水文地质基础地下水运动学习教案.pptx

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1、会计学1水文地质基础水文地质基础(jch)地下水运动地下水运动第一页，共67页。渗流分类：均匀流：渗流速度沿流程(lichng)不变。非均匀流：渗流速度沿流程(lichng)变化。层流：水质点有秩序地呈相互平行而互不干扰的运动。紊流：水质点相互干扰而呈无秩序的运动。稳定流：渗流要素不随时间变化的运动。非稳定流：渗流要素随时间变化的运动。第2页/共67页第二页，共67页。1达西实验达西实验 法国水力学家达西，于法国水力学家达西，于18521855 年，通过大量年，通过大量(dling)实验工作，发现渗透层流运动的基本定律。其实验装置如图实验工作，发现渗透层流运动的基本定律。其实验装置如图712所

2、示。所示。圆筒中装满砂，筒上有圆筒中装满砂，筒上有1及及2两个导管，水通过导管两个导管，水通过导管1注入筒中，并经筒中砂向下渗透，最后经导管注入筒中，并经筒中砂向下渗透，最后经导管2流出，注入量杯流出，注入量杯3中。调节导管中。调节导管1和和2的开关，使砂上的水面位置保持不变，以达到稳定流状态。圆筒侧面装有测压管的开关，使砂上的水面位置保持不变，以达到稳定流状态。圆筒侧面装有测压管4和和5，可观察圆筒中水头的变化和损失。水自测压管，可观察圆筒中水头的变化和损失。水自测压管4的位置渗流至测压管的位置渗流至测压管5的位置时，需要克服沿途所受的阻力，故测压管的位置时，需要克服沿途所受的阻力，故测压管

3、5中的水位必较中的水位必较4中的水位为低，二者的水位差中的水位为低，二者的水位差h即为水流经长度为即为水流经长度为l段砂的水头损失。通过砂柱的水量可用量杯段砂的水头损失。通过砂柱的水量可用量杯3测定，其时间可用秒表测定。测定，其时间可用秒表测定。第3页/共67页第三页，共67页。达西用上述装置作了大量实验后，获得结论如下：水在单位(dnwi)时间内通过圆筒中砂柱的流量Q，与渗透长度l成反比，而与圆筒的横断面积F、上下峡谷侧压管的水头差h以及视土(岩石)的物理性质而定的渗透系数K成正比，即 式中，式中，Q为单位时间内通过为单位时间内通过(tnggu)透过岩石的水量；透过岩石的水量；K为渗透系数（

4、为渗透系数（cm/s或或m/d）；）；A为岩石断面面积；为岩石断面面积；h为水头降低值；为水头降低值；l为渗透距离。为渗透距离。第4页/共67页第四页，共67页。地下水运动的基本规律Darcy定律：QKAJ 或VKJ (线性)式中：Q渗流量m3/d或cm3/s；A过水断面 K渗透系数m/d或cm/s，表征岩土透水性能 大小(dxio)的指标。还与水的粘滞性有关。V渗透流速m/d或cm/sDarcy定律适合于层流（砂土）。第5页/共67页第五页，共67页。第6页/共67页第六页，共67页。第7页/共67页第七页，共67页。第8页/共67页第八页，共67页。第9页/共67页第九页，共67页。第10

5、页/共67页第十页，共67页。2.非线性渗透定律（哲才定律）地下水在较大的空隙中运动(yndng)，其流速相当大时，水流呈紊流状态 v=Km*I1/2 Km紊流运动(yndng)时的渗透系数 紊流运动(yndng)时，地下水的渗透速度与水力坡度的12次方成正比，故称非线性渗透定律。第11页/共67页第十一页，共67页。3.层流和紊流混合（斯沫莱盖尔公式）v=Kc*I（1/m）Kc混合流运动时的渗透系数 m为岩石特征值，在12之间。因此(ync),达西定律和薛齐定律是此公式的特例第12页/共67页第十二页，共67页。三、地下水向均质含水层稳定三、地下水向均质含水层稳定(wndng)运动运动n n

6、 (一)潜水含水层中的二维流n n 二维流都是非(shfi)均匀流。非均匀流过水断面都是曲面。一般天然渗流场中流线之间夹角都很小，通常都为缓变流。满足裘布依(Dupuit)假设条件下的缓变流，达西公式表达为裘布依微分方程式：n n (613)n n式中 水力坡度；n n q通过任一断面的单宽流量。第13页/共67页第十三页，共67页。三、地下水向均质含水层稳定三、地下水向均质含水层稳定(wndng)运动运动n n (一)潜水含水层中的二维流n n隔水底板水平时，取该底板为基准面，上游钻孔为坐标起点，按裘布依微分方程有n n取边界条件：x=0，h=h1；n n x=L，h=h2。利用定积分解之得

