地下水动力学习知识重点情况总结
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地下水动力学:研究地下水岩石空隙中运动规律的科--(它是模拟地下水流基本状态和地下水中溶质运移过程,对地下水从数量上和质量进行定量评价和合理开发利用,以及兴利除害的理论基础。
主要研究重力水的运动规律)渗透:重力地下水在岩石空隙中的运动渗流:整个含水层全部被地下水占据,不考虑骨架。
考虑地下水的整体运动方向,不必研究个别孔隙之间的运动途径。
满足渗流的条件:1)假想水流的性质与真实水流相同;2)、假想水流运动时所受阻力与真实水流相同;3)通过任一断面的流量和任一点的压力或水头和实际水流相同。
渗流量:流量,单位时间内通过过水断面(包括含水层空隙和骨架所占面积)的水体积,同Q表示,单位m3/d。
渗流速度:又称渗透速度、比流量,是渗流在过水断面(包括含水层空隙和骨架所占面积)上的平均流速。
它不代表任何真实水流的速度,只是一种假想速度。
记为v,单位m/d。
贮水系数:称释水系数或储水系数,指面积为一个单位、厚度为含水层全厚度M的含水层柱体中,当水头改变一个单位时弹性释放或贮存的水量。
μ* = μs M。
既适用于承压含水层,也适用于潜水含水层。
贮水率:指当水头下降(或上升)一个单位时,由于含水层内骨架的压缩(或膨胀)和水的膨胀(或压缩)而从单位体积含水层柱体中弹性释放(或贮存)的水量,量纲1/L。
μs = ρg (α+nβ)。
导水系数:是描述含水层出水能力的参数;水力坡度等于1时,通过整个含水层厚度上的单宽流量;亦即含水层的渗透系数与含水层厚度之积,T=KM。
它是定义在一维或二维流中的水文地质参数。
单位:m2/d。
非均质介质:如果在渗流场中,所有点不都具有相同的渗透系数,则称该岩层是非均质的。
各向异性介质:渗流场中某一点的渗透系数取决于方向,渗透系数随渗流方向不同而不同。
达西定律:是描述(条件:以粘滞力为主、雷诺数Re< 1~10的层流状态下的地下水渗流)基本定律,指出渗流速度V与水力梯度J成线性关系,V=KJ,或Q=KAJ,为水力梯度等于1时的渗流速度。
地下水动力学名词解释1. 地下水动力学是研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石、和喀斯特岩石中运动规律的科学。
它是模拟地下水流基本状态和地下水中溶质运移过程,对地下水从数量和质量上进行定量评价和合理开发利用,以及兴利除害的理论基础。
2. 流量:单位时间通过过水断面的水量称为通过该断面的渗流量。
3. 渗流速度:假设水流通过整个岩层断面(骨架+空隙)时所具有的虚拟平均流速,定义为通过单位过水断面面积的流量。
4. 渗流场:发生渗流的区域称为渗流场。
是由固体骨架和岩石空隙中的水两部分组成。
5. 层流:水质点作有秩序、互不混杂的流动。
6. 紊流:水质点作无秩序、互相混杂的流动。
7. 稳定流与非稳定流:若流场中所有空间点上一切运动要素都不随时间改变时,称为稳定流,否则称为非稳定流。
8. 雷诺数:表征运动流体质点所受惯性力和粘性力的比值。
9. 雷诺数的物理意义:水流的惯性力与黏滞力之比。
10.渗透系数:在各项同性介质(均质)中,用单位水力梯度下单位面积上的流量表示流体通过孔隙骨架的难易程度,称之为渗透系数。
11. 流网:在渗流场中,由流线和等水头线组成的网络称为流网。
12. 折射现象:地下水在非均质岩层中运动,当水流通过渗透系数突变的分界面时,出现流线改变方向的现象。
13.裘布依假设:绝大多数地下水具有缓变流的特点。
14. 完整井:贯穿整个含水层,在全部含水层厚度上都安装有过滤器并能全断面进水的井。
15. 非完整井:未揭穿整个含水层、只有井底和含水层的部分厚度上能进水或进水部分仅揭穿部分含水层的井。
16.水位降深:抽水井及其周围某时刻的水头比初始水头的降低值。
17.水位降落漏斗:抽水井周围由抽水(排水)而形成的漏斗状水头(水位)下降区,称为降落漏斗。
