(完整版)地下水動力學知識點總結(jié)

1、3 3潛水含水層的貯水能力可表示為 Q=HFQ=HF；承壓含水層的貯水能力可表示為 Q=HFQ=HF；式中 Q Q含水層水位變化時 H H 的貯水能力，H H水位變化幅度；F F地下水位受人工回灌影響的范圍。從中可以看出，因為承壓含水層的彈性釋水系數(shù)遠遠小于潛水含水層的給水度，因此在相同條件下進行人工回灌時，潛水含水層的貯水能力遠遠大干承壓含水層的貯水能力。由達西定律 Q=KJHQ=KJH 可以知，在含水層的單寬流量 Q Q 保持不變時，等水位線的密集表示水力坡度 J J 大，反映含水層滲透系數(shù)較小或含水層厚度較大；等水位線的稀疏表示水力坡度 J J 小，反映含水層滲透系數(shù)較大或含水層厚度較小

2、。1在各向同性介質(zhì)中，流線與等水頭線處處垂直，流網(wǎng)為正交網(wǎng)格。2在均質(zhì)各向同性介質(zhì)中，流網(wǎng)中每一網(wǎng)格的邊長比為常數(shù)。3若流網(wǎng)中各相鄰流線的流函數(shù)差值相同， 且每個網(wǎng)格的水頭差值相等時，通過每個網(wǎng)格的流量不同。4若兩個透水性不同的介質(zhì)相鄰時，在一個介質(zhì)中為曲邊正方形的流網(wǎng)，越過界面進入另一個介質(zhì)時則變成曲邊矩形。有入滲時，潛水面的2 2 形狀及河渠間分水嶺的移動規(guī)律潛水井流特征：流線與等水頭線都是彎曲的曲線，井壁不是等水頭面，抽水井附近存在三維流，井壁內(nèi)外存在水頭差值；降落漏斗位于含水層內(nèi)部，水位降落漏斗的曲面就是含水層的上部界面，導水系數(shù) T T基本問題基本問題序號簡述題答案試分析在相同條件下

3、進行人工回灌時， 承壓含水層和潛水含水層的貯水能力的大小。等水位線的疏密程度可以反映出哪些水文地質(zhì)條件？流網(wǎng)的性質(zhì)包括哪些？隨時間 t t 和徑向距離 r r 變化；潛水含水層水位下降伴有彈性釋水和重力疏干，為緩慢排水過程，抽水量主要來源于含水層疏干,稱為潛水含水層的遲后效應承壓水井流特征：流線與等水頭線在剖面上的形狀不相同，等水頭線近似直線，等水頭面即為鉛垂面，降深不太大時承壓井流為二維流;降落漏斗在含水層外部，成虛擬狀態(tài)變化，但導水系數(shù)不隨時間 t t 變化；承壓井流的抽水量來自承壓含水層水頭降落漏斗范圍內(nèi)由于承壓含水層中井流的運動特點減壓作用造成的彈性釋放，是瞬時完成的。穩(wěn)定井流與非穩(wěn)定

4、井流的區(qū)別穩(wěn)定井流的形成條件93 產(chǎn)生水躍的原因10地下水流向井的穩(wěn)定運動和非穩(wěn)定運動的主要區(qū)別是什么？穩(wěn)定井流中，當無垂向補給時，地下水流向井的過程中任一斷面的流量都相等，并等于抽水井流量，地下水位 h h 不隨時間 t t 變化。非穩(wěn)定井流中，地下水流向井的過程中，沿途不斷得到含水層釋放補給，通過任一斷面的流量都不相等，井壁處流量最大并等于抽水井流量，地下水位 h h 隨時間 t t 而變化，初期變化大，后期變化減小。存在補給且補給量等于抽水量。可能形成地下水穩(wěn)定運動的兩種水文地質(zhì)條件。有側(cè)向補給的有限含水層中，當降落漏斗擴展到補給邊界后，側(cè)向補給量和抽水量平衡時，地下水向井的運動便可達到

