地下水动力学_01第一章_复习思考题参考答案课件
地下水动力学 课后思考题及其参考答案ppt课件
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(13)画出间歇性河流对潜水的补给过程的横断面示意 流网图，并说明间歇性河流变化规律对潜水含水层动 态的影响。
P68。
(14)某水源地附近一口泉的流量发生衰减，可能原因 有哪些?
补给量减少或者排泄量增大！
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第十章 孔隙水
在地壳下部深约1535km处地温高达400以上压力也非常大这里的水不可能以普通液态气态水形式存在均是以非自由态第一章地球上的水及其循环3地球上水的循环按其循环途径长短循环速度的快慢以及涉及层圈的范围可分为水文循环地质循环
绪言 第一章 地球上的水及其循环
(1)从大气圈到地壳上半部属于浅部层圈水，其中分布有大气水 、地表水、地下水以及生物体中的水，这些水以 自由态H2O分子 形式存在， 液态 为主，也呈现 固态 与 气态 存在。
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(2)请对以下陈述作出辨析
>>潜水面如果不是流线，则流线可能向下穿越潜水面，也可 能向上穿越潜水面；
正确。
>>地下水总是从高处往低处流； 错误，地下水总是从能量高的地方流向能量低的地方。
>>含水层孔隙度越大，则渗透系数越大； 错误，粘土的孔隙度很大，但其渗透系数很小。
>>当有入渗补给或蒸发排泄时，潜水面可以看作一个流面。 P39中。
P57中。 (4)由深循环地下水补给的、温度较高的泉水中，阳离子通 常以Na+为主，这是由于( d )的结果。 a.溶滤作用；b.脱硫酸作用；c.浓缩作用；d.脱碳酸作用
P57中。
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(5)在某含水层的局部地区，沿着地下水流动方向，SO42-浓度显著下 降，HCO3-浓度则显著升高，试回答以下问题： (A)什么样的化学作用可能引起这种变化？
地下水动力学习题及答案(1)
《地下水动力学》习题集第一章渗流理论基础一、解释术语1. 渗透速度2. 实际速度3. 水力坡度4. 贮水系数5. 贮水率6. 渗透系数7. 渗透率8. 尺度效应9. 导水系数二、填空题1．地下水动力学是研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石和岩溶岩石中运动规律的科学。
通常把具有连通性的孔隙岩石称为多孔介质，而其中的岩石颗粒称为骨架。
多孔介质的特点是多相性、孔隙性、连通性和压缩性。
2．地下水在多孔介质中存在的主要形式有吸着水、薄膜水、毛管水和重力水，而地下水动力学主要研究 重力水的运动规律。
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H x ∂-∂、H y ∂-∂_和Hz ∂-∂。
6. 渗流运动要素包括_流量、_渗流速度、_压强和_水头等等。
7. 根据地下水渗透速度_矢量方向_与_空间坐标轴的关系，将地下水运动分为一维、二维和三维运动。
8. 达西定律反映了渗流场中的_能量守恒与转换_定律。
9. 渗透率只取决于多孔介质的性质，而与液体的性质无关，渗透率的单位为2或。
10. 渗透率是表征岩石渗透性能的参数，而渗透系数是表征岩层透水能力的参数，影响渗透系数大小的主要是岩层颗粒大小以及水的物理性质，随着地下水温度的升高，渗透系数增大。
11. 导水系数是描述含水层出水能力的参数，它是定义在平面一、二维流中的水文地质参数。
12. 均质与非均质岩层是根据_岩石透水性与空间坐标_的关系划分的，各向同性和各向异性岩层是根据岩石透水性与水流方向关系划分的。