18. 影响半径:是从抽水井到实际观测不到水位降深处的径向距离。
19. 有效井半径:由井轴到井管外壁某一点的水平距离。
在该点,按稳定流计算的理论降深正好等于过滤器外壁的实际降深。
地下水动力学知识点总结地下水动力学这门学科呀,可真是充满了各种有趣又实用的知识!咱们今天就来好好总结总结。
先来说说地下水的流动。
想象一下,地下水就像一群调皮的孩子,在地下的通道里跑来跑去。
它们的流动速度和方向可不是随便乱来的,这和很多因素都有关系。
比如说,含水层的渗透性就像通道的宽窄,渗透性好,地下水跑得就快;渗透性差,它们就得慢悠悠地挪。
还记得有一次,我去一个地方考察,那里有一口古老的水井。
周围的人们都说这水井的水一直都很清澈,水量也很稳定。
我就好奇呀,仔细研究了一下周围的地质情况。
发现那里的含水层渗透性不错,地下水能够稳定地补充到水井里,所以才有了这样让人称赞的好水井。
这就让我更深刻地理解了渗透性对地下水流动的重要影响。
再说说水头和水力梯度。
水头就像是地下水的“能量高度”,水力梯度则是它们流动的“动力”。
水力梯度越大,地下水流动得就越起劲。
这就好比我们爬山,山坡越陡,我们往下滑的速度可能就越快。
地下水的储存和释放在实际生活中也很重要。
含水层就像是一个大水库,能储存大量的地下水。
当我们需要用水的时候,它又能释放出来。
我曾经在一个农村地区看到,在干旱的季节里,当地居民依靠着地下含水层储存的水,度过了艰难的时期。
还有地下水向井的流动。
井就像是一个大吸盘,把周围的地下水都吸引过来。
不同类型的井,吸引地下水的能力和方式也不一样。
地下水动力学的知识在很多领域都有应用呢。
比如在水资源管理方面,了解地下水的流动规律,就能更好地规划水资源的开发和保护,避免过度开采导致地下水资源枯竭。
在地质工程中,它能帮助工程师们预测地下水流对工程建设的影响,提前做好防范措施。
总之,地下水动力学的知识点虽然看起来有点复杂,但只要我们用心去理解,多结合实际生活中的例子,就能发现其中的乐趣和实用价值。
就像我们通过那口古老的水井,明白了渗透性的重要;通过农村的用水情况,理解了储存和释放的意义。
希望大家都能掌握好这些知识,为我们更好地利用和保护地下水资源出一份力!。
地下水知识点总结及难点解析一、地下水地下水按埋藏条件的不同,可分为潜水与承压水。
(一)潜水1. 概念:埋藏在第一个隔水层之上的地下水。
2. 补给:大气降水和地表水补给。
3. 特点:①有一个自由水面;②分布区与补给区基本一致;③埋藏较浅,受气候影响大,流量不稳定;④易受污染。
4. 排泄方式:①水平排泄:露出为地表水或泉水;②垂直排泄:蒸发。
5. 环境问题:①不合理灌溉,造成土壤盐渍化;②过量开采,造成潜水水位下降而形成地下水漏斗区,地面下沉,沿海地带可能引起海水入侵。
(二)承压水1. 概念:埋藏在上下两个隔水层之间,承受一定压力的地下水。
2. 补给:大气降水和地表水通过潜水补给。
3. 特点:①承受一定压力;②分布区与补给区常不一致;③埋藏较深,受气候影响小,流量稳定;④不易受污染,水质比较好。
4. 排泄方式:水平排泄,在排泄区转化为潜水和泉水。
5. 环境问题:污染或过量开采后不易恢复。
二、难点解析1. 潜水的下渗条件有哪些?对于潜水,主要有哪些不合理的利用方式?潜水就是在第一个隔水层之上的地下水,它的补给主要是直接的地面下渗。
有利于潜水下渗的条件通常要考虑三个方面:一是降水,要求降水强度小、时间长;二是地面的坡度,要求地面坡度平缓;三是植被,要求有良好的植被覆盖。
对潜水的不合理利用主要有两个方面:一是不合理的灌溉方式——漫灌,造成潜水水面上升,水分被蒸发但水中的盐分积留在土壤中,形成土壤的盐渍化(次生盐碱化),这一现象在干旱、半干旱区的灌溉农业区容易出现。
解决的办法是采用合理的灌溉方法,推行喷灌、滴灌节水型技术,或采取雨季的淋溶。
二是过度抽取地下水,造成地面沉降、建筑物倒塌、海水倒灌等问题。