5、穩(wěn)定狀態(tài)；在有垂向補給的無限含水層中，隨降落漏斗的擴大，垂向補給量不斷增大。當其增大到與抽水量相等時，將形成穩(wěn)定的降落漏斗和地下水的穩(wěn)定運動水躍：抽水井中的水位與井壁外的水位之間存在差值的現(xiàn)象(seepagefaceseepageface)。井損(welllosswellloss)是由于抽水井管所造成的水頭損失。1井損的存在：滲透水流由井壁外通過過濾器或縫隙進入抽水井時要克服阻力，產(chǎn)生一部分水頭損失叫。2水進入抽水井后，井內(nèi)水流井水向水泵及水籠頭流動過程中要克服一定阻力，產(chǎn)生一部分水頭差 h2井壁附近的三維流也產(chǎn)生水頭差 h h3 3。通常將(叫+h h2 2+h+h3 3)統(tǒng)稱為水躍值. .

6、(1) 從流量看，穩(wěn)定井流不同斷面的流量處處相等，都等于抽水井的流量；而任一斷面非穩(wěn)定井流的流量都不相等，沿著地下水流向流量逐漸增大，直至抽水井處為最大(抽水井的出水量)。(2) 只要給定邊界水頭和井內(nèi)水頭， 就可以確定穩(wěn)定井流抽水井附近的水頭分布，且水頭分布不隨時間發(fā)生變化；非穩(wěn)定井流抽水井附近的水頭分布是隨抽水時間而不斷發(fā)生變化的，例如 TheisTheis 井流，在抽水初期水頭降速快，1/u=11/u=1 時達到最大，之后降速由大減小，最后趨于等速下降。(1)(1) 含水層為均質(zhì)、各向同性，產(chǎn)狀水平、厚度不變(等厚)，分布面積很大，可視為無限延伸；或呈圓島狀分布，島外有定水頭補給；(2)

7、(2) 抽水前地下水面是水平的，并視為穩(wěn)定的；含水層中的水流服從DarcyDarcysLawsLaw，并在水頭下降的瞬間將水釋放出來，可忽略弱透水層的彈性釋水；(3)(3)完整井，定流量抽水，在距井一定距離上有圓形補給邊界，水位降落漏斗為圓域，半徑為影響半徑；經(jīng)過較長時間抽水，地下水運動出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)；(4)(4)水流為平面徑向流，流線為指向井軸的徑向直線，等水頭面為以井為共軸的圓柱面，并和過水斷面一致；通過各過水斷面的流量處處相等，并等于抽水井的流量。占 7式中，sw w井中水位降深，m m；Q抽水井流量，m m3/d/d；M含水層厚度，m m；K滲透系數(shù)，m/dm/d；rw w井半徑，m m

8、；R 一影響半徑(圓島半徑)，m m。若存在兩個觀測孔，距離井中心的距離分別為 r r1 1，r r2 2,水位分別為比,11承壓水井的 Dupuit公式的水文地質(zhì)概念模型12承壓水井的 Dupuit公式的表達式及符號含義133Theim 公式的表達式企，在片到 r r2 2區(qū)間積分得：承壓含水層中單井定流量抽水的數(shù)學模型是在下列假設(shè)條件下建立的：(1)(1) 含水層均質(zhì)各向同性，等厚，側(cè)向無限延伸，產(chǎn)狀水平；(2)(2) 抽水前天然狀態(tài)下水力坡度為零；(3)(3) 完整井定流量抽水，井徑無限??；(4)(4) 含水層中水流服從 DarcyDarcy 定律；(5)(5)水頭下降引起的地下水從貯存

9、量中的釋放是瞬時完成的。16 丨 4 丨寫出泰斯公式及各項 TheisTheissequationsequation 描述無補給的承壓水完整井非穩(wěn)定運動過程中降深1415定流量抽水時 TheisTheis4公式的適用條件(水文地質(zhì)概念模型)式中 R潛水井的影響半徑，其含義和承壓水井的相同;hw w井中水柱高度，m m；sw w井中水位降深，m m；Q抽水井流量，m m3/d/d；M含水層厚度，m m；K滲透系數(shù)，m/dm/d；r 一井半徑，m m。它與非穩(wěn)定井流在長時間抽水后的近似公式完全一致。這表明，在無式中 S S、s s2 2分別為 r r1 1和 r r2 2處的水位降深。潛水井的 D

