孔隙率沿水深变化的植被水流水动力学特性研究
刷式密封泄漏特性数值方法研究与实验验证
刷式密封泄漏特性数值方法研究与实验验证孙丹;丁海洋;李国勤;刘长胜;艾延廷【摘要】从数值方法和实验测试两方面研究刷式密封的泄漏流动特性.分别建立刷式密封稳态多孔介质模型和瞬态三维流固耦合模型,设计搭建了刷式密封泄漏特性实验台,用实验方法研究了进出口压比和密封间隙对刷式密封泄漏特性的影响,对比验证了两种数值方法的准确性,分析比较了两种数值方法的优缺点.在此基础上,用数值方法研究了刷式密封流场特性,分析了刷丝束内部轴向和径向的压力分布特性以及刷丝的\"吹闭效应\".研究结果表明:刷式密封瞬态三维流固耦合模型比多孔介质模型求解精度更高,与实验结果更贴近,但求解时间较长;多孔介质模型计算时间短,但该方法需要对孔隙率和阻力系数进行修正,求解不具有普适性;密封间隙一定时,泄漏量随压比的增大而近似呈线性增大;压降主要发生在刷丝束区域,刷丝束轴向压力分布不均,前排刷丝束之间压力梯度较大;径向压力沿轴向分布不均,末排刷丝束径向压力梯度较大,径向压差的存在是产生\"吹闭效应\"的重要原因.【期刊名称】《热力透平》【年(卷),期】2019(048)001【总页数】8页(P6-13)【关键词】刷式密封;多孔介质;流固耦合;实验研究;泄漏特性【作者】孙丹;丁海洋;李国勤;刘长胜;艾延廷【作者单位】沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室 ,沈阳110136;沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室 ,沈阳110136;沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室 ,沈阳110136;沈阳鼓风机集团股份有限公司 ,沈阳110142;沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室 ,沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TK263.2刷式密封是一种接触式动密封，具有优越的密封性能，已被广泛应用于汽轮机、燃气轮机和航空发动机等透平机械中[1-2]，是传统迷宫密封简单实用的替代品。
渗流基本知识
第十二章渗流流体在孔隙介质中的运动称为渗流。
流体包括水、石油、天然气等。
孔隙介质是指由颗粒或碎块材料组成的内部包含许多互相连通的孔隙和裂隙的物质。
常见的孔隙介质包括土壤、岩层等多孔介质和裂隙介质。
有些水工建筑物本身就是由孔隙介质构成的，如土坝、河堤等。
研究渗流的运动规律及其工程应用的一门科学便是渗流力学。
在水利工程中，渗流主要是指水在地表以下土壤或岩层孔隙中的运动，这种渗流也称为地下水运动。
研究地下水流动规律的学科常称为地下水动力学，是渗流力学的一个分支。
在社会的许多部门都会遇到渗流问题。
例如，石油开采中油井的布设，水文地质方面地下水资源的探测，采矿、化工等。
在水利部门常见的渗流问题有以下几方面：（1）经过挡水建筑物的渗流，如土坝、围堰等。
（2）水工建筑物地基中的渗流。
（3）集水建筑物的渗流，井、排水沟、廊道等。
（4）水库及河渠的渗流。
上述几方面的渗流问题，就其水力学内容来说，归纳起来不外乎是要求解决以下几方面的问题：（1）确定渗流量；（2）确定浸润线位置；（3）确定渗流压力；（4）估计渗流对土壤的破坏作用。
第一节渗流的基本概念渗流既是水在土壤孔隙中的流动，其运动规律当然与土壤和水的特性有关。
一、土壤的分类一切土壤及岩层均能透水，但不同的土壤或岩层的透水能力是不同的，有时甚至相差很大。
这主要是由于各种土壤的的颗粒组成不同而引起的。
此外，在低水头下不透水的材料，在高水头作用下仍可能透水。
本章重点研究的土壤中的渗流，故可以根据土壤的透水能力在整个流动区内有无变化对土壤进行分类。
任一点处各个方向的透水能力相同的土壤称为各向同性土壤，否则称为各向异性土壤。
所有各点在同一方向上透水能力都相同的土壤称为均质土壤，否则称为非均质土壤。
显然，均质土壤可以是各向同性土壤，也可以是各向异性土壤。
均质且各向同性的土壤就透水能力而言是一种最为简单的土壤。
严格说来，只有当土壤由等直径的圆球颗粒组成时，其透水能力才不随空间位置及方向变化，才符合均质及各向同性条件。
6-7知识资料渗流、井、集水廊道
r0
s1
s2
ln R 0.76ln 24 0.44ln 6 5.08
H
0.76 0.44
k 0.01 (5.08 ln 6)
2 0.767.5
k 9.19104 m / s
含水层厚度t h
r1 r2
R
流体力学
第七节 渗流、井和集水廊道
一 渗流及渗流模型