安建工 地下水动力学 第一章(xiu)课件
ln H
显然t-lgH曲线应呈直线
变水头达西实验求参
2.3l
2.3l
t K lg H 0 K lg H
如实验得到得t-lgH曲线 呈直线，则说明达西定 律也适用于不稳定流条 件。可据直线斜率m求 取土样的渗透系数
m 2.3l K
K 2.3l m
达西定律适用条件
1. 临界雷诺数Re（J. Bear)：
第一章 地下水运动基本概念
重要知识点： 渗流、典型体元（REV） 地下水质点实际流速、空隙平均流速，达西流速
及其关系 达西定律基本式，微分式，推广式及应用条件 渗透系数及其影响因素 渗流分类 均质、非均质，各向同性、各向异性区别 流网绘制
§1.1 渗流基本概念
地下水在岩石空隙中的运动称为渗流(seepage flow/ groundwater flow)。发生渗流的区域称为渗流场。
§1.2 渗流基本定律--达西定律
一、达西定律
法国水力学家 H.Darcy通过大量稳 定流实验得出：
二、达西实验条件
稳定达西实验：得出渗透流速与水力坡度成 正比即线性渗流定律，说明此时地下水的流 动状态呈层流。
实验条件：均匀介质，一维流动，稳定流， 层流。
是否适用：非均匀介质，二维或三维流动， 非稳定流，层流条件？
渗流特点
– 通道是曲折的，质点运动轨迹弯曲； – 流速是缓慢的，多数为层流； – 水流仅在空隙中运动，在整个多孔介质
中不连续； – 通常是非稳定的； – 通常为缓变流。
一、典型体元
(Representative elementary volume)
在水力学中引进质点的概念，把水看成连续介质 ，则可用连续函数描述运动要素。
y
地下水动力学00-绪论复习思考题参考答案
问题二答案解析
• 解析 • 问题二要求列举地下水流动的基本要素。根据所学的知识，地下水流动
的基本要素包括流速、流向、流量和水头。流速是指单位时间内地下水 在某一过水断面上的位移距离，是描述地下水流动状态的重要参数之一。 流向是指地下水流动的路径方向，也是描述地下水流动状态的重要参数 之一。流量是指单位时间内流过某一过水断面的水的体积，是衡量地下 水流动规模的重要参数。水头则表示某一过水断面上所承受的水的压力 或水的高度，也是描述地下水流动状态的重要参数之一。这些基本要素 是描述地下水流动状态的重要参数，对于研究地下水的运动规律和解决 实际问题具有重要的意义。
地下水动力学00-绪 论复习思考题参考答
案
目录
• 绪论 • 地下水运动的基本规律 • 地下水与环境的关系 • 地下水资源的开发与保护 • 绪论思考题答案解析
01
绪论
地下水定义与特性
01
地下水是指赋存于地面以下岩土空隙中的水，是水资源的重 要组成部分。
02
地下水的特性包括不可见性、不可及性、不可预测性和不可 见性。
地质灾害对人类生命财产和生态环境造成严重威胁，因此需要加 强地质灾害的监测和预警，同时合理开发和利用地下水资源，避 免过度开采和人为因素引起的地质灾害。
04
地下水资源的开发与保护
地下水资源评价方法
地质勘察法
通过地质勘察了解地下水资源的分布、 储量和质量，为开发利用提供基础数 据。
水文地质法
利用水文地质参数，如给水度、渗透 系数等，估算地下水资源量。
实验模拟
通过实验设备模拟地下水流动，如渗透实验、 抽水实验等。
数值模拟
利用计算机软件建立数学模型，通过数值计 算来模拟地下水流动。
地下水动力学习题及答案修建版
第一章渗流理论基础一、解说术语浸透：重力地下水在岩石孔隙中的作用稳固流：渗流因素不随时间的变化而变化。
非稳固流：渗流因素随时间的变化而变化。
弹性释水理论：含水层骨架压密和水的膨胀开释出来的地下水的现象为弹性释水现象，反之为含水层的贮水现象。
重力给水度：在潜水含水层中，当水位下降一个单位时，从单位水平面积的含水层贮体中，因为重力疏干而开释地下水的体积。