解决方法是停止过度开采、节约用水、雨季回灌。
2. 地下都是岩石,地下水储存在哪里呢?地下除了较为疏松的土壤处,都是岩石,但是岩石是有裂隙的,地下水就储存在岩石的裂隙中,并且也有水位,从水位高处流向水位低处。
但岩石的裂隙有大小,所以储水的能力也就不同。
内容主要有:(1)渗流理论基础;(2)地下水向河渠的稳定运动;(3)地下水向完整井的稳定运动;(4)地下水向完整井的非稳定运动;(5)地下水向边界附近井的稳定和非稳定运动。
重点考核地下水运动的基本概念、基本原理和方法。
题目类型有名词解释、判断题、作图题和计算题等,其中计算题占试题总分数的65%。
《地下水动力学》复习要点第一章 渗流理论基础一、基本内容1、基本概念:多孔介质、贮水率、贮水系数(弹性给水度)、渗流、渗流速度及与实际速度关系、水头(位置水头、测压管水头)、水力坡度、渗透系数、渗透率、导水系数、各向异性介质、各向同性介质、均质与非均质、水流折射原理、流网、dupuit 假设、第一类边界条件、第二类边界条件等2、基本定律:达西定律及适用范围3、描述地下水运动的方程:渗流连续性方程、承压水运动的基本微分方程、潜水运动的基本微分方程、越流含水层地下水非稳定流运动方程4、定解条件(初始条件、边界条件),数值方法基本思想二、要求1、理解并掌握上述概念和理论2、用达西定律分析水头线的变化或根据流网分析水文地质条件变化;3、给定水文地质条件,能正确画出反映地下水运动特点的流网图;4、给定水文地质模型和水文地质条件,写出反映地下水运动的基本方程(给定假设条件,建立数学模型,包括初始条件、边界条件)第二章 河间地块地下水的稳定运动一、基本内容有入渗时河间地块潜水的稳定运动问题(水文地质模型、假设条件、数学模型、流网、任意过水断面流量、分水岭移动规律、水头线)、无入渗时潜水的稳定运动、承压水的稳定运动,水在承压—无压含水层中的运动,非均质含水层中水的运动问题。
二、学习要求根据给定问题的水文地质条件,用相关公式计算过水断面流量或水位。
三、常用公式 1、承压含水层(达西定律) l H H m m kq 21212++= x lH H H H 211--= 2、无入渗潜水含水层(达西定律)l h h h h k q 21212-+= x lh h h h 2122212-+= 3、有入渗时潜水 wx wl l h h k q +--=2122221 )(22122212x lx kw x l h h h h -+-+= 4、分水岭位置 l h h w k l a 222221--= 5、其它流动问题(水平层状含水层、非均质含水层、承压—无压含水层、厚度或水流厚度沿流向变化等)第三章 地下水向完整井的稳定运动一、 基本概念:完整井、不完整井、水井及周围水位(水头)、稳定井流条件(定水头边界、越流、入渗补给)、井损与水跃、影响半径与引用影响半径、叠加原理、均匀流及平面或剖面流网二、学习要求1、掌握地下水向承压水井和潜水井运动问题的假设条件、数学模型、平面或剖面流网特征2、利用有关公式计算抽水量、降深或利用抽水试验资料(已知降深或水位),求含水层参数(导水系数或渗透系数)3、应用叠加原理地下水向完整井群的稳定运动问题。
(完整版)地下⽔动⼒学知识点总结基本问题潜⽔含⽔层的贮⽔能⼒可表⽰为Q=HF;承压含⽔层的贮⽔能⼒可表⽰为Q=HF;式中Q——含⽔层⽔位变化时H的贮⽔能⼒,H——⽔位变化幅度;F——地下⽔位受⼈⼯回灌影响的范围。
从中可以看出,因为承压含⽔层的弹性释⽔系数远远⼩于潜⽔含⽔层的给⽔度,因此在相同条件下进⾏⼈⼯回灌时,潜⽔含⽔层的贮⽔能⼒远远⼤于承压含⽔层的贮⽔能⼒。
⽔跃:抽⽔井中的⽔位与井壁外的⽔位之间存在差值的现象(seepage face)。
井损(well loss)是由于抽⽔井管所造成的⽔头损失。
①井损的存在:渗透⽔流由井壁外通过过滤器或缝隙进⼊抽⽔井时要克服阻⼒,产⽣⼀部分⽔头损失h1。
