地下水动力学中的一些基本概念
安建工 地下水动力学 第一章(xiu)
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。
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。
nd 32
2
J
K
nd 32
渗透系数的表达式
裂隙介质（概化为走向和缝宽相同的平行板）
k nB 12 K k
2
nB 12
2
v KJ
nB 12
2
J
K
nB 12
2
六、渗流分类
1. 按运动要素(v,p,H)是否随时间变化，分：稳定流与非稳定流 2. 按地下水质点运动状态的混杂程度，分：
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]；
常用单位cm/s；m/d。
渗透系数与哪些因素有关呢？
: 比重；：动力粘滞性系数；
K k
渗透率k：反映介质几何特性，量纲[L2]；
常用单位：cm2； 石油地质中用达西: 1 达西=9.8697*10-9cm2.
渗透系数的表达式
多孔介质（概化为等径的平行毛细管束）：
基坑降水设计
6.4.3-2
冶金规范第13.2.4.⑶规定：按圆形（矩形、不规则形换算为圆形）或线形基坑计算基坑涌水量Q，计算方法
见表13.2.4。表中规定圆形潜水完整井计算式为：
Q 1 . 3 k 2 H 6 s s 6 l o R r o g r o
测定时间有关； 含砂量的规定是针对管井的运行寿命制定的。 含砂量的体积比与重量比大体为2倍关系。 3.4.2含砂量是抽水的附带物，降水的目的是抽水，不是防砂。含砂量
只能控制在一定的范围，不能因噎废食；
整理ppt
23
3.5缠丝填砾过滤器
填入砾石和过滤器缠丝间隙的规格
含水层分类
卵石 砾石 砾砂 粗砂 粗砂 中砂 中砂 中砂 细砂 细砂 细砂含泥
整理ppt
17
2.5降水计算中应注意的问题
1、计算基坑涌水量是无意义的！ 大井法:由C.B.特罗扬斯基提出.实际计算的是所布置的干扰井群总涌
水量。所谓“基坑涌水量”只是干扰井群总涌水量的代名词！只需计 算干扰井群中单井的涌水量即可！ 2、降水计算只是一种近似计算！ 达西公式、裘布依公式是理论计算公式。但是实际工作中公式所规定 的基本条件都是不具备的。降水半径是经验公式。所得计算成果只能 是近似结果！ 3、完整井与非完整井单井涌水量相差约10--30%。可将非完整井采用 完整井计算，得到的涌水量再增加10--30%。
现将各规范有关潜水完整井降水计算的规定，摘录如下：
整理ppt
13
市政规范第6.4.4条、按下列公式计算：
Q L k H 2 h 2R 6.4.4-1
式中 Q：条状基坑出水量； L′：条状基坑长度；
h ：抽水前与抽水时含水层厚度的平均值； 冶金规范第13.2.4.⑶规定：按圆形（矩形、不规则形换算为圆形）或线形基坑
地下水动力学第五版
地下水动力学第五版引言地下水动力学是研究地下水在地下中的运动和分布规律的学科。
它在地下水资源开发利用、环境保护、地下水污染防治等方面具有重要的理论和实践价值。
本文介绍地下水动力学的基本概念、原理和方法，着重阐述第五版的最新研究成果和应用实例。
希望能为地下水动力学领域的学者、工程技术人员和决策者提供参考。
地下水动力学概述地下水动力学研究的对象是地下水的流动和质量迁移。
地下水流动是指地下水在地下介质中的运动，通常受到渗透性和水头梯度的影响。
地下水质量迁移是指地下水中溶解物质、悬浮物质和微生物的传输过程，通常受到传质介质和浓度梯度的影响。
地下水动力学研究的基本原理是质量守恒和运动方程。
质量守恒原理要求地下水的流动和溶质的传输量在系统中总量保持不变。
运动方程根据地下水流动和质量传输的特征，建立了地下水流动方程和传输方程。
第五版的主要改进内容第五版地下水动力学相比前几版在以下几个方面进行了改进：模型拓展本版地下水动力学在模型拓展方面进行了一系列创新。
首先，基于生态地下水动力学的研究成果，将生态系统对地下水流动和质量传输的影响纳入地下水动力学模型中。
其次，引入多相流动和多组分传质的理论，建立了更为综合的地下水动力学模型。
此外，本版还考虑了非饱和土壤中的地下水流动和传输过程，对非饱和土壤介质的渗透性进行了修正。
数值模拟方法第五版地下水动力学在数值模拟方法方面做出了重要的改进。
传统的有限差分和有限元法仍然适用于简单地下水动力学模型的求解。
但对于复杂模型，如非饱和土壤介质中的地下水流动和传输，本版提出了更高效、精确的数值模拟方法，如格子气体法和基于粒子的方法。
实例应用本版地下水动力学以实例应用为导向，介绍了一系列地下水工程和环境保护中的实际案例。
这些案例涵盖了地下水资源开发利用、地下水污染防治和环境评价等领域。
通过实际案例的分析和讨论，读者可以更好地理解地下水动力学的理论和方法，并在实践中应用。
总结地下水动力学第五版是对地下水动力学理论和方法一次重要的更新和完善。
