地下水运动的基本规律教学课件.pptVIP

水文地质学Hydrogeology开课：地下水科学与工程教研室主讲：姜纪沂助教：廖欣联系：图405，电话：

第三章地下水运动的基本规律3.1地下水运动的基本特点3.2达西定律3.3流网

3.1地下水运动的基本特点一、地下水在复杂的多孔介质中运动1.渗透：地下水在岩石空隙中的运动，水质点运动途径多变；流速多变。2.渗流：对实际的地下水进行概化，概化后的地下水流称为渗流，所占据的空间区域称为渗流区（渗流场）。3.概化方法：不考虑含水层中固体颗粒的存在，认为含水层完全被水所充满；不考虑实际流向的多变性，只考虑单向流。

3.1地下水运动的基本特点实际和理想的水流对比

3.1地下水运动的基本特点二、地下水流形态类型根据流速大小，渗流分两种流态：层流、紊流l层流——在岩石空隙中渗流时，水质点作有秩序的、互不混杂的流动。流速小，一般岩石空隙；l紊流——水质点无秩序地、互相混杂的流动。流速大，岩石大空隙（砾石层、溶洞）。

3.1地下水运动的基本特点雷诺数是判别流态的重要参数（Re）——流体惯性力与粘性力的比值，无因次。Re=Luρ/η式中：L—流体流束中的物体任意有代表性的长度；u—流体流速；η—动力粘度；ρ—流体密度。l雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态。l判断标准：管道雷诺数Re＜2000为层流状态，管道雷诺数Re＞4000为紊流状态，管道雷诺数Re＝2000～4000为过渡状态。

3.1地下水运动的基本特点三、稳定流与非稳定流l稳定流——地下水的各个运动要素（水位、流速、流向等）不随时间改变。l非稳定流——地下水的各运动要素随流程、时间等不断发生变化的水流。

3.1地下水运动的基本特点注意：1.自然界中地下水都属于非稳定流。⑴补给水源受水文、气象因素影响大，呈季节性变化；⑵排泄方式具有不稳定性；⑶径流过程中存在不稳定性。2.为了便于计算，常将某些运动要素变化微小的渗流，近似地看作稳定流。

3.2达西定律一、实验条件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了达西定律。1）等径圆筒装入均匀砂样，断面为ω2）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4）砂筒中安装了2个测压管，相距L5）下端测出水量（outflow）—Q

3.2达西定律二、达西定律根据试验结果，得到关系式：oQ=Kωh/l其中：根据I=h/l可以推出：Q=KωI其中：Q-渗透流量(L3T-1)；w-过水断面(L)；h-水头损失2(水头差，L)；l-渗透途径(L)；K-渗透系数(LT-1)；I-水力梯度(无量纲)。

3.2达西定律三、渗透流速根据水力学流速与流量的关系：oQ=ω·V则Q=KωI可简化为V=K·I，称为渗透流速。公式V=K·I，为单位面积上的流量，称比流量。o渗透流速与水力梯度是一次方成正比，故达西定o律又称为线性渗透定律。

3.2达西定律四、达西定律讨论1.渗透流速（V）与过水断面（ω）Q=KωI=ωV过水断面ω，假想的断面；实际孔隙断面ωn；实际过水断面ωn。eoo思考：n、n、μ大小关系e地下水的实际渗流速度u=Q/ω’=KI/n，地下水渗透流速V=un渗透流速等e于平均实际流速与有效空隙度的乘积。e，o实际流动速度要大于渗透速度：Q=uωne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。o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。o

3.2达西定律过水断面ω与实际过水断面ω’:

3.2达西定律2.水力坡度（I）（hydraulicgradient）水力学中水力梯度（J）:单位距离上的水头损失是沿渗流途径上的水头损失与相应的渗流长度之比水在空隙中运动时，必须克服水与隙壁以及流动快慢不同的质点之间的摩擦阻力（这种摩擦阻力随地下水流速增加而增大），从而消耗机械能，造成水头损失。o水力梯度可以理解为水流通过单位长度渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能。从另一个角度，也可以将水力梯度理解为驱动力，即克服摩擦阻力使水以一定速度流动的力量。o

3.2达西定律水力梯度（I）从达西公式:V=KI来看：当I增大时，V也愈大；?即流速V愈大，单位渗流途径上损失的能量也愈大;反?过来，水力梯度I愈大时，驱动水流运动与速度也愈大注意：水头损失一定要与渗流途径相对应

3.2达西定律渗透系数K-水力传导率4.