渗流——流体在孔隙介质中的流动
水 土壤、岩石
地下水运动
渗流研究内容： 研究重力作用下在孔隙介质中运动的水，在孔隙空间内，
渗流的流速、压强分布及渗流流量、渗流的水面线等。
渗流研究方法： 采用渗流模型
采用渗流模型进行研究的意义： 工程中关注的是，渗流的宏观平均效果，而不是孔隙介
测压管水头线
H—天然状态下的测压管水头
h—自流井中的水位
R—自流井的影响半径
H
r0 —自流井的半径
h
S — 水面降落深度 S=H-h
完全自流井
过流断面
题 6-56
已知承压含水层厚度 t =7.5m ， 用完全井进行抽水试验，
在半径r1=6m, r2=24m,测得相应1m3/s，计算承压含水层
解：根据
S
Q
2 kt
(ln
R
ln
r)
先求影响半径R
S1
Q
2 kt
(ln
R
ln
r1 )
S2
Q
2 kt
(ln
R
ln r2 )
Q k 2 S1t (ln R ln r1)
S1 ln R ln r1 S2 ln R ln r2 地下水天然水位
ln R S1 ln r2 S2 ln r1 S1 S2
河流动力学_总结
河流动力学第一章泥沙特性1、等容粒径：体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。
设某一颗泥沙体积为V ，则等容粒径3/1)6(πV D =泥沙粒径可用长轴a ，中轴b ，短轴c 的算术平均值表示)(31c b a D ++= 假设成椭球体，用几何平均值表示3abc D =2、粒配曲线的作法：(图1-1 p6)①通过颗粒分析（包括筛分和水析），求出沙样中各种粒径泥沙的重量②算出小于各种粒径的泥沙总重量③在半对数坐标纸上，将泥沙粒径D 绘于横坐标（对数分格）上，小于该粒径的泥沙在全部沙样中所占重量的百分数p 绘于纵坐标（普通分格）上，绘出的D~p 关系曲线即为所求的粒配曲线。
3、粒配曲线特点曲线坡度越陡，表示沙样内颗粒组成越均匀，反之，不均匀。
4、粒配曲线特征值1）中值粒径50D ：是常用的特征值，它表示大于和小于该种粒径的泥沙重量各占沙样总重量的50%，即粒配曲线的纵坐标上找出p=50%，其对应的横坐标即为50D 2）平均粒径50D ：是沙样内各泥沙粒径组的加权平均值。
即粒配曲线的纵坐标（p ）按其变化情况分成若干组，并在横坐标（D ）上定出各组泥沙相应的上、下限粒径min max D D 和 以及各组泥沙在整个沙样中所占重量百分数i p ∆，然后求出各组泥沙的平均粒径32min max min max i min max D D D D D D D D i +++=+=或∑∑==∆∆=n i i n i i im pp D D 11n —为划分组数；2502σe D D m =，其中σ—沙样粒径分配的均方差，9.151.84ln D D =σ 当σ为零时，沙样均匀，50D D m =，一般沙样不均匀，σ总是大于零，因此，通常50D D m >3）分选系数（非均匀系数）25750D D S =，若0S =1，则沙样非常均匀，越>1，则越不均匀。
5、影响泥沙的孔隙率的因素①沙粒的大小 ②均匀度 ③沙粒的形状 ④沉积的情况 ⑤沉积后受力大小 ⑥历时长短泥沙越细，孔隙率越大；泥沙越均匀，孔隙率越大；越接近球体，孔隙率越大。
第十一章孔隙水
11.3 古河道——河间洼地：地形与岩性
古、现代河道 地形 高 岩性（粒度） 粗
— — —
河间洼地 低 细
11.3 古河道——河间洼地：地下水赋存、补给与排泄
古、现代河道 地下水埋深 深 补给条件 好 排泄 径流
— — — —
河间洼地 浅 差 蒸发排泄
11.3 古河道——河间洼地：地下水化学特征
地下水的特征具明显的分好 Ｖ大，交替快 径流排泄
差 V小，交替慢 蒸发排泄
地下水的特征具明显的分带性—水化学
形成作用 矿化度（TDS) 成分与类型
溶滤作用 浓缩作用 低 中 高 HCO3 SO4 Cl
11.6
干旱半干旱黄土高原孔隙水
黄土高原包括青、陇、宁、陕、内蒙、山西和河南等省， 秦岭以北，太行山以西，祁连山以东，内蒙古高原以南广 大地区，面积62万平方千米，海拔由东南向西北依次由 1000m增加到4000m以上，年降水量由600mm降到200mm，蒸 发量由1000mm增大到1800mm。 黄土多为风成物，以粉砂为主，自西北向东南颗粒依次变 细，厚度减小。 黄土的划分：早更新世午城黄土、中更新世离石黄土和晚 更新世马兰黄土，午城黄土隔水层，离石黄土开始含水， 马兰黄土构成含水层。 黄土中的空隙：最小的原生孔隙，较大的次生孔隙，生物 作用的根孔和虫孔，以及最大的成岩裂隙。
第十一章 孔隙水（pore water）