1.浸透速度：又称浸透速度、比流量，是渗流在过水断面上的均匀流速。
它不代表任何真切水流的速度，不过一种设想速度。
记为v，单位 m/d。
2.实质速度：孔介质中地下水经过缝隙面积的均匀速度；地下水流经过含水层过水断面的均匀流速，其值等于流量除以过水断面上的缝隙面积，量纲为_L/T 。
记为u。
3.水力坡度：在渗流场中，大小等于梯度值，方向沿着等水头面的法线，并指向水头降低方向的矢量。
4.贮水系数：又称释水系数或储水系数，指面积为一个单位、厚度为含水层全厚度 M的含水层柱体中，当水头改变一个单位时弹性开释或储存的水量，无量纲。
m* = ms M。
5.贮水率：指当水头下降（或上涨）一个单位时，因为含水层内骨架的压缩（或膨胀）和水的膨胀（或压缩）而从单位体积含水层柱体中弹性开释（或贮存）的水量，量纲1/L 。
ms = rg (a+nb)。
6.浸透系数：也称水力传导系数，是表征岩层透水性的参数，影响浸透系数大小的主假如岩石的性质以及浸透液体的物理性质，记为 K。
是水力坡度等于 1 时的浸透速度。
单位： m/d 或 cm/s。
7.浸透率：表征岩层浸透性能的参数；浸透率只取决于岩石的性质，而与液体的性质没关，记为 k。
单位为 cm2或 D。
8.尺度效应：浸透系数与试验范围相关，跟着试验范围的增大而增大的现象， K=K(x) 。
9.导水系数：是描绘含水层出水能力的参数；水力坡度等于1 时，经过整个含水层厚度上的单宽流量；亦即含水层的浸透系数与含水层厚度之积， T=KM。
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d(Δz)= Δzαdp ；dn=(1-n) αdp
式中：α为多孔介质压缩系数。
将三式代入连续方程右端项得：
t
nxyzntzz
nt nzt xy
nzpt z1npt nzpt xy npxyz
t
于是连续性方程变为：
x v x y v y z v z x y z n p t x y z
(5)当弱透水层的渗透系数K1比主含水层的 渗透系数K小很多时，近似认为水基本上是垂 直地通过弱透水层，折射90º后在主含水层中 基本上是水平流动的。(如K1与K相差较小时， 用等效渗透系数，非越流)。
(6)弱透水层和主含水层释放的水及相邻含 水层的越流量相比，弱透水层本身释放的水 量小到可以忽略不计。
有源、汇项的情况下： 非均质各向同性
x T H x y T H y K 2H 2 m 2 H K 1 H m 1 H 1 W * H t
非均质各向异性
x T x x H x y T y y H y K 2 H 2 m 2 H K 1 H m 1 H 1 W * H t
对于非均质各向异性介质，有：
x T x x H x y T y y H y K 2H 2 m 2 H K 1H m 1 H 1 * H t
对于均质各向同性介质，有：
2 x H 2 2 y H 2K 2H T 2 2 H m K 1H T 1 1 H m T * H t
越流：当承压含水层与相邻含水层之间存在水头 差时，地下水便会从高水头含水层通过弱透水层流 向低水头含水层，这种现象称越流。
假设条件：
(1) 水流服从Darcy定律； (2) K不随ρ= ρ(p)的变化而变化；
(3) μs和K也不受n变化的影响； (4) 含水层侧向无压缩，即Δx、 Δy为常量， 只有垂直方向Δz的压缩。
演示文稿地下水动力学
多孔介质概念与特性
我们把孔隙岩层称为多孔介质(porous media). •多孔介质特性:
彼此连通的网络，几何形态及连通情况异常复 杂，难以用精确的方法来描述。 由固体骨架和孔隙组成，孔隙通道是不连续的 。
因此，无论是固体骨架，还是空隙空间，微观上讲都不是连续函数
第三页，共53页。
第二十三页，共53页。
达西定律适用条件