10、upuit 公式表達式及符號含義(1 1)通過不同過水斷面的流量是不等的，r r 值越小，即離抽水井越近的過水斷面，流量越大。反映了地下水在流向抽水井的過程中，不斷19符號的含義；泰斯公式的主要用途是什么？與抽水量之間關(guān)系的方程式，亦即式中 s s抽水井的水位降深，m m；Q Q抽水井的流量，m m3/d/d；T T含水層的導水系數(shù)，m m2/d/d；W(u)W(u)泰斯井函數(shù)；r r到抽水井的距離，m m；a a含水層的導壓系數(shù)，m m2/d/d；* *含水層的彈性是水系數(shù)；d do17Theis 公式反映的降深變化規(guī)律18Theis 公式反映的水頭下降速度的變化規(guī)律(1) 同一時刻隨徑向距

11、離 r r 增大，降深 s s 變小，當 r r 一 8 時，s s-O O,這一點符合假設(shè)條件。(2) 同一斷面( (即 r r 固定) )，s s 隨 t t 的增大而增大，當 t=0t=0 時，s=0s=0,符合實際情況。當 t t 一時，實際上 s s 不能趨向無窮大。因此，降落漏斗隨時間的延長，逐漸擴展。這種永不穩(wěn)定的規(guī)律是符和實際的，恰好反映了抽水時在沒有外界補給而完全消耗貯存量時的典型動態(tài)。(3) 同一時刻、徑向距離 r r 相同的地點，降深相同。(1)(1)抽水初期，近處水頭下降速度大，遠處下降速度小。當 r r 一定時,s-ts-t 曲線存在著拐點。拐點出現(xiàn)的時間(此時 u=

12、1u=1)為:(2(2)每個斷面的水頭下降速度初期由小逐漸增大，當肚=1=1 時達到最大；而后下降速度由大變小，最后趨近于等速下降。(3 3)抽水時間 t t 足夠大時，在抽水井一定范圍內(nèi)，下降基本上是相同的，與 r r 無關(guān)。換言之，經(jīng)過一定時間抽水后，下降速度變慢，在一定范圍內(nèi)產(chǎn)牛大致等幅的下降。Theis 公式反映出的流量和滲流速度變化（2 2）由于沿途含水層的釋放作用，使得滲流速度小于穩(wěn)定狀態(tài)的滲在無越流補給且側(cè)向無限延伸的承壓含水層中抽水時，雖然理論上不可能出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，但隨著抽水時間的增加，降落漏斗范圍不斷向外擴展，自含水層四周向水井匯流的面積不斷增大，水井附近地下水測壓水頭的變化

13、漸漸趨于緩慢，在一定的范圍內(nèi)，接近穩(wěn)定狀態(tài)（似穩(wěn)定流），和穩(wěn)定流的降落曲線形狀相同。但是，這不能說明地下水頭降落以達穩(wěn)定。由 TheisTheis 公式兩端取對數(shù)，得到二式右端的第二項在同一次抽水試驗中都是常數(shù)。因此，在雙對數(shù)坐標系內(nèi)，對于定流量抽水r和“標準曲線在形狀上是相同的，只是縱橫坐標平移了距離而已。只要將二曲線重合，任選一匹配點，記下對應的坐標值，代入（4-104-10）式（4-114-11）式即可確定有關(guān)參數(shù)。此法稱為降深- -時間距離配線法。同理，由實際資料繪制的 s-ts-t 曲線和與 ss3 3曲線，分別與礦（町-丄址和 W W（u u）-u-u 標準曲線有相似的形狀。因此，

14、可以利用一個觀測孔不同時刻的降深值，在雙對數(shù)紙上繪出 s-ts-t 曲線和比曲線，進行擬合，此法稱為降深- -時間配線法。如果有三個以上的觀測孔，可以取 t t 為定值，利用所有觀測孔的降深值，在雙對數(shù)紙上繪出 ss2 2實際資料曲線與 W W（u u）-u-u 標準曲線擬合，稱為降深- -距離配線法。20Theis 公式反應的影響半徑21TheisTheis 配線法的原理規(guī)律得到貯存量的補給。2422TheisTheis 配線法的計算步驟231在雙對數(shù)坐標紙上繪制 W W（u u）-l/u-l/u 或 W W（u u）-u-u 的標準曲線。2在另一張模數(shù)相同的透明雙對數(shù)紙上繪制實測的 s-t

