5第五章地下水运动的基本规律VIP专享

1 第五章 地下水运动的基本规律 5 . 1 渗流基本概念 渗流––––地下水在岩石空隙中的运动称为渗流（渗透，地下径流）。 渗流场––––发生渗流的区域。 层流运动––––水的质点作有秩序的、互不混杂的流动。 紊流运动––––水的质点无秩序的、互相混杂的流动。 稳定流––––各个运动要素（水位、流速、流向等）不随时间改变的水流运动。 非稳定流––––运动要素随时间变化的水流运动。 地下水总是从能量较高处流向能量较低处。能态差异是地下水运动的驱动力。 地下水的机械能包括动能和势能，水力学中用总水头(hydraulic head)H 表示，水总是从总水头高的地方流向总水头低的地方。 5 ．2 重力水运动的基本规律 1．达西定律（Darcy’s Law） 1856 年达西通过实验得到达西定律。实验在砂柱中进行（P36：图4—1），根据实验结果（流量）： Q=KA(H1-H2)/L=KAI （5.1） 式中： Q 为渗透流量(出口处流量，即通过砂柱各断面的体积流量)； A 为过水断面的面积(砂柱的横断面积，包括砂颗粒和孔隙面积)； H1 H2 分别为上、下游过水断面的水头； L 为渗透途径(上、下游过水断面的距离)； I 为水力梯度； 2 K 为渗透系数。 由水力学：Q=vA 得到 v=Q/A (对地下水也适用) (5.2) 达西定律也可以另一种形式表达（流速）： 由公式（5.1）及Q=VA 得： v=KI (5.3) 式中：V––––渗透流速，m/d，cm/s； K––––渗透系数，m/d，cm/s； I––––水力梯度，无量纲（比值）。 具体到实际问题： 计算流量： LHHKwQ21 （单位一般为：m3/d，L/s） 微分形式： dxdHKv 式中：负号表示水流方向与水力梯度方向相反，水流方向（坐标方向）：由水位高→低；而水力梯度方向：由等水位线低→高。 在三维空间中（向量形式）： KgradHkzHKjyHKixHKVzyx 或HKV， 式中：K––––为渗透系数张量； HkzHjyHixHgradH。 若用标量表示，V 的三个分量分别为： xHKvxx H1KLH2 3 yHKvyy zHKvzz 2．渗透流速（V）（seepage v elocity ，Darcy v elocity ）与实际流速（u ） 渗透流速––––水流通过整个过水断面（包括砂砾和孔隙）的流速。 水流实际流过的面积（扣除结合水）––––水流实际过水断面是扣除结合水所占范围以外的空隙面积An 即： An =A ne (5.4) 式中：ne 为有效孔(空)隙度...