1. 临界雷诺数Re（J. Bear)：
Re 10
10 Re 100
层流区
过渡区
Re 100 紊流区
2. 临界渗透流速vc（巴甫洛夫斯基）：
vc Re( 0.75n 0.23 ) d10
3. 临界水力梯度Jc（罗米捷）：
Jc
0.00252 (1 0.96 0.4 )1.5 (1 6 1.5 )
4. 达西定律下限问题（J0)
第二十四页，共53页。
达西定律的应用条件
达西定律的上下限？
第二十五页，共53页。
非线性渗透定律
1. 1901年福希海默提出Re>10时：
J Av Bv 2
2. 1912年克拉斯诺波里斯基提出紊流公式：
1
v KJ 2
第二十六页，共53页。
四、达西定律的微分形式
什么是典型体元呢？现以孔隙度为例来讨论。
第六页，共53页。
典型体元(REV)的提出
n Vv V
n( p) lim Vv V 0 V
第七页，共53页。
P1
P2
典型体元(REV)概念的引入
v
n( p) lim Vv
颗粒
V V0 V
1
V=1个 孔 隙 的 体 积
孔隙
地下水动力学习题及答案(1)
《地下水动力学》习题集第一章渗流理论基础一、解释术语1. 渗透速度2. 实际速度3. 水力坡度4. 贮水系数5. 贮水率6. 渗透系数7. 渗透率8. 尺度效应9. 导水系数二、填空题1．地下水动力学是研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石和岩溶岩石中运动规律的科学。
通常把具有连通性的孔隙岩石称为多孔介质，而其中的岩石颗粒称为骨架。
多孔介质的特点是多相性、孔隙性、连通性和压缩性。
2．地下水在多孔介质中存在的主要形式有吸着水、薄膜水、毛管水和重力水，而地下水动力学主要研究重力水的运动规律。
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_Hx∂-∂_、Hy∂-∂_和_Hz∂-∂_。
6. 渗流运动要素包括_流量Q_、_渗流速度v_、_压强p_和_水头H_等等。
7. 根据地下水渗透速度_矢量方向_与_空间坐标轴__的关系，将地下水运动分为一维、二维和三维运动。
8. 达西定律反映了渗流场中的_能量守恒与转换_定律。
9. 渗透率只取决于多孔介质的性质，而与液体的性质无关，渗透率的单位为cm2或da。
10. 渗透率是表征岩石渗透性能的参数，而渗透系数是表征岩层透水能力的参数，影响渗透系数大小的主要是岩层颗粒大小以及水的物理性质，随着地下水温度的升高，渗透系数增大。
11. 导水系数是描述含水层出水能力的参数，它是定义在平面一、二维流中的水文地质参数。
12. 均质与非均质岩层是根据_岩石透水性与空间坐标_的关系划分的，各向同性和各向异性岩层是根据__岩石透水性与水流方向__关系划分的。
地下水动力学 课后思考题及其参考答案共34页
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
Байду номын сангаас
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
(优选)地下水动力学ppt讲解
2. 1912年克拉斯诺波里斯基提出紊流公式：
1
v KJ 2
四、达西定律的微分形式
微分形式：
五、渗透系数（hydraulic conductivity）
是重要的水文地质参数，它表征在一般正常条 件下对某种流体而言岩层的渗透能力 (permeability)
v=KJ； 当J=1时，K=v K在数值上是当J=1时的渗透流速，量钢[L/T]；
（优选）地下水动力学第一章ppt讲 解
2020年6月23日星期二
§1.1 渗流基本概念
地下水在岩石空隙中的运动称为渗流(seepage flow/ groundwater flow)。发生渗流的区域称为渗流场。