流体的地下水动力学
流体的地下水动力学流体的地下水动力学是研究地下水流动行为以及地下水运动规律的学科，涉及专业知识较多，包括水文地质学、地下水动力学等。
本文将介绍地下水动力学的基本概念、流体在地下的运动规律以及地下水资源管理等相关内容。
一、地下水动力学的基本概念地下水动力学是描述地下水流动行为的学科，它研究地下水的运动规律、影响因素以及地下水流体力学和传质过程等问题。
地下水动力学的研究对于水资源的合理开发和利用具有重要意义。
地下水动力学的基本概念包括：1. 地下水的来源和补给：地下水主要来源于降水的入渗和地表水的补给，其中入渗是地下水的重要补给方式。
2. 渗透率和孔隙度：地下岩层对水的渗透能力称为渗透率，而孔隙度则是描述岩层中可存储水的空隙比例。
3. 地下水流速和流量：地下水流速是单位时间内地下水通过单位面积的速度，流量是单位时间内通过某一断面的地下水体积。
4. 地下水压力和水头：地下水压力是地下水对岩层施加的压力，水头则是用来描述地下水压力差的概念。
5. 地下水流场和流线：地下水在地下岩层中的流动形态称为地下水流场，而地下水流场中各点连成的线路称为流线。
二、流体在地下的运动规律地下水动力学研究了流体在地下的运动规律，主要涉及泊松方程和达西定律等基本原理。
1. 泊松方程：泊松方程是描述地下水压力分布的方程，它描述了地下水压力与地下水位（或水头）之间的关系。
泊松方程可以帮助我们了解地下水的压力分布情况，并对地下水流动进行数值模拟和分析。
2. 达西定律：达西定律是描述地下水流速与水头梯度之间关系的定律，也称为达西-普朗克方程。
根据达西定律，地下水流速正比于水头梯度，并且与渗透率和孔隙度等因素有关。
3. 流体力学和传质过程：地下水流体力学是研究地下水流动行为的分支学科，它涉及地下水流速、流量、流体力与单位面积上岩石壁面作用力之间的关系。
此外，地下水中还存在着溶质的传质过程，即溶质在地下流体中的传输现象，它涉及浓度分布、扩散速率等问题。
地下水动力学 薛禹群
地下水动力学引言地下水动力学是研究地下水运动和传递规律的学科，主要涉及地下水流动、溶质运移和热传导等过程。
地下水是地球上重要的水资源之一，对于地下水资源合理开发和地下水污染控制具有重要意义。
本文将介绍地下水动力学的基本概念、运动方程和模拟方法，并探讨其在地下水资源管理和环境保护方面的应用。
基本概念地下水地下水是指地球表面下方的自然水体，在岩层或土层的空隙中储存和流动。
它是降水通过入渗作用进入地下后形成的一种储存状态。
地下水是地球上淡水总量的重要组成部分，广泛应用于农业灌溉、城市供水和工业生产等领域。
地下水动力学地下水动力学是研究地下水运动和传递规律的学科。
它主要研究地下水的流动过程和受力机制，以及地下水与地下水体之间的相互作用。
地下水动力学的研究对象包括地下水流动速度、水位变化、水力梯度等，以及溶质运移、热传导等相关问题。
运动方程地下水动力学的运动方程主要包括连续方程和达西定律。
连续方程连续方程描述了地下水流动过程中质量守恒的原理。
它表达了单位体积地下水的储量随时间的变化率等于单位体积地下水流入量与流出量之差。
连续方程可以用数学公式表示如下：$$ \\frac{\\partial (\\theta \\cdot S)}{\\partial t} + \ abla \\cdot (q \\cdot \\theta) = 0 $$其中，$\\theta$ 是地下水的有效含水量，S是孔隙介质的有效孔隙度，S是时间，S是地下水流速。
连续方程是解决地下水流动问题的基本方程。
达西定律达西定律描述了地下水流动过程中的流量和水头之间的关系。
它表达了单位面积断面积内地下水流量和水力梯度之间的比例关系。
达西定律可以用数学公式表示如下：$$ q = -K \\cdot \ abla h $$其中，S是单位面积断面积内的地下水流量，S是渗透系数，S是水头。
达西定律是描述地下水流动速度的重要定律。
模拟方法地下水动力学的模拟方法主要包括数值模拟、解析解和物理模型方法。
《地下水动力学》复习要点
内容主要有：（1）渗流理论基础；（2）地下水向河渠的稳定运动；（3）地下水向完整井的稳定运动；（4）地下水向完整井的非稳定运动；（5）地下水向边界附近井的稳定和非稳定运动。
重点考核地下水运动的基本概念、基本原理和方法。
题目类型有名词解释、判断题、作图题和计算题等，其中计算题占试题总分数的65%。
