水文地质学课件——第三章 地下水的运动

基本概念 （一）渗流与渗透
• 渗流－－也指地下水在岩石空隙中的运动。只 不过渗流是岩石中假象存在的水流，其特点是 在整个含水层过水断面上，水流质点是连续的， 基本上是均匀的。
• 所以，其实渗流就是渗透。
• 为了便于研究地下水的运动而划分为渗 透和渗流。渗流是渗透的理想模型。
渗 透 与 渗 流 示 意 图
1、线状流：一维流； 2、平面流：二维流； 3、空间流：三维流。
二、线性渗流定律－－达西定律
法国水利学家达西创立的达西定律，也称为层 流渗透定律，也称为线性渗流定律。即为层流 －－线性水流，也就是为水质点排列有序，只 有一个方向时，即层流－－线状流的水流定律。
• 达西定律是研究地下水运动的主要实验法则， 它的具体内容为：
1. 层流－－水流质点排列有序，互不混杂。 这种水流的方向基本上是固定不变的，是 均匀的。
渗 透 与 渗 流 示 意 图
层流和紊流
• 2、紊流－－水流质点排列不规则，无秩序的， 互相混杂，这种水流称为紊流。水流方向不固 定，多变而不均匀。
地下水在岩石空隙中渗透时有两种情 况，一是层流，二是紊流。
渗 透 与 渗 流 示 意 图
（二）层流和紊流
地下水在岩石空隙中渗透时有两种情况，一 是层流，二是紊流。
1. 层流－－水流质点排列有序，互不混杂。这种 水流的方向基本上是固定不变的，是均匀的。
2. 紊流－－水流质点排列不规则，无秩序的，互 相混杂，这种水流称为紊流。水流方向不固定， 多变而不均匀。
渗透定律。
达西公式中各项要素的含义
4、达西定律的适用范围
三、非线性渗透定律 即紊流和混合流渗透定律
将达西定律变换考虑，水力坡度的变化 较为复杂，即流动状态较为复杂，因此将达 西定律用幂函数式表达，当幂指数m为1时， 即为达西定律；当m为2时，为紊流渗透定律；
当m介于1-2之间时，为混合流定律。
四、流网
渗流量＝渗透系数×过水断面×水力坡度
Q =K
×ω
×I
也可以表达成另外一种形式，即为：
渗流速度＝渗透系数×水力坡度
v
=K
×I
因为流量＝流速×过水断面，所以
Q=KωI
ωv=KωI
v=KI
• 因此，达西定律为计算地下水的流量、流速的 一个经验公式。
• 达西定律表明： 渗流速度＝渗透系数×水力坡度 v=KI 式中v与I的一次方成正比，故称达西公式为线性
二、达西定律的含义、内容及适用范围有 哪些？
三、何为非线性渗透定律？它和达西定律 有何关系？
四、简述包气带的水分分布及运动特征。
（三）稳定流和非稳定流
稳定流－－水在渗流场内运动时，各运
动要素不随时间而改变时称稳定流， 也就是流速、流量基本不变时称稳定 流。
非稳定流－－水在渗流场内运动时，各
运动要素随时间变化而改变的水流称 为非稳定流，也就是流速、流量均在 不断地变化时称非稳定流。
（四）渗流的空间变化类型：即地 下水运动的空间变化类型： 主要有三种类型
• 重力水：在自身重力作用下产生运动的水。
在岩石和松散物质的空隙中，重力水在重力作
用下产生运动称渗流(渗透) 。
第一节 重力水的运动
一、基本概念 （一）渗透与渗流
• 渗透－－Βιβλιοθήκη Baidu地下水在岩石空隙中的运动。 渗透是岩石中实际存在的水流，其特点 为在整个含水层过水断面上，水流质点 是不连续的。
渗 透 与 渗 流 示 意 图
（一）、含义 （二）、重要性
第三节 包气带水的运动规律
• 一、毛细水运动及其水文地质意义 • 包气带中毛细水的运动： • 毛细水运动的水文地质意义： • 1）对地下水渗透补给和蒸发的影响； • 2）对地下水土污染的影响。
包气带
饱水带
包气带
饱水带
地下水面
二、包气带水分分布及其运动特征
• （一）包气带 水分分布；
第三章 地下水的运动
我们已经知道，地下水以不同形式（气态水、 固态水、吸着水、薄膜水、毛细水和重力水等） 存在于岩石的空隙中。除了吸着水以外，其它几 种水在包气带和饱水带中都参加了运动。因此， 地下水是运动着的。
液态水的运动
• 毛细水：在毛细作用下运动的水。岩石颗粒
表面和空隙壁面在静电吸引作用下，会吸附水 分子 。这类水束缚于颗粒表面及空隙壁面， 不能在自身重力作用下运动。而且还可逆重力 而运动（毛细运动）。
• 地表以下： • 气态水 • 吸着水 • 薄膜水 • 毛细水 • 地下水面
包气带（水）
包气带
饱水带
包气带
饱水带
地下水面
包气带水分分布及其运动特征
• （一）包气带水分分布见前页； • （二）运动特征：
复习参考题
一、解释下列名词
渗透 渗流 层流 紊流 稳定流 非稳定流 线状流 平面流 空间流 流网 水力坡度
渗流是渗透的理想模型
• 渗流－－也指地下水在岩石空隙中的运 动。只不过渗流是岩石中假象存在的水 流，其特点是在整个含水层过水断面上， 水流是连续的，基本上是均匀的。
• 所以，其实渗流就是渗透。为了便于研 究地下水的运动而划分为渗透和渗流。 渗流是渗透的理想模型。
（二）层流和紊流
地下水在岩石空隙中渗透时有两种情况， 一是层流，二是紊流。