上節(jié)回憶第四章地下水的運(yùn)動第四章地下水的運(yùn)動1、曲折復(fù)雜的地下水通道地下水儲存并運(yùn)動于巖石顆粒間像串珠管狀的孔隙和巖石內(nèi)縱橫交錯(cuò)的裂隙之中，由于這些空隙形狀、大小和連通程度的變化，造成地下水水流通道十分復(fù)雜。第一節(jié)地下水運(yùn)動特點(diǎn)第一節(jié)地下水運(yùn)動的特點(diǎn)2、緩慢的流速地表水流速通常以m/s來計(jì)算，其流速通常大于1m/s，而地下水在曲折的地下通道中運(yùn)行，受到非常大的阻力，因而流速非常緩慢，常以m/d來表示。第一節(jié)地下水運(yùn)動特點(diǎn)3、層流和紊流地下水的運(yùn)動形式一般分為兩種：一種是層流運(yùn)動，一種是紊流運(yùn)動。地下水在巖石空隙中的運(yùn)動速度比地表水慢得多，除了在寬大裂隙或空洞中具有較大速度而成為紊流外，一般都為層流。第一節(jié)地下水運(yùn)動特點(diǎn)4、非穩(wěn)定、緩變流運(yùn)動穩(wěn)定流運(yùn)動－滲流場中地下水各運(yùn)動要素不隨時(shí)間而變化的運(yùn)動。非穩(wěn)定流運(yùn)動－滲流場中地下水運(yùn)動要素隨時(shí)間而變化的運(yùn)動。緩變流動－流線彎曲度很小而近似直線、相鄰流線間夾角很小而近似平行、各過水?dāng)嗝娼破矫妗⑼贿^水?dāng)嗝嫔细鼽c(diǎn)水頭近似相等的地下水流動。過水?dāng)嗝媪骶€緩變流動第一節(jié)地下水運(yùn)動特點(diǎn)介質(zhì)：地下水賦存于巖土的空隙中，并在其中運(yùn)動。我們將賦存地下水的巖土稱為介質(zhì)。滲透：地下水在巖土空隙中的運(yùn)動稱為滲透。第一節(jié)地下水運(yùn)動特點(diǎn)第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律一、滲透水流實(shí)際水流滲透水流第二節(jié)地下水運(yùn)動的根本規(guī)律一、滲透水流〔1〕不考慮滲流途徑的迂回曲折，只考慮地下水流的主要流向。〔2〕不考慮巖土的顆粒存在，假想滲透水流充滿全部空間〔包括骨架〕。兩個(gè)假設(shè):第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律假設(shè)水流必須符合以下條件：對于同一過水?dāng)嗝妫傧胨鞯牧髁康扔谕ㄟ^該斷面的真實(shí)水流流量；作用于任一面積上的假想水流的壓力等于真實(shí)水流的壓力；假想水流在體積內(nèi)所受的阻力和真實(shí)水流所受的阻力相同。滲透水流，簡稱滲流第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律滲流所占據(jù)的空間區(qū)域稱為滲流場。滲流場可用滲流量Ｑ、滲流速度v、水頭Ｈ等運(yùn)動要素描述。據(jù)滲流特點(diǎn)：滲流場中過水?dāng)嗝姒匕ǖ叵滤畬?shí)際流過巖土空隙面積〔ｎω〕和骨架所占的面積。而流量Ｑ相同。滲流速度v和地下水實(shí)際速度ｕ，二者關(guān)系為:由于空隙度ｎ＜１，故v永遠(yuǎn)<ｕ。第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律水頭和流網(wǎng)在滲流中，地下水的實(shí)際流速非常緩慢，每晝夜只有幾m、幾十m，最大也不超過1000m，流速水頭小，可忽略。地下水運(yùn)動可近似認(rèn)為總水頭在數(shù)值上等于測壓管水頭。簡稱水頭。圖4-5流網(wǎng)示意圖在滲流場中，把水頭值相等的點(diǎn)連成線或面就構(gòu)成了等水頭線或等水頭面。流網(wǎng)是由等水頭線和流線所組成的正交網(wǎng)格。流網(wǎng)直觀地描述了滲流場〔或流速場〕的特征。它可以是正方形、長方形或曲邊方形。第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律水流類型一維流任意點(diǎn)的水力坡度均相等〔圖4-6a〕；二維流中所有的流線都與某一固定平面平行，與這平面平行的各個(gè)平面特點(diǎn)均相同，研究了某一個(gè)平面上滲流的變化時(shí)，整個(gè)滲流場的變化就掌握了。如果這個(gè)平面是鉛直的面那么稱為剖面二維流〔圖ｂ〕；如果這個(gè)平面是水平的那么為平面二維流〔圖ｃ〕；三維流中找不到任何一個(gè)固定平面能與所有流線平行。如在河轉(zhuǎn)彎處的潛水運(yùn)動〔圖ｄ〕。地下水流運(yùn)動的驅(qū)動力是什么？其流動的速度與什么有關(guān)？思考：第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律丁祖榮.誰是19世紀(jì)實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的代表人物——紀(jì)念亨利·達(dá)西誕辰210周年1、達(dá)西公式：法國亨利?達(dá)西：建立管道流動達(dá)西公式(1858年)、滲流定律(1856年)及與巴贊一起設(shè)計(jì)和實(shí)施人工明渠實(shí)驗(yàn)(1855-1857年)等2、達(dá)西定律：3、人工明渠實(shí)驗(yàn)曼寧公式二、達(dá)西定律第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律達(dá)西實(shí)驗(yàn)水由定水頭供水容器向砂柱內(nèi)注入，在砂土中滲流，滲流通過砂土的能量損失，可由與筒內(nèi)壁連通的測壓管測得。調(diào)節(jié)改變供水容器高度進(jìn)行屢次實(shí)驗(yàn)，單位時(shí)間接水器皿量出水量獲得流量，每次實(shí)驗(yàn)流出的水量不同時(shí)，測壓管上反映出的水頭差也不相同。這些點(diǎn)連線呈大致直線達(dá)西定律，又稱線性滲透定律實(shí)驗(yàn)結(jié)果：滲流量或滲流速度與水力坡降成正比第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律用微分來表示，即：此流速是假想水流的流速，實(shí)際水流的流速，根據(jù)過水?dāng)嗝婵傻?/p>

