地下水动力学第01讲ppt课件.ppt

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1、Fundaments of Hydrogeology地下水动力学地下水动力学地下水概论之地下水概论之主讲：强海龙主讲：强海龙牵债祟沏辨疗豢埃糖贰莎杭摈攒篙槛掸神荚扰氰虞锈曰焊残继瞪诬磋憎门地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲使用教材：使用教材：陈崇希、林陈崇希、林 敏，编著敏，编著.地下水动力学，北京：地质出地下水动力学，北京：地质出版社，版社，19951995、1998.1998.靳孟贵、陈靳孟贵、陈 刚，修编刚，修编.地下水动力学实习实验讲义，地下水动力学实习实验讲义，中国地质大学中国地质大学(武汉武汉)教材科，教材科，1999.1999.参考书目：参考书目：薛禹群，主编薛禹群，主编.

2、地下水动力学原理，北京：地质出版社，地下水动力学原理，北京：地质出版社，19861986年年.Jacob Bear.Dynamics of Fluids in Porous media.Published in 1972 by American Elsevier Publishing Company,Inc.Jacob Bear.Hydraulics of Groundwater.Published in 1979 by American Elsevier Publishing Company,Inc.海胀猫蕾掖孰椿好血瘁卜赐削剧姿遗格锻址辟挨戌核薛疲烫甲獭运俗踢扰地下水动力学第01讲地下水动

3、力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去第一讲第一讲地下水运动的基本理论地下水运动的基本理论绪绪 言言(preface)(preface)第一章第一章 地下水运动的基本理论地下水运动的基本理论盟畴父缀拉憎迹枕列矢松吻轻元悬氟拱庸忻幕棉烦犬浦慕叁苗苔肃秆紧滤地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去绪绪 言言(preface)(preface)0.1 0.1 地下水动力学的概念、研究内容地下水动力学的概念、研究内

4、容0.2 0.2 地下水动力学在国民经济建设中的作用地下水动力学在国民经济建设中的作用0.3 0.3 地下水动力学发展概况地下水动力学发展概况0.4 0.4 地下水动力学常用软件介绍地下水动力学常用软件介绍0.5 0.5 小结小结饵门幽策剐唾珠淘沧纂妄诈些褥剪棍橇订尸沼沛绚浇遏从尾哎栋迸庆喂韭地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去0.1.1 0.1.1 概念概念 研究流体在多孔介质中运动规律及其应用的科学称为研究流体在多孔介质中运动规律及其应用的科学称为多孔介多孔介质流体动力学质流体动

5、力学(Dynamics of Fluids in Porous Media)。研究地下水在岩土体中运动规律及其应用的科学称为研究地下水在岩土体中运动规律及其应用的科学称为地下水地下水动力学动力学(Hydraulics of Groundwater)。0.1 0.1 地下水动力学的概念、研究内容地下水动力学的概念、研究内容喉摆熔愈伤箭掉脱珍髓单杂服被怒魏课斡辉恍熟耪筒悲搔窑琴傅油临琴姥地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去0.1.2 0.1.2 研究内容研究内容 广义上的研究内容广义上的

6、研究内容：研究地下水在多孔介质中的运动规律及：研究地下水在多孔介质中的运动规律及应用，分为三个方面：应用，分为三个方面：水头场分布规律水头场分布规律(水量模型水量模型)包气带：包气带水运动规律包气带：包气带水运动规律 饱水带：重力水运动规律饱水带：重力水运动规律 浓度场分布规律浓度场分布规律(水质模型水质模型)温度场分布规律温度场分布规律(水温模型水温模型)狭义上的研究内容狭义上的研究内容：定量研究与岩石圈、水圈、大气圈、生定量研究与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下饱和带中地下水水量的迁移转化规物圈以及人类活动相互作用下饱和带中地下水水量的迁移转化规律和时空分布特征，律和时空

7、分布特征，为合理开采地下水提供依据，为合理开采地下水提供依据，并研究如何运并研究如何运用这些规律去兴利除害，为人类服务用这些规律去兴利除害，为人类服务。勺阅载烯嫁虾碴莽盛傈随蝇养俯镀蚁兑嘉致冕搔扑丑栗佩烹难鄂穗琵酷憎地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去绪绪 言言(preface)(preface)0.1 0.1 地下水动力学的概念、研究内容地下水动力学的概念、研究内容0.2 0.2 地下水动力学在国民经济建设中的作用地下水动力学在国民经济建设中的作用0.3 0.3 地下水动力学发展概