7、n n (614)n n 式(614)即为均质岩层隔水底板水平条件下的潜水单宽流量方程，这就是(jish)著名的裘布依方程。第14页/共67页第十四页，共67页。三、地下水向均质含水层稳定三、地下水向均质含水层稳定(wndng)运动运动n n (一)潜水含水层中的二维流n n显然通过宽度为B的任一过水断面上流量(liling)为 n n (615)n n 利用裘布依公式不仅可以计算流量(liling)，还可以推导出潜水浸润曲线方程式，绘制浸润曲线。潜水水位线是实际存在的地下水面线，故称为浸润曲线。第15页/共67页第十五页，共67页。三、地下水向均质含水层稳定三、地下水向均质含水层稳定(wnd

8、ng)运动运动n n (一一)潜水含水层中的二维流潜水含水层中的二维流n n (615)(615)n n为了求得浸润曲线方程，在上、下游断面间任取一断为了求得浸润曲线方程，在上、下游断面间任取一断面，该断面距上游断面距离为面，该断面距上游断面距离为 x x，该断面的含水层厚度，该断面的含水层厚度为为h h。根据断面。根据断面1 1和断面和断面x x条件可写出：条件可写出：n n (616)(616)n n 因为稳定流任一过水断面流量都相等，因为稳定流任一过水断面流量都相等，q q、K K为常量为常量(chngling)(chngling)，将式，将式(614)(614)和式和式(615)(61

9、5)共解，即可得下列共解，即可得下列浸润曲线方程：浸润曲线方程：n n (617)(617)n n 根据式根据式(617)(617)，已知，已知h1h1、h2h2、L L，取不同的，取不同的x x值，可值，可求得不同的求得不同的hxhx值，即得一条浸润曲线。从式值，即得一条浸润曲线。从式(617)(617)可可知，它是一条抛物线。知，它是一条抛物线。第16页/共67页第十六页，共67页。三、地下水向均质含水层稳定三、地下水向均质含水层稳定(wndng)运动运动n n(一)潜水含水层中的二维流n n 给定(i dn)边界条件：n n分离变量，求定积分：n n因为h随x而变化，用常量n n近似地代

10、替，则n n积分得n n (618)式(618)即为隔水底板倾斜时的卡明斯基近似方程。卡明斯基近似方程可以推广应用于承压含水层厚度(hud)变化的承压水非均匀流的计算。第17页/共67页第十七页，共67页。三、地下水向均质含水层稳定三、地下水向均质含水层稳定(wndng)运动运动n n(二)承压水的非均匀流 n n其计算式为 (619)n n式中：M1、M2分别为上、下游断面处承压含水层厚度。n n区间的任意一断面含水层厚度若呈线性变化(binhu)，即n n则上下游区间任一断面的水力坡度为n n (620)n n式(620)为含水层厚度呈线性变化(binhu)时，承压水水头线方程。l从该式可

11、知，当 M随水流方向逐渐变大时，I逐渐变小，形成回水(hu shu)曲线；当M随水方向逐渐变小时，I逐渐变大，形成降水曲线。第18页/共67页第十八页，共67页。三、地下水向均质含水层稳定三、地下水向均质含水层稳定(wndng)运动运动n n(二)承压水的非均匀流 n n在地下水坡度较大的地区，有时(yush)会出现上游是承压水、下游由于水头降至隔水顶板以下而转变为无压水的情况，从而形成承压一无压流。n n 对于这种情况，可以用分段法来计算。如果含水层厚度不变的话，此时承压水流地段的单宽流量为n n式中L1承压水流地段的长度。n n 无压水流地段的单宽流量为n n根据水流连续性原理，q1=q2

12、=q，则:把L1代入上面两个流量公式(gngsh)中的任何一个，都可以求得承压-无压流的单宽流量公式(gngsh)为 (621)各段降落曲线也可分别按承压水流公式(gngsh)和潜水流公式(gngsh)来计算。由此得第19页/共67页第十九页，共67页。四、地下水向完整四、地下水向完整(wnzhng)井的稳定运井的稳定运动动n n 从井中抽水，井周围含水层中的水就会向井里流动，从井中抽水，井周围含水层中的水就会向井里流动，水井中水位和井周围处的水位必将下降。通常是水井中水水井中水位和井周围处的水位必将下降。通常是水井中水位下降较大，离井越远水位下降越小，形成漏斗状的下降位下降较大，离井越远水位

