水文地质学基础PPT电子教案-第三讲 包气带水的运动及地下水化学成分.ppt

第三讲 包气带水的运动及地下水化学成分 5 包气带水的运动 5.1 毛细负压与毛细压力水头 包气带特点——复习 毛细水中：讨论过 毛细现象、毛细力、毛细水的存在形式 毛细负压（毛细水头），毛细上升高度，毛细上升速度 毛细负压与毛细压力水头 液体表面有一个张力（相互吸引，如同一个薄薄的膜）液面就会发生弯曲，当弯曲呈半圆形时（ 细小） 弯液面上，表面张力的合力称为毛细力（f） 作用在弯液面（半圆）上，称为毛细压强 5.1 毛细负压与毛细压力水头 当弯曲液面为半圆时（湿润角β=0），R1=R2 α为液体的表面张力系数，R1与R2为弯曲液面的2个曲率半径 毛细压强是有方向的，对液面来说（是水），这是个负压强——又称毛细负压（pc） 压强转化为水柱高度表示（hc） (下面继续介绍) 5.1 毛细负压与毛细压力水头 压强转化为水柱高度表示（hc） ρ取 1g/cm3 ; g= 981cm/s2 , α=74dyh/cm=74×10-3N/m D——毛细管直径（用mm表示） hc——毛细压力水头（m）又称毛细压头 毛细压力水头，又称毛细压头 5.2 毛细压力水头的测定方法： 在饱水带中（用水力学原理）：测量任一点的压力水头—用测压管（压力计） HA=ZA+hA 在包气带中（测负压）：张力计（tensionmeter） 前端装上多孔陶瓷头（捧）；插入土中；张力计管中充满了水，在非饱和土中，空隙中的负压与张力计液面高度平衡后，张力计形成的负压与所测点B相等时，张力计上的-hBc即为测点的负压 例：HB=ZB+hBc=ZB+(-hBc)=HB （图示） 如果测得包气带中HB﹥HC，其意义如何（与水力学水头概念一致），水流运动方向为B→C，入渗水流 如果测得包气带中HB HC，水流运动方向为C→B, 水流？？ 负压测量仪——张力计 5.3 毛细上升高度与上升速度 5.3.1 毛细上升高度与毛细上升速度 毛细压力水头与毛细压强的概念，观察毛细管中水的运动 1）插入水中初始：瞬时刻 HA=ZA+0 =0 HB=？ HB= ZB+ pc / ?g HB=ZB+(-hc)= -hc HC=? = ZC+(-hc)=0 2）最后：HA = HC （管中水不运动—静止液体） 此时毛细管中的最大上升高度hc 称为毛细上升高度, 它在数值上等于该管所具有的毛细压力水头值 毛细水运动推导 HA= ZA+hA HB= ZB+hB 5.3.2 毛细上升速度 用达西定律分析：水由 B→B′ 毛细水的运动 VC = I K A点水头 ？ HA=ZA+0 =0 B’点水头 ？ VC =I K IC= (hc/ZB’-1) 假设K不变， 讨论VC，VC= f (IC) ① ZB’→0时，毛细上升刚开始， hc/ZB’→∞ I→∞ V→ 很大 ② ZB’ 逐渐增大时，I变小，上升速度变慢 ③ ZB’→hc 时，hc /ZB′→1，I→0 V→0, 上升停止 毛细水可以上升的最大高度hmax，就等于该毛细管 可以产生的最大毛细压力水头hc 5.4 包气带水的下渗运动 包气带水的下渗运动 （自学P48最后两个自然段—P49第一自然段） 上面讨论的是毛细水上升运动的情况 在毛细力的作用，毛细水向下运动时，情况也是一样，请大家试推导 毛细管的毛细压力水头为hc ，当下渗深度L小于hc时，某点水下渗速度有毛细力作用 5.5 包气带中岩石的渗透系数 包气带中岩石的渗透系数K 由于没有完全饱水，水流仅在饱水的空隙中运动，因此 K（包）=f（?） ? 为土层含水率 ?包气带中K不是常数； ②K包小于饱水带中的K； ③随含水量增高K包→K 毛细上升特点与空径沿程变化有关：当为层状非均质土层时，上升高度？ 沿孔隙，呈“跳跃”式前进 吸水时—由毛细上升的土层含水量曲线，土层含水量较低 退水时—由下渗形成土层含水量曲线，土层含水量较高 包气带中岩石的渗透性 小结 思考题 Company Logo 长期、强烈溶滤作用的结果，地下水以低矿化度的难溶离子为主，HCO3—Ca水 或 HCO3—Ca Mg 这是由溶滤作用的阶段性决定！在由多种盐类组成的岩石中： 早期，Cl盐最易溶于水中→随水带走，岩土贫Cl盐继续作用，较易溶SO42-盐类被溶入中→随水带走，贫SO42-盐类持续（岩土中）只剩较难溶的碳酸盐类。 因此，分析溶滤作用及其地下水的成分特征： ① 要从地质历史发展的眼光（角度）来理解—它是地质历史长期作用的结果 ② 地下水是不断运动的—溶解的组分会被带去（岩土组分变化） 前期溶滤作用—溶滤