本章内容 11.1 孔隙水的特征 11.2 洪积物中的孔隙水 11.3 冲积物中的孔隙水 11.4 湖积物中的孔隙水 11.5 冲积平原中的孔隙水：以黄河下游为例 11.6干旱半干旱黄土高原孔隙水系统 11.7半干旱平原孔隙水系统：河北平原
水文地质学基础--11.孔隙水
➢ 因此，水流的动力环境决定着颗粒的空间分布，从而控制含水层和相对 隔水层的空间展布，决定孔隙水系统的结构。
➢ 洪流堆积物呈扇状，河道堆积物呈条状，湖泊堆积物的平面展布呈同心 圆状。
➢ 水流动力环境的变化不但控制着岩性结构，还控制着堆积地貌，从而影 响孔隙水系统的补给、径流与排泄。
黄土地区的地貌形态：塬、梁峁，黄土杖（撑）地
塬是一种表面平坦，周围为沟谷环境的地貌形态； 峁是一种园形小丘，象一个馒头。
黄土地区的地貌形态：塬、梁、峁，黄土杖（撑）地
塬：宽阔的高平地； 梁：条形垄岗； 茆：浑圆土丘；
黄土杖地（branch-like loess land）是黄土梁、峁地区冲沟沟头 或其上游存在的一种特殊黄土洼地地貌形态。状似拐杖，宽数 十至数百米，长3～5千米。多分布于宁夏固原、甘肃环县及陕 西吴旗一线以北地区。
不同成因类型的松散沉积物，其空间分布、岩性结构以及地下水赋存特 点具有不同。
➢ 残积物是基岩就地风化产物，坡积物是斜坡片流及重力搬运所成，多不
构成含水层，仅为零星用户供水。
➢ 分布最广、具有水文地质意义的是水流沉积物，包括洪积物、冲积物、
湖积物、滨海三角洲沉积物，以及冰水沉积物等。
水流沉积物的特点
黄土塬中的地下水
塬中
塬边
水位埋深
大（塬中部较小） 小
降水补给
有利于
不利于
排泄：
弱
较强，强
水化学
溶滤
浓缩
矿化度
中
矿化度大
有利打井取水区为塬中心，或边坡地带
黄土高原地下水示意图
黄土塬
黄土梁
黄 黄土杖地 土
河流动力学名词解释
1.紊流：液体质点做不规则运动，互相混掺，轨迹曲折混乱的形态叫做紊流。
2.雷诺数：作用于单位水体的惯性力和粘性力之比组成一个无量纲数。
3.级配曲线:通过颗粒分析，求出沙样中各种粒径泥沙的重量，算出小于各种粒径泥沙的总重量，然后在半对数坐标纸上，将泥沙粒径D绘于横坐标上，小于该粒径的泥沙在全部沙样中的百分比P绘于纵坐标上，绘出的D-P关系曲线即为所求的级配曲线。
4.干容重:指去除水分后的沙样重量与沙样体积之比。
5.容重:泥沙颗粒实有重量与实有体积之比。
6.等容粒径:体积与泥沙颗粒相等的球体的直径。
7.筛分粒径:沙粒刚好能通过的与正方形筛孔边长相等的球体直径。
8.孔隙率:泥沙中孔隙的容积占沙洋总容积的百分比。
9.比表面积:颗粒表面积与其体积之比。
10.絮团与絮凝:分散的颗粒相互吸引，聚合成结构疏松、类似棉花团的较大团粒或团块，称为絮团。
而细颗粒泥沙在一定条件下彼此聚合的过程叫做絮凝。
11.沉速:单颗粒泥沙在无限大静止清水水体中匀速下沉时的速度称为泥沙的沉降速度，简称沉速。
12.泥沙的水下休止角:在静水中的泥沙，由于摩擦力的作用，可以形成一定的倾斜面而不至塌落，此倾斜面的角度Φ称为泥沙的水下休止角。
13.推移质:在河底附近，以滚动、滑动、跳跃形势前进，其速度远小于水流速度的泥沙。
14.悬移质:悬浮在水中，并在水流方向上与水流以几乎相同的速度前进的泥沙，就是悬移质。
15.推移质泥沙的分类:①接触质:在运动中始终保持与床面接触的滑动或滚动的泥沙;②跃移质:在床面附近以跳跃形式前进的泥沙;③层移质:河床表面以下成层移动或滚动的泥沙。
16.床沙（河床质）：河床上静止的泥沙。
17.泥沙的起动：河床上静止的泥沙颗粒（床沙），随着水流条件的增强，到一定条件时开始运动的现象。
18.泥沙的起动条件:维持泥沙颗粒静止状态的平衡条件遭到破坏，床面泥沙由静止状态转变为运动状态的临界水流条件。
19.起动流速：泥沙处于起动状态，用水流垂线平均流速来表示的叫起动流速。
刘刚(中国农业大学教授)
中国农业大学教授
01 人物经历
03 获奖记录
目录
02 研究领域 04 学术成果
刘刚，男，毕业于北京大学，博士，现为中国农业大学教授。
人物经历
教育经历
工作经历
1990.09-1994.07烟台大学物理本科理学学士 1994.09-1997.07中国原子能科学研究院核物理理学硕士 1997.09-2000.07北京大学凝聚态物理理学博士
5.乔照钰，刁万英，刘刚*. 2017.原位测量固体材料热导率的改进热探针方法.工程热物理学报. （待刊）
2016年：
1. RuiqiRen, G, Liu*, , Robert Horton, Baoguo Li, Bing cheng effects of probe misalignment on sap flux density measurements and in situ probe spacing correction . Meteorol., 232:176-185.