第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律達(dá)西定律的實(shí)質(zhì)是水流在流動過程中消耗的能量與流速和滲流長度成正比，與含水層的滲透系數(shù)成反比。第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律達(dá)西定律的適用范圍當(dāng)雷諾數(shù)Re<10時(shí)，適用；當(dāng)雷諾數(shù)Re>10時(shí)，不適用；在天然情況下，絕大多數(shù)地下水運(yùn)動服從達(dá)西定律。第二節(jié)地下水運(yùn)動規(guī)律一、地下水取水構(gòu)筑物的根本類型

第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動二、地下水流向潛水完整井

潛水完整井的徑向流潛水含水層的頂部是潛水面，在非穩(wěn)定滲流的過程中潛水面的位置在不斷變化中，因此要精確處理這類問題比較困難，但實(shí)際問題中，地下水流接近水平流動，潛水面也比較平緩.因此，可作出一定假定條件來近似求解，即裘布衣假定。第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動天然水力坡度為0，井附近水力坡度<1/4；含水層是均質(zhì)各向同性的，含水層的底板是隔水的；抽水時(shí)影響半徑范圍內(nèi)無滲入、無蒸發(fā)，每個(gè)過水?dāng)嗝媪髁肯嗤?，影響半徑以外的區(qū)域流量為0，影響半徑的圓周上是定水頭邊界；抽水井內(nèi)及附近都是二維流。裘布衣假設(shè)：第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動潛水完整井穩(wěn)定流計(jì)算公式的推導(dǎo)由達(dá)西公式：過水?dāng)嗝妫害?2πxy

近似等于圓柱側(cè)面積水力坡度：I=dy

/dx地下水流動過程中為變量那么任意過水?dāng)嗝嫠浚篞=K·2πx·y·dy/dx，將上式別離變量并積分第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動潛水完整井穩(wěn)定流計(jì)算公式的意義：①求含水層滲透系數(shù)K；②

預(yù)計(jì)潛水完整井出水量Q。

第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動三、地下水流向承壓完整井

承壓水完整井穩(wěn)定流計(jì)算公式的推導(dǎo)假設(shè)條件與潛水根本相同。承壓水完整井穩(wěn)定流計(jì)算公式的推導(dǎo)第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動承壓完整井穩(wěn)定流計(jì)算公式的推導(dǎo)將上式別離變量并積分將上π值代入整理：因?yàn)閟=H-h，那么有：承壓水完整井穩(wěn)定流計(jì)算公式可用來計(jì)算含水層滲透系數(shù)K和預(yù)測出水量Q亦稱裘布衣公式第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動四、裘布依公式的討論

