地下水的渗流运动
水文地质-地下水的运动
第三节 地下水向井的稳定运动
四、裘布依公式的讨论
（2）抽水井流量与井径的关系
但实际情况远非如此,井径 对流量的影响比Dupuit公 式反映的关系要大得多。
第三节 地下水向井的稳定运动
四、裘布依公式的讨论
（3）水跃对裘布依公式计算结果的影响
在潜水的出口处一般都存 在渗出面。当潜水流入井 中时也存在渗出面,也称水 跃，即井壁水位hs高于井 中水位hw(图4一10)，而潜 水井的Dupuit公式并没有 考虑渗出面的存在。
H Z p
图4-5 流网示意图
在渗流场中，把水头值相等的点连成线或面就构成了等水 头线或等水头面。
流网是由等水头线和流线所组成的正交网格。流网直观地 描述了渗流场（或流速场）的特征。它可以是正方形、长 方形或曲边方形。
第二节 地下水运动规律
水流类型
一维流任意点的水力坡度均相等（
图4-6a）；
s1=1.00 m s2=1.75 m s3=2.50 m 求K？
Q1=4500 m3/d； Q2=7850 m3/d； Q3=11250 m3/d；
第三节 地下水向井的稳定运动
五、地下水流向非完整井和直线边界附近的完整井
1、承压水非完整井 当α=1时，A=0，就变成 完整井公式，当α很小， A值很大，则公式变为：
第三节 地下水向井的稳定运动
五、地下水流向非完整井和直线边界附近的完整井
2、潜水非完整井 潜水非完整井可以看做上段 是潜水完整井，下段是承压 水非完整井。这样可以近似 的看做总流量Q等于两段Q1 和Q2的和。
第三节 地下水向井的稳定运动
裘布衣假设：
天然水力坡度为0，井附近水力坡度<1/4； 含水层是均质各向同性的，含水层的底板
地下水动力学(第一章 渗流理论基础-2-专)
∂2H ∂2ψ ∂2H ∂2ψ −K = ; −K =− 2 ∂x∂y ∂y2 ∂y∂x ∂x
二、流网及其性质
流网：在渗流场内，取一组流线和一组等势线 组成的网格。 流网的性质： 流网的性质： 1. 在各向同性介质中，流线与等势线处处垂直， 故流网为正交网格。 证明：等水头线和流线的梯度为：
gradH = ∇H = ∂H ∂H i+ j ∂x ∂y
一般地下水流都为Darcy流。 思考题
§1—3 岩层透水特征分类和渗透系数张量 一、岩层透水特征分类 据岩层透水性随空间坐标的变化情况，将岩层 分为均质的和非均质的两类。 均质岩层：在渗流场中，所有点都具有相同的 渗透系数。 非均质岩层：在渗流场中，不同点具有不同的 渗透系数。 非均质岩层有两种类型：一类透水性是渐变的， 另一类透水性是突变的。 均质、非均质:指 与空间坐标的关系 与空间坐标的关系， 均质、非均质 指K与空间坐标的关系，即不同位 是否相同； 置K是否相同； 是否相同
K1M1 + K2M2 M1 + M2 Kp − Kv = − M1 M2 M1 + M2 + K1 K2 M1M2 = >0 (K1M1 + K2M2 )(M1 + M2 )
(K1 − K2 )
2
第8章 地下水渗流分析
非稳定流。稳定流为运动参数如流速、流向和水位等不随时间变化的地下水流动。反之，非
稳定流。绝对意义上的稳定流并不存在，常把变化微小的渗流按稳定流进行分析。地下水渗
流按运动形态可分为层流和紊流。层流指在渗流的过程中水的质点的运动是有秩序、互不混
杂的。反之，称为紊流。层流服从达西定律，紊流服从 Chezy 公式，内容详见本手册 3.3 节。
流砂是指土体中松散颗粒被地下水饱和后，由于水头差的存在动水压力即会使这些松散
颗粒产生悬浮流动的现象，如图 8-1 所示。克服流砂常采取如下措施：进行人工降水，使地
下水水位降至可能产生流砂的地层以下；设置止水帷幕如板桩或冻结法用来阻止或延长地下
水的渗径等[6][7]。
初始坡面
流砂后坡面
流砂堆积物
图 8-1 流砂破坏示意图
基坑工程中为避免流砂、管涌，保证工程安全，必须对地下水采取有效的措施。控制地
下水的措施可以从两方面进行，分为堵水措施和降排水措施，详见表 8-8。出于经济和安全 的目的，常把堵水措施与降排水措施结合使用。
基坑工程中的治水措施
表 8-8
分类
说明
钢板桩
其有效程度取决于土的渗透性、板桩的锁合效果和渗径的长度等因素
按埋藏条件分类
埋藏条件
特征
岩溶裂隙潜水 裸露型
赋存于弱岩溶化的薄层灰岩和白云岩的各种裂隙中的水，埋 动态变化复杂， 藏浅，水量丰富而集中，富水程度不均，与地表水联系密切 分布不均一，多
岩溶区 地下暗河水
地下水
由强烈差异溶蚀作用导致岩溶发育的山区中形成地下管道， 见岩溶潜水，其 地下水构成暗河（带），有一定的汇水面积和主要地下河道 矿化度低
埋藏深，地下水矿化度高
往比水平向的大几倍
水文地质学基础 第四章 地下水运动的基本规律.
