地下水渗流力学.ppt

（地下水）渗流（动）力学安徽理工大学.水资源与规划系Groundwater Infiltration Flow Dynamics绪 论n 概 念n 研究目的与意义n 研究内容n 本学科发展历史n 应用情况n 课程的特点1 概 念（地下水）渗流（动）力学：研究地下水在多孔介质(孔隙、裂隙和溶隙)中运动规律的科学。(流体、溶质)它是研究地下水流运动特征和溶质在地下水水流作用下在多孔介质中的运移过程与机理，并从量上和质上进行定量评价，并以此进行合理开发利用，最终达到兴利除害的一门理论基础课程。*多孔介质：固体骨架+空隙，具有互相连通空隙的岩石（含水岩石）。包括孔隙介质、裂隙介质和裂隙-溶隙介质。*空隙：孔隙、裂隙、溶隙。（多重介质：孔隙-裂隙）。水文地质学基础：地下水形成、赋存及运移规律。水力学：研究水在管道中运动规律。2 目的与意义（1）了解学习该课程的意义，以及在生产实践中能解决具体问题。（2）系统掌握地下水运动的基本理论，并能初步运用这些基本理论分析水文地质问题，建立相应的数学模型和提出适当的计算方法或模拟方法，对地下水进行定量评价。（3）重点掌握各种条件下地下水稳定流和非稳定流理论，深刻理解其适用条件，并能应用其中的理论和方法解决实际问题。3 主要内容研究内容：广义：研究地下水在多孔介质中的运动规律及应用。1、渗流场的分布规律（水量模型）*非饱和带：毛细水分布运移规律*饱和带：重力水分布规律 2、浓度场的分布规律（水质模型）3、温度场的分布规律（温度模型）狭义：研究饱水带地下水水头分布规律，对含水层进行定量评价，为合理开采地下水提供依据。4 本学科发展历史1 稳定流建立和发展阶段（18561935）2 非稳定流建立和发展阶段（19351969）3 实验 实验-电网络模拟技术阶段（19501980）4 计算机数值模拟技术阶段（1965至今）4.1 稳定流建立和发展阶段*1856 年,法国水力学家达西（Henry Darcy 18031858）提出了多孔介质中的线性渗透定律，即著名的达西定律（Darcy Darcy s Law），成为地下水运动的理论基础。*1863 年J.Dupuit 研究了一维稳定运动和向水井二 维稳定运动，提出了著名Dupuit Dupuit 假设及 Dupuit 公式*1901 年P.Forchheimer 等研究了更复杂的渗流问题从而奠定了地下水稳定理论的基础。*1906 提出了 年提出了Thiem。*1928 年，O.E.Meinzer 19761948）注意到地下水运 动的不稳定性和承压含水层的贮水性质。4.2 非稳定流建立和发展阶段（1）1935 年，美国的C.V.Theis（19001987）提出了地下水流向承压水井的非稳定流公式-Theis 公式，开创了现代 公式，地下水运动理论的新纪元；（2）1954 年 M.S Hantush 1955 年C.E.Jacob 19141970）提出了越流理论；（3）1954 年、1963 年N.S.Boulton，1972 年S.P.Neuman 研究了潜水含水层中水井的非稳定流理论。4.3 实验-电网络模拟技术阶段 19501965 年，研究了大范围含水层系统的电网络模拟技术，电模拟技术到20 世纪 80 年代在我国还被较广泛应用。4.4计算机数值模拟技术阶段 1965 年以来，计算机数值模拟技术不断得到广 泛应用。目前，已经形成许多国际通用的商业化 专业软件，主要有：l GMS；l FEFLOW；l Visual MODFLOW；l Aquifer TEST。GMS GMS（Groundwater Modeling System Groundwater Modeling System）GMS中ModFLOW模块 GMS中FEMWATER模块FEFLOWFEFLOW FEFLOW 是加拿大Waterloo 水文地质公司开发的基于三维(Galerkin)有限元的地下水模拟可视化软件包。它能够解决下列地下水模拟问题：完全瞬时、半瞬时、稳态地下水流动与溶质运移；随时间变化的实体属性和约束边界条件；饱和与不饱和流动；包含自由潜水面的承压与不承压含水层；带有非线性吸附作用、衰变、对流、弥散的化学质量运移；考虑贮存、对流、热散失、热运移的流体和固体热量运移；密度变化的流动(海水入侵等)。FEFLOWFEFLOWVisual Model FlowVisual Model Flow地下水流场模拟 污染物运移模拟 Aquifer TestAquifer Test5 5 应应 用用（1）城市、工矿企业和农业供水：确定水文地质参数，论证开采方案和预计开 采量，预报开采动态，正确评价地下水资源量，科学管理和保护地下水资源。（2）矿山开采、建筑基坑和沼泽化、盐 渍化区的疏干：设计疏干量、疏干平，预测疏干范围、疏干过程，合理 择疏干设备。（3）水利工程：解决库周、坝（堤）基及坝（堤）体的渗漏量、回水浸没范围等，为正确选择坝址、坝体结构提供依据（4）农业工程：农田灌溉中确定灌排沟渠的合 理间距、排灌水量、时间及地下水动态预报。（5）环境地质：水质污染及净化趋势的预报、地面沉降、岩溶塌陷、边坡稳定、海水入侵、地下水储能（贮能）以及人工补给。矿坑涌水或突水矿坑涌水或突水隧道排水问题隧道排水问题基坑工程中的应用基坑工程中的应用基坑工程中的应用基坑工程中的应用海水入侵预测海水入侵预测农田盐渍化排水设计农田盐渍化排水设计地面沉降问题地面沉降问题水利工程中的应用水利工程中的应用 涉及坝基渗漏、绕坝渗漏、库区渗漏、库岸地下水壅水以及渠道渗漏等问题的定量研究。水利工程中的应用水利工程中的应用环境负效应环境负效应抽水试验确定含水层参数抽水试验确定含水层参数6 6 课程的特点课程的特点u 难度最大的、比较重要的一门专业基础课；u 数学推导与公式多数学基础；u 定量评价地下水有关问题的基础；u 作业、实验与课堂内容紧密衔接 必须按时完成，以巩固课堂内容。1.参考书目 薛禹群主编.地下水动力学（第二版）M.北京：地质出版社，1997年9 陈祟希，林敏.地下水动力学M.武汉：中国地质大学出版社，1999；李佩成主编.地下水动力学M.北京：农业出版社，1993；吴吉春.薛禹群主编.地下水动力学 M.北京：中国水利水电出版社，2009；J.Bear著，1979，许涓铭等译.地下水水力学M.北京：地质出版社，1985。2.习题集 迟宝明主编.地下水动力学习题集 M.北京：科学出版社，2005年6月3.实验指导书 水资源与规划系编，地下水动力学实验指导书，2010.2。4.参考期刊水文地质工程地质、水利学报、水科学进展、水动力学研究与进展Water Resource Research、Ground Water、Journal of Hydrology Advance in Water Resources、Hydrogeology Journal参考资料参考资料