地下水动力学PDF

（2）渗流量（Seepage discharge）是单位时间内通过过水断面的水体积，用 Q表示，单位m3/d。
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地下水运动的基本概念
（3）渗流速度（Specific discharge/seepage velocity）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。它描述的是渗流具有的平均速度，是渗流场空间坐标的连续函数，是 一个虚拟的矢量。单位m/d，表示为: V=Q/A （4）实际平均流速（Mean actual velocity）是多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。表示为：
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。
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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。
u =Q/w′
渗流速度=ne﹒实际平均流速
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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):
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。
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地下水运动的基本概念
测压管水头（Piezometric head）为位置水头与压力水头之和。 压力水头（pressure head）：含水层中某点的压力水头（h）指以水柱高度 表示的该点水的压强，量纲为L，即：h =P/g，式中 P为该点水的压强；g为 水的容重。 速度水头（velocity head）：在含水层中的某点水所具有的动能转变为势 能时所达到的高度，量纲为L，即hv=u2/2g，式中u为地下水在该点流动的速度； g为重力加速度。 由于在地下水中水流的运动速度很小，故速头hv=u2/2g可以忽略，所以 h近似等于H，即:
一端是封闭的孔隙。
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地下水运动的基本概念
(2) 连通性：封闭和畅通，有效和无效。 (3) 压缩性：固体颗粒和孔隙的压缩系数推导。 (4) 多相性：固、液、气三相可共存。其中固相的成 为骨架，气相主要 分布在非饱和带中，液相的地下水可以吸着水、薄膜水、毛管水和重力 水等形式存在。
固相—骨架 matrix
（3）运动时所受的阻力与实际水流所受阻力相等；
（4）通过任一断面的流量及任一点的压力或水头与实际水流相同。
颗粒
孔隙
流
图1-1-3a 地下水实际流线 渗流场（ flow domain）：假想水流所占据的空间区域，包括空隙和岩石颗粒 所占的全部空间。
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地下水运动的基本概念
3) 渗流速度 （1）过水断面（Cross-sectional area）是渗流场中垂直于渗流方向的任 意一个岩石截面，包括空隙面积（Av）和固体颗粒所占据的面积(As)，A= Av + As。渗流平行流动时为平面，弯曲流动时为曲面。
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
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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。
dH I n dn
式中 n ——法线方向单位矢量。 (3)等水头面与等水头线 等水头面：渗流场中水头值相同的各点相互连接所形成的一个面。可以 是平面也可为曲面。 等水头线（groundwater contour）：等水头面与某一平面的交线。 等水头面上任意一条线上的水头都相等。等水头面（线）在渗流场中是 连续的，不同大小的等水头面（线）不能相交。
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。
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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Βιβλιοθήκη Baidu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
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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
括孔隙介质、裂隙介质和岩溶不十分发育的由石灰岩和白云岩组成的介质， 统称为多孔介质。 孔隙介质：含有孔隙的岩层，砂层、疏松砂岩等； 裂隙介质：含有裂隙的岩层，裂隙发育的花岗岩、石灰岩等。
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2) 多孔介质的性质
地下水运动的基本概念
(1) 孔隙性：有效孔隙和死端孔隙。
孔隙度（Porosity）是多孔介质中孔隙体积与多孔介质总体积之比 （符号为n），可表示为小数或百分数，n=Vv/V。
有效孔隙（Effective pores）是多孔介质中相互连通的、不为结合 水所占据的那一部分孔隙。
有效孔隙度（Effective Porosity）是多孔介质中有效孔隙体积与多 孔介质总体积之比（符号为ne），可表
示为小数或百分数，ne=Ve/V。
死端孔隙（Dead-end pores ） 是多孔介质中一端与其它孔隙连通、另