渗流场(flow field)由固体骨架和岩石空隙中的水两部 分组成。渗流只发生在岩石空隙中。
中不连续； – 通常是非稳定的； – 通常为缓变流。
一、典型体元
(Representative elementary volume)
在水力学中引进质点的概念，把水看成连续介质， 则可用连续函数描述运动要素。
为了把渗流场概化为多孔介质连续体，用连续函 数描述，引进典型体元的概念。
什么是典型体元呢？现以孔隙度为例来讨论。
变水头达西实验原理
达西定律：
积分有：
显然t-lgH曲线应呈直线
变水头达西实验求参
如实验得到得t-lgH曲线 呈直线，则说明达西定 律也适用于不稳定流条 件。可据直线斜率m求 取土样的渗透系数
达西定律适用条件
1. 临界雷诺数Re（J. Bear)：
Re 10
10 Re 100
层流区
过渡区
Re 100
多孔介质概念与特性
我们把孔隙岩层称为多孔介质(porous media). •多孔介质特性:
地下水动力学_01-第一章_复习思考题参考答案
第一章 复习思考题参考答案
1-1.何谓渗流？
实际的地下水水流仅存在空隙空间，其余部分则是固体的岩石 。但为了研究方便，我们用一种假想的水流来代替实际的水流。
这种假想水流的物理性质(如密度、粘滞性等)和真实的地下水
相同，但它充满了整个多孔介质(包括空隙和固体部分)的连续体； 而且这种假想水流的阻力与实际水流在任意岩石空隙体积内中所受 的阻力相同；它的任意一点压强P和任一断面的流量Q与实际水流在 该点周围一个小范围内的平均值相等。这就是在渗透阻力、渗透压 强以及渗透流量保持等效的原则下，把实际渗流速度平均到包括固 体颗粒骨架在内的整个渗流场中。这种假想水流称为渗透水流，简 称渗流。 渗流是用一种假想的宏观水平的地下水流。
垂向排泄的非稳定流条件
。
3-2.三者有何关系？
地下水质点流速矢量 u′、孔隙平均流速u和渗
透流速v三者之间的关系见
图1-1-2b，而且v=neu。
图1-1-2b 地下水各种流速关系概图
4-1.地下水一维、二维、三维流的划分原则。 根据渗透流速与空间坐标轴的关系，可把地下水流分为一维 流动、二维流动、三维流动： 只沿一个坐标方向运动的称为一维流动；沿两个坐标方向有 分流速的称为二维流动；而沿三个坐标方向都有分流速的则称三
坡度呈正比。
表示渗流段内的水力坡度不是常量，沿流向可以变 大也可以变小。
J dH ds
６-1.达西实验的条件是什么？ 达西实验的条件： >>均匀、各向同性介质； >>一维稳定流。
６-2.(均质、非均质，各向同性与各向异性，稳定流与非稳定流等 )达西定律的适用条件是什么？ 达西定律的适用条件： >>当Re<1-10的条件下，通过多孔介质的流体作层流运动，渗流 才满足达西定律；超出此范围，达西定律不再适用。 >>某些粘性土存在一个起始的水力坡度J0。若实际水力坡度J<J0
地下水动力学第01讲
水入侵等)。
绪 言(preface)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 地下水动力学的概念、研究内容 地下水动力学在国民经济建设中的作用 地下水动力学发展概况 地下水动力学常用软件介绍 小结
0.5 小结
0.5.1 学习要求
(1)理解地下水动力学的研究内容； (2)理解地下水动力学在国民经济中的作用；
水流在任意岩石空隙体积内中所受的阻力相同；它的任 意一点压强P和任一断面的流量Q与实际水流在该点周围
一个小范围内的平均值相等。
>>这就是在渗透阻力、渗透压强以及渗透流量保持等 效的原则下，把实际渗流速度平均到包括固体颗粒骨架
在内的整个渗流场中。
>>实际就是用一种假 想的渗流来代替复杂的
实际渗流。这个假想的
水流便是宏观水平的地 下水流，我们称之为“
渗流”，它所占据的空
间称为“渗流场”(图1附-4)。
图1-附-4 地下水的流线