8、况地下水动力学发展概况0.4 0.4 地下水动力学常用软件介绍地下水动力学常用软件介绍0.5 0.5 小结小结霞从摸淳配杰渡柄木剖穴周酒习邢贱递赎误烙啥红堆凸呜娄赐层轿锭辐膜地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去0.2 0.2 地下水动力学在国民经济建设中的作用地下水动力学在国民经济建设中的作用 定量计算、预测、评价地下水的量和质，为合理、经济地开发定量计算、预测、评价地下水的量和质，为合理、经济地开发地下水、保护地下水资源提供理论依据。地下水、保护地下水资源提供理论依据。定量计算、预

9、测、评价地下水的迁移和转化规律，为正确评价定量计算、预测、评价地下水的迁移和转化规律，为正确评价与地下水有关的地质环境对人类活动的适宜性提供论证，诸如：与地下水有关的地质环境对人类活动的适宜性提供论证，诸如：*矿坑、基坑的排水与突水问题；矿坑、基坑的排水与突水问题；*库坝渗漏问题；库坝渗漏问题；*海海(咸咸)水入侵问题；水入侵问题；*泉水消失问题；泉水消失问题；*地面沉降与塌陷问题；地面沉降与塌陷问题；*土地沙化与次生盐渍化、沼泽化问题；土地沙化与次生盐渍化、沼泽化问题；*地下水污染问题；地下水污染问题；。裂沟水贪徐吏痕吕败军旗柔盏赤溜眠幌附裸拳碰搜狈董蛾位菩雄哉惶播忘地下水动力学第01讲地下

10、水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去绪绪 言言(preface)(preface)0.1 0.1 地下水动力学的概念、研究内容地下水动力学的概念、研究内容0.2 0.2 地下水动力学在国民经济建设中的作用地下水动力学在国民经济建设中的作用0.3 0.3 地下水动力学发展概况地下水动力学发展概况0.4 0.4 地下水动力学常用软件介绍地下水动力学常用软件介绍0.5 0.5 小结小结交呛惦蕾惨刷缆咐辰符闻槽懂菩铺恿郎傈抑臻痊离葬侵沽们棉生更待刽辟地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，

11、不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去0.3 0.3 地下水动力学发展概况地下水动力学发展概况 由于地下水运动问题本身的复杂性和生产力发展水平的限制，由于地下水运动问题本身的复杂性和生产力发展水平的限制，尽管人类利用地下水已有几千年的历史，但对地下水运动规律的认尽管人类利用地下水已有几千年的历史，但对地下水运动规律的认识却经历了很长的历史过程。在十九世纪以前，还谈不上对地下水识却经历了很长的历史过程。在十九世纪以前，还谈不上对地下水进行科学的定量计算。进行科学的定量计算。0.3.1 0.3.1 萌芽时期萌芽时期(1856(1856年至上世纪中叶年至上

12、世纪中叶)十九世纪中叶，随着地下水开发利用规模的扩大，生产上有了十九世纪中叶，随着地下水开发利用规模的扩大，生产上有了计算水井涌水量的要求。计算水井涌水量的要求。18561856年法国水力工程师年法国水力工程师Henry DarcyHenry Darcy根据在砂柱中水的渗透实验根据在砂柱中水的渗透实验，总结出水在多孔介质中流动的基本定律，即著名的达西定律。这，总结出水在多孔介质中流动的基本定律，即著名的达西定律。这个定律是对地下水运动定量认识的开始，直到今天仍然是地下水运个定律是对地下水运动定量认识的开始，直到今天仍然是地下水运动理论的最基本、最重要的定律。动理论的最基本、最重要的定律。摔绒创

13、古帘晨拿晓瞩晌哄碎赫伸瘁鸳郡毅悄鄙型惹孽逃松舍主国筋空粕虹地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去0.3.2 0.3.2 奠基时期奠基时期 1863 1863年，法国水力工程师年，法国水力工程师J.Dupuit 提出了圆岛状含水层提出了圆岛状含水层中心一口完整抽水井条件下的地下水稳定流动的方程。中心一口完整抽水井条件下的地下水稳定流动的方程。1919世纪世纪8080年代，年代，P.Fahheimer P.Fahheimer 开始研究比较复杂的稳定开始研究比较复杂的稳定流动问题，从而奠定了

14、地下水运动的稳定渗流理论的基础。流动问题，从而奠定了地下水运动的稳定渗流理论的基础。1889 1889年，俄国数学和力学家年，俄国数学和力学家.提出了稳定提出了稳定渗流的微分方程。渗流的微分方程。19041904年，法国水力学家年，法国水力学家J.Boussienesq J.Boussienesq 导出潜水不稳定导出潜水不稳定流的微分方程。流的微分方程。衫三辗卵救杰坠掏掐捍痔诣咸熙蛮佩踌抵迟叁狱宝肌著狠练阮杀吗肺轮采地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 1922 1922年，苏联学者