1.刘刚;温敏敏;常旭培;李保国.可实地自我校正间距的双针热脉冲热特性测量装置及方法.专利号:0.4
2.刘刚;温敏敏;任瑞琪; Robert Horton, Bing Si,王建平,eat pulse sensor and method for measuring sap flow or water flux. US9638558B2
1.资源环境系统分析.北京师范大学出版社, 2009,参编.
谢谢观看
2000.07-2002.11中国农业大学资源环境学院博士后、讲师 2002.11-2013.11中国农业大学资源环境学院副教授 其中：2009.07-2010.07加拿大Univ of Saskatchewan访问学者 2013.11-中国农业大学资源环境学院教授
洞穴滴水研究进展
洞穴滴水在中国的研究进展摘要：全球变化已经成为地理学的研究热点，用各种地质及物候记录反映古环境的变化过程，特别是第四季气候变化，是全球变化研究的重要课题。
目前国际上广泛运用深海沉积、冰芯、湖泊沉积、黄土、树轮、珊瑚等作为重建古气候、古环境的载体。
各种信息载体中，洞穴石笋因其分布广泛，可记录的时间范围较宽，分辨率较高而敏感的记录了从区域直到全球环境特别是第四纪环境的变迁。
由于它提供了时间分辨率达到十年甚至年际的高精度环境信息，从而在全球变化的研究中发挥了越来越重要的作用。
洞穴滴水是形成岩溶沉积物动力条件，研究洞穴滴水的环境指示作用对于利用洞穴次生沉积物有着重要的作用。
关键词：降水，洞穴滴水，环境意义0引言用各种地质及物候记录反映古环境的变化过程,特别是第四纪各地气候变化,是全球变化研究的重要课题，目前国际上广泛运用深海沉积，冰芯，湖泊沉积，黄土，树轮，珊瑚等作为重建古气候古环境的载体"在研究我国气候变化的过程中,北方的黄土，青藏高原冰芯和湖泊沉积物等已做了大量的工作,获得了重要进展"在各种信息载体中,洞穴石笋因其分布广泛,记录的时间范围较宽,分辨率较高而敏感的记录了从区域直到全球环境特别是第四纪环境的变迁,由于它提供了时间分辨率达到十年甚至年际的高精度环境信息,从而在全球变化的研究中发挥了越来越重要的作用"现今在石笋中用于古环境信息研究的指标已经很多,如生长速率，微层厚度，灰度，微量元素，荧光强度，岩石学特性和稳定同位素等"[1]。
我国是世界上岩溶地貌最发育的国家之一,按碳酸盐岩出露面积计算达90.7万km2,在我国南方分布面积为54万km2在岩溶发育的地方就有洞穴沉积物的分布"我国地处西伯利亚高原，青藏高原和西太平洋海洋性气团相互影响的季风地带,是东亚太平洋季风。
印度洋西南季风，副热带高压交互作用的地区,气候变化过程复杂目前条件下,利用岩溶地区洞穴沉积物获得较高分辨率和尽可能长时间序列的古气候变化信息是最有效的方法之一,在这方面,许多学者业已取得了可喜的进展[11]，证实和发现了过去气候变化中环境变化过程,推进了岩溶区全球变化研究的发展,并对岩溶区古环境重建的研究方法和手段进行了有益的探索。
坡面流 ;刚性植被 ;阻力系数 ;水动力学特性 ;
坡面流；刚性植被；阻力系数；水动力学特性；坡面流是指河流流经斜面时的水流变化。
坡面流的流动主要受到河床斜度，粗粒度，岩性结构，气候等因素的影响。
刚性植被是具有抗破坏性能和对水流结构及强度影响显著的植物，有效地阻挡了水流沿坡面的传播，影响河水性状。
流体阻力系数是衡量流体阻力状况的重要参数，可以用来评价影响坡面流动的自然因素。
水动力学特性是指水动力学数学模型，用来分析流体运动的形态状况，是分析坡面流的基本特征之一。
坡面流的特性主要取决于河床斜度，有利于解释河流坡面流动的强度。
当斜度增加时，水流速度增加，淤积面积减小，颗粒运动变快，流体运动性能受到斜度的影响。
粗粒度也是影响河床坡面流动的重要因素，当粗粒度增加时，水流的流速会受到阻挡，水的淤积形成不同的水体结构，如渠床，谷流，坡流及河床等。
此外，岩性结构也是影响坡面流动的重要因素。
粗矿物，混合结构的岩石可以有效地产生阻力，改变阻力系数，影响坡面流动。
刚性植被在阻挡坡面流方面起着重要作用。
它具有良好的抗破坏性能，可以有效地阻挡水流沿坡面的传播，使河床分段，影响水流稳定性，改变水流坡度，从而改变河流性状。