1.渗透与渗流
渗透： 地下水在岩石空隙中的运动
渗流是一种假想水流。
假想水流应满足下列条件： （1）性质（如密度、粘滞
性等）和真实地下水相同； （2）充满含水层的整个空
间； （3）运动时，在任意岩石
体积内所受的阻力与真实水流 相同；
（4）通过任一断面的流量 及任一点的压力或水头均和实 际水流相同。 渗流区或渗流场：假想水流所 占据的空间。
• 流线：是渗流场中某一瞬时的一条线，线上各水 质点在此瞬时的流向均与此线相切。
• 迹线：则是对水质点运动所拍的电影。在稳定流 条件下，流线与迹线重合。
一、均质各向同，流线与等水头线构成 正交网格。 • 分析均质各向同性介质中的稳定流网。 • 徒手绘制定性流网
地下水的运动绝大多数服从Darcy定律。
二、非线性渗透定律—哲才（Chezy）定律
地下水在较大的空隙中运动且流速较大时，呈紊 流运动，此时的渗流服从哲才定律。有：
1
Q KI 2
1
V KI 2
即此时渗透流速V与水力梯度I的1/2次方成正比.
4.2 流 网
• 流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上，由一 系列等水头线与流线组成的网格.
2.层流和紊流
层流运动：水质点作有秩序的、互不混杂的流动. 紊流运动：水质点无秩序的、互相混杂的流动.
地下水在岩石空隙中的运动速度一般较慢，大多为层流 运动。只有在大裂隙、溶洞中地下水流速大，才可能出现紊 流运动。此外，在抽水井附近小范围内，当降深很大时，流 速增大，也可出现紊流现象。
3. 稳定流和非稳定流
实际流速，ω有：
Q Kw h KwI Vw L
Q＝ ω／·u＝ ω·ne·u＝
第三章地下水运动的基本规律
3、3 流 网
四、层状非均质中得流网
层状非均质介质就是指介质场内各岩层内部渗透 性为均质各向同性,但不同层介质得渗透性不同。水流 折射定律:
K1 tan1 K 2 tan 2
式中:K1--地下水流入岩层(K1层)得渗透系数; K2--地下水流出岩层(K2层)得渗透系数; θ1--地下水流向与流入岩层(K1层)层界法线之间
1、 等水位(压)线——潜水位(测压水位)相等得各点 得连线,称为等水位(压)线。 2、 流线——渗流场中某一瞬间得一条曲线,曲线上各水 质点在此瞬间得流向均与此线相切。 3、 流网——在渗流场得某一典型剖面或切面上由一系 列等水头线与流线所组成得网络。
3、3 流 网
二、渗流场性质
(一)渗流场介质类型 均质—非均质;各向同性—各向异性
(2)根据边界条件绘制容易绘制得流线或等水头线
a、 定水头边界:相当于等水头线,等水头面。 b、 隔水边界:相当于流线。 c、 潜水面边界:无入渗补给时为流线
有入渗补给时,水面即不就是流线也不为等水头线
(3)按照“正交”原则,等间距内插其它得流线或等水头线。
3、3 流 网
河间地块流网
河间地块流网
3、1 地下水运动得基本特点
注意:
1、 自然界中地下水都属于非稳定流。 ⑴ 补给水源受水文、气象因素影响大,呈季节性变化; ⑵ 排泄方式具有不稳定性;
⑶ 径流过程中存在不稳定性。 2、 为了便于计算,常将某些运动要素变化微小得渗流,近似 地瞧作稳定流。
3、2 达西定律
一、实验条件
H、Darcy—法国水力学家,1856年 (以实验为基础研究时期)通过大量得室 内实验得出了达西定律。
3、2 达西定律
2、 求水平等厚承压含水层流量与承压水头线。 承压含水层由均质等厚得砂组成,隔水底板水平,地下水做水平稳定
地下水运动的大体规律名词说明渗流地下水在岩石
第四章地下水运动的大体规律一、名词说明1．渗流：地下水在岩石间隙中的运动。
2．渗流场：发生渗流的区域。
3．层流运动：在岩层间隙中流动时，水的质点作有秩序的、互不混杂的流动。
4．紊流运动：在岩层间隙中流动时，水的质点作无秩序地、相互混杂的流动。
5．稳固流：水在渗流场内运动，各个运动要素（水位、流速、流向）不随时刻改变。
6．非稳固流：水在渗流场中运动，各个运动要素随时刻转变的水流运动。
7．渗透流速：地下水通过某一过水断面的平均流速。
8．迹线：渗流场中某一段时刻内某一质点的运动轨迹。