②⽔进⼊抽⽔井后,井内⽔流井⽔向⽔泵及⽔笼头流动过程中要克服⼀定阻⼒,产⽣⼀部分⽔头差h2。
③井壁附近的三维流也产⽣⽔头差h3。
通常将(h1+h2+h3)统称为⽔跃值.趋于等速下降。
113承压⽔井的Dupuit公式的⽔⽂地质概念模型(1)含⽔层为均质、各向同性,产状⽔平、厚度不变(等厚)、,分布⾯积很⼤,可视为⽆限延伸;或呈圆岛状分布,岛外有定⽔头补给;(2)抽⽔前地下⽔⾯是⽔平的,并视为稳定的;含⽔层中的⽔流服从Darcy’s Law,并在⽔头下降的瞬间将⽔释放出来,可忽略弱透⽔层的弹性释⽔;(3)完整井,定流量抽⽔,在距井⼀定距离上有圆形补给边界,⽔位降落漏⽃为圆域,半径为影响半径;经过较长时间抽⽔,地下⽔运动出现稳定状态;(4)⽔流为平⾯径向流,流线为指向井轴的径向直线,等⽔头⾯为以井为共轴的圆柱⾯,并和过⽔断⾯⼀致;通过各过⽔断⾯的流量处处相等,并等于抽⽔井的流量。
123承压⽔井的Dupuit公式的表达式及符号含义或式中,s w—井中⽔位降深,m;Q—抽⽔井流量,m3/d;M—含⽔层厚度,m;K—渗透系数,m/d;r w—井半径,m;R—影响半径(圆岛半径),m。
133Theim公式的表达式若存在两个观测孔,距离井中⼼的距离分别为r1,r2,⽔位分别为H1,H2,在r1到r2区间积分得:式中s1、s2分别为r1和r2处的⽔位降深。
《地下水动力学》复习提纲第1章渗流理论基础1、多孔介质的性质孔隙性:孔隙度,有效孔隙,有效孔隙度,死端孔隙压缩性:压缩系数(),固体颗粒压缩系数(),孔隙压缩系(),2、贮水率()、贮水系数()与给水度()定义,量纲,表达式:,,弹性释水与重力排水3、渗流、典型单元体渗流定义与性质(特点),典型单元体(理解)4、过水断面、渗流速度、实际平均流速:,5、水头和水头坡度测压管水头、总水头:等水头面、等水头线、水力坡度:大小等于水头梯度值,方向沿着等水头面的法线指向水头降低方向的矢量。
6、地下水运动特征的分类稳定流和非稳定流,维数(1维、2维和3维运动),流态(层流和紊流)Reynolds数:,临界水力坡度。
7、Darcy定律及其适用范围Darcy定律:,或微分表示:,,,矢量表示:Darcy定律适用范围:Reynolds数判别,起始水力坡度()8、渗透系数、渗透率和导水系数渗透系数定义,影响渗透系数的因素,渗透系数与渗透率关系:,导水系数,单宽流量,量纲9、非线性运动定律Forchheimer公式、Chezy公式10、岩层透水特征分类均质、非均质岩层,各向同性和各向异性。
渗透系数张量:,主渗透方向11、水流折射和等效渗透系数渗流折射定律与分析,层状岩层等效渗透系数:水平:,垂直:12、流网流线与迹线,流线方程:流函数,流函数的全微分:,流函数性质流网与性质,流网的应用13、渗流的连续性方程:14、承压水运动的基本微分方程:三维:各向异性介质:坐标轴方向与主渗透方向一致时:有源汇项:各向同性介质:柱坐标:轴对称问题:二维:或坐标轴方向与主渗透方向一致时:或稳定流:微分方程的右端项等于零。
15、越流含水层中地下水非稳定运动的基本微分方程越流、越流含水层(半承压含水层)微分方程:坐标轴方向与主渗透方向一致时:均质各向同性介质:有源、汇项:越流系数、越流因素。
16、潜水运动的基本微分方程Dupuit假设、适用范围Boussinesq方程一般方程:三维流时微分方程同承压水流微分方程。
基本问题潜水含水层的贮水能力可表示为Q=HF;承压含水层的贮水能力可表示为Q=HF;式中Q——含水层水位变化时H的贮水能力,H——水位变化幅度;F——地下水位受人工回灌影响的范围。
从中可以看出,因为承压含水层的弹性释水系数远远小于潜水含水层的给水度,因此在相同条件下进行人工回灌时,潜水含水层的贮水能力远远大于承压含水层的贮水能力。
水跃:抽水井中的水位与井壁外的水位之间存在差值的现象(seepage face)。
井损(well loss)是由于抽水井管所造成的水头损失。
①井损的存在:渗透水流由井壁外通过过滤器或缝隙进入抽水井时要克服阻力,产生一部分水头损失h1。
