地下水动力学第01讲课件.ppt

0.3 地下水动力学发展概况 §1.5 流网 (flow nets) 1.5.1、 定义 渗流场中由一系列流线和等水头线（等势线）组成的网格称为流网。 各向同性介质中流线与等水头线正交，流网为正交网格。因为各向同性介质中流速向量与水力坡度向量方向一致。 各向异性介质中，流速向量与水力坡度向量方向不一致，因此流线与等水头线一般不正交。 1.5.2、 各向同性介质中流网特征 等水头线（面）与流线（面）正交； 等水头线（面）与流线（面）不是两个独立问题，知道一方就可据正交原则推求另一方。 正交网格中，每两条流线间的流量相等。 1.5.3、 流网绘制：求解渗流场中运动要素的空间分布 用数学方法求解运动方程：求解空间水头分布绘制等水头线；求解流函数绘制流线。 物理模型模拟：水电比拟。 现场测定（测定水头分布，绘制等水头线，再据正交原则绘制流线） 信手流网：据流场边界性质和介质特性，半定量地绘制流网。 信手流网绘制原则： 首先分析水文地质条件，搞清补给区、排泄区、或源汇项分布、边界条件等。 先绘制肯定的流线和等水头线： 隔水边界是流线， 无入渗、无蒸发条件下潜水面是流线， 湖泊、河流边界可看成等水头线， 有两个以上排泄点时应确定分水线、面、点。 1.5.4、流网的作用 解释水文地质现象； 判断地下水系统内部结构； 分析地下水的补给、排泄、径流特征； 计算渗流场任意点的水头、压强、水力坡度、渗透流速等； 据流网选择垃圾填埋场位置。 1.5.5、几个典型流网特征 河间地块流网图 层状非均质介质中的流网 典型流网特征 各向异性介质中的流网 (2)下限 有些学者还研究了达西定律的下限问题。他们通过实验发现某些粘性土存在一个起始的水力坡度I0，若实际水力坡度II0时，无渗流发生；II0时，渗流发生为一向I轴凸起的曲线，渗流速度和水力坡度之间不呈现线性关系；只有当II1时，渗流才服从达西定律。 v I I0 I1 图1-附-9 粘性土渗透曲线 1.3.1.4 渗透系数 渗透系数是一个极其重要的水文地质参数。它反映岩土体的透水性能，是地下水运动定量计算中一个不可缺少的指标。 图1-2-5 裂隙介质透水性理想模型 图1-2-4 孔隙介质透水性理想模型 渗透系数的大小取决于那些因素？它主要取决于岩石的物理性质，还取决于流体的物理性质。 地下水在理想孔隙岩层和裂隙岩层(图1-2-4、5)中做层流运动时，其平均流速分别为 1-2-10 1-2-12 1-2-10 1-2-12 将式1-2-10、12与线性渗透定律进行比较，得出如下结论： *式1-2-10、12中，渗流速度和水力坡度都成正比关系，说明它们和达西定律的条件相同，都属于层流状态。 *渗透系数K在孔隙岩层中相当于 ，在裂隙岩层中相当于 。前面的因子表示透水岩层的空隙性，后面的因子表示液体的物理性质。从而进一步证明了这样一个结论：渗透系数的大小不仅取决于岩石的空隙性，而且与渗透液体的物理性质有关： k为渗透度(渗透率)， 或 。它是不随液体物理性质变化而变化的。显然，k值取决于空隙的大小、空隙率，当然这是对上述理想化的多孔介质而言的，至于实际的多孔介质，k还与空隙形状、空隙的弯曲性等有关。 →流体的物理性质对渗透系数的大小有直接的影响。从式1-2-13可知：K与γ成正比，与μ成反比。在矿化度和地下水温变化不大时，可忽略流体的物理性质对岩石透水性的影响。 →若以k表示纯粹由岩石的空隙性所决定的渗透性能，则 1-2-13 1.3.2 非线性渗流定律 1901年，P. Forchheimer提出在Re大于1-10的条件下，地下水的渗透流速与水力坡度之间的非线性关系，即 1.6≤m≤2 1-2-16 1912年，Краснопольский和Chezy提出了当地下水呈紊流运动状态时的渗流基本定律的表示形式 1-2-17 注意: 天然条件下，地下水的渗流速度通常很缓慢，绝大部分为层流运动，一般可用线性定律描述其运动规律。 第一章 地下水运动的基本理论 1.1 地下水运动的研究思路 1.2 地下水运动的基本概念1.3 地下水运动的基本定律1.4 各向异性、非均质多孔介 质中地下水的运动规律 1.5 流网 K K 1.4 各向异性、非均质多孔介质中地下水的运动规律 1.4.1 岩层透水性特征分类 从地下水动力学的观点出发，根据含水层的透水性按空间和方向变化特点作如下分类： *按岩土的渗透性在方向上的变化，将岩土可分为各向同性和各向异性两类(图1-2-8)； *按岩土透水性在空间上的变化，将岩土可分为均质土和非均质土。 自