此外，刚性植被可以形成荫蔽地带，使河流更稳定，阻挡冲淤作用，延缓水流速度降低，改善河谷的水环境。
阻力系数是衡量流体阻力状况的重要参数，可以用来评价影响坡面流动的自然因素。
阻力系数取决于受地貌和植被影响，流体阻力系数的变化可以反映出流体流动的状况。
水动力学特性是指水动力学数学模型，可以用来分析流体运动的形态状况。
它通过对流体流动和影响其物理性质的条件进行分析，对坡面流动的基本特性有很好的表示。
水动力学特性可以帮助我们理解河流的物理性质及其变化，从而更好地利用河流资源。
坡面流动的物理特性是由河床斜度，粗粒度，岩性结构，气候和刚性植被等因素共同作用产生的，其中阻力系数和水动力学特性是对坡面流动影响最大的因素。
斜度增加，颗粒粒径增大，流体阻力系数变大，岩性结构和刚性植被影响也很大，都会影响坡面流动的性能。
土壤—植物—大气连续体
土壤—植物—大气连续体一、土壤—植物—大气连续体的概念水分从土壤经过植物到大气的流动过程，可作为一个统一的、动态的连续系统进行研究。
在这个连续系统中，土壤中的水分向根表皮流动，水分被根表皮吸收通过根和茎的木质部输送到叶，水分在叶细胞间的孔隙中汽化成水汽，水汽经过叶气孔扩散到近叶面的宁静空气层，最后扩散到外部大气。
上述这些过程相互连接相互依赖，形成一个统一的、动态的连续系统，这个系统被称之为土壤—植物—大气连续体（Soil-Plant-Atmosphere Continuum，简称SPAC）。
SPAC概念认为，尽管系统中的介质不同，界面不一，但在物理上都是一个统一的连续体，水在该系统中的各种流动过程就像链环一样，互相衔接，而且可以用统一的能量指标——“水势”来定量研究整个系统中各个环节能量水平的变化，并计算出水流通量。
图1是SPAC系统水流路径示意图。
二、土壤—植物—大气连续体的水分运动1．SPAC中的水流通量在SPAC中，水分运动的驱动力是水势梯度，即水总是从水势高处向水势低处流动。
系统中水流动的速率与水势梯度成正比，与水流的阻力成反比。
由于在SPAC中各个部位的水流阻力和水势并非是恒定不变的，严格地说SPAC中的水流是非恒定流。
但在实际中，一般忽略植株体内储水量的微小变化，认为SPAC中的水流为连续的恒定流。
按照Huber(1924), Gradmann(1928)和van den Honert(1948)的假说，SPAC被描述成类似欧姆系统中的电流。
因此，任何一段液流中的流量为：-= （1）∆q/ψR式中：q为流量，以质量/时间为单位表示；-Δψ为势能降，以能量单位表示；R为阻力。
van den Honert(1948)在描述由于水势梯度而造成水分运动的链式理论时，将系统表示为：al x l r r s r s R R R R q a x x ψψψψψψψψ-=-=-=-= （2） 式中：ψs 、ψr 、ψx 、ψl 、ψa —分别为土水势、根—土壤界面的水势、根木质部内的水势、叶水势和大气水势。
(完整word版)河流动力学复习
第一章绪论1、河流动力学是什么样的学科？主要研究什么？答：河流动力学是研究河道水流、泥沙运动、河床演变规律及其应用的学科.主要研究内容包括:①水流结构:研究水流内部运动特征及运动要素的空间分布;②泥沙运动：研究泥沙冲刷、搬运和堆积的机理;③河床演变：研究河流的河床形态、演变规律以及人为干扰引起的再造床过程。
（由一条河流从表层到底部记忆,水流——泥沙——河床)2、河流动力学的鲜明特点：半经验半理论3、河流动力学的应用？答：①港口选址论证；②航道整治;③排除修建水利枢纽的不利影响第二章水流的紊动1、紊流的特性答：①即使在流量不变的情况下，流场中任意一点的流速和压力也随时间呈不规则的脉动；②紊流具有扩散性2、如何判断紊流的发生?答：通过雷诺数进行判断。
Re<2000左右，属层流；Re在10000~12000时，进入紊流范围3、紊流发生的分类答：①水流很快流过固体边界，边界是静止的，水流是运动的；②两种不同流速的液体相接触，在接触面上的流速梯度也产生漩涡；③水流绕过物体或物体在静水中运动时，在物体背面,水流发生分离而产生漩涡。