13、下降越小，形成漏斗状的下降区，称为下降漏斗。就潜水井而言，降落漏斗在含水层内区，称为下降漏斗。就潜水井而言，降落漏斗在含水层内部扩展，即随着漏斗的扩展渗流，过水断面也在不断地发部扩展，即随着漏斗的扩展渗流，过水断面也在不断地发生变化。而承压水井的水位下降不低于含水层顶板，其降生变化。而承压水井的水位下降不低于含水层顶板，其降落漏斗不在含水层内部发展，即含水层不会被疏干，只能落漏斗不在含水层内部发展，即含水层不会被疏干，只能形成承压水头的下降区，就是说承压含水层随着漏斗的扩形成承压水头的下降区，就是说承压含水层随着漏斗的扩展，只发生水压的变化，其渗流过水断面则是不变的。展，只发生水压的变化，其渗

14、流过水断面则是不变的。n n 由此可见，随着水井抽水过程中漏斗的扩展，其水力由此可见，随着水井抽水过程中漏斗的扩展，其水力坡度和渗流速度坡度和渗流速度(sd)(sd)在含水层的空间也将发生变化，尤在含水层的空间也将发生变化，尤其是随着抽水时间的延长，变化会更加明显，即水流处于其是随着抽水时间的延长，变化会更加明显，即水流处于非稳定状态。只有抽水延续时间足够长，且漏斗的扩展速非稳定状态。只有抽水延续时间足够长，且漏斗的扩展速度度(sd)(sd)非常慢时，才可近似地认为水流处于稳定状态。非常慢时，才可近似地认为水流处于稳定状态。在这种状况下，水井的出水量可运用稳定井流理论的计算在这种状况下，水井的

15、出水量可运用稳定井流理论的计算方法来确定。方法来确定。第20页/共67页第二十页，共67页。四、地下水向完整井的四、地下水向完整井的稳定稳定(wndng)运动运动n n(一一)潜水完整井出水量的计算潜水完整井出水量的计算n n 1863 1863年法国水力学家裘布依年法国水力学家裘布依为推导单井为推导单井(完整井完整井)出水量而建出水量而建立了稳定井流模型，如图立了稳定井流模型，如图6666所示。该模型假定水井位于一所示。该模型假定水井位于一个四周均匀等深水体圆岛中心，个四周均匀等深水体圆岛中心，即圆形定水头供水边界的含水即圆形定水头供水边界的含水层。并假定该圆岛为正圆，含层。并假定该圆岛为正

16、圆，含水层均质、等厚，各向同性，水层均质、等厚，各向同性，水位与不透水层底板呈水平状。水位与不透水层底板呈水平状。水井的半径为水井的半径为r0r0，供水边界距，供水边界距水井中心的距离即供水半径为水井中心的距离即供水半径为R R。当水井按某一定流量。当水井按某一定流量QQ抽水抽水时，供水边界的水位保持不变，时，供水边界的水位保持不变，可保证无限供给定流量。井流可保证无限供给定流量。井流服从达西线性渗透服从达西线性渗透(shntu)(shntu)定定律，并按轴对称井壁进水且无律，并按轴对称井壁进水且无阻挡力地汇入井内。阻挡力地汇入井内。第21页/共67页第二十一页，共67页。四、地下水向完整四、

17、地下水向完整(wnzhng)井的稳定运井的稳定运动动n n 水井在未抽水前，井中水位与井水井在未抽水前，井中水位与井周围水位相同，此时水位被称为周围水位相同，此时水位被称为静水位，静水位，n n而在抽水后，静水位便被破坏而而在抽水后，静水位便被破坏而逐渐下降。把某一抽水时刻的运逐渐下降。把某一抽水时刻的运动水位称为动水位。动水位称为动水位。n n此时，水井内外便形成水头差，此时，水井内外便形成水头差，在这种水头差的作用下，含水层在这种水头差的作用下，含水层中的地下水便径向汇入井内，从中的地下水便径向汇入井内，从而在水井周围形成了以井轴为对而在水井周围形成了以井轴为对称的降落漏斗。称的降落漏斗。

18、n n当降落漏斗扩展至供水边界时，当降落漏斗扩展至供水边界时，抽水流量与边界供给流量相等，抽水流量与边界供给流量相等，降落漏斗和井中动水位便保持降落漏斗和井中动水位便保持(b(b och)och)不变，达到稳定状态。不变，达到稳定状态。第22页/共67页第二十二页，共67页。四、地下水向完整四、地下水向完整(wnzhng)井的稳定运井的稳定运动动n n潜水完整井抽水稳定后，其流线在潜水完整井抽水稳定后，其流线在平面上呈对称辐射状汇入井内；平面上呈对称辐射状汇入井内；n n在剖面上为一簇曲线，最上部为降在剖面上为一簇曲线，最上部为降落漏斗的浸润面，其曲率达最大，落漏斗的浸润面，其曲率达最大，也称