《地下水动力学》复习要点第一章 渗流理论基础一、基本内容1、基本概念：多孔介质、贮水率、贮水系数（弹性给水度）、渗流、渗流速度及与实际速度关系、水头（位置水头、测压管水头）、水力坡度、渗透系数、渗透率、导水系数、各向异性介质、各向同性介质、均质与非均质、水流折射原理、流网、dupuit 假设、第一类边界条件、第二类边界条件等2、基本定律：达西定律及适用范围3、描述地下水运动的方程：渗流连续性方程、承压水运动的基本微分方程、潜水运动的基本微分方程、越流含水层地下水非稳定流运动方程4、定解条件（初始条件、边界条件），数值方法基本思想二、要求1、理解并掌握上述概念和理论2、用达西定律分析水头线的变化或根据流网分析水文地质条件变化；3、给定水文地质条件，能正确画出反映地下水运动特点的流网图；4、给定水文地质模型和水文地质条件，写出反映地下水运动的基本方程（给定假设条件，建立数学模型，包括初始条件、边界条件）第二章 河间地块地下水的稳定运动一、基本内容有入渗时河间地块潜水的稳定运动问题（水文地质模型、假设条件、数学模型、流网、任意过水断面流量、分水岭移动规律、水头线）、无入渗时潜水的稳定运动、承压水的稳定运动，水在承压—无压含水层中的运动，非均质含水层中水的运动问题。
二、学习要求根据给定问题的水文地质条件，用相关公式计算过水断面流量或水位。
三、常用公式 1、承压含水层（达西定律） l H H m m kq 21212++= x lH H H H 211--= 2、无入渗潜水含水层（达西定律）l h h h h k q 21212-+= x lh h h h 2122212-+= 3、有入渗时潜水 wx wl l h h k q +--=2122221 )(22122212x lx kw x l h h h h -+-+= 4、分水岭位置 l h h w k l a 222221--= 5、其它流动问题（水平层状含水层、非均质含水层、承压—无压含水层、厚度或水流厚度沿流向变化等）第三章 地下水向完整井的稳定运动一、 基本概念：完整井、不完整井、水井及周围水位（水头）、稳定井流条件（定水头边界、越流、入渗补给）、井损与水跃、影响半径与引用影响半径、叠加原理、均匀流及平面或剖面流网二、学习要求1、掌握地下水向承压水井和潜水井运动问题的假设条件、数学模型、平面或剖面流网特征2、利用有关公式计算抽水量、降深或利用抽水试验资料（已知降深或水位），求含水层参数（导水系数或渗透系数）3、应用叠加原理地下水向完整井群的稳定运动问题。
地下水动力学知识点总结
地下水动力学知识点总结地下水动力学，这门学问听起来是不是有点高大上，还有点神秘？其实啊，它就像我们生活中的一位“低调的朋友”，虽然不常被提及，但却在默默地发挥着重要作用。
先来说说啥是地下水动力学。
简单来说，它就是研究地下水在地下的运动规律的一门学科。
你可能会想，地下水在地下流来流去，有啥好研究的？嘿，这可大有讲究！比如说，地下水的渗流速度。
这可不是咱们平常理解的那种风风火火的跑，而是一种缓慢又稳定的“溜达”。
想象一下，地下水就像一群慢悠悠的小蚂蚁，沿着土壤和岩石的缝隙，一步一步地向前推进。
它们的速度受到好多因素影响，像地质结构啦，土壤的孔隙大小啦，还有水压等等。
再讲讲水头这个概念。
水头可不是指水龙头哦！在地下水动力学里，水头是表示地下水能量的一个重要指标。
它就像是地下水的“活力值”，水头高的地方，地下水就更有劲儿，能冲得更远；水头低的地方，地下水就显得有点“没精打采”，流得慢吞吞的。
还有地下水的含水层和隔水层，这俩就像是地下世界的“房间”和“墙壁”。
含水层就像是宽敞的大房间，能让地下水在里面自由地穿梭；而隔水层呢，就像结实的墙壁，把地下水牢牢地挡在一边。
有的时候，含水层和隔水层会交替出现，形成特别复杂的地质结构，这可给地下水的运动增加了不少“障碍赛”。
给您举个我亲身经历的例子吧。
有一次，我去一个小村庄游玩，那里的村民们一直为用水问题发愁。
原来，他们的水井总是抽不出足够的水来。
我就好奇啊，跟着一位地质专家去查看。
专家经过一番考察，发现是因为当地的含水层比较薄，而且地下水流的路径被一些岩石阻塞了。
这就好比地下水本来想欢快地奔跑，结果路上遇到了大石头，只能绕来绕去，速度变慢，水量也减少了。
后来，专家们提出了一个解决方案，就是通过钻井打通一些通道，让地下水能更顺畅地流动。
经过一番努力，村民们终于用上了充足的水，那高兴劲儿，就别提了！还有一个有趣的现象，就是地下水的补给和排泄。
地下水可不是“只进不出”或者“只出不进”的小气鬼。
地下水动力学第一章(xiu)
J = Av + Bv 2
2. 1912年克拉斯诺波里斯基提出紊流公式：
v = KJ
1 2
四、达西定律的微分形式
微分形式： 微分形式：
五、渗透系数（hydraulic conductivity） 渗透系数（ ）
是重要的水文地质参数， 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 时
渗透率k 渗透率 (intrinsic permeability)
表征反映介质几何特性
γ K =k µ
γ: 比重；µ：动力粘滞性系数； 比重； 动力粘滞性系数； 渗透率k 反映介质几何特性，量纲[L ； 渗透率 ：反映介质几何特性，量纲 2]；
常用单位：cm2； 石油地质中用达西: 1 达西=9.8697*10-9cm2.
