第5章 地下水的运动基本规律精品PPT课件

➢ 5.流线、等水头线和流网 流线 同一时刻不同液流质点的连线，且各质点的
渗透速度矢量均和该线相切；(流线间互不相交)
迹线 某一质点连续运动的轨迹。稳定流迹线流线重合。
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图5.1-5 流线和迹线
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等水头面 渗流场中水头值相等的点所构成面；
等水头线 等水头面与平面或剖面的交线 。由于等水 头线上各点的水头值相同，渗透速度在等水头线方向 上无分量，故等水头线与流线必正交。
头损失值叫水力坡度（I），用导数形式表示，即：
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I dH dS
dl
dH
ds
▽H1
▽H2
图5.1-.3 潜水含水层剖面图
水头线为曲线时：
O
O’
L
图5.1-.4 承压含水层剖面图
水头线为直线时：
Isin tg dH
dL
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I H1 H2 L
2.渗透速度和实际流速
渗流在其过水断面上的平均流速称为渗透速度
（或渗流速度），即
v Q W
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5.1-1
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v—渗透速度(m/d , m/s)
w—过水断面面积（该断面上颗粒和空隙的总 面积） ( m2 )
Q—渗透流量，简称流量，即单位时间内通过过水 断面的渗流体积。它与实际水流通过该过水断面 的流量相等（ m3/d , l/s）
第5章 地下水的运动基本规律
第5章 地下水运动的基本规律
5.1 基本概念及基本定律 一、基本概念 液体运动要素—渗流的压强、速度和加速度等。 1.渗透和渗透水流 地下水在岩石空隙中的运动称为渗透 真实水流（仅在岩石空隙中） 假想水流（充满含水层）渗透水流 ①不考虑渗透迂回曲折，只考虑水流主要方向 ②不考虑颗粒骨架占据的空间，假想水流充满全部空间
非均匀流 二维流（平面流） 三维流（空间流） 总称非均匀流
图5.1-9
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图5.1-10
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二、地下水运动的基本规律
（一）线性渗透定律（Darcy定律）
1.达尔西渗透实验Q∽ W h
l
写为等式 Q K I W
或v K I
渗透速度v —渗流在其过水
断面上的平均流速；
某点渗透压强的大小用水柱高度表示，则该高度称为
测压管高度。
h p
h
h
h
H
A
Z
HA
O
O’
Z
O
B
30.11.2020 图5.1-2 潜水含水层和承压含数水字区层1的116渗透压强、渗流水头表示法
O
‘
4.水头和水力坡度 在水力学中总水头H为：
p u2
HZ
2g
式中：
Z— 位置高度；α—动能修正系；g—重力加速度；
雷诺试验
➢Re= ρud/μ = ud/ν ➢ d —管径； ➢μ—动力粘滞系数； ➢ν—运动粘滞系数。
图5.1-6 雷诺试验动画图a
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图5.1-6 雷诺试验动画图b
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图5.1-6 雷诺试验动画图c
实际流速是地下水流在岩石空隙中的实际平均 流速，即实际流速 u ：
u Q Q
(n为 岩 石 空 隙 度表，示 ) 以 小
W nW
渗透速度与实际流速关系 v = n ·u
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3.渗透压强与测压管高度
静水压强、动水压强
地下水流的动水压强渗透压强。
地下水运动多为渐变流，且流速慢，故某一过水断 面渗透压强可视为静水压强分布。
流网 渗流场中由等水头线和流线所构成的正交网络。
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图5.1-6 潜水含水层和承压含水层的流网
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流网图1
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流网图2
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流网图a
流网图b
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流网图c
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流网图d
6.渗流的分类
总水头=位置水头+压力水头(测压管高度)+速度水头
地下水实际流速很小，速度水头可忽略，这时：
总水头≈测压管水头，即：
H Z p
水头线 即总水头线（测压管水头线）， 潜水面与水 流方向剖面相交的曲线就是水头线，也称浸润曲线。
地下水在渗透过程中，由于不断克服阻力而消耗机
械能，出现水头损失。沿渗流方向单位渗透途径上的水
渗透流量Q — 单位时间内通过 过水断面的渗流体积；
水力坡度 I —渗流在单位 距离上的水头损失；
渗透系数K —单位水头损失所具
有的渗透速度。
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图5.1-11 达西试验装置
达尔西公式：Q=K·I·w 或 v=K·I
实际流速u=v/n即u>v（渗透速度）
由于水力坡度I是变化的， Darcy定理常用下式表示：
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➢ 圆管液流的临界Re≈2000 ； ➢ 明渠和天然河道的临界Re ≈ 500； ➢ 地下水层流与紊流的临界雷诺数 Re≈7～9 2.稳定流、非稳定流 ➢ 稳定流运动 在流场中，任何空间点的运动要素
都不随时间变化的渗流。
➢ 非稳定流运动
3.均匀流、非均匀流、渐变流 ➢ 均匀流 运动要素沿流程不改变的水流，这时水流
为使假想的水流能正确反映真实水流的情况，假想 水流必须符合如下几点：
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①对同一过水断面，假想水流的流量等于通过该过水 断面真实水流的流量；
②作用于任一面积上的假想水流的压力等于真实水流 的压力；
③假想水流在任意体积内所承受的阻力和真实水流所 承受的阻力相同；
满足上述条件的假想水流称为渗透水流，简称渗流。
1.层流和紊流（据水流的流动状态） 层流 液体质点作有秩序的互不混杂的流动 称为层流；
紊流 液体质点作无秩序的互相混杂的流动 称为紊流。
水流速度慢呈层流，流速度快时转变为紊流。
雷诺试验 可确定由层流转变为紊流的临界速 度，并以无量纲的临界雷诺数来划分。
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来自百度文库 h
的过水断面（垂直与液流断面）的形状、大小以及 方向都不能沿流程改变。否则为非均匀流。
➢ 渐变流：流线弯曲很小、近似直线，相邻流线之间 夹角很小、近似于平行 。
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均匀流又称 一维流（单向流） 、线性流；
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图5.1-7 均匀流 (一维流)
图5.1-8 非均匀数流字区11119