②水进入抽水井后,井内水流井水向水泵及水笼头流动过程中要克服一定阻力,产生一部分水头差h2。
③井壁附近的三维流也产生水头差h3。
通常将(h1+h2+h3)统称为水跃值.13地下水流向井的稳定运动和非稳定运动的主要区别是什么?(1)从流量看,稳定井流不同断面的流量处处相等,都等于抽水井的流量;而任一断面非稳定井流的流量都不相等,沿着地下水流向流量逐渐增大,直至抽水井处为最大(抽水井的出水量)。
(2)只要给定边界水头和井内水头,就可以确定稳定井流抽水井附近的水头分布,且水头分布不随时间发生变化;非稳定井流抽水井附近的水头分布是随抽水时间而不断发生变化的,例如Theis井流,在抽水初期水头降速快,1/u=1时达到最大,之后降速由大减小,最后趋于等速下降。
113承压水井的Dupuit公式的水文地质概念模型(1)含水层为均质、各向同性,产状水平、厚度不变(等厚)、,分布面积很大,可视为无限延伸;或呈圆岛状分布,岛外有定水头补给;(2)抽水前地下水面是水平的,并视为稳定的;含水层中的水流服从Darcy’s Law,并在水头下降的瞬间将水释放出来,可忽略弱透水层的弹性释水;(3)完整井,定流量抽水,在距井一定距离上有圆形补给边界,水位降落漏斗为圆域,半径为影响半径;经过较长时间抽水,地下水运动出现稳定状态;(4)水流为平面径向流,流线为指向井轴的径向直线,等水头面为以井为共轴的圆柱面,并和过水断面一致;通过各过水断面的流量处处相等,并等于抽水井的流量。
地下⽔动⼒学地下⽔动⼒学要点总结By Zero渗流:地下⽔在岩⽯空隙中或是多孔介质中的流动有效空隙:地下⽔动⼒学中将互相连通的,不为结合⽔所占据的部分空隙叫做有效空隙储⽔系数:表⽰⾯积为1个单位,厚度为整个承压含⽔层的含⽔层柱体,当⽔头改变⼀个单位时,所储存或是释放的⽔量,⽆量纲。
储⽔率:表⽰⾯积为1个单位的承压含⽔层,当厚度为1个单位的时候,⽔头下降⼀个单位时所能释放的⽔量。
给⽔度:是含⽔层的释⽔能⼒。
表⽰单位⾯积的含⽔层,当潜⽔⾯下降⼀个单位长度时在重⼒作⽤下能释放出⽔量。
地下⽔的总⽔头:即地下⽔的总机械能H=Z+P/r⽔⼒坡度:地下⽔动⼒学中,⼤⼩等于梯度值,⽅向沿等⽔头⾯法线所指向的⽔头下降⽅向的⽮量称⽔⼒坡度。
地下⽔流态:包括[层流]、[紊流],判别流态⽤[雷诺数RE判别]Darcy定律的适⽤范围:[在雷诺数RE<1~10之间的某个数值时,即粘滞⼒占优势的层流运动]渗透系数(K):表⽰岩⼟透⽔性能的数量指标。
亦称⽔⼒传导度。
可由达西定律求得:q=KI影响渗透系数的因素:空隙⼤⼩、岩⽯的⾃⾝的性质、渗透液体的物理性质(容重、黏滞性等)渗透率:是表征⼟或岩⽯本⾝传导液体能⼒的参数导⽔系数:即T=KM,它的物理含义是⽔⼒坡度等于1时,通过整个含⽔层厚度的单宽流量。
导⽔系数的概念只能⽤于⼆维的地下⽔流动不能⽤于三维。
岩层透⽔特征的分类:均质、⾮均质、各向同性、各向异性均质:在渗流场中,所有点都具有相同的渗透系数,则称该岩层是均质的,反之为⾮均质。
各向同性:在渗流场中,某⼀点的渗透系数不取决于⽅向,即不管渗流的⽅向如何都具有相同的渗透系数,则称为各向同性,反之为各向异性。
越流系数:当主含⽔层和供给越流的含⽔层间的⽔头差为1个长度单位时,通过主含⽔层和弱透⽔层间单位⾯积上的⽔流量。
定解条件:稳定流的定解条件:基本微分⽅程+边界条件⾮稳定流的定解条件:基本微分⽅程+初始条件+边界条件边界条件的分类:定⽔头边界、定流量边界、混合边界条件稳定流需要的定解条件:基本微分⽅程+边界条件⾮稳定流定解条件:基本微分条件+边界条件+初始条件渗流和空隙中的真实⽔流的区别;⼟壤孔隙度⼩于1,所以渗流流量1、流速⽅⾯渗流速度和地下⽔实际运动速度⽅向不同,速度之间的关系如:v=nu(v渗流速度、n含⽔层的空隙度、u实际评价流速)2、流速⽅向渗流是假象的⽔流,⽽真实⽔流的运动是杂乱⽆章的3、流量⽅⾯渗流流量⼩于实际流量4、⽔头