地下水动力学

地下水动力学
地下水动力学主要是研究地下水在孔隙含水层，裂隙含水层及喀斯特含水层中运动规律的科学。

地下水动力学着重研究地下水向井的稳定运动和非稳定运动理论及地下水在含水层中的稳定运动和非稳定运动。

地下水运动特征及规律的研究是以数学，物理学及水力学等学科的成就为基础，应用数学分析和模拟试验等一系列的研究方法进行的。

地下水运动的实际速度总是大于其渗流速度
渗透：地下水在空隙介质的空隙中运动，空隙介质是指由固体骨架和相互沟通的孔隙或裂隙（包括溶蚀裂隙等）两部分组成的整体。

地下水受重力作用在空隙介质中的运动称为渗透。

渗流：不考虑骨架，认为空隙及骨架所占的空间全都可为水流所充满；不考虑地下水实际运动途径的迂回曲折，运动方向多变，只考虑运动的总体方向，把这种概化了的假想水流称为渗流。

渗流量：单位时间通过过水断面的水量
渗流速度：通过单位过水断面的流量
流速水头：由液体的运动速度产生的水头高度。

研究地下水运动时，可略而不计
水力坡度：J=—dL
dH 渗流通过该点单位渗流途径长度上的水头损失。

（随着渗流途径增加，水头值减小，则水头值增量dH 沿渗流运动方向为负值）
流线：在给定时刻，于渗流场中绘制的一些曲线，曲线上各点处的渗流速度向量均与该点处的曲线相切
等水头线：渗流场中水头值相等的各点联成的面称为等水头面，在剖面上表现为等水头线 流网：在渗流场中，由流线和等水头线组成的网格称为流网
一维流：在流线相互平行的渗流场中，可选择坐标系中任一坐标轴与渗流速度向量一致，此种情形下的渗流为一维流；二维流：各点的速度向量均与某一平面平行；三维流：又称空间流，各点的速度向量相互之间不平行
渗透系数：表征含水介质透水性能的重要水文参数，是与空隙介质的结构特点（n 和d ）及
水的性质（γ和μ）相关的量K=n 322d μ
γ 渗透率：反应空隙介质本身的透水性能322nd
渗透主方向：通常将渗透性能最强的方向与渗透性能最弱的方向称为渗透的主方向
均质各向异性运动特征：在均质各向异性介质中任一点的流线相对于等水头线的法向要产生偏转，且偏向主渗透系数大的主方向。

贮水系数：当水头降低（或升高)一个单位时，从单位水平面积含水层柱体中，由于水的弹性膨胀（或压缩）及含水层的弹性压缩（或膨胀）所释放（或贮存）的水量。

贮水率：当水头降低（或升高)一个单位时，在单位体积的含水层中，由于水的弹性膨胀（或压缩）及含水层的弹性压缩（或膨胀）所释放（或贮存）的水量。

导水系数：单位水力坡度，单位时间通过单宽介质的水量，是表示岩土层输水性大小的指标。

地下水向干扰井群叠加原理：干扰井群工作时，于任一点处产生的降深值，等于各井单独工作时于该点处产生降深值的代数和
有界含水层：指含水层的侧向有隔水边界或供水边界
越流：抽水时，水头降低以后，相邻含水层中的水可以通过弱透水层补给抽水层；当组成弱透水层的物质是一些细颗粒的沉积物时，由于它们有较大的压缩性，所以当其中的水头降低以后，也会释放出大量贮存的水，从而增加对含水层的补给，两种现象及其综合作用称为越流
越流系数（阻越流系数）：B，弱透水层的渗透系数愈小，厚度愈大，则B愈大，说明阻止越流的可能性越大。

完全不透水的岩层，B应为无穷大。

越流系数（漏水率）：当抽水层与补给层之间的水头差为一个单位时，通过抽水层与若透水层的单位界面面积上的流量。

延迟给水（滞后疏干）：在潜水含水层中抽水时，重力排水使水位下降，在潜水面的上部形成非饱和带（包气带)，由于毛细作用，致使非饱和带水的运动总是滞后于饱和带水的运动，所以潜水含水层中水的释放不能瞬时完成的现象。

地下水向承压非完整井运动与向完整井运动差别：地下水向非完整井运动时，由于井的非完整性造成水流为三维流，从而产生地下水向完整井运动时不具有的附加阻力
井损值（水头损失）包括：水流通过滤水管时，由于滤水管的摩擦引起的水头损失；水流进入滤水管后，水流方向偏转引起的水头损失；水流进入吸水设备被抽到井口引起的水头损失含水度（率）：表示单位体积含水介质中所含水的体积。

饱和度（率）：土体中孔隙水体积与孔隙体积之比值
容水度（率）：岩土中所能容纳的最大的水体积与岩土体体积之比,以小数或百分数表示。

双重介质：孔隙和裂隙共生的含水介质
吸附与解吸：吸附：液相中含有某种示踪剂的离子时，其中一些离子可能被吸附到固体表面上，从而降低了原状水中示踪剂的浓度；解吸：固相中含有的示踪剂离子也可能通过固相的表面进入原状水，从而增加了原状水中示踪剂的浓度
含水层概化：均质各向同性，均质各向异性及非均质各项同性，非均质各向异性
渗流的运动要素：渗流速度，渗流量，渗流压强，水头，水力坡度
渗流分类：稳定流和非稳定流；有压流和无压流；缓变流和急变流；一维流，二维流和三维流
地下水运动模型：形象模型，模拟模型，数学模型，概念模型
地下水向井中运动的规律影响因素：含水层的类型；含水层的边界条件；单井与干扰井群；井的结构
附加阻力系数ξ值影响因素：井的非完整程度；计算断面到抽水井的相对距离；滤水管放置的位置
弥散：由于地下水运动和含水层的各向异性而引起的混合作用。