15、在水工建筑物的渗流理论和应用方面做年，苏联学者在水工建筑物的渗流理论和应用方面做出了重要贡献：出了重要贡献：*这阶段的研究主要属于地下水稳定流动问题。由于这种理这阶段的研究主要属于地下水稳定流动问题。由于这种理论不包括时间这个变量，因而它不能反映不断发展、变化的地论不包括时间这个变量，因而它不能反映不断发展、变化的地下水实际运动状态，只能用来描述在一定条件下，地下水所达下水实际运动状态，只能用来描述在一定条件下，地下水所达到的一种暂时的相对的平衡状态，具有一定的局限性。这是与到的一种暂时的相对的平衡状态，具有一定的局限性。这是与当时生产力发展水平相适应的，在开采量不大的情况下，井水当时生产力发

16、展水平相适应的，在开采量不大的情况下，井水位一般说来很快出现似稳定状态，因而可以近似地认为地下水位一般说来很快出现似稳定状态，因而可以近似地认为地下水不随时间变化，而可用稳定流理论来描述。不随时间变化，而可用稳定流理论来描述。*地下水运动稳定渗流理论对生产实践起到过重要作用，直地下水运动稳定渗流理论对生产实践起到过重要作用，直到今天仍有一定的实用价值。到今天仍有一定的实用价值。巍稠射兼痹疲陵斡甘小遏垒素覆蛙勃蛰菩砒扳撤悄挑朵畔遮接搀鞘触铆扒地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去0.3.

17、3 0.3.3 发展阶段发展阶段(20(20世纪世纪2020年代末至今年代末至今)科学技术推动生产力迅猛发展以及人口的急剧增长，使得人们科学技术推动生产力迅猛发展以及人口的急剧增长，使得人们对地下水的需求大为增加，人类活动决定性地影响着地下水的时空对地下水的需求大为增加，人类活动决定性地影响着地下水的时空分布和迁移转化过程，地下水的运动状态表现出明显的随时间变化分布和迁移转化过程，地下水的运动状态表现出明显的随时间变化的特征。的特征。于是人们开始注意地下水运动的不稳定性和承压含水层的贮水于是人们开始注意地下水运动的不稳定性和承压含水层的贮水性质性质(O.E.Meinzer，19281928年年

18、)。19351935年年C.V.Thesis 在此基础上提出了地下水向承压水井的非稳在此基础上提出了地下水向承压水井的非稳定流公式，称为泰斯公式。泰斯公式的出现开创了现代地下水运动定流公式，称为泰斯公式。泰斯公式的出现开创了现代地下水运动理论的新纪元，这是地下水动力学发展的一个新里程碑。理论的新纪元，这是地下水动力学发展的一个新里程碑。整水掂哀澳违怪鲜蠢妊敬挛令片洱遮风恨律令辉转班鞋娱竣机冲贸司呆寓地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 在泰斯公式出现以后的三、四十年内，解答非稳定流的

19、在泰斯公式出现以后的三、四十年内，解答非稳定流的解析法得到了很大的发展，不仅对泰斯公式的使用作了各种解析法得到了很大的发展，不仅对泰斯公式的使用作了各种推广，而且出现了越流理论和潜水含水层中的非稳定流理论。推广，而且出现了越流理论和潜水含水层中的非稳定流理论。例如：例如：C.E.Jacob、N.S.Boulon和和S.P.Neuman 等在地下水等在地下水向井孔不稳定流问题的研究方面作出了重要的贡献。向井孔不稳定流问题的研究方面作出了重要的贡献。随着科学技术和社会生产力的不断发展，使得各类水文随着科学技术和社会生产力的不断发展，使得各类水文地质问题由定性分析向着定量评价发展。因此，正确地预测地

20、质问题由定性分析向着定量评价发展。因此，正确地预测在人类活动干预下的地下水变化，正确地评价、开发、管理在人类活动干预下的地下水变化，正确地评价、开发、管理与保护地下水资源以及保护与地下水有关的地质环境、生态与保护地下水资源以及保护与地下水有关的地质环境、生态环境，成为当务之急。环境，成为当务之急。淤懦弹窥净件另陵酿伸慕垂饵扯喇目在朵妈溪何依能娃狼踪怨宰没卑帛哦地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去绪绪 言言(preface)(preface)0.1 0.1 地下水动力学的概念、研究内容

21、地下水动力学的概念、研究内容0.2 0.2 地下水动力学在国民经济建设中的作用地下水动力学在国民经济建设中的作用0.3 0.3 地下水动力学发展概况地下水动力学发展概况0.4 0.4 地下水动力学常用软件介绍地下水动力学常用软件介绍0.5 0.5 小结小结榔靡胃份樱汹邪埋擞赖案堰躯禄塘解痰篱俺醚匡订仕影熬哭偶隘祁侦霄赵地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去0.4 0.4 地下水动力学常用软件介绍地下水动力学常用软件介绍0.4.10.4.1 Visual MODFLOW 由加拿大由加拿大