⽅⾯地下⽔总⽔头H=Z+P/r+u^2/(2g) u为地下⽔的流速5、过⽔断⾯完整井:完全贯穿整个含⽔层的井,且在全部含⽔层厚度上都装有过滤器,能全⾯进⽔的井不完整井:未完全贯穿整个含⽔层,只有井底或是井壁含⽔层部分厚度上能进⽔的井不完整井的三种类型:井底进⽔、井壁进⽔、井底和井壁同时进⽔降落漏⽃:在井抽⽔井,以井为中⼼最⼤,离井越远,降深越⼩,总体上形成漏⽃状的⽔头下降去区称为降落漏⽃Dupuit中井径和流量的关系:1】当降深相同时,井径增加同样的幅度,k(渗透系数)⼤的,抽⽔流量⼤2】当对于同⼀岩层(k同),井径增加同样的幅度,⼤降深抽⽔的流量增加的多3】对于同样的岩层和降深,井径越⼤的,再增加井径,抽⽔的流量增⼤的幅度不明显流量和⽔位降深的经验公式类型:直线型(Q=qSw)、抛物线型(Sw=aQ+bQ^2)、幂函数型(Q=qSw^(1/m))、对数型(Q=a+blgSw)对于直线型经验公式,外推降深最⼤范围不能超过抽⽔试验时最⼤降深的1.5倍对于抛物线型、幂函数型和对数曲线型的⽅程,不能超过1.75~3.0倍运⽤叠加原理(线性定解问题)的条件:1】各个边界条件的作⽤彼此独⽴,即边界条件的存在不影响其他边界条件存在时得到的结果2】各抽⽔井的作⽤是独⽴的。
基本问题潜水含水层的贮水能力可表示为Q=HF;承压含水层的贮水能力可表示为Q=HF;式中Q——含水层水位变化时H的贮水能力,H——水位变化幅度;F——地下水位受人工回灌影响的范围。
从中可以看出,因为承压含水层的弹性释水系数远远小于潜水含水层的给水度,因此在相同条件下进行人工回灌时,潜水含水层的贮水能力远远大于承压含水层的贮水能力。
水跃:抽水井中的水位与井壁外的水位之间存在差值的现象(seepage face)。
井损(well loss)是由于抽水井管所造成的水头损失。
①井损的存在:渗透水流由井壁外通过过滤器或缝隙进入抽水井时要克服阻力,产生一部分水头损失h1。
②水进入抽水井后,井内水流井水向水泵及水笼头流动过程中要克服一定阻力,产生一部分水头差h2。
③井壁附近的三维流也产生水头差h3。
通常将(h1+h2+h3)统称为水跃值.趋于等速下降。
113承压水井的Dupuit公式的水文地质概念模型(1)含水层为均质、各向同性,产状水平、厚度不变(等厚)、,分布面积很大,可视为无限延伸;或呈圆岛状分布,岛外有定水头补给;(2)抽水前地下水面是水平的,并视为稳定的;含水层中的水流服从Darcy’s Law,并在水头下降的瞬间将水释放出来,可忽略弱透水层的弹性释水;(3)完整井,定流量抽水,在距井一定距离上有圆形补给边界,水位降落漏斗为圆域,半径为影响半径;经过较长时间抽水,地下水运动出现稳定状态;(4)水流为平面径向流,流线为指向井轴的径向直线,等水头面为以井为共轴的圆柱面,并和过水断面一致;通过各过水断面的流量处处相等,并等于抽水井的流量。
123承压水井的Dupuit公式的表达式及符号含义或式中,s w—井中水位降深,m;Q—抽水井流量,m3/d;M—含水层厚度,m;K—渗透系数,m/d;r w—井半径,m;R—影响半径(圆岛半径),m。
133Theim公式的表达式若存在两个观测孔,距离井中心的距离分别为r1,r2,水位分别为H1,H2,在r1到r2区间积分得:式中s1、s2分别为r1和r2处的水位降深。
它与非稳定井流在长时间抽水后的近似公式完全一致。
这表明,在无限承压含水层中的抽水井附近,确实存在似稳定流区。
143潜水井的Dupuit公式表达式及符号含义式中R——潜水井的影响半径,其含义和承压水井的相同;h w—井中水柱高度,m;s w—井中水位降深,m;Q—抽水井流量,m3/d;M—含水层厚度,m;K—渗透系数,m/d;r w—井半径,m。
154定流量抽水时Theis公式的适用条件(水文地质概念模型)承压含水层中单井定流量抽水的数学模型是在下列假设条件下建立的:(1)含水层均质各向同性,等厚,侧向无限延伸,产状水平;(2)抽水前天然状态下水力坡度为零;(3)完整井定流量抽水,井径无限小;(4)含水层中水流服从Darcy定律;(5)水头下降引起的地下水从贮存量中的释放是瞬时完成的。
