地下水渗流的基本规律解释.pdf

第二章 地下水渗流基本规律 The movement of G.W The Model Installation of G.W movement 第二章 地下水运动的基本规律 2.1 基本概念 2.2 渗透的基本定律 2.3 岩层按照透水性的分类 2.1 基本概念 ?多孔介质：地下水动力学中具有空隙的岩石。广义上包 括孔隙介质、裂隙介质和岩溶不十分发育的由石灰岩和白 云岩组成的介质，统称为多孔介质。 ?孔隙介质：含有孔隙的岩层，砂层、疏松砂岩等； ?裂隙介质：含有裂隙的岩层，裂隙发育的花岗岩、石灰 岩等。 ?渗流——地下水在岩石空隙中的运动称为渗流 。 ?发生渗流的区域称为渗流场。 ?渗流场由固体骨架和岩石空隙中的水两部分组成。 ?渗流只发生在岩石空隙中。 地下水在岩石孔隙中的运动（渗流） 普通水流与渗流 共同点：1.总体流向取决于水头差 2.流量取决于水头差及沿程损耗 区别：水在管道中运动取决于管道大小、形状及 粗糙度；渗流运动取决于空隙大小、形状、连 通性。 颗粒 孔隙 图1-1-3a 地下水实际流线图1-1-0b 在一般管道中的普通水流 2.1 基本概念 ?渗流——地下水在岩石空隙中的运动称为渗流。 渗流场—发生渗流的区域(地下水运动的空间) 。 地下水渗流——遵循水力学基本原理。 水力学研究液体的连续介质模型 ?差异— 水力学研究水在管、渠（明流）——流速快 地下水在多孔介质的细小空隙中流动，水流很缓慢——渗流 从流态来看——地下水多为层流（除岩溶管道外）,很少紊流 层流——水质点作有秩序、互不混杂的流动。 紊流——水质点作无秩序、互相混杂的流动。 本章讨论侧重于稳定流——（不讨论非稳定流） 2.1 基本概念 ?稳定流与非稳定流： 若流场中所有空间点上一切运动要素都不随时间改变时，称 为稳定流。否则称为非稳定流。 ?水头：水流中空间上某点所具有的总势能。根据水动力学原 理，水流运动中任意点总水头（总势能）可表示为： 在渗流场中，由于 故有 2.2 渗透的基本定律 ? 达西定律 ? 各项的物理意义 ? 流网 2.2.1 达西定律（Darcy’s law） 达西定律—线性渗透定律（linear law） H.Darcy— 法国水力学家，1856年（以实验为基础研究时期）通过大量 的室内实验得出的。 ?实验条件： （1）等径圆筒装入均匀砂样，断面为ω （2）上（下各）置一个稳定的溢水装 置——保持稳定水流 （3）实验时上端进水，下端出水——示 意流线 （2）圆筒中上、下断安装测压管——测 定两个断面的水头，水头差为h；两断面 相距L （5）下端出口测定流量为Q。 2.2.1 达西定律（Darcy’s law） 达西试验装置—两种 2.2.1 达西定律（Darcy’s law） 2.2.1 达西公式中各项的物理意义 （1）渗透流速： 根据水力学流速与流量的关系，上式可转化： Q = ω ·V 与（2）式比较 V = K·I （3） 称为渗透流速（seepage velocity \Darcy velocity \specific discharge） 上式为单位面积上的流量——称比流量。 由此看出，达西定律中： 渗透流速与水力梯度的一次方成正比，故达西定律又称为线性 渗透定律 思考：曲线中1与2号样品，是什么试样？岩性特征如何？ 渗透流速（V）与过水断面（ω） Q = K ω I = ω V 过水断面——ω，假想的断面 实际孔隙断面——ω n， n为孔隙度 实际水流断面——ω n’ ， n’为有效孔隙度 Q/ω =V 比照水力学，实际流速 Q/ω’= u ?关系：地下水渗透流速V = u ne ?渗透流速V：是假设水流通过整个岩层断面（骨架+空隙） 时所具有的虚拟的平均流速。 ?意义：研究水量时，只考虑水流通过的总量与平均流速， 而不去追踪实际水质点的运移轨迹——简化的研究 过水断面：砂柱的横断面积，包括骨架和空隙在内的断面 断面实际水流面积 ：扣除结合水所占据的范围以外的空隙面积 过水断面：砂柱的横断面积，包括骨架和空隙在内的断面 断面实际水流面积 ：扣除结合水所占据的范围以外的空隙面积 A 过水断面