1 v( P) = V0
∫
V0 v
u ' dVv
渗透流速与实际流速关系
vA = uAv = Q Av v=u = une A v = neu
渗透流速与实际流速关系
三、水头与水力坡度
u2 总水头H = z + + γ 2g p p u2 Q 《z + = H p 测压水头; 2g γ ∴H p ≈ H
典型体元的定义
称为典型体元。 把V0称为典型体元。 引进REV后就可以把多孔介质处理为连续 引进REV后就可以把多孔介质处理为连续 REV 这样多孔介质就处处有孔隙度 处处有孔隙度了 体，这样多孔介质就处处有孔隙度了。 REV究竟有多大？ REV究竟有多大？ 究竟有多大 REV相对于单个孔隙是相当大的， REV相对于单个孔隙是相当大的，但相对 相对于单个孔隙是相当大的 于渗流场又是非常小的。 于渗流场又是非常小的。
地下水动力学第五版
地下水动力学第五版1. 引言地下水动力学是研究地下水在地下流动过程中的规律和机制的学科。
它涉及到地下水的形成、运动、分布和水质等多个方面，是地下水资源管理和保护的重要基础。
本文将介绍地下水动力学的基本概念、原理和方法，并对第五版的新内容进行详细介绍。
2. 地下水动力学的基本概念地下水动力学的基本概念包括，地下水的来源和形成方式、地下水运动的基本规律以及地下水的分布和水质等。
地下水的来源主要有降水、地表水和地下水补充等，形成方式包括自然渗漏和人工渗漏等。
地下水运动的基本规律包括达西定律和贝尔定律等。
地下水的分布受地下水位、地下水水文地质条件和重力场等多种因素影响。
地下水的水质受到地下水的起源、渗透介质的矿物组成和人类活动等因素的影响。
3. 地下水动力学的原理地下水动力学的基本原理包括质量守恒定律、达西定律和贝尔定律等。
质量守恒定律指出，在地下水流动过程中，地下水的入流和出流总量保持不变。
达西定律是地下水流动速度和渗透能力之间的关系，它指出地下水流动速度与渗透能力成正比。
贝尔定律是描述地下水饱和度与渗透能力之间的关系，它指出地下水饱和度与渗透能力成反比。
4. 地下水动力学的方法地下水动力学的研究方法包括实地调查和监测、数学模型和数值模拟等。
实地调查和监测是获取地下水动力学参数的重要手段，它可以通过地下水位观测、地下水采样和水文地质钻孔等方式进行。
数学模型是用数学方程描述地下水运动规律的工具，它可以通过建立地下水流动方程和边界条件来模拟地下水动力学过程。
数值模拟是利用计算机进行数学模型求解的方法，它可以通过数值计算得到地下水流动的详细分布和变化情况。
5. 第五版的新内容第五版的地下水动力学增加了对非饱和带地下水流动的研究内容，扩展了对地下水动力学参数测定方法的描述，更新了数值模拟和地下水动力学软件的应用案例。
此外，第五版还增加了对地下水动力学在地下水资源管理和环境保护中的应用示例，提供了实用的操作指南和技术要点。
地下水动力学中的基本概念.
地下水动力学中的基本概念
毛细水【capillary water】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。
其形成过程通常用物理学中毛细管现象解释。
分布在土粒内部相互贯通的孔隙,可以看成是许多形状不一,直径各异,彼此连通的毛细管。
编辑本段毛细水的种类支持毛细水
由于毛细力的作用,水从地下水面沿着小孔隙上升到一定高度,地下水面以上形成毛细水带,此带的毛细水下部有地下水面支持,故称支持毛细水。
毛细水带随地下水面的变化和蒸发作用而变化,但其厚度基本不变。
观察表明,毛细带水出来除了作
上述垂直运动外看,由于其性质似重力水,故也随重力水向低处流动,只是运动速度较为缓慢而已。
悬挂毛细水
地下水有细颗粒层次快速降到粗颗粒层次中时,由于上下弯液面毛细力的作用,在细土层中汇保留与地下水面不相连接的毛细水,这种毛细水称为悬挂毛细水。
孔角毛细水
在包气带中颗粒接触点上或许多孔角的狭窄处,水是个别的点滴状态,在重力作用下也不移动,因为它与孔壁形成弯液面,结合紧密,将水滞留在孔角上。
（完整版）地下水动力学知识点总结
（完整版）地下⽔动⼒学知识点总结基本问题潜⽔含⽔层的贮⽔能⼒可表⽰为Q=HF；承压含⽔层的贮⽔能⼒可表⽰为Q=HF；式中Q——含⽔层⽔位变化时H的贮⽔能⼒，H——⽔位变化幅度；F——地下⽔位受⼈⼯回灌影响的范围。
从中可以看出，因为承压含⽔层的弹性释⽔系数远远⼩于潜⽔含⽔层的给⽔度，因此在相同条件下进⾏⼈⼯回灌时，潜⽔含⽔层的贮⽔能⼒远远⼤于承压含⽔层的贮⽔能⼒。
⽔跃：抽⽔井中的⽔位与井壁外的⽔位之间存在差值的现象（seepage face）。
井损（well loss）是由于抽⽔井管所造成的⽔头损失。
①井损的存在：渗透⽔流由井壁外通过过滤器或缝隙进⼊抽⽔井时要克服阻⼒，产⽣⼀部分⽔头损失h1。
②⽔进⼊抽⽔井后，井内⽔流井⽔向⽔泵及⽔笼头流动过程中要克服⼀定阻⼒，产⽣⼀部分⽔头差h2。
③井壁附近的三维流也产⽣⽔头差h3。
通常将（h1+h2+h3）统称为⽔跃值.趋于等速下降。
113承压⽔井的Dupuit公式的⽔⽂地质概念模型(1)含⽔层为均质、各向同性，产状⽔平、厚度不变（等厚）、，分布⾯积很⼤，可视为⽆限延伸；或呈圆岛状分布，岛外有定⽔头补给；(2)抽⽔前地下⽔⾯是⽔平的，并视为稳定的；含⽔层中的⽔流服从Darcy’s Law，并在⽔头下降的瞬间将⽔释放出来，可忽略弱透⽔层的弹性释⽔；（3）完整井，定流量抽⽔，在距井⼀定距离上有圆形补给边界，⽔位降落漏⽃为圆域，半径为影响半径；经过较长时间抽⽔，地下⽔运动出现稳定状态；(4)⽔流为平⾯径向流，流线为指向井轴的径向直线，等⽔头⾯为以井为共轴的圆柱⾯，并和过⽔断⾯⼀致；通过各过⽔断⾯的流量处处相等，并等于抽⽔井的流量。