>>将假想渗流作为连续的水流来看待，这样做的优点是 可以把实际上并不处处连续的水流当作连续的水流来进行 研究，渗流场中的运动要素则是时间和空间的连续函数，
从而可以利用一般水力学、流体力学中研究液体运动的方
用这些规律去兴利除害，为人类服务。
绪 言(preface)
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 地下水动力学的概念、研究内容 地下水动力学在国民经济建设中的作用 地下水动力学发展概况 地下水动力学常用软件介绍 小结
0.2 地下水动力学在国民经济建设中的作用
>>定量计算、预测、评价地下水的量和质，为合理、经济地开发 地下水、保护地下水资源提供理论依据。 >>定量计算、预测、评价地下水的迁移和转化规律，为正确评价 与地下水有关的地质环境对人类活动的适宜性提供论证，诸如： *矿坑、基坑的排水与突水问题； *库坝渗漏问题；
地下水动力学习题及答案
《地下水动力学》习题集第一章渗流理论基础一、解释术语1. 渗透速度：又称渗透速度、比流量，是渗流在过水断面上的平均流速。
它不代表任何真实水流的速度，只是一种假想速度。
记为v，单位m/d。
2. 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。
记为_ u。
3. 水力坡度：在渗流场中，大小等于梯度值，方向沿着等水头面的法线，并指向水头降低方向的矢量。
4. 贮水系数：又称释水系数或储水系数，指面积为一个单位、厚度为含水层全厚度M的含水层柱体中，当水头改变一个单位时弹性释放或贮存的水量，无量纲。
m* = ms M。
5. 贮水率：指当水头下降（或上升）一个单位时，由于含水层内骨架的压缩（或膨胀）和水的膨胀（或压缩）而从单位体积含水层柱体中弹性释放（或贮存）的水量，量纲1/L。
ms = rg (a+nb)。
6. 渗透系数：也称水力传导系数，是表征岩层透水性的参数，影响渗透系数大小的主要是岩石的性质以及渗透液体的物理性质，记为K。
是水力坡度等于1时的渗透速度。
单位：m/d或cm/s。
7. 渗透率：表征岩层渗透性能的参数；渗透率只取决于岩石的性质，而与液体的性质无关，记为k。
单位为cm2或D。
8. 尺度效应：渗透系数与试验范围有关，随着试验范围的增大而增大的现象，K=K(x)。
9. 导水系数：是描述含水层出水能力的参数；水力坡度等于1时，通过整个含水层厚度上的单宽流量；亦即含水层的渗透系数与含水层厚度之积，T=KM。
它是定义在一维或二维流中的水文地质参数。
单位：m2/d。
二、填空题1．地下水动力学是研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石和岩溶岩石中运动规律的科学。
通常把具有连通性的孔隙岩石称为多孔介质，而其中的岩石颗粒称为骨架。
多孔介质的特点是多相性、孔隙性、连通性和压缩性。
2．地下水在多孔介质中存在的主要形式有吸着水、薄膜水、毛管水和重力水，而地下水动力学主要研究重力水的运动规律。
地下水动力学习题及答案(1)之欧阳家百创编
《地下水动力学》欧阳家百（2021.03.07）习题集第一章渗流理论基础二、填空题1．地下水动力学是研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石和岩溶岩石中运动规律的科学。
通常把具有连通性的孔隙岩石称为多孔介质，而其中的岩石颗粒称为骨架。
多孔介质的特点是多相性、孔隙性、连通性和压缩性。
2．地下水在多孔介质中存在的主要形式有吸着水、薄膜水、毛管水和重力水，而地下水动力学主要研究重力水的运动规律。
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_H x ∂-∂_、H y ∂-∂_和_Hz ∂-∂_。