5、紊动切应力如何产生？主要内容？答6、流速分布公式实际应用注意问题？答：①天然河道Ks（明渠水流周界上的粗糙突起高度)难以直接测量.采用实测的方法来确定,即测出水槽的流速分布及u*值,再求出Ks；无法实测则查阅书册确定；②流速分布曲线原点对于不同床面不同第三章泥沙特性1、孔隙率?答：孔隙率是泥沙中孔隙的容积占沙样总容积的百分比 2、比表面积含义答：颗粒表面积与其体积之比 3、双电层现象?粘结水?粘滞水？答：水中(电解质中）离子吸附在泥沙表面和泥沙表面分子离解使泥沙颗粒表面带有负电荷，负电荷将吸引水中正电荷的离子形成吸附层。
吸附层的离子不足以平衡颗粒电荷，继续吸附异号电荷形成扩散层，这就是双电层现象。
粘结水：在泥沙颗粒表面负电荷的作用下，靠近颗粒表面，在吸附层范围内的水分子失去自由活动的能力，整齐、紧密排列，这部分被称为粘结水。
渗流-水力学课程主页可编辑全文
1-1断面平均流速
1 A
udA k dH
A
ds
uA
上式就是著名的杜比公式，系法国学者杜比于1857年 首先推导出来。
19
2、杜比（J.Dupuit）公式的意义
杜比公式表明：在渐变 渗流中，过水断面上各点 的流速相等，等于断面平 均流速。但不同过水断面 上流速大小则是不相等的。
达西公式表明在均质孔隙介质中渗流流速与水力 坡度的一次方成比例并与土的性质有关，此即为 著名的达西定律，也称为渗流线性定律。
11
二、达西定律的适用条件
水头损失和流速一次方成比例，乃是液体作层流运动 所遵循的规律，由此可见达西定律只能适用于层流渗流。
渗流流态的判别
式中， 为土颗粒级配曲线上比它小粒径占全部土重的
由于地层广阔，地下明槽的渗流常按一维流动
处理，并将过水断面简化为宽阔的矩形断面，
此时A0 。h0 若令 h，则
Ah
h0
dh h0d
将其代入微分方程化简整理可得
ds h0d h0 d h0 (1 1 )d i(1 1 ) i 1 i 1
式式中对中，上，式积，分，可得 。。 1
以及空隙介质的特性。不同空隙介质的渗透系数是不同的。
渗透系数是一个有因次的物理量 [k] =[v]
渗透系数k值是反映土的渗流特性的一个综合指标，常用以下 几种方法获得：
1、经验法 2、室内测定法 3、野外测定法
13
土的渗透系数参考值
土名 粘土 亚粘土 轻亚粘土 黄土 粉砂 细沙 中砂 均质中砂 粗砂 均质粗砂 圆砾 卵石 无填充物卵石 稍有裂隙岩石 裂隙多的岩石
ds
浸润曲线以N——N线为渐近线。
2、正坡浸润曲线的定量计算
《水文地质学》课程笔记
《水文地质学》课程笔记第一章绪论1.1 水文地质学的研究对象一、水文地质学的定义水文地质学是地球科学的一个分支，它主要研究地下水的性质、分布、运动、质量以及地下水与地质环境之间的相互作用。
它涉及地下水文、地质学、水化学、环境科学等多个领域，是解决水资源问题、地质灾害防治和环境保护的重要学科。
二、研究对象的具体内容1. 地下水：研究地下水的起源、形成条件、化学成分、物理特性、动态变化等。
- 地下水类型：如孔隙水、裂隙水、岩溶水等。
- 地下水运动：研究地下水的流动方向、速度、流量等。
2. 含水层与隔水层：研究含水层的分布、结构、渗透性、储水性能等。
- 含水层特性：包括含水层的岩性、厚度、连续性等。
- 隔水层特性：研究隔水层的分布规律和隔水性能。
3. 地下水循环：研究地下水的补给、径流、排泄等过程。
- 补给：降水、河流、湖泊等对地下水的补给。
- 径流：地下水在含水层中的流动路径和速度。
- 排泄：地下水以泉、井、河流等形式排出地表。
4. 地下水与环境：研究地下水与环境因素的相互作用，如地下水与土壤、植被、气候等的关系。
- 地下水与生态：研究地下水对生态系统的影响。
- 地下水与污染：研究污染物质在地下水中的迁移和转化。
1.2 地下水的功能一、水资源供给1. 生活用水：地下水作为饮用水源，其水质和水量对人类健康至关重要。
- 饮用水标准：研究地下水的质量标准，确保饮用水安全。
- 供水系统：探讨地下水开采、输送和分配的技术和设施。
2. 工业用水：地下水在工业生产中的应用，如冷却、洗涤、工艺用水等。
