§6地下水动力学的应用§7教材及参考书

地下水动力学主讲：肖长来教授吉林大学环境与资源学院2006年2月绪论§1概念§2课程的目的§3地下水动力学的研究内容§4学科发展历程§5今后应重点突破的新课题§6地下水动力学的应用§7教材及参考书§1概念地下水动力学（groundwaterdynamics）研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石和岩溶岩石中运动规律的科学。其研究对象主要是重力水。它是模拟地下水流基本状态和地下水中溶质运移过程，对地下水从数量上和质量上进行定量评价和合理开发利用，以及兴利除害的理论基础。§2课程的目的目的：（1）使学生了解学习该课程的意义，以及在生产实践中能解决的具体问题。（2）使学生系统掌握地下水运动的基本理论，并能初步运用这些基本理论分析水文地质问题，建立相应的数学模型和提出适当的计算方法或模拟方法，对地下水进行定量评价。（3）要求学生重点掌握各种条件下地下水稳定流和非稳定流理论，深刻理解其适用条件，并能应用其中的理论和方法解决实际问题。要求：（1）认真听课；（2）做好笔记；（3）完成作业；（4）及时复习；（5）全面总结。§3地下水动力学的研究内容多孔介质：具有互相连通空隙的岩石（含水的岩石）。包括孔隙介质、裂隙介质和裂隙-溶隙介质。由两部分组成，骨架和空隙。主要研究内容：（1）渗流基本概念、基本定律、基本方程、定解条件及数学模型的建立和解法，为基础理论和重点内容；（2）地下水向河渠的运动；排灌区地下水运动的规律即水平方向运动规律。主要研究内容（3）地下水向井的运动和求参方法，重点是地下水向完整井的稳定运动和非稳定运动；水井区地下水运动的规律即垂直运动规律。（4）地下水向非完整井和边界井的运动；（5）地下水运动中的若干问题（地下水中溶质运移规律、包气带中水的运移规律等）和实验室方法。§4学科发展历程1稳定流建立和发展阶段（1856~1935）2非稳定流建立和发展阶段（1935~1969）3实验-电网络模拟技术阶段（1950~1980）4计算机数值模拟技术阶段（1965~今）1稳定流建立和发展阶段（1856~1935）(1)1856年,法国水力学家达西（HenryDarcy，1803~1858）提出了多孔介质中的线性渗透定律，即著名的达西定律（Darcy’sLaw），成为地下水运动的理论基础。(2)1863年，J.Dupuit研究了一维稳定运动和向水井的二维稳定运动，提出了著名的Dupuit假设及Dupuit公式。(3)1901年，P.Forchheimer等研究了更复杂的渗流问题，从而奠定了地下水稳定理论的基础。(4)1906年，提出了Thiem公式。(5)1928年，O.E.Meinzer（1976~1948）注意到地下水运动的不稳定性和承压含水层的贮水性质。2非稳定流建立和发展阶段（1935~1969）（1）1935年，美国的C.V.Theis（1900~1987）提出了地下水流向承压水井的非稳定流公式-Theis公式，开创了现代地下水运动理论的新纪元；（2）1954年M.SHantush，1955年C.E.Jacob（1914~1970）提出了越流理论；（3）1954年、1963年N.S.Boulton，1972年S.P.Neuman研究了潜水含水层中水井的非稳定流理论。3实验-电网络模拟技术阶段（1950~1980）1950~1965年，研究了大范围含水层系统的电网络模拟技术，电模拟技术到20世纪80年代在我国还被较广泛应用。4计算机数值模拟技术阶段（1965~今）1965年以来，计算机数值模拟技术不断得到广泛应用。目前，已经形成许多国际通用的商业化专业软件，主要有：(1)GMS;(2)FEFLOW,Visual(3)MODFLOW,Visual;(4)GFLOW(5)WinFEM;(6)Aquifer(7)AquiferTEST;(8)StepMaster目前，可视化、仿真性、虚拟技术正被开发利用。