水文地质学第章地下水运动的基本规律.ppt

chd-qw 第四章　地下水运动的基本规律 水文地质学 第四章 地下水运动的基本规律 §4.1概述（地下水运动的基本形式） 一、研究对象及其特征 1、岩石中水的存在形式： 　　　　　　　　　 结合水 　　　　 液态水（重力水、毛细水） 　　　　 固态、气态水 2、地下水与地表水最大区别在于储存和运移；地下水的运动通道非常复杂，地表水（河流）是占满整个过水断面，而地下水水流通过的断面小于地质断面。 注意区别：过水断面与实际过水断面。 §4.1概述（地下水运动的基本形式） 一　3、假想水流的性质： （1）任一断面上假想水流的流量与实际水流的流量相等。 （2）任一断面上假想水流的水位与实际水流的水位相等。 （3）假想水流和实际水流所克服的阻力相等。 4、渗流：符合以上三条的地下水在岩土体空隙中的运动称为渗流。　 渗流场：发生渗流的空间区域叫做渗流场。 §4.1概述（地下水运动的基本形式） 二、重力水运动的形式 1、地下水流态的类型 （1）??? 层流运动：在岩土体空隙中渗流时，水质点作有秩序的、互相不混杂的运动。 （2）??? 紊流运动：当流速加大，水质点作无秩序的、互相混杂、流线极不规则的运动。 一般空隙狭小重力水受介质的吸引力较大，多作层流运动。只有当裂隙发育或岩溶发育地带，水的流速大，呈紊流运动。另外，在抽水井附近小范围内，当井内水位降落很大时，地下水的流速很大，也呈紊流运动。 §4.1　地下水运动的基本形式 2、地下水运动的类型 （1）稳定流：在渗流场内各个运动要素不随时间改变。 （2）非稳定流：在渗流场中任意点的运动要素都随时间而变化。 运动要素包括：地下水水流方向，运动速度，流量等。 §4.2　重力水运动的基本规律 §4.2　重力水运动的基本规律 １８５２――１８５６年 四年的实验 二、线性渗透定律—达西定律 　　Q=KFI=KFh/L 　　流量Q=VF 　　比较两式 　　V=KI 图4—2 过水断面ω（斜阴线部分）与实际过水断面ω（直阴线部分） 颗粒边缘涂黑部分为夸大表示的结合水 §4.2　重力水运动的基本规律 三、公式中各项的物理意义： 1、渗透流速V(与实际流速u)：uV 2、水力梯度 （1）??? 沿着渗透途径水头损失与相应渗透途径长度的比值。 （2）??? 单位长度渗透途径上为克服摩擦阻力所耗失的机械能。 （3）??? 驱动力。 §4.2　重力水运动的基本规律 3、渗透系数 （1）单位与速度相同，但是不等于速度单位。 （2）可以定量说明岩石的透水性能，是表征透水性能的定量指标。 （3）渗透系数与液体的性质有关，与容重和粘滞性有关。 　　根据渗透系数大小，可将岩石分类： §4.2　重力水运动的基本规律 §4.2　重力水运动的基本规律 四、达西定律的适用范围 1、并非任何渗流都适用。Re雷诺数介于1～10的层流运动才符合达西定律。 2、天然情况下，绝大多数的地下水流是服从达西定律的。 3、不仅适用于垂直运动，也适用于其它任意方向的地下水运动。 §4.2　重力水运动的基本规律 五、非线性渗透定律—折才定律 六、达西定律应用举例 1、计算单宽流量 2、分析等水位线图 3、判断岩石透水性或含水层 　　厚度的变化 4、其它公式的基础 §4.3　流网 一、基本定义 1、流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上，由一系列等水头线与流线组成的网格。 2、流线：渗流场中某一瞬间的一条线，线上各个水质点在此瞬时的流向均与此线相切。（拍照定格） 3、迹线：渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。（连续摄影） §4.3　流网 二、含水介质的类型： 　　按照岩土体渗透系数大小划分： §4.3　流网 三　２、按照渗透系数是否随空间位置变化划分：均质含水层，非均质含水层。 （1）??? 均质含水层：整个渗流场中渗透系数处处相等，即渗透系数不随空间位置变化而变化。K=常量。 （2）??? 非均质含水层：渗流场中渗透系数不相等，随空间位置而变化。K=f(x,y,z) §4.3　流网 三　3、按照渗透系数是否随渗流方向改变划分为：各向同性，各向异性 （1）??? 各向同性：同一地点不同方向上渗透系数均相等，即渗透系数不随渗流方向而变化。Kx=Ky=Kz §4.3　流网 三　3、按照渗透系数是否随渗流方向改变划分为：各向同性，各向异性 （2)各向异性：同一地点不同方向上渗透系数都不相等，即渗透系数随方向变化。Kx ≠ Ky ≠ Kz 。典型例证：黄土。 非均质含水层 §4.3　流网 四、均质各向同性介质中的流网 1、流网的绘制（步骤有