- 用水要求：不同工业对水质的不同要求。
- 废水处理：研究工业废水对地下水的影响及其处理技术。
3. 农业灌溉：地下水灌溉对农业生产的影响。
- 灌溉需求：研究作物对地下水的需求量。
- 土壤盐碱化：探讨地下水灌溉引起的土壤盐碱化问题。
二、生态环境调节1. 维持地表水与地下水的平衡：研究地表水与地下水的相互转化关系。
- 水量平衡：探讨降水、蒸发、地表径流和地下径流之间的平衡。
水文学原理——精选推荐
水文学原理1、地球上的水主要受太阳辐射和地心引力两种作用而不停地运动，其表现形式可概括为四大类型，即降水、蒸发，渗流和径流，统称为水文现象。
2、水文学研究地球上各种水体数量的形成、运动、分布规律及相互之间的联系和转化，同时也研究各种水体的物理和化学性质。
3、水文学原理主要是研究河流、湖泊、冰川、地下水、河口等水体（其中主要是河流）的水文现象和水文规律，以水文循环为核心、河流水文规律为重点，阐明水文循环各要素和水文现象的物理机制和相互转化关系及其时空变化规律。
4、水文现象的基本特性：水文现象时程变化的周期性与随机性的对立统一；水文现象地区分布的相似性与特殊性的对立统一。
5、水文现象的研究方法：由水文现象的基本特征可知，对水文现象的分析研究，都要以实际观测资料为依据。
按不同目的要求，可把水文学常用的研究方法归结为成因分析法、数理统计法和地理综合法三类。
6、水文循环：自然界中水分不断蒸发、输送和凝结，形成降水、径流的循环往复过程。
7、水文循环的分类：根据水分循环过程的整体性和局部性，可把水分循环分为大循环和小循环。
大循环：由海洋蒸发的水汽降到大陆后又流归海洋的循环；小循环：海洋蒸发的水汽凝结后成为降水又直接降落在海洋上或者陆地上的降水在没有流归海洋之前，又蒸发到空气中去的这些局部循环。
8、一条河沿水流方向，自高到底可分为河源、上游、中游、下游和河口5段。
9、汇集地面径流和地下径流的区域称为流域，也就是分水线包围的区域。
当地面分水线与地下分水线相重合时，称为闭合流域，否则称为非闭合流域。
10、流域面积F：流域分水线包围区域的平面投影面积，记为F，以km2计。
11、流域长度L B 流域长度就是流域轴长。
以流域出口为中心向河源方向做一组不同半径的同心圆，每个圆与流域分水线相交形成割线，各割线中点的连线长度即为流域长度，以km计。
12、流域的平均宽度B：流域面积与流域长度之比，以km计。
表达式为：B=F／L B13、流域的形状系数χ：流域的平均宽度与长度之比。
复杂环境下考虑孔隙结构演化的残积土路基动力变形机理研究
复杂环境下考虑孔隙结构演化的残积土路基动力变形机理研究（实用版）编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制单位：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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计算水文学与水文模拟答案2019
计算⽔⽂学与⽔⽂模拟答案2019⼀、阐述⽔⽂模拟中蒸散发及实际蒸散发计算的主要⽅法。
1流域蒸散发：流域上不同蒸发⾯(⽔⾯、裸⼟、岩⽯、植被等)的蒸发和散发总称为流域蒸散发。
蒸散量的计算⽅法：（1）野外试验⽅法(⽔⾯蒸发观测、蒸渗仪试验、⽓孔计蒸腾测量以及活枝离体称重法等)（⼩尺度）（2）流域⽔量平衡法。
（较⼤尺度）（3）热⼒学和空⽓动⼒学原理为基础的质量输送法、空⽓动⼒学法、能量平衡法、Penman 综合法、辐射⼀⽓温相关法等2 实际蒸散发的估算：关于实际蒸散发的估算⽅法有多种，主要包括：⽔量平衡法、⽔热平衡法、互补相关法和遥感法等。
(1)⽔量平衡法：根据⽔量平衡原理，对于⼀个闭合流域，其⽔量平衡⽅程式中：P 、E 、R 、ΔW ——流域降⽔量、蒸散发量、径流量和蓄⽔量变化值，mm 。
对于多年平均情况，流域蓄⽔量变化值趋于0，因此，流域⽔量平衡⽅程可简化为：R P E -=(2)概念性模型中常⽤的⽅法实际蒸发是潜在蒸发和⼟壤⼲燥程度的函数。