6. 渗流运动要素包括_流量Q _、_渗流速度v _、_压强p _和_水头H _等等。
7. 根据地下水渗透速度_矢量方向_与_空间坐标轴__的关系，将地下水运动分为一维、二维和三维运动。
8. 达西定律反映了渗流场中的_能量守恒与转换_定律。
9. 渗透率只取决于多孔介质的性质，而与液体的性质无关，渗透率的单位为cm 2或da 。
10. 渗透率是表征岩石渗透性能的参数，而渗透系数是表征岩层 透水能力 的参数，影响渗透系数大小的主要是岩层颗粒大小以及 水的物理性质 ，随着地下水温度的升高，渗透系数增大 。
11. 导水系数是描述含水层 出水能力 的参数，它是定义在 平面一、二 维流中的水文地质参数。
12. 均质与非均质岩层是根据_岩石透水性与空间坐标_的关系划分的，各向同性和各向异性岩层是根据__岩石透水性与水流方向__关系划分的。
《地下水动力学》PPT课件
溶岩石中运动规律的科学。其研究对象主 要是重力水。
它是模拟地下水流基本状态和地下水中 溶质运移过程，对地下水从数量上和质量 上进行定量评价和合理开发利用，以及兴 利除害的理论基础。
§2 课程的目的
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。
3 实验-电网络模拟技术阶段 （1950~1980）
1950~1965年，研究了大范围含水层系统的电 网络模拟技术，电模拟技术到20世纪80年 代在我国还被较广泛应用。
4 计算机数值模拟技术阶段（1965~今）
1965年以来，计算机数值模拟技术不断得到广泛应 用。目前，已经形成许多国际通用的商业化专业 软件，主要有：
主要研究内容：
（1）渗流基本概念、基本定律、基本方程、 定解条件及数学模型的建立和解法，为基 础理论和重点内容；
（2）地下水向河渠的运动；排灌区地下水运 动的规律即水平方向运动规律。
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。
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2020/11/17
２-1.什么是典型体元？
以孔隙为例来阐明：假 设P是多孔介质中的一数学点 (图1-附-2)，以P为形心取一 体积V，则依孔隙率的定义
n Vv V
其中：Vυ是V中的孔隙体积。
P 图1-附-2 孔隙率的定义图
那么，V究竟取多大时，才能真正反映渗流场内各物理量的特 征的呢？
根据渗透流速与空间坐标轴的关系，可把地下水流分为一维 流动、二维流动、三维流动：
只沿一个坐标方向运动的称为一维流动；沿两个坐标方向有 分流速的称为二维流动；而沿三个坐标方向都有分流速的则称三 维流动。
4-2.结合自然界情况试表示平面二维流和剖面二维流的图式。
平面二维流的图式见P18的图1-4-3-c。 剖面二维流的图式见P17的图1-4-1。
度、压力、水头等，这对一个真实的连续水流，如河水、湖水， 它们的物理含义是很明确的。但对多孔介质来说则不然。
为了对多孔介质中地下水确运动作连续性近似，为此需要引 进“典型体元”的概念。
2020/11/17
3-1.什么是地下水质点流速、实际流速和渗透流速？
地下水的质点流速是微观水平上的真实的地下水质点的流动 速度。
渗流是用一种假想的宏观水平的地下水流。
2020/11/17
1-2.为什么要通过渗流来研究真实的地下水流？ 实际的水流通道的空间形态与方向是相当复杂的。这就使得
地下水沿程流动时水质点运动的速度的大小与方向都在不断地变 化着，那么在渗流场中的运动要素不是时间和空间的连续函数， 所以不可利用一般流体力学中研究液体运动的方法来分析渗流问 题。显然若从微观水平上研究地下水的运动是很困难的，实际上 也无必要。
2020/11/17
5.水力坡度 J H1 H2 和 J dH 有何差别?
