地下水动力学1.3.ppt

第一章 渗流理论基础 §1.3 岩层透水特征及水流折射定律 1.3.1 岩层透水特征分类 （1）均质与非均质 根据岩层透水性随空间坐标的变化情况划分，若渗流场中，任意点都具有相同的渗透系数，或渗透系数不随空间坐标的变化而变化，则该岩层是均质的，反之则为非均质。岩石的非均质分两类，一类是渐变的，另一类是突变的。 均质岩层（Homogeneous strata/aquifer）：渗流场中所有点都具有相同参数的岩层。 非均质岩层（inhomogeneous /heterogeneous strata /aquifer）：渗流场中所有点不都具有相同参数的岩层，渗透系数K=K(x,y,z)，为坐标的函数。 非均质分为两类，即渐变的和突变的。 Homogeneity — Characteristic of a medium in which material properties are identical throughout. A material is homogeneous if its hydrologic properties are everywhere identical. Heterogeneity — Characteristic of a medium in which material properties vary from point to point. Contrast with Homogeneity. If hydraulic conductivity is consistent throughout a formation, regardless of position, the formation is homogeneous. If hydraulic conductivity within a formation is dependent on location, the formation is heterogeneous. （2）各向同性与各向异性 根据岩层透水性与渗流方向的关系划分，若渗流场中，某一点的K与渗流方向无关，则该岩层是各向同性的，反之则为各向异性。 各向同性岩层（isotropic strata /aquifer）：渗流场中某一点的渗透系数不取决于方向，即不管渗流方向如何都具有相同渗透系数的岩层。 各向异性岩层（anisotropic strata /aquifer）：渗流场中某一点的渗透系数取决于方向，渗透系数随渗流方向不同而不同的岩层。 Isotropy — That condition in which a medium has the same properties in all directions. Anisotropy — (1) The condition of having different properties in different directions. (2) The condition under which one or more of the hydraulic properties of an aquifer vary according to the direction of the flow. 1.3.2 渗透系数张量 岩石的透水性是用渗透系数来衡量的。渗透系数实际上是个张量。 (1）对于各向同性介质，其中任一点的渗透系数值与渗流方向无关，是一个标量，水力坡度与渗流方向是一致的。 此时，可以表示为如下表达式： (2)对于各向异性介质，K与渗流方向有关，K不再是标量，水力坡度与渗流方向一般是不一致的。此时，可以表示为如下表达式： 即可写成: 在二维空间中， 即有 v =K·J 渗透系数是对称张量，即Kxy=Kyx，Kxz=Kzx，Kyz=Kzy。 在各向异性介质中，水力坡度与渗流方向不一致，但在三个 方向上两者是平行的，而且这三个方向称为主方向。 主渗透系数（主值）是指沿主方向测得的渗透系数，用 K1、K2、K3表示，有Kxx=K1，Kyy=K2，Kzz=K3，此时： (1)水流平行层面 特点：水流为稳定流，岩层水平分布，各段流量之和等于各部分流量之和，且各段具有统一的水头，各段具有相同的水力坡度。 根据达西定律有： 若把其视为整体时，有 故