水文地质第四章1PPT资料48页

第一节 地下水运动的特征及其基本规律
（一）曲折复杂的水流通道
颗粒 孔隙
图1-1-0b 在一般管道中的普通水流
颗粒 孔隙
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图 1A -1-3a 地 下 水 实 际 流 线
颗粒 孔隙
B
概化后的理想渗流
研究的实质：用充满含水层（包括全部空隙和岩石 颗粒本身所占的空间）的假想水流来代替仅仅在岩 石空隙中运动的真正水流 假想水流应有以下特点 流量相等：假想水流通过任意断面的流量必须等于 真正水流通过同一断面的流量 水头相等：假想水流在任意断面的水头必须等于真 正水流在同一断面的水头 阻力相等：假想水流通过岩石所受到的阻力必须等 于真正水流所受的阻力
一、地下水运动的特点（特征）
（一）曲折复杂的水流通道 （二）迟缓的流速 （三）层流和紊流 （四）非稳定——稳定流运动，缓变流运 动
二. 地下水运动的基本规律—达西定律
Q= ν · ω = K· i·ω = K· h/L· ω 1856年，法国水力学家达西发表了著名的多孔介 质地下水运动或流动的报告，得出达西定律
二、地下水流向潜水完整井
根据裘布依的稳定流理论，当在潜水完整井中进 行长时间的抽水之后，井中的动水位和出水量都 会达到稳定状态； 同时在抽水井周围亦会形成有规则的稳定的降落 漏斗； 漏斗的半径R称为影响半径； 井中的水面下降值s叫水位下降值； 从井中抽出的水量Q称单井出水量；
裘布依公式推导的假设条件
当地下水在岩石的大孔隙，大裂隙，大溶洞中及取 水构筑物附近流动时，Re>10，紊流。 紊流运动的规律称为谢才公式（哲才公式）
水流运动形式介于层流和紊流之间，则称为混合流 运动，可用斯姆莱公式表示
下面关于地下水运动的说法中，哪些项是错误的 （）
A、自然界的地下水运动始终处于非稳流状态， 只有在特定条件下，由于运动要素变化幅度小， 才可近似为稳定流运动；
1、水力坡度：天然水力坡度等于零，抽水时为了 用流线倾角的正切代替正弦，则井附近的水力坡 度不大于1/4。 2、含水层是均质各向同性的，含水层的底板是隔 水的。 3、边界条件：抽水时影响半径的范围内无入渗， 无蒸发，每个过水断面上流量不变；在影响半径 范围以外的地方流量为零；在影响半径的圆周上 为定水头边界。 4、抽水井内及附近都是二维流（即抽水井内不同 深度处的水头降低是相同的。
达西公式的适用范围
只有当雷诺数小于1~10时地下水运动才服 从达西公式。 大多情况下地下水的雷诺数一般不超过1； 例如，地下水以u=10m/d的流速在粒径为 20mm的卵石层中运动，卵石间的孔隙直径 为3mm（0.003m），当地下水温为15℃时， 运动粘滞系数γ=0.1m2/d，则雷诺数为？
（二）非线性渗透定律
第四章 地下水的运动
第一节 地下水运动的特征及其基本规律 第二节 地下水流向井的稳定运动 第三节 地下水流向井的非稳定运动 第四节 水文地质参数的确定
地下水动力学
达西定律: 1856年，法国水力学家达西发表了著名 的多孔介质地下水运动或流动的报告，得出达西 定律 裘布依公式:裘布依（Dupuit）是十九世纪著名水 文工程师。在1863年，鉴于在大部分地下水流中 潜水面坡度很小这一观测结果,Dupuit根据若干简 化的假定提出了著名的Dupuit假设,推导出Dupuit 单井涌水量计算公式。 泰斯公式: 1935年美国人C.V.泰斯在数学家C.I.卢 宾帮助下，导出定流量抽水时的单井非稳定流计算 分式。 在给定的定流量条件下，可预报不同地点不同时间 的相应水位降深
（四）非稳定，缓变流运动
非稳定流：在渗流场内各运动要素（流速， 流量，水位）随时间变化的地下水运动 当地下水的运动要素在某段时间变化不大— —稳定流 缓变流是指各流线接近于平行直线的流动
缓变流
在天然条件下地下水流一般都呈缓变流动 地下水的各过水断面可当作一个直面，同一过水 断面上各点的水头亦可当做是相等的——将三维流 简化成为平面流（二维流）
（二）迟缓的流速
地表水的流速：m/s； 地下水的流速：m/d； 地下水在岩石空隙中的运动称为渗流 发生渗流的区域称为渗流场 过水断面：渗透水流通过的含水层横断面称为过 水断面
（三）层流和紊流
地下水流大多数多呈雷诺数值很小的层流 运动。 在通过特大孔隙或大裂隙及可溶岩的大溶 洞时；在人工开采地下水时，呈紊流
一潜水含水层均质，各向同性，渗透系数 为15m/d，其中某过水断面A的面积为 100m2，水位为38m，距离A断面100米的 断面B的水位为36m，则断面A的日过流量 是（ ）m3
第二节 地下水流向井的稳定运动
稳定流运动：当取水构筑物中地下水的水位和抽 出的水量都保持不变，这时水流称为稳定流运动。
（一）线性渗透定律（又称达西定律）
Q= K· h/L· ω = K· i· ω =ν · ω
渗流速度ν不是地下水的真正实际流速u
u=Q/(ω · n)=ν/n
例：两观测井A、B相距1000m，水位差为1m， 含水层渗透系数k为5.0m/d，孔隙率n=0.2， 问A、B之间地下水的实际平均流速是？
一.地下水取水构筑物的基本类型
（一）垂直取水构筑物 1.潜水完整井： 2.潜水非完整井： 3.承压水完整井： 4.承压水非完整井 （二）水平取水构筑物
下面关于井的说法哪一项是错误的（ ）
A、根据井的结构和含水层的关系可将井分 为完整井和非完整井
B、完整井是指打穿了整个含水层的井 C、只打穿了部分含水层的水井是非完整井 D、打穿了整个含水层但只在部分含水层上 安装有滤水管的水井是非完整井
达西的发现首次从数量上揭示了多孔介质中水流与 多孔介质渗透性之间的数量关系，使多孔介质中地 下水流计算成为可能。
现代地下水流计算中，几乎所有的经典计算方法和 计算模型，都是直接或间接地由达西定律推倒而得 来。
所以可以毫不夸张地说，达西是水文地质学的奠基 人之一，他的实验成果开创了一门研究地下水流在 多孔介质中运动的科学—用 达西定理来描述
C、呈层流状态的地下水不一定符合达西定律
D、地下水径流从水位高处向低处流动
达西定律要满足条件为（ ） A、地下水流的雷诺数Re<1～10 B、地下水流的雷诺数1～10<Re<20～60 C、地下水流的雷诺数Re>20～60 D、地下水流的雷诺数可以为任何值