9．水力梯度：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径之比。
10．渗透系数：水力坡度等于1时的渗透流速。
11．流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上由一系列流线和等水头线组成的网。
12．流线：流场中某一瞬时的一条线，线上各水质点的流向与此线相切。
二、填空1．据地下水流动状态，地下水运动分为层流和紊流。
2．据地下水运动要素与时刻的关系，地下水运动分为稳固流和非稳固流。
3．水力梯度为定值时，渗透系数愈大，渗透流速就愈大。
4．渗透流速为定值时，渗透系数愈大，水力梯度愈小。
5．渗透系数能够定量说明岩石的渗透性能。
渗透系数愈大，岩石的透水能力愈强。
6．流网是由一系列流线与等水头线组成的网格。
7．若是规定相邻两条流线之间通过的流量相等，那么流线的疏密能够反映径流强度，等水头线的疏密那么说明水力梯度的大小。
8．在均质各向同性介质中，地下水必然沿着水头转变最大的方向，即垂直于等水头线的方向运动，因此，流线与等水头线组成正交网格。
9．流线老是由源指向汇。
三、判定题1．当含水层中存在强渗透性透镜体时，流线将向其汇聚。
（√）2．两层介质的渗透系数相差越大，那么其入射角和折射角也就相差越大。
（√）3．达西定律中的过水断面是指包括砂颗粒和间隙一起占据的面积。
（√）4．在渗流场中，一样以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。
（ √ ）5．渗透流速是指水流通过岩石间隙所具有的速度。
地下水的渗流运动
天然条件下地下水的渗流速度通 常很缓慢，绝大部分为层流运动， 一般可用线性定律描述其运动规 律。
19
10.2 地下水运动的基本定律
二、非线性渗透定律
➢ 紊流：
哲才公式
v Kc i
➢ 混合流：介于层流与紊流之间的水流。
斯姆莱盖尔公式 v K c m i
三、水力坡度
指沿渗透途径上的水头降低值(损失)与相应的渗流长度之
比。
IH1H2 Hh
L12
LL
物理含义：代表渗流过程中，单位渗透途径上机械能的损 失。
渗流过程中总机械能的损耗原因(与水力学相近)：液体的粘 滞性(水质点间的摩檫阻力)及固体颗粒表面对水流的反作用力 (水与隙壁间的阻力)。
8
10.1 渗流的基本概念
11
10.1 渗流的基本概念
四、流线与流网
流网：渗流场某一典型剖面或切面上，由一系列等水头 线与流线组成的正交网格。（剖面流网、平面流网）
流 网 示 意 图
平行流网
辐射流网
12
10.1 渗流的基本概念
四、流线与流网
流网特点：
1. 流线与等水头线垂直（正交）； 2. 相邻两条等势线间的势差为常量，相邻两条流线
3
概化后的理想渗流
ห้องสมุดไป่ตู้
图1-1-0b 在一般管道中的普通水流
颗粒
孔隙
A
图1-1-3a 地下水实际流线
颗粒
孔隙
B
4
10.1 渗流的基本概念
二、过水断面和渗透速度 ➢ 过水断面
指含水层中水与渗流流向垂直的的断面，包括骨架和空 隙在内的断面。可以是平面，也可是曲面，其大小可随渗 流方向变化。
地下水运动的特点
地下水运动的特点地下水运动是指地下水在地下岩石或土壤中的流动过程。
地下水是地球上重要的水资源之一，其运动特点对于水资源的管理和保护具有重要意义。
地下水运动的特点主要包括以下几个方面：1. 渗流性：地下水的运动主要是通过岩石孔隙和裂隙中的水分子在压力和渗透力作用下进行的。
地下水的渗流性决定了地下水的运动速度和方向。
不同岩石和土壤的孔隙结构不同，会影响地下水的渗流性。
2. 缓慢性：与地表水相比，地下水的运动速度相对较慢。
由于地下水在岩石孔隙中的流动受到阻碍，地下水的流速通常较慢。
这也使得地下水的补给和排泄过程相对缓慢。
3. 水质稳定性：地下水在地下运动过程中，受到地下岩石和土壤的过滤和净化作用，因此地下水的水质通常比地表水更加稳定。
地下水的运动过程中，水质不易受到外界污染物的影响，保持相对纯净。
4. 存储性：地下水在地下岩石和土壤中形成水库，具有一定的存储能力。