19、为也称为(chn(chn wi)wi)降落曲线，呈抛降落曲线，呈抛物线状，其下部的流线随深度加大物线状，其下部的流线随深度加大曲率逐渐变缓，至不透水底板处，曲率逐渐变缓，至不透水底板处，流线几乎与底板平行。流线几乎与底板平行。n n在这种情况下，渗流速度便可能产在这种情况下，渗流速度便可能产生水平分量与垂直分量，但因一般生水平分量与垂直分量，但因一般垂直分量远小于水平分量垂直分量远小于水平分量(特别是在特别是在稳定井流情况下稳定井流情况下)，可忽略不计，于，可忽略不计，于是便可把复杂的三维井流问题，近是便可把复杂的三维井流问题，近似地简化为二维井流来分析。似地简化为二维井流来分析。第23页/共

20、67页第二十三页，共67页。四、地下水向完整井的四、地下水向完整井的稳定稳定(wndng)运动运动n n由上分析可知，稳定井流运动特点可概括为以下两点：n n (1)流向为汇向水井中心呈放射状的一簇曲线，等水位面为以水井为中心的同心圆柱面。等水位面和过水断面是一致的。n n (2)通过(tnggu)距井轴不同距离的过水断面流量处处相等，都等于水井流量Q，即n n 由上述情况，按潜水完整井稳定流计算模型可推导出裘布依公式，如图66所示，取圆柱坐标系，沿底板取井径方向为r轴，井轴取为H轴，并假设渗流过水断面近似为同心圆柱面。第24页/共67页第二十四页，共67页。四、地下水向完整四、地下水向完整(

21、wnzhng)井的稳定运井的稳定运动动n n按达西定律有n n根据(gnj)连续定律有n n则有n n积分得n n即n n则有n n (622)当rro时，hh0，则有(622)即为著名的裘布依稳定井流潜水完整井出水量计算公式，如将自然对数(z rn du sh)转换为常用对数，则得(623)第25页/共67页第二十五页，共67页。四、地下水向完整井的四、地下水向完整井的稳定稳定(wndng)运动运动n n又因 ，则，n n则式(623)可改写为n n由式(622)也可获得降落曲线(或浸润曲线)的表达式，为 (625)n n以上式中 Q水井的出水量，m3h或m3d；n n K含水层的渗透系数，

22、mh或md；n n H含水层的厚度或供水的定水头(shutu)高度，m；n n S0抽水井降深，m；n n h0井中水柱高度，m；n n R井的供水半径，m；n n r0井的半径，m。第26页/共67页第二十六页，共67页。四、地下水向完整四、地下水向完整(wnzhng)井的稳定运井的稳定运动动n n为便于以后(yhu)的研究，在这里引进势函数的概念，并令势函数(简称势)为n n (626)n n由达西定律得n n (627)n n对上式分离变量并积分(注意Q为常数)，则求得n n (628)第27页/共67页第二十七页，共67页。四、地下水向完整四、地下水向完整(wnzhng)井的稳定运井的

23、稳定运动动n n当给定边界条件：n n (629)n n为确定积分常数(chngsh)C值，需用(628)式：n n n n (630)n n两式相减，消去C值，则潜水完整井的井流公式为n n (631)第28页/共67页第二十八页，共67页。四、地下水向完整四、地下水向完整(wnzhng)井的稳定运井的稳定运动动n n在降落漏斗(ludu)内，如果有一个或两个观测孔资料，此时根据相应的积分上下限可得一个观测井的流量公式：n n (632)n n两个观测井的流量公式：n n (633)n n式中 h1、h21号、2号观测孔中的水位，m；n n r1、r21号、2号观测孔距抽水井中心的水平距离，

24、m。第29页/共67页第二十九页，共67页。四、地下水向完整四、地下水向完整(wnzhng)井的稳定运井的稳定运动动n n(二)承压完整井出水量的计算n n 具有圆形定水头供水边界的承压含水层，单井定流量井流方程的建立是基于下列条件的：n n (1)含水层中水流运动符合达西定律。n n (2)含水层均质、各向同性，等厚、圆形且水平埋藏。n n (3)完整水井位于含水层中央，且定流量抽水。n n (4)含水层的侧向(c xin)为定水头供水边界。抽水前水头面是水平的，且无垂向补给。第30页/共67页第三十页，共67页。四、地下水向完整井的四、地下水向完整井的稳定稳定(wndng)运动运动n n对