164写出泰斯公式及各项Theis’s equation描述无补给的承压水完整井非稳定运动过程中降深符号的含义;泰斯公式的主要用途是什么?与抽水量之间关系的方程式,亦即式中s——抽水井的水位降深,m;Q——抽水井的流量,m3/d;T——含水层的导水系数,m2/d;W(u)——泰斯井函数;r——到抽水井的距离,m;a——含水层的导压系数,m2/d;*——含水层的弹性是水系数;t——自抽水开始起算的时间,d。
174Theis公式反映的降深变化规律(1)同一时刻随径向距离r增大,降深s变小,当r→∞时,s→0,这一点符合假设条件。
(2)同一断面(即r固定),s随t的增大而增大,当t=0时,s=0,符合实际情况。
当t→∞时,实际上s不能趋向无穷大。
因此,降落漏斗随时间的延长,逐渐扩展。
这种永不稳定的规律是符和实际的,恰好反映了抽水时在没有外界补给而完全消耗贮存量时的典型动态。
(3)同一时刻、径向距离r相同的地点,降深相同。
184Theis公式反映的水头下降速度的变化规律(1)抽水初期,近处水头下降速度大,远处下降速度小。
当r一定时,s-t曲线存在着拐点。
拐点出现的时间(此时u=1)为:。
(2)每个断面的水头下降速度初期由小逐渐增大,当=1时达到最大;而后下降速度由大变小,最后趋近于等速下降。
(3)抽水时间t足够大时,在抽水井一定范围内,下降基本上是相同的,与r无关。
换言之,经过一定时间抽水后,下降速度变慢,在一定范围内产生大致等幅的下降。
194Theis公式反映出的流量和渗流速度变化(1)通过不同过水断面的流量是不等的,r值越小,即离抽水井越近的过水断面,流量越大。
反映了地下水在流向抽水井的过程中,不断规律得到贮存量的补给。
(2)由于沿途含水层的释放作用,使得渗流速度小于稳定状态的渗流速度。
但随着时间的增加,又接近稳定渗流速度。
204Theis公式反应的影响半径在无越流补给且侧向无限延伸的承压含水层中抽水时,虽然理论上不可能出现稳定状态,但随着抽水时间的增加,降落漏斗范围不断向外扩展,自含水层四周向水井汇流的面积不断增大,水井附近地下水测压水头的变化渐渐趋于缓慢,在一定的范围内,接近稳定状态(似稳定流),和稳定流的降落曲线形状相同。
但是,这不能说明地下水头降落以达稳定。
214Theis配线法的原理由Theis公式两端取对数,得到二式右端的第二项在同一次抽水试验中都是常数。
因此,在双对数坐标系内,对于定流量抽水和标准曲线在形状上是相同的,只是纵横坐标平移了距离而已。
只要将二曲线重合,任选一匹配点,记下对应的坐标值,代入(4-10)式(4-11)式即可确定有关参数。
此法称为降深-时间距离配线法。
同理,由实际资料绘制的s-t曲线和与s-曲线,分别与和W(u)-u标准曲线有相似的形状。
因此,可以利用一个观测孔不同时刻的降深值,在双对数纸上绘出s-t曲线和曲线,进行拟合,此法称为降深-时间配线法。
如果有三个以上的观测孔,可以取t为定值,利用所有观测孔的降深值,在双对数纸上绘出s-实际资料曲线与W(u)- u 标准曲线拟合,称为降深-距离配线法。
224Theis配线法的计算步骤①在双对数坐标纸上绘制W(u)-1/u或W(u)- u的标准曲线。
②在另一张模数相同的透明双对数纸上绘制实测的s-t/曲线或s-t、s-r2曲线。
③将实际曲线置于标准曲线上,在保持对应坐标轴彼此平行的条件下相对平移,直至两曲线重合为止。
④任取一匹配点(在曲线上或曲线外均可),记下匹配点的对应坐标值:W(u),(或u)、(或t、r2),按下式分别计算有关参数。
s-法:s-t法:s-r法:配线法的最大优点是,可以充分利用抽水试验的全部观测资料,避免个别资料的偶然误差提高计算精度。
234Theis配线法的缺点(1)抽水初期实际曲线常与标准曲线不符。