地下水的存储性使得地下水可以在旱季或干旱地区为人类提供稳定的水资源。
5. 受季节影响：地下水的运动受季节变化的影响比较大。
在雨季，地下水补给较多，水位上升；而在旱季，地下水补给减少，水位下降。
这种季节性的变化对地下水资源的利用和管理具有重要意义。
6. 形成地下水流域：地下水运动形成了地下水流域，即一定范围内地下水的补给和排泄过程。
地下水流域的划分对于地下水资源的保护和管理至关重要。
地下水运动的特点决定了地下水资源的独特性和重要性。
了解地下水运动的特点，有助于科学合理地利用和管理地下水资源，保护地下水环境，实现可持续发展。
地下水资源是人类生活和生产不可或缺的重要水资源，只有通过科学的管理和保护，才能更好地利用地下水资源，满足人类的需求。
第6章地下水的非稳定渗流运动
=M(H－h)=Ms
则式（6.33）可写成
抖2 1 ?
a( 抖r2
+
? r
) r
?t
（6.34） （6.35）
式（6.35）和（6.10）的形式完全相同，只是其中的势函数不同。
对非完整井，可推导出均质各向异性介质中地下水三维流动的
微分方程为：
2
x 2
2
y 2
2
均衡段内地下水的重量为 G = 2πrdr 鬃M n
r
dr
h
H
h
M
Qr Qr +d(Q r )
e (r, t )
式中 n——空隙率，
n= E 1+ E
\
抖G 抖t
=
2πrdr
(M 鬃 E ) t 1+ E
Q M = M = M = M Vs
1+ E 1+ Va V
V
Vs Vs
\
抖G = ?t
+
1 r
h]= ?h r ?t
对于水平二维无压流动，令 a = khm
（6.5）
则式（6.3）和（6.4）可写成为
（6.4）
抖2h 1 h e ? h
a[ 抖r2 + r
]+ =
r ?t
a[
抖2h 抖r 2
+
1 r
h]= ?h r ?t
式中 a为水位传导系数，m2/d；
• 第二种线性化的方法，是在式（6.2）的两端均乘以h，并 令势函数
pi ) = - bwDp
（6.14）
• 压力p的变化引起水的体积V的变化，但是水的质量m和重
水文地质学基础：渗流的基本概念
7 地下水运动规律地下水在岩石空隙中的运动，可以在饱水的岩层中或非饱水的岩层中进行。
实际生产中提出不少课题，都涉及地下水的运动规律。
地下水运动是发生在岩石或土体空隙中的。
它和地表水流不同，其主要区别是地下水的运动缓慢，运动空间既有水流又有岩土颗粒存在，运动的阻力很大，地下水流在岩土空隙中作弯弯曲曲的复杂运动，研究地下水每个质点的运动情况即不可能又没必要。
地表水流中水质点充满于整个流速场，水流是连续的。
7.1 渗流的基本概念地下水在岩石空隙（孔隙、裂隙及溶隙）中的运动称为渗流。
研究渗流具有以下几方面的应用：（1）在生产建设部门：如水利、化工、地质、采掘等部门。
（2）土建方面:如给水、排灌工程、水工建筑物、建筑施工。
（3）合理开发利用地下水资源（地下水回灌）防止水污染方面。
（4）保持路基处于干燥稳固状态并防止冻害—降低地下水水位。
（5）涉及地下水流动的集水或排水建筑物—单井、井群、集水廊道、基坑、机井、坎儿井。
7.1.1 水在土壤中的状态水在土壤中的状态可以分为汽态水，附着水，薄膜水，毛细水和重力水等类型，其中对渗流起主导作用的是重力水与毛细水。
（1）重力水（Gravitational water）：指在重力及液体动水压强作用下流动的水，是本章主要研究的对象。
重力水与毛细水的界面为潜水面，浸润面（Water table）。
（2）毛细水（capillarywater）：指的是地下水受土粒间孔隙的毛细作用上升的水分。
毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。
7.1.2 土的渗流特性透水性指土壤允许水透过的性能，用渗透系数k的大小表示其透水强弱。
土壤透水性能不随地点改变的土称为均质土（Homogeneous soil）；否则为非均质土（Heterogeneous soil）。
土壤在同一地点的各个方向的透水性能都相同（各个方向的渗透系数相同）的土为各问同性土（Isotropic soil），否则为各向异性土（Anisotropic soil）。
