地下水动力学

地下水动力学要点总结ByZero渗流：地下水在岩石空隙中或是多孔介质中的流动有效空隙：地下水动力学中将互相连通的，不为结合水所占据的部分空隙叫做有效空隙储水系数：表示面积为1个单位，厚度为整个承压含水层的含水层柱体，当水头改变一个单位时，所储存或是释放的水量，无量纲。储水率：表示面积为1个单位的承压含水层，当厚度为1个单位的时候，水头下降一个单位时所能释放的水量。给水度：是含水层的释水能力。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能释放出水量。地下水的总水头：即地下水的总机械能H=Z+P/r水力坡度：地下水动力学中，大小等于梯度值，方向沿等水头面法线所指向的水头下降方向的矢量称水力坡度。地下水流态：包括[层流]、[紊流]，判别流态用[雷诺数RE判别]Darcy定律的适用范围：[在雷诺数RE1~10之间的某个数值时，即粘滞力占优势的层流运动]渗透系数（K）：表示岩土透水性能的数量指标。亦称水力传导度。可由达西定律求得：q=KI影响渗透系数的因素：空隙大小、岩石的自身的性质、渗透液体的物理性质（容重、黏滞性等）渗透率：是表征土或岩石本身传导液体能力的参数导水系数：即T=KM,它的物理含义是水力坡度等于1时，通过整个含水层厚度的单宽流量。导水系数的概念只能用于二维的地下水流动不能用于三维。岩层透水特征的分类：均质、非均质、各向同性、各向异性均质：在渗流场中，所有点都具有相同的渗透系数，则称该岩层是均质的，反之为非均质。各向同性：在渗流场中，某一点的渗透系数不取决于方向，即不管渗流的方向如何都具有相同的渗透系数，则称为各向同性，反之为各向异性。越流系数：当主含水层和供给越流的含水层间的水头差为1个长度单位时，通过主含水层和弱透水层间单位面积上的水流量。定解条件：稳定流的定解条件：基本微分方程+边界条件非稳定流的定解条件：基本微分方程+初始条件+边界条件边界条件的分类：定水头边界、定流量边界、混合边界条件稳定流需要的定解条件：基本微分方程+边界条件非稳定流定解条件：基本微分条件+边界条件+初始条件渗流和空隙中的真实水流的区别；土壤孔隙度小于1，所以渗流流量1、流速方面渗流速度和地下水实际运动速度方向不同，速度之间的关系如：v=nu(v渗流速度、n含水层的空隙度、u实际评价流速）2、流速方向渗流是假象的水流，而真实水流的运动是杂乱无章的3、流量方面渗流流量小于实际流量4、水头方面地下水总水头H=Z+P/r+u^2/(2g)u为地下水的流速5、过水断面完整井：完全贯穿整个含水层的井，且在全部含水层厚度上都装有过滤器，能全面进水的井不完整井：未完全贯穿整个含水层，只有井底或是井壁含水层部分厚度上能进水的井不完整井的三种类型：井底进水、井壁进水、井底和井壁同时进水降落漏斗：在井抽水井，以井为中心最大，离井越远，降深越小，总体上形成漏斗状的水头下降去区称为降落漏斗Dupuit中井径和流量的关系：1】当降深相同时，井径增加同样的幅度，k(渗透系数)大的，抽水流量大2】当对于同一岩层（k同），井径增加同样的幅度，大降深抽水的流量增加的多3】对于同样的岩层和降深，井径越大的，再增加井径，抽水的流量增大的幅度不明显流量和水位降深的经验公式类型：直线型（Q=qSw）、抛物线型(Sw=aQ+bQ^2)、幂函数型(Q=qSw^(1/m))、对数型(Q=a+blgSw)对于直线型经验公式，外推降深最大范围不能超过抽水试验时最大降深的1.5倍对于抛物线型、幂函数型和对数曲线型的方程，不能超过1.75~3.0倍运用叠加原理(线性定解问题)的条件：1】各个边界条件的作用彼此独立，即边界条件的存在不影响其他边界条件存在时得到的结果2】各抽水井的作用是独立的。