第4章-1 地下水的运动.ppt

第四章 地下水的运动 地下水运动特征及其基本规律 地下水流向井的稳定运动 地下水流向井的非稳定运动 水文地质参数的确定 第一节 地下水运动特征及其基本规律 第一节 地下水运动特征及其基本规律 3、地下水的运动 地下水的运动形式一般分为两种：一种是层流运动，一种是紊流运动。地下水在岩石空隙中的运动速度比地表水慢得多，除了在宽大裂隙或空洞中具有较大速度而成为紊流外，一般都为层流。地下水的这种运动称渗透。 渗透系数K (m/日），用以衡量岩石的渗透能力。 第一节 地下水运动特征及其基本规律 重力水在岩土空隙中的运动，称为渗透或渗流。它的运动形式，常随水流速度不同而分为层流运动和紊流运动。 （1）层流运动 水在岩土空隙中流动时，水质点有秩序地、互不混杂地流动，称为层流运动。 第一节 地下水运动特征及其基本规律 （2）紊流运动 水在岩土空隙中流动时，水质点无秩序地、互相混杂的流动，称为紊流运动。 地下水在绝大多数自然条件下，流速较小，故多同层流运动。一般认为地下水的平均渗透速度小于 l000m/d时，可视为层流运动。只有在大裂隙、大溶洞中或水位高差极大的情况下，地下水的渗透才出现紊流运动。 第一节 地下水运动特征及其基本规律 二、地下水运动的基本规律 第二节 地下水流向井的稳定运动 地下水取水构筑物类型 地下水流向完整井 地下水流向承压完整井 第二节 地下水流向井的稳定运动 (3) 稳定井流的形成条件：存在补给且补给量等于抽水量。可能形成地下水稳定运动的两种水文地质条件。 ① 有侧向补给的有限含水层中，当降落漏斗扩展到补给边界后，侧向补给量和抽水量平衡时，地下水向井的运动便可达到稳定状态； ② 在有垂向补给的无限含水层中，随降落漏斗的扩大，垂向补给量不断增大。当其增大到与抽水量相等时，将形成稳定的降落漏斗和地下水的稳定运动； 一般，对于无补给的无限含水层，不能达到稳定井流，但在实际观察中，随着抽水时间的延长，水位降深的速率会越来越小，降落漏斗的扩展及其缓慢，当降落漏斗范围内的水位降深在一个较短的时间段内几乎观测不到明显的水位下降，若延长观测时间间隔，仍可以看到水位在缓慢下降，此时，漏斗区内的水流可看作稳定处理，这种状态称为似稳定状态。 (4)对于不同类型的抽水井，水量的组成不同。 潜水井：降落漏斗在含水层内部扩展，抽水量主要来自含水层的疏干量。 承压水井：降落漏斗不在含水层内部发展，而是形成一个承压水头的降低区，抽水量主要靠含水层的弹性释水量来提供。 上述抽水过程随着抽水时间的延续，降深不断增大，降落漏斗不断扩展，如无补给源，地下水向井的运动则一直处于非稳定状态。 (5)水跃：抽水井中的水位与井壁外的水位之间存在差值的现象（seepage face）。井损（well loss）是由于抽水井管所造成的水头损失。 产生水跃的原因： ①井损的存在：渗透水流由井壁外通过过滤器或缝隙进入抽水井时要克服阻力，产生一部分水头损失?h1。 ②水进入抽水井后，井内水流井水向水泵及水笼头流动过程中要克服一定阻力，产生一部分水头差?h2。 ③井壁附近的三维流也产生水头差?h3。 通常将（?h1+?h2+?h3）统称为水跃值. (2)井径和流量的关系 按Dupuit公式,井径对流量的影响不太大,因为井半径rw以对数形式出现在公式中,井径增大时流量增加很少。如井径增大一倍,流量约增加10%；井径增大10倍,流量仅增加40%左右。但实际情况远非如此,井径对流量的影响比Dupuit公式反映的关系要大得多。如冶金工业部勘察总公司在北京南苑试验场进行的井径和流量关系的对比试验,其l00nm、l50mm、200mm三种井径的Q-sw关系曲线表示在图3-7中,并得出如下认识: ①当降深sw相同时,井径增加同样的幅度,强透水岩层中井的流量增加得比弱透水层中的井多; ②对于同一岩层,井径增加同样的幅度,大降深抽水的流量增加得多,小降深抽水时流量增加得少； ③对于同样的岩层和降深,小井径时,由井径增加(如100mm增至150mm,或150mm增到200mm)所引起的流量增长率大；中等井径时(如300mm至500mm时),增长率减小;大井径时,流量随井径的增加就不明显了。这种现象,理论解释不一。有些学者认为,这是由于井周围的紊流和三维流的影响所致。也有人认为,研究井径和流量的关系,应考虑含水层内流动和井管内流动两个方面。这两个方面是地下水先从含水层流至井壁,再通过井管壁流入管内,并向上运动至吸水口。两种流动是串联关系。 前者取决于含水层的透水能力,后者受井管过水能力的制约。如果仅考虑含水层中水的流动,则Dupuit公式中井径和流量的关系是正确的。当含水层的透水性较好或水位降深较大时,含水层有可能提供较大