123承压⽔井的Dupuit公式的表达式及符号含义或式中，s w—井中⽔位降深，m；Q—抽⽔井流量，m3/d；M—含⽔层厚度，m；K—渗透系数，m/d；r w—井半径，m；R—影响半径（圆岛半径），m。
133Theim公式的表达式若存在两个观测孔，距离井中⼼的距离分别为r1，r2，⽔位分别为H1，H2，在r1到r2区间积分得：式中s1、s2分别为r1和r2处的⽔位降深。
地下水动力学资料
一：名词解释：1.多孔介质：在地下水动力学中，把具有空隙的岩石称为多孔介质。
2.贮水率：单位体积岩石柱体或含水层，水头上升一个单位所贮存的水量。
3.贮水系数：表示面积为一个单位时，厚度为含水层厚度M的含水层柱体中，当水头改变一个单位时，弹性释放所贮存的水量。
4.水力坡度：在地下水动力学中，把大小等于梯度值，方向沿着等水头面的法线，指向水头降低方向的矢量为水力梯度。
5.单宽流量：单位宽度的渗流量。
6.导水系数：当水力坡度为1时的单位流量称为导水系数。
7.流网：渗流场内，取一组流线和一组等势线组成的网格称为流网。
8.渗透系数：水力坡度为1时的渗流速度。
9.渗流率：把表征岩层渗透性能的参数。
10.边界条件：即渗透区边界所处的条件，用来表达水头在渗流区边界上所满足的条件，也就是渗流区内水流与其周围环境相互制约的关系。
11.初始条件：就是在某一点选定的初始时刻（t=0）渗流区内水头H的分布情况。
12.典型单元体用渗流场中某物理量的平均值近似代替整个渗流场的特征值的代表性单元体。
13.入渗强度：单位时间单位面积上的入渗补给量。
14.降落漏斗：总体上形成的漏斗状水头下降区。
15.井损：水头经过滤器的水头损失和在井管内部水的向上运动至水泵吸水口时的水头损失。
16.有效半径：由井轴到井管外壁某一点的水平距离。
17.水跃：潜水流入井中时也存在渗出面也也称水跃，即井壁水位高于井中水位。
18.叠加原理：可表达为和H1，H2...Hn是关于水头H的线性偏微分方程的特解，为任意常数，则由这些解的线性组合H=∑CiHi仍为原方程的解。
19.导压系数：渗透系数与贮水率之比。
20.越流：当含水层与相邻含水层存在水头关系时，地下水从高水头通过弱透水层向低水头含水层补给。
21.有效孔隙度：指有效空隙体积占多孔介质总体积之比。
22.给水度：地下水位下降一个单位深度，从地下水延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体在重力作用下释出的水量。
23.渗流：为研究地下水的整体运动特征而引入的一种假象水流，具有实际水流的运动特点，并连续充满整个含水层。
地下水动力学
贮水系数：面积为1单位面积，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。
用μ*表示。
渗透系数：水力坡度等于1时的渗透速度。
导水系数：水力坡度等于1时，通过整个含水层厚度上的单宽流量。
用T 表示。
各向同性：渗流场中某一点在各个渗透方向上具有相同的渗透系数，则介质是各向同性的。
孔隙度：指孔隙体积和多孔介质总体积之比。
贮水率：面积为1单位面积，厚度为1单位的含水层，当水头降低1单位时所能释出的水量。
用μs 表示。
给水度：表示单位面积的含水层，当潜水面下降一个单位长度时在重力作用下所能释放出的水量。
流网：在渗流场内，取一组流线和一组等势线组成的网格。
完整井：水井贯穿整个含水层，在全部含水层厚度上都安装有过滤器，并能全面进水的井。
不完整井：水井没有贯穿整个含水层，只有井底和含水层的部分厚度上能进水的井。
井损：水流流经过滤器的水头损失和在井内部水向上运动至水泵吸水口时的水头损失统称为井损。
稳定流：地下水运动要素不随时间变化。
水跃（渗出面）：当潜水流入井中时存在渗出面，又称水跃，即井壁水位高于井中水位。
潜水井流与承压井流的区别：(1) 潜水井流特征：①流线与等水头线都是弯曲的曲线，井壁不是等水头面，抽水井附近存在三维流，井壁内外存在水头差值；②降落漏斗位于含水层内部，水位降落漏斗的曲面就是含水层的上部界面，导水系数T 随时间t 和径向距离r 变化；③潜水含水层水位下降伴有弹性释水和重力疏干，为缓慢排水过程，抽水量主要来源于含水层疏干，称为潜水含水层的迟后效应。
(2) 承压水井流特征：①流线与等水头线在剖面上的形状不相同，等水头线近似直线，等水头面即为铅垂面，降深不太大时承压井流为二维流；②降落漏斗在含水层外部，成虚拟状态变化，但导水系数不随时间t 变化；③承压井流的抽水量来自承压含水层水头降落漏斗范围内由于减压作用造成的弹性释放，是瞬时完成的。
利用稳定流公式求参数时，为什么要至少要设一个观测井？利用观测井的降深资料按thiem 计算参数，既可以避开难以求准的R 值，又可减少抽水井存在井损的影响，求得的参数比较可靠。
岩土中的地下水动力学分析
岩土中的地下水动力学分析地下水动力学是岩土工程中的重要分析内容之一。
地下水动力学研究地下水的运动规律和特性，在工程设计和施工中起到关键作用。
本文将对岩土中的地下水动力学进行深入分析，并探讨其在实际工程中的应用。
一、地下水动力学概述地下水动力学是研究地下水运动规律和特性的学科，通过分析水流速度、水头分布、渗透性等参数，来揭示地下水流动的机理。
地下水动力学在岩土工程中具有重要意义，它对于水库、地铁、隧道等工程的设计和施工具有指导作用。
二、地下水动力学的基本原理1. 达西定律达西定律是地下水动力学的基本原理之一。
它认为地下水的流动速度与渗透系数和水力坡度成正比。
