上。
k +1 / 2
h −h = ∆t
k +1 i
k i
（8-11） ）
时间离散：将时间段[0， 时间离散：将时间段[0， [0 Tsum]用直线等分为m Tsum]用直线等分为m份， 时间步长△ 时间步长△t= Tsum /m； /m；
河流 l
河流
空间、 图8-2 空间、时间离散示意图
如离散网格图所示，任一结点的坐标为： xi=i△x (i=0,1,2…,l)； △ ； tk=k△t (k=0,1,2…,m)。 △ 。 简记为（ ， ， 简记为（i，k)，并以Hik表示 表示H(xi， tk）=H( i△x， △ ， k△t）,用hik 表示原方程的近似解，即差分方程的解。 △ ）用 下面以典型结点（ ， 下面以典型结点（i，k) 为例，说明有显式限差分方 程建立的思路、过程及求解方法。
hk +1i −1 − 2hk +1i + hk +1i +1 (∆x)
λ 若定义： =
∗
2
=
µ∗ hi k +1 − hi k
T ∆t
（8-9）
T ∆t µ ( ∆x )
2
，则（8-9）式可变为：
k +1 i
− λh
k +1 i −1
+ 1 + 2λ） h （
− λh
k +1 i +1
=h
k i
i=1,2,…,l-1 （8-10） K=1,2,…,m-1
2.数值法 数值法
数值法是把刻划地下水运动的数学模型离散化，把定界问 题化成代数方程，解出渗流区域内有限个结点上的数值解 题化成代数方程，解出渗流区域内有限个结点上的数值解 （近似解）。 （近似解）。 数值法适用性广（复杂的含水层、定解条件等），通用性强 （计算机模拟）、并可程序化，修改模型方便。目前，在求解 大型地下水流问题时被广泛应用。 数值法模拟计算过程没有物理模拟法逼真、直观，而且计 算工作量大，需要借助于计算机进行模拟计算。 数值法中，最常用的是有限差分法（ 数值法中，最常用的是有限差分法（FDM）和有限单元法 ） （FEM)。有限差分法是建立在用差商代替导数的基础上；而有 。有限差分法是建立在用差商代替导数的基础上；而有 限单元法是建立在直接求函数的近似解的基础上。 限单元法是建立在直接求函数的近似解的基础上。