地下水渗流基本方程及数学模型总结
方程右端项：
( nz ) z H H [ (1 e) e ] t 1 e t t H z ( n ) t
§5 描述地下水运动的数学模型及解算方法
第三步：方程的左端项=方程的右端项
H H H (K xx ) (K yy ) (K zz ) xyz x x y y z z H z( n ) xy t
（二）含水层的状态方程
根据Terzaghi有效应力公式：水压力p减少，将引起含 水层状态发生哪些变化？ p减少 p减少 地下水体积膨胀，从而释放出一部分地下水； 地下水对上覆岩土体浮力降低，为维持平衡，
这部分力将转嫁到多孔介质固体骨架上，有效应力增大 ，压缩多孔介质（固体+空隙），结果使含水层空隙度 n变小、介质挤密、厚度变薄，从孔隙中（挤压）释放 一部分地下水；
（二）含水层的状态方程 含水层的弹性存储
取一典型处于平衡状态的饱和地层柱体来研究，这里只考虑垂直一维 变形，忽略侧面上粒间力(包括内聚力和摩擦力)的作用。 含水层上覆（岩土体、地表建筑物和大气压力等）荷载形成的总压应 力由固体颗粒粒间应力的垂向分量s和孔隙水压力p两者来平衡。
测压水头
p hp
§5 描述地下水运动的数学模型及解算方法
第二步：化简方程右端项：
e e e p H 根据 (1 e)和dp dH , 得 (1 e) p t p t t d p H 根据 和dp dH , 得 dp t p t t
§5 描述地下水运动的数学模型及解算方法
第一步：化简方程左端项： 由于在一般情况下，水的密度变化很小，可视 ρ 近似不变：
( v x ) H ( K xx ) x x x H H K xx K xx x x x x H H [ K xx (K xx )] x x x x
地下水渗流原理
地下水渗流原理地下水是指地球表面以下的水体，包括地下河流、地下湖泊、地下水库等。
地下水的存在对于维持陆地生态系统的平衡和人类生活的发展至关重要。
而地下水的渗流是指地下水在地下岩石、土壤中的流动过程，它是地下水资源形成和分布的重要因素。
地下水的渗流是受到多种因素的影响的，主要包括孔隙度、渗透系数、水头差和地下水位等。
孔隙度是指岩石或土壤中的空隙所占的比例，它决定了地下水的储存容量。
渗透系数是指岩石或土壤对水的渗透能力，它反映了地下水渗流的速度和方向。
水头差是指地下水位之间的高差，它是地下水渗流的动力来源。
地下水位是指地下水面的高度，它对地下水的渗流方向和速度有着重要影响。
地下水的渗流可以分为自由渗流和强迫渗流两种情况。
自由渗流是指地下水在没有外力作用下，根据水头差自然流动的过程。
强迫渗流是指地下水受到外力作用，如泵站抽水或地下水层被压力水体（如河流、湖泊）影响而流动的过程。
地下水渗流的速度可以通过达西定律进行计算。
达西定律是描述地下水渗流速度与水头差、渗透系数和孔隙度之间关系的一个基本定律。
根据达西定律，地下水渗流速度与水头差成正比，与渗透系数和孔隙度成反比。
因此，提高地下水渗流速度的方法可以通过增加水头差、提高渗透系数和孔隙度来实现。
地下水渗流对地下水资源的开发和利用具有重要意义。
通过研究地下水渗流原理，可以预测地下水资源的分布和储量，为地下水的合理开发和利用提供科学依据。
同时，地下水渗流的研究还可以帮助解决地下水污染和地下水位下降等问题，保护地下水资源的可持续利用。
地下水渗流原理是地下水资源形成和分布的重要因素。
通过研究地下水渗流原理，可以更好地了解地下水的运动规律和分布特点，为地下水资源的合理开发和利用提供科学依据。
同时，地下水渗流的研究也对保护地下水资源的可持续利用具有重要意义。
渗流的概念
渗流的概念一、前言渗流是地下水运动的一种形式，也是地下水资源利用和管理的一个重要方面。
本文将从渗流的定义、特点、影响因素、分类以及应用等方面进行详细阐述，旨在让读者全面了解渗流的概念。
二、定义渗流是指地下水在孔隙或裂隙中沿着压力梯度运动的过程。
当地下水处于不饱和状态时，由于孔隙中存在气体，地下水会遭受毛细力的作用而上升；而当地下水处于饱和状态时，则会沿着压力梯度向低压区域运动。