25、承压完整井，裘布依建立对承压完整井，裘布依建立了与潜水完整井相类似的稳了与潜水完整井相类似的稳定井流模型定井流模型(mxng)(mxng)，如图，如图6868所示。其计算公式为所示。其计算公式为n n (634)(634)n n又因又因H-h0=S0H-h0=S0，则，则n n (634)(634)n n式中式中n nMM承压含水层的厚度，承压含水层的厚度，mm；其余符号意义同前。承压；其余符号意义同前。承压水面降落曲线的表达式为水面降落曲线的表达式为 n n (635)(635)第31页/共67页第三十一页，共67页。四、地下水向完整井的四、地下水向完整井的稳定稳定(wndng)运动运动n

26、n和潜水完整井相仿，根据所假设的轴对称条件，承压水完整井仍用势函数表示，则n n。因 ，则有n n (636)n n对上式分离变量(binling)并积分仍得式(628)。第32页/共67页第三十二页，共67页。四、地下水向完整井的四、地下水向完整井的稳定稳定(wndng)运动运动n n给定边界条件：n n (637)n n为确定(qudng)积分常数C值，需用(628)式有，即n n 两式相减，消去C值，可得承压完整井的井流计算公式为n n (638)第33页/共67页第三十三页，共67页。四、地下水向完整四、地下水向完整(wnzhng)井的稳定运井的稳定运动动n n同样，有一个观测孔或两个

27、(lin)观测孔时(见图69)，可分别得出下列井流量公式。n n 一个观测孔时：n n (639)n n两个(lin)观测孔时：n n (640)第34页/共67页第三十四页，共67页。四、地下水向完整井的四、地下水向完整井的稳定稳定(wndng)运动运动n n利用稳定流的抽水试验资料，利用稳定流的抽水试验资料，把裘布依公式加以适当的变把裘布依公式加以适当的变换，可求得含水层的渗透系换，可求得含水层的渗透系数数K K。n n潜水潜水(qinshu(qinshu)完整井：完整井：n n (641)(641)n n承压水完整井：承压水完整井：n n n n (642)(642)第35页/共67页第

28、三十五页，共67页。四、地下水向完整四、地下水向完整(wnzhng)井的稳定运井的稳定运动动n n当有观测孔资料，利用裘布依公式也可求得供水半径(bnjng)R。n n潜水完整井：n n (643)n n承压水完整井：n n (644)第36页/共67页第三十六页，共67页。四、地下水向完整井的四、地下水向完整井的稳定稳定(wndng)运动运动n n当只有单孔抽水，可用下当只有单孔抽水，可用下列经验公式进行列经验公式进行(jnxng)(jnxng)计算。计算。n n潜水含水层用库萨金公式：潜水含水层用库萨金公式：n n (645)(645)n n承压含水层用集哈尔特公承压含水层用集哈尔特公式：

29、式：n n (646)(646)n n式中式中ss水位降深值，水位降深值，mm；n n H H潜水含水层厚度，潜水含水层厚度，mm；n n K K渗透系数，渗透系数，mmd d。第37页/共67页第三十七页，共67页。五、地下水向非完整井的五、地下水向非完整井的稳定稳定(wndng)运动运动n n如果(rgu)井孔的进水段(过滤器)未穿透全部含水层，而只穿切含水层的一部分厚度(见图610)，称非完整井第38页/共67页第三十八页，共67页。五、地下水向非完整五、地下水向非完整(wnzhng)井的稳定运动井的稳定运动n n(一)井壁进水的非完整井 n n福熙海默(Forch Heimer)通过试

30、验，提出如下公式：潜水(qinshu)非完整井见图610(a)：n n (647)n n承压非完整井见图610(b)：n n (648)n n式中Q完潜水(qinshu)、承压水完整井出水量；n n C1、C2潜水(qinshu)、承压水非完整井出水量折减系数；n n 其余符号含义同前。第39页/共67页第三十九页，共67页。五、地下水向非完整井的五、地下水向非完整井的稳定稳定(wndng)运动运动n n n n (649)n n n n (650)n n上二式中L水井过滤器伸人含水层的长度或井壁进水长度，m；n n h潜水非完整井中动水位至隔水底板高度(god)，m；n n M承压含水层厚度

31、，m。n n 上两式选用时应符合下述条件：n n(1)潜水非完整井应符合n n(2)承压水非完整井应符合n n如超越上述限制条件，计算误差较大。第40页/共67页第四十页，共67页。五、地下水向非完整井的五、地下水向非完整井的稳定稳定(wndng)运动运动n n巴布什金对有限厚度含水层得出了如下计算(j sun)式。n n1潜水非完整井n n当 时见图611(a)，公式可简化为式中Q非完整井的出水量；K含水层的渗透系数；S井中抽水(chu shu)降深；r0井半径；H潜水含水层厚度；M井底距水透水层底板的距离；R供水半径。(651)第41页/共67页第四十一页，共67页。五、地下水向非完整五、