在岩土工程中，通过测量地下水流速和水头分布，可以利用达西定律计算地下水的渗透系数，从而判断渗流的强弱。
2. 渗透性渗透性是地下水动力学中的重要参数，它直接影响地下水的流动性质。
渗透性可以通过实验室试验和场地观测获得。
在岩土工程中，需要根据渗透性的大小来选择合适的抗渗措施，保证工程的安全。
3. 水力坡度水力坡度指地下水流动的水头差与流动距离的比值。
水力坡度越大，地下水流速越快。
在岩土工程中，合理设计水力坡度可以提高地下水流动速度，减小渗流压力，减少工程灾害的发生。
三、地下水动力学的应用1. 工程设计地下水动力学对工程设计具有重要影响。
通过对地下水流场的分析，可以预测工程建设过程中可能遇到的地下水问题，为工程设计提供依据。
例如，在水利工程中，需要根据地下水动力学的分析来确定水库的导流能力和坝体的抗渗性能。
2. 施工监测地下水动力学分析还可以用于工程施工的监测。
在岩土工程施工过程中，地下水对施工有着直接影响。
通过监测地下水的流速和压力变化，可以及时预警施工风险，采取相应的措施进行调整。
3. 地质灾害防治地下水动力学也对地质灾害防治起到重要作用。
通过分析地下水流场的变化，可以预测地质灾害的发生，并采取相应的防治措施。
例如，在山区隧道工程中，地下水动力学分析可以帮助工程师判断隧道施工过程中的地下水涌泉风险，从而采取相应的排水措施。
地下水动力学
地下水动力学一、名词解释1.渗透重力地下水在岩石空隙中的运动2.渗流不考虑骨架的存在，整个渗流区都被水充满，不考虑单个孔隙的地下水的运动状况，考虑地下水的整体运动方向，这是一个假想的水流。
3. 渗流量单位时间通过的过水断面（空隙、骨架）的地下水的体积。
4. 渗流速度单位通过过水断面（空隙、骨架）的渗流量。
5. 稳定流非稳定流渗流要素不随时间的变化而变化。
渗流要素随时间而变化。
6. 均匀流非均匀流渗流速度不随空间而变化。
非均匀流分为缓变流和急变流缓变流：过水断面近似平面满足静水压强方程。
急变流：流线弯曲程度大，流线不能近似看成直线过水断面不能近似平面。
7.渗透系数表征含水量的能力的参数。
数值上等于水力梯度为1的流速的大小8.导水系数水力梯度为1时，通过整个含水层厚度的单宽流量。
9.弹性释水理论含水层骨架压密和水的膨胀释放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。
10.贮水系数《率》当承压含水层水头下降（上升）一个单位时，从单位水平面积《体积》的含水层贮体积中，由于水体积的膨胀（压缩）和含水层骨架压密（回弹）所释放（贮存）的地下水的体积。
11.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，由于重力疏干而释放地下水的体积。
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含水岩石称为多孔介质，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.假想水流的密度、粘滞性、运动时在含水层的中所受阻力以及流量和水头都与真实的水流相同，假想水流充满整个含水层的空间。
4.在渗流中，水头一般是指测压水头，不同的数值的等水头面（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指向水头降低的方向的矢量，称为水力梯度。
[VIP专享]地下水动力学简介
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第一章 渗流理论基础
§1-1 渗流的基本概念
一、渗流及连续介质假说
1 多孔介质(porous medium)与连续介质(continuous medium) 多孔介质很难给出其精确定义，在地下水动力学中，把具有孔隙的岩石称为多孔介质。它包括孔隙介质和裂隙介
质。 一般来说，具有以下特点的物质就称为多孔介质。
为了使假想的渗流能够正确地反映实际水流的特征,渗流必须满足如下条件:(1)假想水流的性质与真实水流相 同;(2)假想水流运动时所受阻力与真实水流相同;(3)通过任一断面的流量和任一点的压力或水头和实际水流相同。
为了满足上述三个条件，要求渗流场（渗流运动所占据的空间）与实际水流所占区域的边界条件相同。 地下水实际平均流速（U）与渗流速度(V)之间的关系： V nU
（1）该物体为多相体：固体相-骨架，流体相-空隙； （2）固体相的分布遍及整个多相体所占据的区域； （3）空隙空间具有连通性。
多孔介质由连续分布的多孔介质质点(图 1-2)组成—多孔连续介质.此时孔隙度的表示公式为:
v0 --为数学点 P 处多孔介质的表征体积元（简称为表征体元-REV），将其所包含的所有流体质点与固体颗粒
n( p) lim vv vv v 0
的总体称为多孔介质质点.将其所包含的所有流体质点称为多孔V 的定义及孔隙度随体积的变化
多孔介质的性质： 1）孔隙性 2) 压缩性
2 渗透（seepage） 渗透:地下水受重力作用在岩石空隙中的实际运动称为渗透。
由于岩石空隙结构极为复杂,空隙的大小、延伸方向、形状无一定规律。 渗透具有如下特征:(1)运动途径复杂多 变；（2）状态函数非连续；（3）只有平均性质的渗透规律(图 1-1)，研究地下水质点的运动特征比较困难。因此,在 当前经济技术条件下研究单个孔隙中的水或单个水质点的运动是十分困难的,也没有必要。
地下水动力学中的一些基本概念
p 0 )] ，式中
V0 为初
1
程
始压强 P0 下水的体积， β 为水的压缩系数。
（2）密度变化：ρ = ρ 0 [1 + β ( p − p 0 )] ，式中ρ0 为初始压强 P0 下水的密
