地下水的运动基本规律.pptVIP

数字区 第5章 地下水的运动基本规律 第5章 地下水运动的基本规律 5.1 基本概念及基本定律 一、基本概念 液体运动要素—渗流的压强、速度和加速度等。 1.渗透和渗透水流 地下水在岩石空隙中的运动称为渗透 真实水流（仅在岩石空隙中） 假想水流（充满含水层）渗透水流 ①不考虑渗透迂回曲折，只考虑水流主要方向 ②不考虑颗粒骨架占据的空间，假想水流充满全部空间 为使假想的水流能正确反映真实水流的情况，假想水流必须符合如下几点： ①对同一过水断面，假想水流的流量等于通过该过水断面真实水流的流量； ②作用于任一面积上的假想水流的压力等于真实水流的压力； ③假想水流在任意体积内所承受的阻力和真实水流所承受的阻力相同； 满足上述条件的假想水流称为渗透水流，简称渗流。 2.渗透速度和实际流速 渗流在其过水断面上的平均流速称为渗透速度 （或渗流速度），即 v—渗透速度(m/d , m/s) w—过水断面面积（该断面上颗粒和空隙的总 面积） ( m2 ) Q—渗透流量，简称流量，即单位时间内通过过水断面的渗流体积。它与实际水流通过该过水断面的流量相等（ m3/d , l/s） 实际流速是地下水流在岩石空隙中的实际平均流速，即实际流速 u ： 3.渗透压强与测压管高度 静水压强、动水压强 地下水流的动水压强渗透压强。 地下水运动多为渐变流，且流速慢，故某一过水断面渗透压强可视为静水压强分布。 某点渗透压强的大小用水柱高度表示，则该高度称为测压管高度。 6.渗流的分类 1.层流和紊流（据水流的流动状态） 层流 液体质点作有秩序的互不混杂的流动称为层流； 紊流 液体质点作无秩序的互相混杂的流动称为紊流。 水流速度慢呈层流，流速度快时转变为紊流。 雷诺试验 可确定由层流转变为紊流的临界速度，并以无量纲的临界雷诺数来划分。 圆管液流的临界Re≈2000 ； 明渠和天然河道的临界Re ≈ 500； 地下水层流与紊流的临界雷诺数 Re≈7～9 2.稳定流、非稳定流 稳定流运动 在流场中，任何空间点的运动要素 都不随时间变化的渗流。 非稳定流运动 3.均匀流、非均匀流、渐变流 均匀流 运动要素沿流程不改变的水流，这时水流的过水断面（垂直与液流断面）的形状、大小以及方向都不能沿流程改变。否则为非均匀流。 渐变流：流线弯曲很小、近似直线，相邻流线之间夹角很小、近似于平行 。 渗透速度v —渗流在其过水 断面上的平均流速； 渗透流量Q — 单位时间内通过 过水断面的渗流体积； 水力坡度 I —渗流在单位 距离上的水头损失； 渗透系数K —单位水头损失所具 有的渗透速度。 达尔西公式：Q=K·I·w 或 v=K·I 实际流速u=v/n即uv（渗透速度） 由于水力坡度I是变化的，Darcy定理常用下式表示： 2.Darcy定律得适用范围 过去一直以为Darcy定律是地下水层流运动的基本定律，其实1Re7时地下水运动才服从Darcy定律 自然界中地下水运动速度都很小，Re1，所以都服从Darcy定律 思姆莱公式： 临界雷诺数 Re≈7～9 m的取值范围为1～2。 m=1，Darcy公式； m=2，哲才公式。 5.2液体稳定运动的能量方程 液体稳定运动的能量方程是能量守恒与转化定律在液体运动中的体现。 在断面1处：在a1点取质量为m的液体，其重心以o—o’为基准面的高度为z1，该液体的位能应为 mgz1，单位液体位能： 断面2 总水头H2 5.3 地下水向河渠的稳定运动 5.3.1 河渠间潜水的稳定运动 5.3.2 河渠间承压水的稳定运动 5.4 地下水向井的稳定运动 5.4.1地下水取水构筑物的基本类型 一、潜水完整井稳定流计算公式（Dupuit）的推导 潜水完整井抽水示意图 1.假设条件： ①含水层均质各项同性，含水层底板隔水平； ②原始潜水面水平（ I = 0）； ③含水层侧向边界无限远； ④无垂直方向的补给和排泄； ⑤单井工作（附近无其它井进行抽水或注水）； ⑥抽水时井附近的 i 小于1/4（缓变流） 。 在此假设条件下，定流量从井中抽水，含水层中水便向井流动，在井周围，潜水面呈轴对称的漏斗，称之为降落漏斗。 井涌水量稳定后降落漏斗不变（见图5.4-3） 2.裘布依公式推