32、地下水向非完整(wnzhng)井的稳定运动井的稳定运动n n2承压水非完整井n n (1)井底为平底的非完整井：n n (652)n n当 时，上式可简化为n n(2)半球形底非完整井见图611(b)：n n (654)n n 当含水层很厚(大于30m)时，从井底进水的承压水非完整井出水量(shu lin)，可近似采用下式计算：n n (655)n n式中:a井底形状系数，平底取4，半球形取2。第42页/共67页第四十二页，共67页。五、地下水向非完整井的五、地下水向非完整井的稳定稳定(wndng)运动运动n n2承压水非完整井n n如果井的半径与供水半径相比甚小时(xiosh)，即r0R1时

33、，则r0R可忽略不计，则上式可简化为 n n (656)n n式中各符号意义同前。n n 据卡明斯基的意见，式(656)虽是在承压含水层条件下导出的，如果钻入含水层不深时，也可用来计算井底进水的潜水非完整井出水量，误差是允许的。第43页/共67页第四十三页，共67页。六、干扰井出水量六、干扰井出水量(shu lin)的计算的计算n n在给排水工程中，有时单井出水量不能满足需要，此时需在同在给排水工程中，有时单井出水量不能满足需要，此时需在同一开采层中布置两眼或更多的井，井距小于影响半径的一开采层中布置两眼或更多的井，井距小于影响半径的2 2倍，倍，当井同时工作时，井与井之间则产生影响，这种影响

34、称为干扰当井同时工作时，井与井之间则产生影响，这种影响称为干扰作用。作用。n n干扰条件下工作的井称为井群或井组。干扰条件下工作的井称为井群或井组。n n干扰作用的具体表现是，在降深相同的情况下，每口井的出水干扰作用的具体表现是，在降深相同的情况下，每口井的出水量，小于一口井单独工作时的出水量，或者如保持每口干扰井量，小于一口井单独工作时的出水量，或者如保持每口干扰井出水量等于一口井单独工作时的出水量，则干扰井的水位降将出水量等于一口井单独工作时的出水量，则干扰井的水位降将大于一口井单独工作时的水位降。井灌区内的井群，多数都有大于一口井单独工作时的水位降。井灌区内的井群，多数都有干扰现象。干扰

35、现象。n n在排水工程中，为加速地下水位的降落，往往需要规划干扰井在排水工程中，为加速地下水位的降落，往往需要规划干扰井群。干扰井出水量小于单独抽水群。干扰井出水量小于单独抽水(chu shu(chu shu)时的出水量的原因，时的出水量的原因，是由于干扰作用相互争夺水流，限制各井的取水范围，引起水是由于干扰作用相互争夺水流，限制各井的取水范围，引起水位迅速下降，使地下水向各井运动的水力坡度减小的结果。位迅速下降，使地下水向各井运动的水力坡度减小的结果。第44页/共67页第四十四页，共67页。六、干扰井出水量六、干扰井出水量(shu lin)的计算的计算干扰井出水量计算方法较多，现就常用的水位

36、削减法(水位叠加法)简介如下：如图612所示的两个承压完整井，当 1号井单独抽水时出水量为 Q，降深为S0，引起(ynq)2 号井水位降为 t；同样，2号井单独抽水时出水量也为 Q，降深为S0，引起(ynq)1 号井的水位降为 t，将t称为水位削减 值第45页/共67页第四十五页，共67页。六、干扰六、干扰(gnro)井出水井出水量的计算量的计算如两井同时抽水，且 S=S0，则单井的出水量便减小，Q扰Q单时，则需加大降深，如单井的出水量与降深的关系曲线为线性，则抽水降深应增加(zngji)t，即S=S0+t0，则两井同时工作，单井出水量应为如下情况：设1号井单独抽水时的出水量为则 1号井单独抽

37、水时，对 2号的水位削减值为 t，可假设有一虚拟大口井 r0=2b，则S=t时的出水量为第46页/共67页第四十六页，共67页。六、干扰井出水量六、干扰井出水量(shu lin)的计算的计算令Q单=Q虚=Q，则有已知 ，可知则 (657)式中Q两眼干扰井同时抽水时的单井出水量，m3h；S同样条件下，单井的抽水降深，m；2b井间距，m；其余(qy)符号意义同前。第47页/共67页第四十七页，共67页。六、干扰六、干扰(gnro)井出水井出水量的计算量的计算同理，可求得潜水完整(wnzhng)井两眼同时抽水时的单井出水量为 (658)若 ，式(657)、式(658)则变为非干扰条件下的裘布依涌水量