15、s-t/ /廠曲線或 s-ts-t、s-rs-r2曲線。3將實際曲線置于標準曲線上，在保持對應坐標軸彼此平行的條件下相對平移，直至兩曲線重合為止。任取一匹配點（在曲線上或曲線外均可），記下匹配點的對應坐標值：W W（u u），址（或 u u）、（或 t t、r r2），按下式分別計算有關(guān)參數(shù)。s-s-r rs-s-t t法:配線法的最大優(yōu)點是，可以充分利用抽水試驗的全部觀測資料，避免個別資料的偶然誤差提高計算精度。（1 1）抽水初期實際曲線常與標準曲線不符。因此，非穩(wěn)定抽水試驗時間不宜過短（原因是是水有滯后現(xiàn)象，初期流量不穩(wěn)定）。Theis 配線法的缺點Jacob 直線圖解法的有優(yōu)缺點（2 2

16、）當抽水后期曲線比較平緩時，同標準曲線不容易擬合準確，常因個人判斷不同引起誤差。因此在確定抽水延續(xù)時間和觀測精度時，應考慮所得資料能繪出 s-ts-t 或s-t/rs-t/r2曲線的彎曲部分以便于擬合。如果后期實測數(shù)據(jù)偏離標準曲線，均可能是含水層外圍邊界的影響或含水層巖性發(fā)生了變化等。優(yōu)點是既可以避免配線法的隨意性， 又能充分利用抽水后期的所有資料。但是，必須滿足 u uWO.OlO.Ol 或放寬精度要求 u uW0.050.05，即只有在 r r 較小，而 t t值較大的情況下才能使用；否則，抽水時間短，直線斜率小，截距值小，所得的 T T 值偏大，而* *值偏小。(1 1)越流系統(tǒng)中每一層

17、都是均質(zhì)各向同性，無限延伸的第一類越流系統(tǒng)，含水層底部水平，含水層和弱透水層都是等厚的；(2(2)含水層中水流服從 DarcyDarcy 定律;(3)(3) 雖然發(fā)生越流，但相鄰含水層在抽水過程中水頭保持不變(這在徑流條件比較好的含水層中不難達到)；(4)(4)弱透水層本身的彈性釋水可以忽略，通過弱透水層的水流可視為垂向一維流;(5)(5) 抽水含水層天然水力坡度為零，抽水后為平面徑向流;(6)(6) 抽水井為完整井，井徑無限小，定流量抽水。其中，% %分尸分尸4R式中 s s抽水井的水位降深，m m；Q Q抽水井的流量，m m3/d/d；T T含水層的導水系數(shù)，m m2/d/d；越流井函數(shù)，

18、不考慮相鄰弱透水層彈性釋水時越流系統(tǒng)的井函數(shù)；B B 越流因素，m m；r r到抽水井的距離，m m；a a含水層的導壓系數(shù)，m m2/d/d；25有越流補給的承壓水完整井公式的適用條件26有越流補給的承壓水完整井公式-Hantush-Jacob 公式根據(jù)$值求 B B 值:按下式分別計算 T T 和值:27越流完整井流公式反應的降深-時間曲線的形狀28越流完整井流公式反映的水頭下降速度29有一個觀測孔時，越流含水層抽水試驗的單孔拐點法求參步驟* *含水層的彈性是水系數(shù);(1) 抽水早期，降深曲線同 TheisTheis 曲線一致。這表明越流尚未進入主含水層，抽水量幾乎全部來自主含水層的彈性釋

19、水。在理論上和 TheisTheis 曲線一致。(2) 抽水中期，因水位下降變緩而開始偏離 TheisTheis 曲線，說明越流已經(jīng)開始進入抽水含水層。這時，抽水量由兩部分組成：一是抽水含水層的彈性釋水，二是越流補給，因此，越流含水層的降深小于無越流含水層的降深，而且隨叫增大(即丑越大)，越流含水層的降深比無越流含水層的降深小得越多。(3)(3)抽水后期，曲線趨于水平直線，抽水量與越流補給量平衡，表示非穩(wěn)定流已轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定流。越流含水層水位下降速度比無越流含水層慢。與無越流含水層一樣，當 t t 足夠大時，在一定的范圍內(nèi)，水位下降速度是相同的。在單對數(shù)坐標紙上繪制 s-lgts-lgt 曲線，用

