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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（groundwater dynamics） 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） 1856年,法国水力学家达西（Henry Darcy，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’s Law），成为地下水运动的理论基础。 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。 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。 1906年，提出了Thiem公式。 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.S Hantush， 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) Aquifer TEST; (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 0.3 地下水水文学与水文地质学 §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