第四章地下水运动的基本规律第一节重力水运动的基本规律（1）达西定律达西定律是由法国水力学家H.Darcy于1856年通过大量的室内实验得出的。
达西实验装置与条件：等径圆筒装入均匀砂样，圆筒断面为ω；上下各置一个稳定的溢水装置——保持实验过程水流的稳定；水流实验时，上端进水，下端出水——参见图4-1，示意流线（图中兰色线）；砂筒中，安装了2个测压管；下端出水口，测定出水量Q。
实验过程：（1）通过改变水头，稳定测量出水量；（2）改变试样筒内的砂样（粒径变化），重复实验。
实验结果：出水端的流量Q与砂柱断面为ω、测压管水头之间的关系为：图4—1 达西试验示意图（4—1）式中：——渗透流量（出口处流量，即为通过砂柱各断面的流量）；——过水断面（在实验中相当于砂柱横断面积）；——水头损失（，即上下游过水断面的水头差）；——渗透途径（上下游过水断面的距离）；——渗透系数（与砂柱样品有关的系数）。
（4—1）为达西定律表达方法之一。
达西公式的变化形式：由水力学中水动力学基本原理：（4—2）——水力梯度，相当于/，即水头差除以渗透途径。
（4—2）代入（4—1）有：（4—3）（4—1）与（4—3）为达西定律的不同表达方法。
由（4—3）达西公式表明：渗透流量（Q）与渗透系数（K）、过水断面（ω）及水力梯度（I）成正比。
从水力学已知，通过某一断面的流量等于流速与过水断面的乘积，即：（4—4）即。
比照公式（4—4）与（4—1），达西定律又可以表达为：（4—5）式中：称作渗透流速，即单位面积上的流量——也称为比流量。
由（4—5）式表明：渗透流速与水力梯度一次方成正比关系，故达西定律又称为线性渗透定律。
下面探讨达西公式（4—5）式中各项的物理涵义。
（2）渗透流速（V）过水断面ω：砂柱的横切面积，是指水流通过的包括岩石骨架与空隙在内的整个断面。
实际过水断面：扣除结合水所占据范围以外的空隙面积，也就是重力水所占据的空隙面积。
实际过水断面ω′与过水断面ω的关系，可以表示为：（参见图4-2，插图4-1）图4—2 过水断面（斜阴线部分）与实际过水断面（直阴线部分）颗粒边缘涂黑部分（最好改为红色）为夸大表示的结合水A 过水断面（水流可以穿越颗粒）B 实际过水断面（水流只沿孔隙运动）插图4-1 过水断面与实际过水断面动画有效孔隙度：重力水流动的空隙体积（不包括结合水占据的空间）与岩石体积之比。