基本形式：()SMC SMT f ET AET ?=（3）⽔热平衡法：综合考虑⽔量和热量的平衡关系计算流域蒸散发的⽅法，经常使⽤的⼏种基于⽔热平衡的蒸散发计算公式包括：Schreiber 公式、OL ’dekop 公式、Budyko 公式、傅抱璞公式和Zhang L.公式等。
(4)互补相关法：a. Bouchet 认为，可能蒸散发的⼤⼩取决于实际蒸散发，即实际蒸散发是因，可能蒸散发是果。
实际蒸散发与可能蒸散发成反⽐。
b. Morton ⽤⼤量的实验数据证明了局地蒸发潜⼒与实际蒸散发之间的互补相关确实存在，⽽且两者成负指数关系。
(5)遥感（RS ）法⽬前，利⽤遥感研究蒸散发的⽅法有很多，可概况为以下三种：a.统计模型。
b.物理模型。
c.数值模型。
d.全遥感信息模型⼆、主要的下渗模型1、近似理论模型（1）格林安普特模型⼜称活塞模型，模型研究的是初始⼲燥的⼟壤在薄层积⽔时的⼊渗问题。
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孔隙率沿水深变化的植被水流水动力学特性研究水生植被于自然界中广泛存在,是河流生态系统中非常重要的组成部分。
水生植被不仅影响着河流生态系统健康,而且能够抵御水流对河床与边坡冲刷,起到维护河床稳定与保护河岸边坡的作用。
因此,在环境水力学领域内,植被水流的水动力学特性已经成为了一个研究重点。
在之前的刚性植被水流模拟研究中,学者们选用圆柱形木棒近似地模拟水生植被,然而本文以实际水流中茎秆粗细变化的植被作为研究对象,通过采用理论推导,水槽试验与数值计算三者相结合的方式研究了生态特征沿垂向变化的植被对水流的水动力学特性影响,所得到的主要成果如下:基于植被水流和多孔介质流的相似性,本文将河道中的水生植被视为固体骨架,并引入多孔介质理论对植被水流进行研究。
首先,采用Biot多孔弹性理论得到了植被密度沿水深变化时植被水流的控制方程。
在研究的过程中,引入了多孔介质的相关参数:孔隙率,迂曲度和渗透率来描述植被水流的流动特性。
本文详细研究水生植被沿垂向变化的生态特征,建立了植被水流孔隙率与植被截面形状、竿茎粗细、水深等的函数关系式,并以此来表征由植被竿茎粗细引起的垂向植被密度变化。
采用迂曲度与渗透率来表征水生植被对水流传导运动的影响。
然后假设紊动粘性系数与水深满足线形函数关系,提出了一个新的紊流模型,并采用试验数据,代数应力模型以及雷诺切应力模型验证这个紊流模型的准确性与合理性,结果表明新的紊动模型能够准确、合理地表达水流中的紊动特性。
最后,通过修改控制方程中的紊动项与密度变化项,得到不同工况下的植被水流控制方程,证明本文提出的控制方程具有极广泛的适用性,可以用于各种工况下植被水流研究。
采用有限分析法对控制方程进行求解,根据不同情况下的边界条件,分别得到了挺水植被水流与淹没植被水流流速的有限分析解。
其中,对于淹没植被水流分为上层纯水区与下层植被区分别进行求解。
根据孔隙介质中水流运动机理和植被水流试验数据分析,提出了相对最优的渗透率计算公式,此公式在一定范围内具有较高的精度,能够满足不同工况下淹没植被水流的水动力学特性研究。
在水槽试验中,选用圆台型木棒模拟垂向生态特征变化的水生植被,通过改变流量与植被密度分别对挺水植被水流与淹没植被水流流速进行测量,并将测量结果进行时间与空间平均化处理,以确保试验数据
的准确性。
然后将实测结果与流速分布的有限分析解进行对比,结果证明试验数据与计算结果能够很好地吻合,说明本文提出的控制方程与计算方法能够准确预测出孔隙率沿水深变化的植被水流的流速分布。
此外,基于标准的K-ε模型,采用开源软件OpenFOAM不可压缩粘性流体模块下的inter FOAM求解器对孔隙率变化的挺水植被水流流速进行了计算。
数值模拟的结果与有限分析解具有相同的变化趋势且可以较好的吻合,进一步证明本文得到的流速有限分析解能够很好的预测出实际植被水流中的流速分布。
分别将流量、植被密度以及紊动系数当作变量来讨论变化的孔隙率对植被水流的影响。
可以看出流量仅改变植被水流的流速大小,而植被密度则影响孔隙率变化范围,不仅改变植被的大小,又影响流速的分布。
同时研究发现,与植被紊流相比,沿水深变化的孔隙率对植被层流的影响要更加明显。