0.3地下水水文学与水文地质学HenryDarcy(1803-1858)KarlTerzaghi(1883-1963)M.KingHubbert(1903-1989)CharlesVernonTheis(1900-1987)OscarEdwardMeinzer(1876-1948)CharlesEdwardJacob(1914-1970)著名科学家0.3地下水水文学与水文地质学JacobBear,ProfessorEmeritusDept.ofCivil&EnvironmentalEngineeringTechnion-IsraelInst.ofTechnologyHaifa,Israel32000Phone:[phone]Fax:[phone]e-mail:[e-mail]echnion--IsraelInstituteofTechnology,Haifa,Israel,whereformanyyearsheheldtheAlbertandAnneMansfieldChairinWaterResources.HereceivedhisB.Sc.,P.E.,andM.Sc.degreesfromtheTechnion,andhisPh.D.degreefromtheUniv.ofCaliforniaatBerkeley(1960).AlldegreesareinCivilEngineering.Hewasthefirstrecipient(1977)oftheBirdsallDistinguishedLecturerinHydrogeology,awardedbytheGeologicalSocietyofAmerica,HydrogeologicalDiv.,Washington,D.C.HewasawardedHonoraryDoctoratesinTechnologicalSciencesbothbytheDelftUniv.ofTechnology,Delft,TheNetherlands,andbyE.T.H.,Zurich,Switzerland.HeisaFellowoftheAmericanGeophysicalUnion,andwasawardedthe1990K.HubbertAwardbytheNationalGroundWaterAssoc.(USA).In1998,hewasawardedtheRothschildPrizeinEngineering.In2003hereceivedtheAmericanGeophysicalUnion(AGU)ExcellenceinGeophysicalEducationAward.著名科学家§5今后应重点突破的新课题（1）地下水在裂隙介质、岩溶介质中运动机制和基本运动规律的研究（2）非饱和带水、盐运动理论的研究；（3）水中溶质运动机制和运移理论的研究；（4）热量在地下水中运移的研究；（5）地下水最优管理问题的研究；重点突破的新课题（6）介质非均质性研究；（7）各种实际渗流问题的数值模拟方法研究；（8）随机理论在水流和溶质运移研究中的应用；（9）在含多组分溶质的水流中Darcy定律的表达形式。§6地下水动力学的应用（1）城市、工矿企业和农业供水：确定水文地质参数，论证开采方案和预计开采量，预报开采动态，正确评价地下水资源评价，科学管理和保护地下水资源。（2）矿山开采、建筑基坑和沼泽化、盐渍化区的疏干：设计疏干量、疏干水平，预测疏干范围、疏干过程，合理选择疏干设备。地下水动力学的应用（3）水工建筑：解决库周、坝（堤）基及坝（堤）体的渗漏量、回水浸没范围等，为正确选择坝址、坝体结构提供依据。（4）农业工程：农田灌溉中确定灌排沟渠的合理间距、排灌水量、时间及地下水动态预报。（5）环境地质：水质污染及净化趋势的预报、地面沉降、岩溶塌陷、边坡稳定、海水入侵、地下水储能（贮能）以及人工补给。§7教材及参考书1.教材薛禹群主编.地下水动力学（第二版）[M].北京：地质出版社，1997年9月2.参考书李同斌、邹立芝主编.地下水动力学[M].长春：吉林大学出版社，1995年；陈祟希，林敏.地下水动力学[M].武汉：中国地质大学出版社，1999；参考书李佩成主编.地下水动力学[M].北京：农业出版社，1993；薛禹群主编.地下水动力学原理[M].北京：地质出版社，1986；J.Bear著，1979，许涓铭等译.地下水水力学[M].北京：地质出版社，1985。3.习题集迟宝明主编.地下水动力学习题集[M].北京：科学出版社，2005年6月。4.实习教材肖长来主编.水文与水资源工程实习指导[M].长春：吉林大学出版社，2005年4月。部分有关网站或主页~iahs/