由于孔隙中流速相对于平均流速变化而引起的示踪剂扩散称为机械弥散(对流扩散），包括：纵向扩散和横向扩散；分子扩散：由于示踪剂在浓度梯度下要由高浓度处向低浓度处迁移
总水头：H=z+γp +g U 22
z 为位置水头 z+γp
为测压水头 g U 22流速水头
达西定律：Q=K ω
L
H H 21- Q=流量 K=均质砂渗透系数 ω过水断面面积 水流平行非均质岩层界面时计算单宽流量的公式：q=L
H M K m ∆ 泰斯公式：s=T Q π4W （u) 雅各布公式:s=S r Tt g T Q 225.2l 43.2π 雅各布公式与泰斯公式相比，其误差值如下：当u ≦0.01时，误差≦0.25%，u ≦0.05时，误差≦2%；u ≦0.1时，误差≦5% 承压完整井裘布衣公式;Sw=r w R T Q lg 366.0 Q=w
w r R Ts lg 732.2 影响半径R: R=4S Tt (承压水时） R=4n
t Kh 0（潜水时） 井抽水量与井水位降深经验公式：直线型 Q=q w s 抛物线型 w s =aQ+b 2Q
幂函数曲线型 Q=m w s q /1
0 对数曲线型 Q=a+blg w s 承压含水层中地下水一维稳定流运动：21022;;;;;;;;;;0H H H H dx H d L x x =====
渗流满足条件：通过任一过水断面（与渗流运动方向垂直的含水层断面）的渗流量等于通过该断面的实际水流的流量；作用于任一面积上的渗流压力或压强等于作用于该面积上的实际水流的渗透压力或压强；渗流通过任一体积所受到的阻力与实际水流通过该体积所受到的阻力相等。

渗流折射定律：2
121θθtg tg K K = 1.K1=K2时，则θ1=θ2，在均质岩层中流线不产生折射现象 2.K1≠K2，θ1=0，θ2亦为0.即当渗流垂直流经非均质界面时界面运动时，，流线不产生折射
3.K1≠K2，θ1=90，θ2亦为90.即渗流沿非均质岩层，流线不发生折射
4.K1≠K2，渗流方向与界面斜交时流线产生折射。

K1与K2相差愈大，θ1与θ2相差也愈大
配线法步骤：在坐标纸上用表数据绘制W （u)-1/u 曲线；在与绘制理论曲线相同模数的双对数坐标纸上，取纵坐标为s ，横坐标为t ，用抽水试验资料绘出降深历时曲线；在保持各对应坐标轴互相平行的前提下，移动二坐标纸，使实测的降深历时的实测数据点均匀地落在理论曲线的两侧。

任选一点，在两张相重合的双对数坐标纸上取：W （u),1/u,s,t 。

根据 T=s Q π4W （u) S=u
r Tt 1
42确定T ，S. 映射（镜像）原理：把边界当作一面“镜子”来映射实际存在的井（实井），在“境”内（急边界的另一侧）对称位置上成像得一虚构的井（虚井），以虚井代替边界的作用。

满足要求:实井与虚井的位置对称于边界；实井与虚井的工作强度相等；虚井的工作性质取决于边界的性质；虚井与实井的结构相同；虚井与实井同步工作
地下水分水岭判断：有均匀渗入补给时，在河间地块范围内可出现地下水分水岭；地下水分水岭的位置随边界断面的水位h1和h2的相对关系不同而异，它始终位于高水位边界断面一侧，唯有当h1=h2时，地下水分水岭位于河间地块的中央；由于存在地下水分水岭，渗流的流向可不同，视断面相对地下水分水岭的位置而异；沿渗流运动方向，含水层不断得到渗入补给，因而通过任一过水断面的流量不等，断面距地下水分水岭断面越远，通过该断面的流量越大；当两侧向边界断面的水位相差较大时，在河间地块中可不存在地下水分水岭。

读图题
不同断面处s=f （lnt)曲线
降深s 随着离抽水井距离r 的增大而减小，随着时间t 的延长而增大
对同一时间t ，近井轴处的水头下降快，远离井轴处的水头下降慢
经过一定时间抽水后，抽水井附近的降落漏斗曲面近乎等速下降
当t 一定时，通过各过水断面的的流量是不等的，且随距离r 的减小而增大
计算题
一侧向无限分布的承压含水层，其导水系数T=20002m /d ，贮水系数S=2*4
10-。

有一完整生产井以抽水量Q=31403m /d 进行开采。

试计算距井300m 处，开采10,20,30d 时的降深。

解：泰斯公式 s=T Q π4W （u) ； u=Tt
S r 42 t
Q π4=3140/(4*3.14*2000)=0.13m t1=10d 时 S1=0.13W(10
*2000*410*2*3004
2-)=1.01m
地下水分水岭计算
x x L K W x L h h h h )(22212
1
2-+--= x=a a=L
h h W K L 2222210-- h1=h2时，a=1/2 L ，地下水分水岭居中
a 为正值，有地下水分水岭，地下水补给地表水，不发生地表水经河间地块向邻谷渗漏 a=0,分水岭位于高水位边界断面处
a 为负值，河补给地下水，地表水经河间地块向邻谷渗漏。