38、方程，故式(657)、式(658)只适用于 的情况。第48页/共67页第四十八页，共67页。第二节第二节 包气带中地下水的包气带中地下水的运动运动(yndng)n n包气带水的运动规律是很复杂的，包气带岩包气带水的运动规律是很复杂的，包气带岩石的透水性，实际上是个变量，渗透系数石的透水性，实际上是个变量，渗透系数的大小与岩石含水量大小有关。本节主要的大小与岩石含水量大小有关。本节主要讨论毛细带中水的运动。松散岩石及细微讨论毛细带中水的运动。松散岩石及细微裂隙的基岩裂隙的基岩(j yn)中的包气带，都有明显中的包气带，都有明显的毛细带存在。的毛细带存在。n n下面以多孔介质下面以多孔介质松散岩石

39、为例进行讨论。松散岩石为例进行讨论。第49页/共67页第四十九页，共67页。第二节第二节 包气带中地下水的包气带中地下水的运动运动(yndng)n n松散岩石的孔隙系统松散岩石的孔隙系统松散岩石的孔隙系统松散岩石的孔隙系统(xt(xt ng)ng)，实际上是一个形状和大小，实际上是一个形状和大小，实际上是一个形状和大小，实际上是一个形状和大小都复杂多变的微管道系统都复杂多变的微管道系统都复杂多变的微管道系统都复杂多变的微管道系统(xt(xt ng)ng)。近似地可将其视为一。近似地可将其视为一。近似地可将其视为一。近似地可将其视为一个圆管系统个圆管系统个圆管系统个圆管系统(xt(xt ng)n

40、g)，圆管直径可视为孔隙的平均直径，圆管直径可视为孔隙的平均直径，圆管直径可视为孔隙的平均直径，圆管直径可视为孔隙的平均直径D0D0。这样，松散岩石中毛细最大上升高度这样，松散岩石中毛细最大上升高度这样，松散岩石中毛细最大上升高度这样，松散岩石中毛细最大上升高度HkHk，按水力学的推导，按水力学的推导，按水力学的推导，按水力学的推导，可表示为可表示为可表示为可表示为 n n 。n n此式表明，毛细上升高度与毛管直径成反比关系；此式表明，毛细上升高度与毛管直径成反比关系；此式表明，毛细上升高度与毛管直径成反比关系；此式表明，毛细上升高度与毛管直径成反比关系；n n土的颗粒越小，则其间孔隙越小，毛

41、细上升高度越高。土的颗粒越小，则其间孔隙越小，毛细上升高度越高。土的颗粒越小，则其间孔隙越小，毛细上升高度越高。土的颗粒越小，则其间孔隙越小，毛细上升高度越高。n n但当土粒小到粘性土粒级时，孔隙中为结合水所充填，结但当土粒小到粘性土粒级时，孔隙中为结合水所充填，结但当土粒小到粘性土粒级时，孔隙中为结合水所充填，结但当土粒小到粘性土粒级时，孔隙中为结合水所充填，结合水有其特殊的物理性质，故粘性土的毛细上升高度，不合水有其特殊的物理性质，故粘性土的毛细上升高度，不合水有其特殊的物理性质，故粘性土的毛细上升高度，不合水有其特殊的物理性质，故粘性土的毛细上升高度，不符合上述符合上述符合上述符合上述“

42、反比反比反比反比”规律。规律。规律。规律。第50页/共67页第五十页，共67页。第二节第二节 包气带中地下水的运动包气带中地下水的运动(yndng)n n表表表表6262是在孔隙度相同是在孔隙度相同是在孔隙度相同是在孔隙度相同(41(41)的样品的样品的样品的样品(yngp(yngp n)n)中观察毛细上升高度的资料。中观察毛细上升高度的资料。中观察毛细上升高度的资料。中观察毛细上升高度的资料。土样粒径(mm)Hb(cm)土 样粒径(mm)Hb(cm)细砾石很粗的砂粗砂中砂52211O5O5O22.56.513.524.6细砂粉砂粉砂O2O1O1O05O05O0242.8105.5200(2天

43、后仍在上升)第51页/共67页第五十一页，共67页。第二节第二节 包气带中地下包气带中地下水的运动水的运动(yndng)将一筒砂置于自由水面上，砂土中即可观察到水沿毛细孔隙上升的现象。设自由水面压强 Pa，毛细压强为-Pw(取负值是因为毛细力作用与大气压力作用方向相反)，经t时间水由A上升到B(见图613)，渗径为L；此时(c sh)B处土中的压强为 pc=pa-Pw。以自由水面为基准，有 Pa=O，则，此式用水头表示为，即B点水头为-h。+L，于是AB间平均水力坡度为于是 (659)第52页/共67页第五十二页，共67页。第二节第二节 包气带中地下包气带中地下水的运动水的运动(yndng)将

