地下水动力学靳孟贵20141地下水动力学1地下水动力学课程总结基本概念定律及微分方程地下水向河渠的运动地下水向井的运动非饱和流理论基础溶质运移理论基础�共讲了11章,5个实验�13组习题地下水动力学2主要章节绪论第一章渗流基本概念与基本定律第二章地下水运动的基本微分方程第三章地下水向沟渠的稳定渗流第四章Dupuit稳定井流第五章Theis非稳定井流理论�井群干扰,直线边界附近的井流,变流量井流、定降深井流地下水动力学3主要章节第六章井流试验第七章越流含水层中的完整井流第八章潜水含水层中的非稳定井流第九章地下水向不完整井运动第十章非饱和水运动基本理论第十一章溶质运移理论基础地下水动力学内容结构基本概念基本定律概念模型数学模型数学模型的求解计算运动要素Q,q,H,s,t……求水文地质参数K,T,μe，μd，B……模型识别判断水文地质条件如边界性质应用地下水动力学5一、基本概念1。介质（为描述介质特性提出的一些概念）�连续介质模型—典型体元�渗透性：�渗透率(k)�渗透系数(K)�均质、非均质�各向同性、各向异性�有界与无界322μγndK=μγ122nBK=μγkK=地下水动力学62。渗流场�渗流特征�运动要素：实际流速、渗透流速、质点流速、单个孔隙断面平均流速，流量，水头，水力坡度�水头线，等水头线，流线�流网（特征、绘制原则与方法）�稳定流、非稳定流�一、二、三维流�承压流，无压流地下水动力学靳孟贵20142地下水动力学73。弹性变形与弹性释水�有效应力原理�弹性变形与弹性释水�承压含水层抽水的两个来源�弹性给水度�比弹性给水度)(βαγμnMe+=p+='有效应力原理Terzaghiσσ地下水动力学84。重力滞后释水�沃尔顿(W.C.Walton)抽水过程三阶段�重力滞后释水�滞后指数（1/α）�岩性越细，滞后越明显μdδsαe-α(t-τ)地下水动力学95.非饱和流及水动力弥散�土壤水势，�土壤水分特征曲线等非饱和流水力参数，�水动力弥散现象�水动力弥散：机械弥散（对流弥散），分子扩散地下水动力学106。水文地质参数及获取方法�渗透系数K�入渗强度W�导水系数T=KM�弹性给水度μe（储水系数）�重力给水度μd�阻越流系数B�压力传导系数a=T/μe''KTMB=地下水动力学11二、渗流基本定律1。达西定律KJAQ=�适用条件：Re<10的层流zHKvyHKvxHKvsHKvzzyyxx∂∂−=∂∂−=∂∂−=∂∂−=�非饱和流达西定律地下水动力学122.Dupuit假定和微分方程3.渗流折射定律2121tgtgKK=ααdxdhKvdxdhKhqdxdhKBhQx−=−=−=,,hBAzH⋅=≈∂∂，则0xHsH∂∂−≈∂∂−K2^K1α2α1地下水动力学靳孟贵20143地下水动力学13三、基本概念模型（讨论了很多，例如）�无点源（汇）平面流动（剖面或平面二维流）�点源（汇）平面流动（如Dupuit井流）�沟（渠）流：稳定，不稳定�井流：稳定井流，不稳定井流；完整井流，不完整井流�不稳定井流：Theis井流，有越流井流，考虑滞后给水的Boulton井流,考虑垂向分流速的Neuman井流…地下水动力学14四、数学模型数学模型微分方程定解条件边界条件初始条件�已知t=0时的因变量，H(x,y,z,0)=H0(x,y,z)�已知水头边界(I类Dirichlet)H(x,y,z,t)=f(x,y,z,t)(x,y,z)∈B1特例：定水头边界H(x,y,z,t)=C�已知流量边界(II类Neumann)特例：隔水边界2B),,(),,,(∈=∂∂−zyxtzyxfnH0=∂∂−nH�III类边界CauchybaHnH=+∂∂地下水动力学15单位储水系数，量纲[1/L]：1。微分方程Mnesμβαγμ=+=)()7(tHzHKzyHKyxHKxszzyyxx∂∂=⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂∂∂+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂∂∂+⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂∂∂μ上式为非均质各向异性承压含水层的偏微分方程。其实质是单元六面体的均衡方程。[1/T]地下水动力学16潜水微分方程thWyhKhyxhKhxd∂∂=+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂∂∂+⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂∂∂μ221eHHHTWrrrtμ⎛⎞∂∂∂++=⎜⎟∂∂∂⎝⎠极坐标，均质各向同性含水层等厚非稳定流有源汇时地下水动力学17例：剖面无压二维流数学模型0(,),0(,,0)(,)(,)(,,)|DdBhhhhhxyDtxxyyKthxyhxyxyDhxythμΓ⎧⎛⎞∂∂∂∂∂⎛⎞+=∈>⎪⎜⎟⎜⎟∂∂∂∂∂⎝⎠⎝⎠⎪⎪=∈⎨⎪=⎪⎪⎩地下水动力学18垂向一维非饱和流模型⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧∞→>=∞=>=>==∂∂+⎟⎠⎞...