l
ds
J H1H2 表示渗流段内的水力坡度均相等，渗流速度与水力 l
坡度呈正比。
J dH 表示渗流段内的水力坡度不是常量，沿流向可以变 ds
大也可以变小。
2020/11/17
６-1.达西实验的条件是什么？ 达西实验的条件：
因此，人们不去直接研究单个地下水质点的运动特征，而利 用平均化的方法研究地下水运动的宏观规律。由于实际的地下水 流仅存在于空隙空间，其余部分则是固体的岩石。为此要设计一 个假想的流场，那么这个流场首先不能将水约束在空隙之中，否 则不仅涉及复杂固体表面边界的刻画，而且水流在空间是不连续 的，使得一切基于连续函数的微积分手段都不能利用。
2020/11/17
当V取值由一个颗粒或一个 孔隙体积而逐渐放大时，n值会 因随机划进的颗粒或孔隙体积 而产生明显的波动，但随着V取 值的增大，n值波动逐渐减小。 当V值取至某个体积V0时，孔隙 率趋于某一平均值n时，此时的 V0称为典型体元。
若再增大V，使其大于V0时 ，则有可能将P点外围的非均质 区也划进来，这显然不能表示P 点的孔隙率，此时n值可能又产 生明显的变化(图1-1-1)。
2020/11/17
P 图1-1-1 典型单元体的定义
以P为中心的单元体V0中的孔隙体积，定义为P点的孔隙度。 同理，P点的其它物理量，无论是标量还是矢量，也用P点为中 心的典型单元体内该物理量的平均值来定义。 这样，通过典型单元体，就能以假想的连续体代替实际的多孔 介质。
2020/11/17
２-2.为什么要引入典型体元？ 在渗流研究中，要涉及到某一点的物理量，如某一点的孔隙
则u(P)为多孔介质连续体中P点的孔隙平均流动渗透流速矢量
。
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3-2.三者有何关系？
地下水质点流速矢量 u′、孔隙平均流速u和渗 透流速v三者之间的关系见 图1-1-2b，而且v=neu。
2020/11/17
图1-1-2b 地下水各种流速关系概图
4-1.地下水一维、二维、三维流的划分原则。
K k
从上式可知：K与γ成正比，与μ成反比。在矿化度和地下 水温变化不大时，可忽略流体的物理性质对岩石透水性的影响。 而在油区或高温的热水区则必须考虑流体的物理性质对岩石透水 性的影响，此时用k来表示岩石的渗透性能比较方便。
2020/11/17
7.渗透系数的概念。为什么在地下水计算中，通常用K来表征地 层的透水性能，而在油区或高温的热水区就必须用k来表示。
渗透系数是一个反映岩土体的透水性能的重要水文地质参数 ，它是地下水运动定量计算中一个不可缺少的指标。
渗透系数的大小主要取决于岩石的物理性质，还取决于流 体的物理性质：
《地下水动Hale Waihona Puke 学》第一章 复习思考题参考答案
2020/11/17
1-1.何谓渗流？ 实际的地下水水流仅存在空隙空间，其余部分则是固体的岩石
。但为了研究方便，我们用一种假想的水流来代替实际的水流。 这种假想水流的物理性质(如密度、粘滞性等)和真实的地下水
相同，但它充满了整个多孔介质(包括空隙和固体部分)的连续体； 而且这种假想水流的阻力与实际水流在任意岩石空隙体积内中所受 的阻力相同；它的任意一点压强P和任一断面的流量Q与实际水流在 该点周围一个小范围内的平均值相等。这就是在渗透阻力、渗透压 强以及渗透流量保持等效的原则下，把实际渗流速度平均到包括固 体颗粒骨架在内的整个渗流场中。这种假想水流称为渗透水流，简 称渗流。
>>均匀、各向同性介质； >>一维稳定流。
2020/11/17
６-2.(均质、非均质，各向同性与各向异性，稳定流与非稳定流等 )达西定律的适用条件是什么？
达西定律的适用条件： >>当Re<1-10的条件下，通过多孔介质的流体作层流运动，渗流 才满足达西定律；超出此范围，达西定律不再适用。
>>某些粘性土存在一个起始的水力坡度J0。若实际水力坡度J<J0 时，渗流速度和水力坡度之间不呈现线性关系；只有当J>J0时，渗 流才服从达西定律。
若将空隙中地下水质点流速矢量u′在整个典型单元体V0上取 平均值，即
v(P)1 V0
V0u'dVV 10 V0u'dV
则v(P)为多孔介质连续体中P点的渗透流速矢量。
2020/11/17
若将空隙中地下水质点流速矢量u′在整个典型单元体空隙 部分V0v上取平均值，即
1
u(P)
V0
V0 u'dV