因此,非稳定抽水试验时间不宜过短(原因是是水有滞后现象,初期流量不稳定)。
(2)当抽水后期曲线比较平缓时,同标准曲线不容易拟合准确,常因个人判断不同引起误差。
因此在确定抽水延续时间和观测精度时,应考虑所得资料能绘出s-t 或s-t/r2曲线的弯曲部分以便于拟合。
如果后期实测数据偏离标准曲线,均可能是含水层外围边界的影响或含水层岩性发生了变化等。
244Jacob直线图解法的有优缺点优点是既可以避免配线法的随意性,又能充分利用抽水后期的所有资料。
但是,必须满足u≤0.01或放宽精度要求u≤0.05,即只有在r较小,而t值较大的情况下才能使用;否则,抽水时间短,直线斜率小,截距值小,所得的T值偏大,而*值偏小。
254有越流补给的承压水完整井公式的适用条件(1)越流系统中每一层都是均质各向同性,无限延伸的第一类越流系统,含水层底部水平,含水层和弱透水层都是等厚的;(2)含水层中水流服从Darcy定律;(3)虽然发生越流,但相邻含水层在抽水过程中水头保持不变(这在径流条件比较好的含水层中不难达到);(4)弱透水层本身的弹性释水可以忽略,通过弱透水层的水流可视为垂向一维流;(5)抽水含水层天然水力坡度为零,抽水后为平面径向流;(6)抽水井为完整井,井径无限小,定流量抽水。
264有越流补给的承压水完整井公式-Hantush-Jacob公式其中,式中s——抽水井的水位降深,m;Q——抽水井的流量,m3/d;T——含水层的导水系数,m2/d;——越流井函数,不考虑相邻弱透水层弹性释水时越流系统的井函数;B——越流因素,m;r——到抽水井的距离,m;a——含水层的导压系数,m2/d;*——含水层的弹性是水系数;t——自抽水开始起算的时间,d。
274越流完整井流公式反应的降深-时间曲线的形状(1)抽水早期,降深曲线同Theis曲线一致。
这表明越流尚未进入主含水层,抽水量几乎全部来自主含水层的弹性释水。
在理论上和Theis曲线一致。
(2)抽水中期,因水位下降变缓而开始偏离Theis曲线,说明越流已经开始进入抽水含水层。
这时,抽水量由两部分组成:一是抽水含水层的弹性释水,二是越流补给,因此,越流含水层的降深小于无越流含水层的降深,而且随增大(即越大),越流含水层的降深比无越流含水层的降深小得越多。
(3)抽水后期,曲线趋于水平直线,抽水量与越流补给量平衡,表示非稳定流已转化为稳定流。
284越流完整井流公式反映的水头下降速度越流含水层水位下降速度比无越流含水层慢。
与无越流含水层一样,当t足够大时,在一定的范围内,水位下降速度是相同的。
294有一个观测孔时,越流含水层抽水试验的单孔拐点法求参步骤①在单对数坐标纸上绘制s-lgt曲线,用外推法确定最大降深s max,并用(4-43)式计算拐点处降深s p;②根据s p确定拐点位置,并从图上读出拐点出现的时间t p;③做拐点P处曲线的切线,并从图上确定拐点P处的斜率i p;④求出有关数值后,查表确定和值;⑤根据值求B值:按下式分别计算T和值:⑥验证,因为图解出的s max和s p常有较大的随意性而引起误差,所以进行验证是必要的。
将所求得的参数代入越流井流公式,并给出不同的t值,计算理论深降。
然后把它同实测降深比较,如果不吻合,则应重新图解计算。
304有多个观测孔时, 越流含水层抽水试验的多孔拐点法求参步骤①绘每个观测孔的s-lgt曲线,并从图上确定每条曲线直线段的斜率近似地代替拐点处的斜率。
②根据各孔的斜率作r-曲线,应为一条直线。
取该直线的斜率,得:③将r-lgi p直线段延长交横轴于一点,读得r=0时的()。
,把它代入下式:④将所求得的B、T代入有关公式,计算出不同观测孔的拐点处降深:利用从s-lgt曲线上读得t p值,然后按下式算出各孔的值:最后取其平均值。
承压含水层中的非稳385定流降深的特点式中,在非稳定流情况下,降深由两部分组成,前者代表相应的完整井降深,后者表示由抽水井不完整性引起的由抽水井附近流线弯曲所造成的附加降深,它是z的函数。