3】潜水含水层的微分方程式是可以线性化的，或直接就是线性的承压含水层完整井流定流量抽水时的Theis公式的假设条件：1】含水层均质各向同性，等厚，侧向无限延伸，产状水平2】抽水前天然状态下水力坡度为零3】完整井定流量抽水，井径无限小4】含水层中水流服从Darcy公式5】水头下降引弹性释水是瞬时完成的对Theis公式（承压完整井的）和与之相关的几个问题的讨论1】Theis公式反映的降深变化规律同一时刻随径向距离r的增大，降深s变小,r无限大，s趋近于0同一断面，s随t的增大而增大，当t=0时，s=0,当t趋于无穷时，s不能趋于无穷大2】Theis公式放映的水头下降速度的变化规律每个断面的水头下降速度初期，由小逐渐增大，当1/u=1时达到最大，然后下降速度又由大变小，最后趋于稳定。3】Theis公式反映的流量和渗流速度变化规律即通过不同断面的抽水流量是不等的，任何断面的抽水流量都小于抽水井中的流量4】关于“影响半径”的问题Theis公式本身不包含这个概念（这里），但其简化公式Jacob公式和承压井的dupuit的降深计算公式对比化简后发现R=1.5（Tt/S）^（1/2)5】关于假设条件井径（rw）无限小和天然水力坡度为零上述假设引起的误差不超过1%有越流补给的承压完整井流的假设条件类似Theis公式有越流补给的承压完整井流的三个阶段：1】抽水早期：降深曲线同Theis曲线一致，这表明越流尚未进入主含水层，抽水量几乎全部来自主含水层弹性释水2】抽水中期：因水位下降变缓而开始偏离Theis曲线，说明越流已经开始进入抽水含水层，此时的抽水量由两部分组成（主含水层的弹性释水+越流补给）3】抽水后期：曲线趋于水平直线，抽水量与越流补给量平衡，表示非稳定流已转化为稳定流潜水完整井流和承压完整井流的不同点：1】潜水完整井流的导水系数（T=Kh）随距离r和时间t而变化，而承压水井流T=KM和r或是t无关。2】潜水井流降深较大时，垂向分速度不可忽略，在井附近为二维流，而水平含水层中的承压含水层中的承压水流垂向分速度可忽略，一般为二维流或当作二维流来处理3】潜水井抽水主要来自重力疏干，且不能瞬时完成，有滞后效应，只有当抽水时间够长给水度才是趋近于常数值。承压水井抽水主要来自弹性释放接近瞬时完成，储水系数是常数由潜水完整井抽水时的降深-时间曲线，可以明显的看到三个阶段：第一个阶段】:抽水早期，降深-时间曲线与承压水完整井抽水时的Theis曲线一致主要表现为潜水位下降。含水介质不能立刻通过重力排水将水排出，而只是由于压力降低引起水的瞬时释放，即弹性释水（潜水井也是有弹性释水的只不过相对承压井少而已）第二个阶段】:降深-时间曲线的斜率减少，明显的偏离Theis曲线，甚至出现短暂的假稳定，它反映重力疏干作用，含水层获得了补给，使得水位下降速度明显减缓。第三个阶段】:这个阶段的降深——时间曲线又与Theis曲线重合，说明重力排水已跟上了水的下降，迟后疏干影响逐渐变小到忽略不计，抽水量来自重力排水，降落漏斗扩展速度增大潜水完整井？解的三种类型：近似解、Boulton解、Neuman解考虑滞后疏干的Boulton解考虑流速垂直分量和弹性释水的Neuman解利用Theis公式确定水文地质参数的配线法的步骤？（1）在另一张模数相同的透明双对数纸上绘制实测的s—t/r2曲线或s—t曲线。（2）将实际曲线置于标准曲线上，在保持对应坐标轴彼此平行的条件下相对平移，直至两曲线重合为止。（3）任取一配点（在曲线上或曲线外均可），记下匹配点的对应坐标：W(u)、1/u、s、t/r2(或t)，代入下式求参数：边界附近的井影射后虚井的特征（镜像法原理）：（1）虚井和实井的位置对于边界是对称的；（2分）（2）虚井的流量与实井相等；（2分）（3）虚井的性质取决于边界性质，对于定水头补给边界，虚井性质和实井相反；如实井为抽水井，则虚井为注水井；对于隔水边界，虚井和实井性质相同，都是抽水井；（4分）（4）虚井的工作时间和实井相同。（2分）