三、特点1. 与地表径流相比，渗流速度较慢且难以观测；2. 渗流路径受到土壤类型、孔隙结构和含水层分布等因素的影响；3. 渗透能力强的土壤能够促进渗流；4. 渗流对于土壤中物质输移有重要作用。
四、影响因素1. 土壤类型：不同类型的土壤具有不同的孔隙结构和含水层分布，从而影响了渗透能力和渗流路径；2. 孔隙结构：孔隙大小、分布和连通性等都会影响渗透能力和渗流路径；3. 含水层分布：含水层的分布情况会影响地下水的压力梯度，从而影响渗流方向和速度；4. 地形地貌：地形高低起伏、河流湖泊等地貌因素都会影响地下水的运动。
五、分类1. 自由渗流：指孔隙或裂隙中的地下水在不受外界压力作用下自由运动；2. 强迫渗流：指孔隙或裂隙中的地下水受到外界压力作用而运动，例如井涌现象。
六、应用1. 渗透试验：通过测量不同土壤类型的渗透能力，确定其对于渗流的促进程度；2. 地下水资源管理与利用：了解含水层分布和土壤类型等因素对于渗透能力和渗流路径的影响，有助于更好地管理和利用地下水资源；3. 土壤污染控制：了解渗流对于土壤中物质输移的作用，有助于制定有效的土壤污染控制策略。
七、结语渗流作为地下水运动的一种形式，对于地下水资源利用和管理具有重要意义。
通过了解渗流的定义、特点、影响因素、分类以及应用等方面，可以更好地认识和利用地下水资源。
【水文学与水文地质学】10第十章 地下水的渗流运动
8、地下水流向井的运动-井抽水个公式的应用 （1）计算水位和降深 （2）评价地区开采量 （3）估算水文地质参数
参见水文地质手册P546
第十章 地下水的渗流运动
注意：更正公式错误
第十章 地下水的渗流运动
9.地下水流向井不稳定运动 地下水流向井非稳定运动，在抽水过程中地下水的运动状态是随时间而变化, 即动水位不断下降，降落漏斗不断扩大，直至含水层的边缘或补给体，其相应的计
第十章 地下水的渗流运动
2、达西定律 渗流速度与实际流速的关系
实际流速
渗流速度
第十章 地下水的渗流运动
2、达西定律
渗透系数（K） 渗透系数——水力梯度等于1时的渗透流速。
关系： （１）I为定值时，K大，V大；K小，V小（V＝KI）； （２）V为定值时，K大，I小←→等水位线疏；K小，I大←→等水 位线密。
第十章 地下水的渗流运动
5、地下水流向井的运动-潜水完整井稳定流公式
地下水通过任意断面（距离井心为r）的流量：
第十章 地下水的渗流运动
5、地下水流向井的运动-潜水完整井稳定流公式
此为潜水完整井裘布依公式：
写成降深形式：
第十章 地下水的渗流运动
5、地下水流向井的运动-完整井稳定流承压井井群抽水
承压水井群抽水：任意一点A处的降深SA
本节内容结束
第十章 地下水的渗流运动
1、渗流的基本概念 渗透：水在岩石空隙中的运动叫渗透； 渗透性：岩石具有被水透过的性质，叫渗透性。
渗流三个条件： （1）断面流量相等假设 （2）断面水头/压力相等假设 （3）所受阻力相等相等假设
第十章 地下水的渗流运动
2、达西定律Leabharlann 1856年达西通过实验得到达西定律。
《地下水渗流力学》PPT课件
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。
地下水流的渗流力学分析
地下水流的渗流力学分析地下水是地球表层下方的水体，由于地壳中的孔隙和裂隙中填充了水分，形成地下水层。
地下水流是指地下水在地下岩层中的运动过程。
为了更好地理解地下水流的运动特性，科学家们进行了渗流力学分析。
一、地下水流的渗流力学基础渗流力学研究地下水流动的原因、特征和规律，是岩石力学和流体力学的交叉学科。
渗流力学的基本原理是达西定律，即渗流速度与渗透率成正比，与流体密度和粘度成反比。
根据达西定律，我们可以计算地下水的渗流速度和渗透率，以及地下水与地下岩层之间的关系。
二、地下水流的物质平衡方程地下水流的物质平衡方程是描述地下水流动的重要工具。
该方程描述了地下水流动过程中水量的变化。
它是根据质量守恒定律推导出来的，可以表达为：∇·(qρ) + ∂(ρΦ)/∂t = S其中，q是地下水流速向量，ρ是地下水密度，Φ是地下水位势，t是时间，S是外部水源和汇水源的贡献。
