含水层中及河渠间地下水运动

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1、第二章含水层中及河渠间地下水运动肖长来88502287水工203吉林大学环境与资源学院2009-102.3河渠间地下水的非稳定运动潜水回水：地表水和两岸潜水存在水力联系的情况下，河水位（库水位）的抬升，引起潜水水位相应地抬高的现象。河渠引渗（回灌）：利用河渠地表水的侧渗作用来补充地下水，以达到灌溉农田的目的。河渠附近潜水运动规律研究意义：①地下水资源评价；②人工回灌系统的规划设计；③河道建闸蓄水对两岸地下水动态影响的预测；④土壤盐碱化的预防和改良；⑤在浅层地下水为咸水的地区如何进行排咸补淡。2.3.1河渠水位迅速上升或下降为定值

2、时，河渠间地下水的非稳定运动1）水文地质概念模型在研究时作如下假设：(1)含水层均质，各向同性，位于水平隔水层上；上部入渗量可忽略不计，即设W=0。河渠引渗后的潜水流可视为一维流；(2)潜水流的初始状态为稳定流，水位可用（2-9）式表示。(3)两侧河渠水位同时出现水位上升，发生瞬时回水，左河水位自上升至，右河自上升至。图2-8河渠间潜水的非稳定运动2）数学模型及其解在上述情况下，地下水的运动仍可用Boussinesq方程式来描述，只是W=0，因此有:Boussinesq方程的第一种线性化方法适用于含水层厚度hm较大、水位变化h’

3、较小，即h=hm+h’，且h’<

4、下：为了便于求解，取一新函数：并把它代入（2-21）式和相应的定解条件，将定解问题变为：该问题可通过有限Fourier正弦变换求解，结果为：经过推求得水位公式：式中：——相对距离；——相对时间；——河渠水位函数，当x在0~1的区间变化时，有表可查；——可据，，由求得。式（2-27）为河渠水位迅速上升，然后保持不变时，计算河渠间任一断面任一时刻水位的公式。该公式表明，它为乘上小于1的函数，故河渠间任一断面的水位变幅总是小于河渠的水位变幅。（2-26）（2-27）河渠水位函数相对距离河渠水位函数取（2-27）式对x的导数，将代入其中

5、，得单宽流量公式：式中，——河渠流量函数，其值可查表；qx,0——x断面处回水前单宽流量；qx,t——x断面处回水后t时刻的单宽流量。（2-28）式（2-28）表明，当河渠水位迅速上升，然后保持不变时，任意时刻任一断面的单宽流量与稳定流不同，它不仅随时间变化，且与坐标有关。虽然没有沿途的入渗补给，但因同一时刻在不同断面上有不同的水位变幅和流速，故不同断面的流量也是不同的。将（2-28）式在0~t区间积分得时段单宽流量公式：式中的值，可查表。式（2-29）为从引渗开始经历时间t后任一断面的总单宽侧渗量（单位长度上河渠补给地下水的总

6、量）。河水位常存在一定的涨落，呈阶梯状变化或连续变化。常将其变化曲线概化为阶梯状线段，见图2-9。为了计算方便，左右两河渠概化的时段数应该相同。每一时段视为定水位，相邻时段之间变化仍看作瞬时回水。各时段回水之和即是整个变化过程，应用叠加原理可求得下列计算公式：2.3.2河渠水位变化时，河渠间地下水的非稳定运动(1)l→∞，,将双侧有河渠渗透转变为单侧有河渠渗透的半无限问题。此时，（2-27）式简化为:为了求极限值，可将级数化为积分，结果为：图2-10河渠水位迅速上升时河渠附近潜水的非稳定运动（2-32）2.3.3公式应用分析式中

7、：式中λ——河渠水位对地下水位的影响系数，数值有表可查；erfc(λ)——误差函数的补函数（余误差函数）。——误差函数。如果含水层的压力传导系数a已知，欲求在任一距离x，任一时间t内因河渠水位突然变化所引起的地下水位变化，可先求出，然后由表(2-4)查得F(λ)值，代入（2-32）式，即可确定值。(2-28)式简化为:式中。式（2-32）和式（2-33）为一侧有河渠渗透时，任一断面潜水位和单宽流量的计算公式。(2)左河渠回水，右河渠水位保持不变。则由（2-27）式和(2-28)分别简化为：沿河渠布置井排开采地下水，可以夺取河渠水

8、的补给。这时，可近似地把井排看作水平渠道（相当于右渠），且动水位不变，利用上面两个公式可计算潜水位和河水对地下水的补给量。（2-33）（2-34）（2-35）(3)确定排灌渠的合理间距在排水或灌溉的地区，设计出合理的渠道间距是水文地质工作的重点之一。如图2-8所