《水文地质学基础》第4章地下水的运动.pptx

FundamentalsofHydrogeoloy水文地质学基础第四章地下水的运动

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CompanyL本章内容4.1达西定律4.2达西定律讨论4.3流网

CompanyL第四章地下水的运动地下水运动的几个基本概念（1）渗流与渗流场渗流（渗透）：指地下水在岩石空隙中的运动。渗流场：指发生渗流的区域。（2）层流运动与紊流运动层流运动：在岩石空隙中渗流时，水的质点作有秩序的、互不混杂的流动（画示意图p23页）。紊流运动：在岩石空隙中渗流时，水的质点无秩序地、互相混杂的流动。从流态来看，地下水多为层流（除岩溶管道外）

CompanyL第四章地下水的运动地下水运动的几个基本概念（3）稳定流与非稳定流稳定流：指水在渗流场内运动，各个运动要素(水位、水量、流速、流向等)不随时间变化的水流运动。非稳定流：指各个运动要素随时间变化的水流运动。严格地讲，自然界中地下水都属于非稳定流。

CompanyL4.1达西定律（Darcy’slaw）达西定律—线性渗透定律（linearlaw）H.Darcy—法国水力学家，1856年通过大量的室内实验得出的。4.1.1实验条件：装置图—P36，图4-11）等径圆筒装入均匀砂样（uniformsand），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5）下端测出水量（outflow）—Q

CompanyL4.1.1达西试验装置OO’断面1断面2LH1H2hω

CompanyL达西试验装置_两种2—变水头装置1—常水头装置

CompanyL4.1.2达西定律（Darcy’slaw）通过变水头，多次实验得出：出水端的流量Q与砂柱、测压管水头之间的关系为：（1）Q——渗流量；ω——砂柱断面面积；h——水头损失（m）；L——渗流途径；K——与试样有关的比例常数。由水力学中水动力学基本原理：（2）Q=KIω

CompanyL4.1.2达西定律（Darcy’slaw）渗透流速根据水力学，流速与流量的关系对上式转化：Q=ω·V与（2）式比较V=K·I（3）V称为渗透流速（seepagevelocity\Darcyvelocity）达西定律中由此看出：渗透流速与水力梯度是一次方成正比故达西定律又称为线性渗透定律V—I关系图转下页

CompanyLV——I曲线砂样VIO12V=K·I——（3）

CompanyL4.2达西定律讨论4.2.1渗透流速（V）与过水断面（ω）Q=KωI=ωV过水断面与水力学中的水流过断面是否一致？否过水断面——ω，假想的断面实际孔隙断面——ωn孔隙度实际水流断面——ωne有效孔隙度Q/ω=V比照水力学，实际流速Q/ω′=u，ω′=ωne关系：地下水渗透流速V=une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比较

CompanyL过水断面ω与实际过水断面ω’过水断面（ω）实际过水断面（ω’）ω’＝ωne(1)有效空隙度ne为重力水流动的空隙体积(不包括结合水占据的空间)与岩石体积比。有效空隙度ne孔隙度n。（2）有效孔隙度ne给水度μ？

CompanyL过水断面ω与实际过水断面ω’实际过断面（ω’）过水断面（ω）地下水实际流线基于渗透流速的流线

CompanyL4.2.2水力梯度水力梯度（I）（hydraulicgradient）水力学中水力坡度（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物理涵义上来看I：代表着渗流过程中，机械能的损失率，由水力学中水头的概念加以分析：在地下水