这个方程可以用来分析地下水在不同区域的流动情况，并预测地下水流动的趋势。
三、地下水流的渗透率计算渗透率是描述岩层渗透性的参数，是测量岩层渗流能力的指标。
地下水流的渗透率计算可以通过实验或野外测试获得。
其中一种常用的方法是Lugeon试验，该试验通过注入标准单位水量来测量注水速度和水压变化，进而计算出地下水的渗透率。
四、地下水流的流动特征地下水流的流动特征包括流速分布、流向、流线和流量等。
地下水流速分布的分析可以通过建立二维或三维数值模型，使用流体力学方程进行数值模拟来实现。
借助计算机技术，科学家们可以获取地下水流动的详细信息，预测地下水流动的趋势。
五、地下水流的影响因素地下水流的流动过程受到众多因素的影响，主要包括岩性、裂隙特征、孔隙度和渗透率等。
岩性是决定地下水流动性质的基本因素，不同的岩性具有不同的渗透性。
裂隙特征是影响地下水流速和渗透率的重要因素，对于裂隙性岩石来说，渗透率的计算需要考虑裂隙的数量、宽度和方向等因素。
孔隙度是描述岩石中可存储和运移水的能力，是衡量地下水资源的关键指标。
第四章地下水运动的基本规律
4.2 饱水带重力水运动的基本规律-达西定律
一、线性渗透定律-达西定律 1.达西定律 H.Darcy—法国水力学家，1856年通过大量的室内实验得出的线性渗 透定律 实验条件 1）等径圆筒装入均匀砂样，断面为ω 2）上下各置一个稳定的溢水装置——保持稳定水流 3）实验时上端进水，下端出水——示意流线 4）砂筒中安装了2个测压管 5）下端测出水量-Q 根据实验结果，得到下列关系式：
第四章 地下水运动的基本规律
4.1 地下水运动-渗流运动要素 4.2 饱水带重力水运动的基本规律-达西定律 4.3 流网 4.4 饱水粘性土中结合水的运动规律
4.1 地下水运动-渗流运动要素
一、地下水存在及运动
1.岩石空隙介质：三种。 2.地下水在岩石空隙介质中的存在形式：强、弱结合水；毛细水；重 力水。
Q-渗透流量（出口处流量，即为通过砂柱各断面的流量）； ω-过水断面（在实验中相当于砂柱横断面积）； h -水头损失（ h = H1 − H2 ，即上下游过水断面的水头差）； L -渗透途径（上下游过水断面的距离）； I -水力梯度（相当于h / L ，即水头差除以渗透途径）； K -渗透系数
2）水力梯度（I）
地下水在渗透过程中，不断克服阻力而消耗机械能，出现水头损失。 水力梯度（I） 为沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值， 即： I=h/L，h：水头差，h=H1-H2
水在空隙中运动时，必须克服水与隙壁以及流动快慢不同的水质点 之间的摩擦阻力（这种摩擦阻力随地下水流速增加而增大），从而消 耗机械能，造成水头损失。因此，水力梯度可以理解为水流通过单位 长度渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能。从另一个角度，也可 以将水力梯度理解为驱动力，即克服摩擦阻力使水以一定速度流动的 力量。既然机械能消耗于渗透途径上，因此求算水力梯度I 时，水头 差必须与相应的渗透途径相对应。
2.2 地下水的运动
然后，根据流线跟等水头线正交这一规则，在已知流线与等水头线间插补其余部分。如果我们规定相邻两条流线之间通过的流量相等，则流线的疏密可以反映地下径流强度（流线密代表径流强，疏代表径流弱），等水头线的密疏则说明水力梯度的大小。下面以河间地块的信手流网绘制为例说明。图4—4表示了一个下部为水平隔水底板的均质各向同性河间地块，有均匀稳定的入渗补给，两河排泄地下水，河水位相等且保持不变。此时大体上可按图4—4上所标的顺序绘制流网。在地下分水岭到河水位之间引出等间距的水平线，从该水平线与潜水面的交点引出各条等水头线。
现在我们再来看第三种情况。如图4—6所示，流线与岩层界线既不平行，也不垂直，而以一定角度斜交。这种情况下，当地下水流线通过具有不同渗透系数的两层边界时，必然像光线通过一种介质进入另一种一样，发生折射，服从以下规律：
式中θ1是流线在K1层中与层界法线间的夹角；θ2是流线在K2层中与层界法线间的夹角。