44、一筒砂置于自由(zyu)水面上，砂土中即可观察到水沿毛细孔隙上升的现象。设自由(zyu)水面压强Pa，毛细压强为-Pw(取负值是因为毛细力作用与大气压力作用方向相反)，经t时间水由A上升到B(见图613)，渗径为L；此时B处土中的压强为 pc=pa-Pw。以自由(zyu)水面为基准，有 Pa=O，则，此式用水头表示为，即B点水头为-h。+L，于是AB间平均水力坡度为于是 (659)分析上式可知，当 L很小时，很大，故毛细上升速度快，随着(su zhe)毛细上升高度的加大，毛细上升速度逐渐变慢；当L=Hk时，时，毛细上升停止。第53页/共67页第五十三页，共67页。第二节第二节 包气带中地下包气

45、带中地下水的运动水的运动(yndng)对于粘性土，根据罗戴公式有 (660)分析上式，若 I=I0，则这时L=Hk，于是：即 (661)由此可见。在粘性土中，最大毛细上升高度 Hk与毛细压强水头 hc并不相等，Hk hc。颗粒越细，则孔隙越小，I0越大，Hk越是比hc小；颗粒越粗，则 I0越小，Hk越是接近于hc；当I0=O时，Hk=h，即与砂土一致。一般粘性土，因为(yn wi)I0较大，故Hk值仅有12m。第54页/共67页第五十四页，共67页。第三节第三节 结合结合(jih)水水运动规律运动规律 结合水是一种在力学性质上介于固体和液体之间的异常液体(可称为塑流体)，强结合水更接近于固态，

46、极难流动，这里讨论(toln)的主要是弱结合水。结合水的流动仍然是粘滞力起主导作用，因而为层流形式。第55页/共67页第五十五页，共67页。第三节第三节 结合水运动结合水运动(yndng)规律规律但上述说法是不够严格的。从图614可知，只要有水力坡度，结合水就会发生运动，只不过当水力坡度未超过起始水力坡度I0时，结合水的渗透速度 非常微小(称为隐渗透)，只有(zhyu)通过精密测量才能觉察罢了。因此严格地说，起始水力坡度I0乃结合水发生明显渗透时，用于克服其抗剪强度的那部分水力坡度。第56页/共67页第五十六页，共67页。第三节第三节 结合结合(jih)水水运动规律运动规律 在重力水的渗透场中

47、，对于一定的岩石，水的物理性质一定时，渗透系数K是一个常数，在结合水的渗透场中，K值不是定值，I0也不是定值，两者都随 I的增大而增大。当I较小时，只有粒间孔隙(kngx)的中心部分的水形成渗流，即有效的渗孔直径 d0很小，渗透性就很弱，K很小；随着I的增大，有效渗孔直径 d0增大，K亦随之增大；当渗流接近强结合水部分时，由于其抗剪强度大，I再增大，d0也不会再有多大变化了，从而使 K I0都趋于常数。这时用罗戴公式来分析问题才比较符合实际。事实上，罗戴公式只是曲线=f(I)上任一点的切线表达式，K为切线的斜率，I0为切线与横坐标的交点。故只有当=f(I)曲线段渐变为直线后，K、I0才趋于常数

48、。鉴于目前还没有确切的关系式来表达该曲线的关系，而一般情况下，利用=K(I-I-)来说明结合水的运动比较方便，并且也能满足研究的精度要求。第57页/共67页第五十七页，共67页。第58页/共67页第五十八页，共67页。第59页/共67页第五十九页，共67页。渗透系数的确定：据土的粒度分析资料(zlio)计算.室内测定野外测定1)渗水试验2)抽水试验第60页/共67页第六十页，共67页。Darcy定律(dngl)的应用Q2KAJ2KL第61页/共67页第六十一页，共67页。井的类型：按其揭露含水层的类型分：潜水(qinshu)井、承压井按进水条件分：完整井、非完整井地下水向井的稳定(wndng)

49、流动第62页/共67页第六十二页，共67页。潜水(qinshu)完整井QKAJ2Kxy分离变量(binling)并积分，x从rw至R，y从hw至H，得：第63页/共67页第六十三页，共67页。承压水完整(wnzhng)井QKAJ=2KxM分离(fnl)变量并积分后，得：第64页/共67页第六十四页，共67页。地下水向不完整渗沟(shngu)的流动1)含水层厚度(hud)有限单侧流量:分离(fnl)变量并积分，x从c至c+R，y从0至H，得：2)含水层厚度无限计算同上,但第65页/共67页第六十五页，共67页。基坑涌水量计算:把基坑假想(jixing)为圆形大井,其引用半径:F基坑(j kn)面积第66页/共67页第六十六页，共67页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第67页/共67页第六十七页，共67页。