《地下水向河渠的运动.ppt

第二章 地下水向河渠的运动 河流对地下水的补给和排泄是地下水均衡计算的重要组成部分，在地下水资源评价中具有重要的意义。 河渠水位和流量的变化是影响河渠附近地区地下水动态的重要因素，通过研究河渠附近地下水运动规律，对地下水资源评价、人工排水和灌溉等都具有重要的指导作用。 2.1 河渠间地下水的稳定运动 单宽流量公式： 若已知两个断面上的水位值，可以用它来计算两断面间任一断面的流量。 应该指出的是，因沿途有入渗补给，所以q随x而变化。 2）公式讨论及应用 下面根据上面得到的公式来讨论河渠间潜水运动的一些特点及其应用。 （1）有入渗时，潜水面的形状及河渠间分水岭的移动规律 上式是推导公式的过程中的（2-5），它反映的浸润曲线形： 当W0时，为椭圆曲线； 当W0时，为双曲线； 当W=0时，为抛物线。 有入渗时，河渠间的浸润曲线形状为一椭圆曲线的上半支。河渠间形成分水岭，由于分水岭上水位最高，可用求极值的方法求出分水岭的位置。将（2-5）式对x求导数，并令 ，把x=a代入，即可得分水岭位置的计算公式: 根据（2-9）式，当其他条件不变时，讨论分水岭(Divide)位置a与两侧河渠水位h1、h2的关系。 若h1=h2，则a=l/2，分水岭位于河渠中央； 若h1 h2，则a l/2，分水岭靠近左河； 若h1 h2，则a l/2，分水岭靠近右河。 由此可见，分水岭的位置总是靠近高水位河渠的。 （2）排水渠合理间距的确定 在排水渠设计中，为了避免产生河渠间的盐渍化或沼泽化，需要把分水岭水位h 控制在一定标高，这时排水渠的间距就是合理的。根据（2-5）式，令x=a，h=h ，得: 上式中的l，a都是待求量，可同(2-9)式结合起来，用试算法解出合理间距l。其方法为：按分水岭移动规律给出a值，由（2-9）式算出l值； 再代入(2-10)式，看是否满足等式。如不满足，重复上述过程，直到满足条件。此时l即为所求的合理间距。 在两渠水位相等的特殊条件下，即hl=h2=hw，分水岭位置a=l/2，这时（2-10）式可简化为： 由此可见，当水位条件一定时，在入渗强度愈大和渗透性愈弱的含水层中，排水渠间距愈小，反之则愈大。 （3）河渠间单宽流量的计算 河渠间的单宽流量取决于是否存在分水岭，如果存在分水岭的话，它的位置在哪儿? 当a0时，说明河渠间存在分水岭。 此时，q1= -W×a (负号表示流向左河)， q2=W×(l-a)(流向右河)。 当a=0时，分水岭位于左河边的起始断面上， 此时，ql=0，左河既不渗漏也得不到入渗补给； q2=W×l，全部入渗量流入右河。 当a0时，不存在分水岭。此时不仅全部入渗量流入右河，而且水位高的左河还要发生向水位低的右河渗漏。 从左河流出的渗漏量： 右河得到的补给量： 从上述分析可知，若左河为水库时，它的渗漏量由于存在入渗而减少，减少量等于整个库渠间入渗量的一半，即 。因此，在选择库址时，除了要考虑岸边岩石的渗透系数K和河渠(库)之间的宽度l外，还要考虑入渗量W的大小等，以预测水库蓄水后分水岭存在的可能性和渗漏量的大小。 （4）无入渗时潜水的方程 当W=0时，（2-5）式和(2-8)式可简化为: 这就是Dupuit公式。降落曲线的形状已经不是椭圆曲线，而是二次抛物线了。通过河渠间所有断面的单宽流量也变成相等的了。 上述所导出的公式都是在应用Dupuit假设，忽略了渗流垂向分速度的情况下导出的。因此，用（2-ll）式计算出的浸润曲线较实际浸润曲线偏低。潜水面坡度愈大，两曲线间的差别也愈大。恰尔内(И.А.Чарный)证实，虽然用了Dupuit假设，但按(2-12)式计算的流量仍然是准确的。 2 承压水的稳定运动 3 双层介质含水层中的水流 在自然界中，含水层的透水性沿水流方向急剧变化的情况也是常见的（图2-5）。根据水流连续性原理，通过两种透水性不同的岩层的流量应当是相等的。 对于渗透系数为K1的岩层，单宽流量q为: 对于渗透系数为K2的岩层，单宽流量为q，有: 将（2-14）和（2-15）相加，消去hs得到： 4 承压水-无压流的稳定运动 在地下水坡度较大的地区，若上游为承压水，下游由于水头降至隔水底板以