度。
1
孔隙度
Porosity 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。
g 为重力加速度。
1
总水头
Total head 测压管水头和流速水头之和。
渗流场内水头值相同的各点所连成的一个面，它可以是平面，也可为
1
等水头面ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
曲面，等水头面上任意一条线上的水头都是相等的。
1
等水头线
Groundwater contour 渗流场内等水头面与某一平面的交线，不同数值 的等水头线不会相交。
过程。
Seepage flow 是一种代替真实地下水流的、充满整个岩石截面的假想
水流，其性质（密度、粘滞性等）与真实地下水相同，充满整个含水
1
渗流
层空间（包括空隙空间和岩石颗粒所占据的空间），流动时所受的阻力
等于真实地下水流所受的阻力，通过任一断面及任一点的压力或水头
均与实际水流相同。
1
渗流场
Flow domain 假想水流所占据的空间区。
porous medium 指地下水动力学中具有孔隙的岩石，能够赋存流体且
1 多孔介质 流体可在其中运动，包括孔隙和裂隙岩层，也包括一些岩溶化比较均
匀的岩层。
pore medium 含有孔隙水的岩层；赋存流体且流体可在其中运动的孔
1
孔隙介质
隙岩层。
fissure medium 含有裂隙水的岩层；赋存流体且流体可在其中运动的
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three-dimensional flow 也称空间运动，地下水的渗透流速沿空间三个
1
三维流
坐标轴的分量均不等于零的渗流；水头、流速等渗流要素随空间三个
坐标而变化的水流。
Darcy’s Law 是描述以粘滞力为主、雷诺数 Re< 1~10 的层流状态下的
1
达西定律
地下水渗流基本定律，指出渗流速度 V 与水力梯度 J 成线性关系， V=KJ，或 Q=KAJ，为水力梯度等于 1 时的渗流速度。又称线性渗透
p 0 )] ，式中
V0 为初
1
程
始压强 P0 下水的体积， β 为水的压缩系数。
（2）密度变化：ρ = ρ 0 [1 + β ( p − p 0 )] ，式中ρ0 为初始压强 P0 下水的密
度。
1
孔隙度
Porosity 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。
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。
1
非线性渗流定 律
Non-linear seepage law 描述雷诺数大于 1~10 的流体的渗透流速与水力 坡 度 之 间 非 线 性 关 系 的 方 程 ， 包 括 Forchheimer 公 式 J=av+bv2, J=av+bvm, Chezy 公式 v=KcJ1/2。
层总厚度 M 与各层岩层厚度与渗透系数比值之和之比。因此 Kp>Kv。
flownet 渗流场内由一组流线和一组等势线所组成的网格。对各向同
1
流网
性介质组成正交网。
1
流线
Streamline 渗流场内处处与渗流速度矢量相切的曲线。
1
流线方程
υx = υy
Streamline equation 描述流线的方程式，亦即 vxdy—yydx=0； dx dy 。
中 Re 为雷诺数。
当液体的动力粘滞度为 0.001Pa.s，压强差为 101325Pa 的情况下，通过 1 达西（D） 面积为 1cm2、长度为 1cm 岩样的流量为 1cm3/s 时岩样的渗透率，记
为 D。
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，
1
尺度效应
K=K(x)。
1 导水系数 Transmisivity 是描述含水层出水能力的参数；水力坡度等于 1 时，通
正切与岩层渗透系数呈正比关系，即 tgθ1/tgθ2=K1/K2。 Tensor of hydraulic conductivity 表示透水性各不相同的薄层相互交错
1
渗透系数张量
组成的层状岩层渗透性能的参数；平行层面的等效渗透系数 Kp 为等效 导水系数 Tp 与岩层总厚度 M 之比；垂直层面的等效渗透系数 Kv 为岩
porous medium 指地下水动力学中具有孔隙的岩石，能够赋存流体且
1 多孔介质 流体可在其中运动，包括孔隙和裂隙岩层，也包括一些岩溶化比较均
匀的岩层。
pore medium 含有孔隙水的岩层；赋存流体且流体可在其中运动的孔
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孔隙介质
隙岩层。
fissure medium 含有裂隙水的岩层；赋存流体且流体可在其中运动的
1
主渗透系数
Major hydraulic conductivity 渗流场中沿主方向测得的渗透系数，分别 以 K1, K2, K3 表示。
1aw of seepage flow refraction 描述地下水流斜向穿过两种渗透性
1 渗流折射定律 岩层的分界面时流线发生折射的定律，指流线偏离分界面法线角度的
多孔介质压缩 Coefficient of compressibility 表示多孔介质在压强变化时的压缩性的指
1
系数
标，用α 表示；多孔介质固体颗粒压缩系数αs 和孔隙压缩系数αp 的关
系为 α=(1-n) αs+nαp≈nαp。
固体颗粒压缩
1
系数
