水文地質(zhì)基礎(chǔ)-地下水運(yùn)動

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1、第三節(jié)地下水的運(yùn)動滲透流速V=Q/A實際流速u=Q/A’V

2、杯3中。調(diào)節(jié)導(dǎo)管1和2的開關(guān)，使砂上的水面位置保持不變，以達(dá)到穩(wěn)定流狀態(tài)。圓筒側(cè)面裝有測壓管4和5，可觀察圓筒中水頭的變化和損失。水自測壓管4的位置滲流至測壓管5的位置時，需要克服沿途所受的阻力，故測壓管5中的水位必較4中的水位為低，二者的水位差h即為水流經(jīng)長度為l段砂的水頭損失。通過砂柱的水量可用量杯3測定，其時間可用秒表測定。達(dá)西用上述裝置作了大量實驗后，獲得結(jié)論如下：水在單位時間內(nèi)通過圓筒中砂柱的流量Q，與滲透長度l成反比，而與圓筒的橫斷面積F、上下峽谷側(cè)壓管的水頭差h以及視土(巖石)的物理性質(zhì)而定的滲透系數(shù)K成正比，即式中，Q為單位時間內(nèi)通過透過巖石的水量；K為滲透系數(shù)（cm/s

3、或m/d）；A為巖石斷面面積；h為水頭降低值；l為滲透距離。地下水運(yùn)動的基本規(guī)律Darcy定律：Q＝KAJ或V＝KJ(線性)式中：Q－滲流量m3/d或cm3/s；A－過水?dāng)嗝鍷－滲透系數(shù)m/d或cm/s，表征巖土透水性能大小的指標(biāo)。還與水的粘滯性有關(guān)。V－滲透流速m/d或cm/sDarcy定律適合于層流（砂土）。2.非線性滲透定律（哲才定律）地下水在較大的空隙中運(yùn)動，其流速相當(dāng)大時，水流呈紊流狀態(tài)v=Km*I1/2Km——紊流運(yùn)動時的滲透系數(shù)紊流運(yùn)動時，地下水的滲透速度與水力坡度的1／2次方成正比，故稱非線性滲透定律。3.層流和紊流混合（斯沫萊蓋爾公式）v=Kc*I（1/m）Kc——混合

4、流運(yùn)動時的滲透系數(shù)m為巖石特征值，在1～2之間。因此,達(dá)西定律和薛齊定律是此公式的特例三、地下水向均質(zhì)含水層穩(wěn)定運(yùn)動(一)潛水含水層中的二維流二維流都是非均勻流。非均勻流過水?dāng)嗝娑际乔妗Ｒ话闾烊粷B流場中流線之間夾角都很小，通常都為緩變流。滿足裘布依(Dupuit)假設(shè)條件下的緩變流，達(dá)西公式表達(dá)為裘布依微分方程式：(6—13)式中——水力坡度；q——通過任一斷面的單寬流量。三、地下水向均質(zhì)含水層穩(wěn)定運(yùn)動(一)潛水含水層中的二維流隔水底板水平時，取該底板為基準(zhǔn)面，上游鉆孔為坐標(biāo)起點，按裘布依微分方程有取邊界條件：x=0，h=h1；x=L，h=h2。利用定積分解之得(6—14)式(6—14

5、)即為均質(zhì)巖層隔水底板水平條件下的潛水單寬流量方程，這就是著名的裘布依方程。三、地下水向均質(zhì)含水層穩(wěn)定運(yùn)動(一)潛水含水層中的二維流顯然通過寬度為B的任一過水?dāng)嗝嫔狭髁繛?6—15)利用裘布依公式不僅可以計算流量，還可以推導(dǎo)出潛水浸潤曲線方程式，繪制浸潤曲線。潛水水位線是實際存在的地下水面線，故稱為浸潤曲線。三、地下水向均質(zhì)含水層穩(wěn)定運(yùn)動(一)潛水含水層中的二維流(6—15)為了求得浸潤曲線方程，在上、下游斷面間任取一斷面，該斷面距上游斷面距離為x，該斷面的含水層厚度為h。根據(jù)斷面1和斷面x條件可寫出：(6—16)因為穩(wěn)定流任一過水?dāng)嗝媪髁慷枷嗟?，q、K為常量，將式(6—14)和式(6—

6、15)共解，即可得下列浸潤曲線方程：(6—17)根據(jù)式(6—17)，已知h1、h2、L，取不同的x值，可求得不同的hx值，即得一條浸潤曲線。從式(6—17)可知，它是一條拋物線。三、地下水向均質(zhì)含水層穩(wěn)定運(yùn)動(一)潛水含水層中的二維流給定邊界條件：分離變量，求定積分：因為h隨x而變化，用常量近似地代替，則積分得(6—18)式(6—18)即為隔水底板傾斜時的卡明斯基近似方程?？魉够品匠炭梢酝茝V應(yīng)用于承壓含水層厚度變化的承壓水非均勻流的計算。三、地下水向均質(zhì)含水層穩(wěn)定運(yùn)動(二)承壓水的非均勻流其計算式為(6—19)式中：M1、M2分別為上、下游斷面處承壓含水層厚度。區(qū)間的任意一斷面含水

7、層厚度若呈線性變化，即則上下游區(qū)間任一斷面的水力坡度為(6—20)式(6—20)為含水層厚度呈線性變化時，承壓水水頭線方程。從該式可知，當(dāng)M隨水流方向逐漸變大時，I逐漸變小，形成回水曲線；當(dāng)M隨水方向逐漸變小時，I逐漸變大，形成降水曲線。三、地下水向均質(zhì)含水層穩(wěn)定運(yùn)動(二)承壓水的非均勻流在地下水坡度較大的地區(qū)，有時會出現(xiàn)上游是承壓水、下游由于水頭降至隔水頂板以下而轉(zhuǎn)變?yōu)闊o壓水的情況，從而形成承壓一無壓流。對于這種情況，可以用分段法