Dupuit公式中井徑和流量的關(guān)系,并不完全符合實(shí)際情況。實(shí)際測得的水位降升是多重作用的結(jié)果：〔1〕抽水井流量與水位降升的關(guān)系第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動四、裘布依公式的討論

〔2〕抽水井流量與井徑的關(guān)系但實(shí)際情況遠(yuǎn)非如此,井徑對流量的影響比Dupuit公式反映的關(guān)系要大得多。第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動四、裘布依公式的討論

〔3〕水躍對裘布依公式計(jì)算結(jié)果的影響在潛水的出口處一般都存在滲出面。當(dāng)潛水流入井中時(shí)也存在滲出面,也稱水躍，即井壁水位hs高于井中水位hw(圖4一10)，而潛水井的Dupuit公式并沒有考慮滲出面的存在。第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動四、裘布依公式的討論

〔4〕井的最大流問題

用代替應(yīng)

第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動五、地下水流向非完整井和直線邊界附近的完整井

1、承壓水非完整井當(dāng)過濾器的長度L>0.3M，對于這種情況，不僅要考慮隔水頂板的影響，還要考慮隔水底板的影響，因此采用馬蓋斯公式進(jìn)行計(jì)算。第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動五、地下水流向非完整井和直線邊界附近的完整井

1、承壓水非完整井當(dāng)α=1時(shí)，A=0，就變成完整井公式，當(dāng)α很小，A值很大，那么公式變?yōu)椋?/p>

第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動五、地下水流向非完整井和直線邊界附近的完整井

2、潛水非完整井潛水非完整井可以看做上段是潛水完整井，下段是承壓水非完整井。這樣可以近似的看做總流量Q等于兩段Q1和Q2的和。第三節(jié)地下水向井的穩(wěn)定運(yùn)動3、直線補(bǔ)給邊界附近的完整井a(chǎn).承壓水完整井b.潛水完整井為了取得更大的水量，常常將井布置在河流的附近，如下圖：

第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動圖4-17表示無充分補(bǔ)給的抽水井形成的非穩(wěn)定流運(yùn)動。①表示t1時(shí)刻的下降漏斗，由于無法及時(shí)補(bǔ)充漏斗不斷擴(kuò)大，經(jīng)過一段時(shí)間后，漏斗面變?yōu)棰诘奈恢?，最后一直擴(kuò)大到含水層，漏斗區(qū)率越來越小。第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動一、非穩(wěn)定流所要解決問題評價(jià)地下水開采量預(yù)報(bào)地下水位下降值確定含水層水文地質(zhì)學(xué)參數(shù)第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動二、根本概念彈性儲存第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動越流相鄰含水層水在水頭差的作用下,通過弱透水層滲透而進(jìn)入抽水層，這種水力聯(lián)系稱為越流。第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動

第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動意義：潛水位上升(下降)一個(gè)單位時(shí),從單位面積含水層增加(減少)的水量。潛水給水度μ

第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動彈性釋水系數(shù)μ*意義：水平面為一個(gè)單位面積，高為含水層全厚度M的含水層柱體中，當(dāng)水頭降低一個(gè)單位時(shí)彈性釋放出來的水量。第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動潛水給水度與彈性釋水系數(shù)的區(qū)別釋水機(jī)理：潛水釋水過程完全是重力釋水；而承壓水是由于含水層骨架壓縮和地下水體膨狀共同作用的釋水。第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動水位傳導(dǎo)系數(shù)a潛水含水層：

承壓含水層：

第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動三、無越流含水層中水流向井的非穩(wěn)定流動——泰斯公式——建立泰斯公式的簡化假定條件含水層為各向同性的均質(zhì)體且等厚度、側(cè)向無限延伸、產(chǎn)狀水平。抽水之前，含水層水力坡度為零【初始條件】。對含水層定流量抽水。抽水過程中，含水層中水的滲流服從達(dá)西定律。抽水時(shí)，因水頭下降而引起含水層釋放彈性水量是瞬時(shí)完成的。第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動1、承壓井計(jì)算公式2、潛水井計(jì)算公式Theis〔泰斯〕公式第四節(jié)地下水向井的非穩(wěn)定運(yùn)動在Excel里面計(jì)算泰斯公式：第五節(jié)水文地質(zhì)參數(shù)確實(shí)定第五節(jié)水文地質(zhì)參數(shù)的確定潛水給水度μ滲透系數(shù)K導(dǎo)水系數(shù)T=KH彈性釋水系數(shù)μ*

影響半徑R第五節(jié)