表示多孔介质中固体颗粒本身的压缩性的指标，用αs 表示。αs<<αp。
1
裂隙介质
裂隙岩层。
1
岩溶介质
karst medium 含有岩溶水的岩溶化岩层；赋存流体且流体可在其中运 动的岩溶化若层。
1
骨架
Matrix 多孔介质中固体部分（固相）。
表示水的体积变化或密度变化与压强之间的关系式。
地下水状态方
（1）体积变化：V
， = V 0 e − β ( p − p 0 )
V
= V 0 [1 − β ( p −
分量，流线与某一固定平面呈平行的水流。
1 平面二维流 Two-dimensional flow in plane 由两个水平速度分量所组成的二维流。
1
剖面二维流
two-dimensional flow in section 由一个垂直速度分量和一个水平速度 分量组成的二维流。
1
单宽流量
Discharge per unit width 渗流场中单位宽度的渗流量，等于总流量 Q 与 宽度 B 之比，q=Q/B。
REV/ Representative Elementary Volume 又称代表性单元体，是渗流场
1 典型单元体 中其物理量的平均值能够近似代替整个渗流场的特征值的代表性单元
体积。
Cross-sectional area 渗流场中垂直于渗流方向的任意一个岩石截面，包 1 过水断面 括空隙面积和固体颗粒所占据的面积。渗流平行流动时为平面。弯曲
1 均质岩层 Homogeneous strata 渗流场中所有点都具有相同参数的岩层。
1
非均质含水层
inhomogeneous strata 渗流场中所有点不都具有相同参数的岩层，渗透 系数 K=K(x,y,z)，为坐标的函数。
1
各向同性岩层
Isotropic strata 渗流场中某一点的渗透系数不取决于方向，即不管渗流 方向如何都具有相同渗透系数的岩层。
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
1 压力水头 水的压强，量纲为 L，即：h =P/ γ，式中 P 为该点水的压强；γ为水的
容重。
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 1 速度水头 的高度，量纲为 L，即 h =v2/2g，式中 v 为地下水在该点流动的速度；
地下水动力学中的基本概念
Groundwater dynamics 研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石和岩溶（喀斯
特）岩石中运动规律的科学，它是模拟地下水流基本状态和地下水中 1 地下水动力学 溶质运移过程，对地下水从数量上和质量进行定量评价和合理开发利
用，以及兴利除害的理论基础。主要研究重力水的运动规律。
delayed drainage（滞后给水）在潜水含水层中抽水时潜水位下降后
1
延迟给水
其上部新形成的包气带重力水缓慢逐渐排出的现象。
含水层弹性释 elasticity release of aquifers 在含水层中抽水，因水头（水位）下降水
1
放
的压力减少颗粒间有效应力增加使岩层骨架压缩和水体积膨胀的释水
位：m/d 或 cm/s。
1
渗透率
Intrinsic permeability 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。
Reynolds number 判断水流呈层流和紊流状态的指数。其值为管内惯
1
雷诺数
性力与粘滞力的比值，地下水渗透速度（v）、含水介质颗粒平均粒径 （d）呈正比，与地下水运动粘滞系数（γ）呈反比，即 Re =vd/ γ，式
1
孔隙压缩系数
Compressibility of the pores of a porous medium 表示多孔介质中孔隙的 压缩性的指标，用αp 表示。
storativity 又称释水系数或储水系数，指面积为一个单位、厚度为含水
1
贮水系数
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。μ∗ = μs Μ。
1
各rata 渗流场中某一点的渗透系数取决于方向，渗透系数随 渗流方向不同而不同的岩层。
Principal direction 各向异性介质中的水力坡度和渗流速度的方向是不
1
主方向
一致的，但在三个方向上两者是平行的，而且这三个方向是相互正交
的。这三个方向就称为主方向
过程。
Seepage flow 是一种代替真实地下水流的、充满整个岩石截面的假想
水流，其性质（密度、粘滞性等）与真实地下水相同，充满整个含水
1
渗流
层空间（包括空隙空间和岩石颗粒所占据的空间），流动时所受的阻力
等于真实地下水流所受的阻力，通过任一断面及任一点的压力或水头
均与实际水流相同。
1
渗流场
Flow domain 假想水流所占据的空间区。
1
有效孔隙
Effective pores 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。
1
有效孔隙度
Effective Porosity 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。
1
死端孔隙
Dead-end pores 多孔介质中一端与其它孔隙连通、另一端是封闭的孔 隙。
定律。它反映了渗流场中的能量守恒与转换定律。
1 线性渗透定律 见达西定律。
Coefficient of permeability, hydraulic conductivity 也称水力传导系数，是