20、外推法確定最大降深 s smaxmax，并用(4-434-43)式計算拐點處降深 s sp p；根據(jù) S Sp確定拐點位置，并從圖上讀出拐點出現(xiàn)的時間 t tp；做拐點 P P 處曲線的切線，并從圖上確定拐點 P P 處的斜率 i ip p; ;求出有關(guān)數(shù)值后，查表確定B=r驗證，因為圖解出的 s smaxmax和 s sp p常有較大的隨意性而引起誤差，所maxp以進行驗證是必要的。 將所求得的參數(shù)代入越流井流公式， 并給出不同的t t 值，計算理論深降。然后把它同實測降深比較，如果不吻合，則應重新圖解計算。1繪每個觀測孔的 s-lgts-lgt 曲線，并從圖上確定每條曲線直線段的斜率近似地

21、代替拐點處的斜率。2根據(jù)各孔的斜率作 r-r-曲線，應為一條直線。取該直線的斜率，得:3將 r-lgir-lgip直線段延長交橫軸于一點，讀得 r=0r=0 時的（）。4將所求得的 B B、T T 代入有關(guān)公式，計算出不同觀測孔的拐點處降深:利用從 s-lgts-lgt 曲線上讀得 t tp p值，然后按下式算出各孔的聲值:最后取其平均值。30有多個觀測孔時， 越流含水層抽水試驗的多孔拐點法求參步驟(1)均質(zhì)、各向同性、隔水底板水平的無限延伸的含水層;(4(4)水流服從 DarcyDarcy 定律;(5 5)抽水時，水位下降，含水層的水不能瞬時排出，存在著遲后現(xiàn)象?？梢悦黠@地看到三個階段:第一

22、個階段：抽水早期( (也許只有幾分鐘) )，降深- -時間曲線與承壓水完整井抽水時的 TheisTheis 曲線一致，主要表現(xiàn)為潛水位下降了。但含水介質(zhì)不能立即通過重力排水把其中的水排出，而只是由于壓力降低引起水的瞬時釋放，即彈性釋水。含水層的反應和一個貯水系數(shù)小的承壓含水層相似。一般來說，水流主要是水平運動。第二個階段：降深- -時間曲線的斜率減小，明顯地偏離 TheisTheis 曲線，有的甚至出現(xiàn)短時間的假穩(wěn)定。它反映疏干排水的作用，好象含水層得到了補給，使水位下降速度明顯減緩。含水層的反應類似于一個受到越流補給的承壓含水層。但降落漏斗仍以緩慢速度擴展著。第三個階段：這個階段的降深一時間

23、曲線又與 TheisTheis 曲線重合。說明重力排水已跟得上水位下降，遲后疏干影響逐漸變小，可以忽略不計。抽水量來自重力排水，降落漏斗擴展速度增大。此時，給水度所起的作用相當于承壓含水層的貯水系數(shù)。決定于含水層的條件，這一階段33Neuman 模型的假設(shè)條件可以從抽水后的幾分鐘到幾天后開始。NeumanNeuman 模型是在下列假設(shè)條件下建立的:(1(1)含水層均質(zhì)各向異性，側(cè)向無限延伸，坐標軸和主滲透方向一致，隔水層水平;(2(2)初始潛水面水平;(3(3)水流服從 DarcyDarcy 定律;31考慮潛水含水層遲后疏干的 Boulton 模型的假設(shè)條件是什么？(2) 初始自由水面水平;完整井、井徑無限小，降深 sHsH0 0(含水流初始厚度)的定流量抽水；(3(3)32潛水完整井非穩(wěn)定流抽水時的降深-時間曲線的形狀37343536NeumanNeuman 解的降深- -時間曲線的特點NeumanNeuman 解的降深- -時間曲線和觀測點在含水層中位置的關(guān)系虛井的特征有哪些?地下水流向不完整井的井流特點是什么？(4(4)完整井，定流量抽水;(5(5)抽水期間自由面上沒有入滲補給或蒸發(fā)；潛水面降深和含水層厚度相比小得多，因此在建立潛水面邊界條件時可以忽略水頭 H H 對 x x、y y 的導數(shù)或?qū)?r r