第四章-1 地下水的运动

《第四章-1 地下水的运动》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、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一、水文学相关的几个概念1、流线、流速、流量流速场:在水体中，若某两点的测压管水头不相等时，水便会流动，把流动的水体所占有的连续空间称为流速场。水的运动要素:流速场中水流的特征用流速、流量、动水压强等物理量描述，并称其为水的运动要素。在应用中或实验室研究时，常用（流网）流线和等水位线来直观描述水流特征第一节地下水运动特征及其基本规律流线是指在某一瞬时流速场内相邻水流质点沿流动方向所连成的几何线，如图4-1所示。因

2、为流线描述的是不同水质点在同一时刻的状态，流线上任意一点的切线方向就是该点此时的水流方向，所以，流速场中同时刻的流线是彼此不相交的光滑曲线。图4-1流线示意图过水断面：把垂直于水流方向（即流线）的水流截面称为过水断面。它是平面或曲面，如图4-2。流速：指水流在单位时间内所流动的距离（m/s）。实际的点流速VS平均流速图4-2流线及过水断面流量：是指单位时间内通过某一过水断面的水量（m3/s）。上式表明：某过水断面所通过的流量Ｑ等于过水断面面积ω乘以该过水断面上的平均流速v。第一节地下水运动特征及其基本规律二、地下水运动

3、的特点1、曲折复杂的地下水通道地下水储存并运动于岩石颗粒间像串珠管状的孔隙和岩石内纵横交错的裂隙之中，由于这些空隙形状、大小和连通程度的变化，造成地下水水流通道十分复杂。对地下水流的几点假想：a：假想水流流过任意断面的流量等于真正水流流过该断面的流量。b：假想水流流过任意断面的水头等于真正水流流过该断面的水头。c：假想水流通过岩石所受的阻力必须等于真正水流流过所受的阻力。通过假想水流的研究可达到掌握真正水流的运动规律。图4-2岩石中的渗流（a）实际渗透(b)假想渗流第一节地下水运动特征及其基本规律2、迟缓的流速地表水流

4、速通常以m/s来计算，其流速通常大于1m/s，而地下水在曲折的地下通道中运行，受到非常大的阻力，因而流速非常缓慢，常以m/d来表示。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

5、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层流和紊流实验表明，当流速较小，液体质点作有秩序地，互不混杂地流动时，称为层流

6、；相反，当流速较大，液体质点运动无秩序，互相混杂时，称为紊流。稳定流和非稳定流稳定流是指流速场中任意点的运动要素均不随时间而变化的水流。从数学角度看，稳定流中任意点的运动要素仅是空间坐标的函数（v＝ｆ（x，y，z）），随时间的变化率为零。相反地，如果有任意一项运动要素随时间而变化，则称为非稳定流。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一节地下水运动特征及其基本规律地下水运动是发生在岩石土壤空隙中的。和地表水流的区别是运动缓慢，运动空间既有水流又有岩土颗粒存在，运动的阻力很大，地下水流在岩土空隙中作弯

7、弯曲曲的复杂运动，研究地下水每个质点的运动情况既不可能又没必要。地表水流中水质点充满于整个流速场，水流是连续的。地下水运动的基本概念（一）渗流和渗流场（二）渗流速度和实际流速（三）水头和流网（四）水流类型第一节地下水运动特征及其基本规律（一）渗流和渗流场引入渗流来代替岩土中实际水流运动的总体效果。渗流是一种假想的水流，它是把运动于岩土空隙中的水流假想为充满于岩土整个空间（包括空隙空间和岩土颗粒所占的全部空间）、性质和作用与真实地下水流相同的水流。渗流所占据的空间区域称为渗流场。渗流场可用渗流量Ｑ、渗流速度v、水头Ｈ等运

8、动要素描述。等效假想水流应具备条件：1）它通过任何一个断面的流量以及任意点的动水压力或水头均和实际水流相同；2)它在任意的岩土体积内所受的阻力等于真实水流所受的阻力。渗流的作用效果与实际水流的作用效果相同。第一节地下水运动特征及其基本规律（二）渗流速度和实际流速据渗流特点：渗流场中过水断面ω包括地下水实际流过岩土空隙面积（ｎ）和骨