从物理角度不难理解上述现象。为了保持流量相等（Q1=Q2），流线进入渗透性好的K2层后将更加密集，等水头线的间隔加大（dl2>dl1）。也就是说，流线趋向于在强透水层中走最长的途径，而在弱透水层中走最短的途径。结果，强透水层中流线接近于水平（接近于平行层面），而在弱透水层中流线接近于垂直层面 （图4—7）。
同理，当含水层中存在强渗透性透镜体时，流线将向其汇聚；存在弱渗透性透镜体时，流线将绕流（图 4—8）。
2.1.3饱和水粘性土中的运动规律
不少研究者曾进行了饱水粘性土的室内渗透试验，并得出了不同的结果﹝Kufilek，1969；Milleretal.，1963；Olsen，1966﹞。根据这些试验结果，粘性土渗透流速V与水力梯度I主要存在三种关系；
地下水在岩石空隙中的运动称为渗流
动量方程
动量方程是描述流体动量守恒的方程，也称为NavierStokes方程。在渗流问题中，动量方程用于描述流体在多 孔介质中的应力分布和流动行为。
动量方程基于牛顿第二定律，即流体的动量变化率等于作 用在流体上的力。在渗流问题中，动量方程需要考虑流体 与多孔介质的相互作用力，如摩擦力、粘滞力等。
物质平衡方程
详细描述
在自然界和工程实际中，复杂地质条件广泛存在，如非均质多孔介质、非达西流动、裂 隙和断层等。这些复杂条件对渗流行为产生显著影响，需要深入研究其渗流规律和建立
相应的数学模型。
多相流体的渗流特性研究
总结词
多相流体的渗流特性和相互作用机理是当前研究的热点和难点。
详细描述
多相流体在石油、天然气、水文等领域具有广泛应用，其渗流特性比单相流体更为复杂。研究多相流体在多孔介 质中的流动规律、相间作用力、流动模式和驱替机理等，对于提高油气采收率和多孔介质中流体输送的效率具有 重要意义。
渗流的生态与环境影响研究
总结词
渗流对生态环境的影响及其与环境因素的相互作用是未来研究的重点。
详细描述
地下水污染、土壤盐渍化、土壤侵蚀等环境问题与地下水的运动和溶质运移密切相关。研究渗流对生 态环境的直接影响以及渗流与环境因素的相互作用机制，有助于提出有效的环境保护措施和修复方案 。
数值模拟与实验研究方法的发展
地下水与岩石的相互作用
01
地下水在岩石中流动，对岩石产 生压力，这种压力会对岩石产生 侵蚀和溶蚀作用，从而改变岩石 的结构和性质。
02
岩石的孔隙和裂隙也会对地下水 的流动产生影响，如改变流动方 向、速度和压力等。
渗流现象的应用领域
水利工程
石油和天然气开采
地下水渗流的基本规律
等水头线、流线与各类边界的关系
地表水体—定水头边界: 河流湿周为等水头线
隔水边界—零流量边界： 流线
潜水面边界 —稳定的侧向补给：流线 —入渗补给：既不是流线 也不是等水头线
（2）流网特点
在各向同性介质中流线与等水头线正交， 在 各向异性介质中流线与等水头线斜交
按一定规则绘制的：等水头线—相邻两条等水 头线间的势差为常量，流线—相邻两条流线间 的通量为常量
张量：是几何与代数中的基本概念之一。
从代数角度讲， 它是向量的推广。向量可以看成一维的 “表格”（即分量按照顺序排成一排），矩阵是二维的“表 格”（分量按照纵横位置排列），那么n阶张量就是所谓的n 维的“表格”。张量的严格定义是利用线性映射来描述的。
从几何角度讲，它是一个真正的几何量，也就是说，它是 一个不随参照系的坐标变换而变化的东西。向量也具有这种 特性。
流网绘制步骤
地下水在岩石孔隙中的运动（渗流）
普通水流与渗流
颗粒 孔隙
图1-1-0b 在一般管道中的普通水流
图1-1-3a 地下水实际流线
共同点：1.总体流向取决于水头差 2.流量取决于水头差及沿程损耗
区别：水在管道中运动取决于管道大小、形状及 粗糙度；渗流运动取决于空隙大小、形状、连 通性。
2.1 基本概念
也愈大; 反过来，水力梯度I愈大时，驱动水流运动与速
度也愈大 注意：水头损失一定要与渗流途径相对应
2.2.2 达西公式中各项的物理意义
（3）渗透系数K（coefficient of permeability） 也称为水力传导率（hydraulic conductivity）
定义：水力梯度为I =1 时的渗透流速（V=KI） 具有速度量纲L/ T（m/d；cm/s）