22、Waterloo公司在公司在Modflow的基础上开发研制的的基础上开发研制的Visual MODFLOW，是目前国际上最为流行且被各国同行一致认可的三维，是目前国际上最为流行且被各国同行一致认可的三维地下水流和溶质运移模拟评价的标准可视化专业软件系统。该系统地下水流和溶质运移模拟评价的标准可视化专业软件系统。该系统在无缝集成在无缝集成MODFLOW-96(水流模型水流模型)、WinPEST(模型独立的参数模型独立的参数估计程序估计程序)、MT3D99(溶质运移模型溶质运移模型)、MODPATH(平面和剖面流平面和剖面流线示踪分析线示踪分析)、等软件的基础上，建立了系统合理的、等软件的基础上，

23、建立了系统合理的Windows 菜单菜单界面与可视化功能。增强模型数值模拟能力、简化三维建模复杂性，界面与可视化功能。增强模型数值模拟能力、简化三维建模复杂性，是是Visual MODFLOW软件系统界面设计的主要目的。界面设计包括软件系统界面设计的主要目的。界面设计包括三大彼此联系但又相对独立的模块，即前处理模块、运行模块和后三大彼此联系但又相对独立的模块，即前处理模块、运行模块和后处理模块。处理模块。爽淤吴淹滨胁虫艾布浩肘度犯赋衡涛在涝苹揽瞒溶妙诧蓄拖梢渠胀姥幂嘎地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯

24、、湿被褥勇敢地冲出去独煌教齐御眨秤彰访旧侄涯叭迁音扬谈炉抛拿壶倾侵郧扭棘弘岿悯脉椅浴地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去椽斤搽掩摇钉森纤牟骑其砌已受促藐柏窍恭芥搞汗攘悸储酷炸僚湃终党霉地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去呐哎偶杆秧沈陆灰讣墨疙银洞诸搓取羹头焦杨轩勋轮辗凳斤伺扁农涌脚溅地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要

25、当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去0.4.20.4.2 FEFLOW FEFLOW是加拿大是加拿大Waterloo水文地质公司开发的基水文地质公司开发的基于三维于三维(Galerkin)有限元的地下水模拟可视化软件包。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、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、

26、衰变、对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、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；密度变化的流动热运移的流体和固体热量运移；密度变化的流动(海水入海水入侵等侵等)。港侍匹氟骡己宙秘诲诉凌筋榨谭拘萌顷燥蕴栓古君抽碗冉壁酸人活男禁屈地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去隔瞬演暑壁捆柯捅减骚麦王端农毡突衅铣吃蛀傻譬涸缠沉肥叫目蛾芭匙域地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃

27、生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去绪绪 言言(preface)(preface)0.1 0.1 地下水动力学的概念、研究内容地下水动力学的概念、研究内容0.2 0.2 地下水动力学在国民经济建设中的作用地下水动力学在国民经济建设中的作用0.3 0.3 地下水动力学发展概况地下水动力学发展概况0.4 0.4 地下水动力学常用软件介绍地下水动力学常用软件介绍0.5 0.5 小结小结噎湖窃酬者粮驾邵扣柏缀纸铀苯抛谣姐腑鸡居浩倪补把杜姿羌易氟船拈姑地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披

28、上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去0.5 0.5 小结小结0.5.1 0.5.1 学习要求学习要求(1)(1)理解地下水动力学的研究内容；理解地下水动力学的研究内容；(2)(2)理解地下水动力学在国民经济中的作用；理解地下水动力学在国民经济中的作用；(3)(3)了解地下水动力学的发展概况。了解地下水动力学的发展概况。0.5.2 0.5.2 思考题思考题(1)(1)阐述地下水动力学的研究内容；阐述地下水动力学的研究内容；(2)(2)简述地下水动力学在国民经济中的作用简述地下水动力学在国民经济中的作用。掀在料祭禾钾霞观烈懂瞧陇衍致侄毕董愚狡侈厕斧坠萧涛它泉掀蒸想劈郡地下水动力学第01讲地

29、下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去第一讲第一讲 地下水运动的基本理论地下水运动的基本理论绪绪 言言(preface)第一章第一章 地下水运动的基本理论地下水运动的基本理论廉椅画邹躁疙嘎瞄八鼓趋级视豆瞳糖牲蜀锌需香葱突沫眺嫁视裂熊谚咒蛛地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去第一章第一章 地下水运动的基本理论地下水运动的基本理论1.1 1.1 地下水运动的研究思路地下水运动的研究思路1.2 1.2

30、地下水运动的基本概念地下水运动的基本概念1.3 1.3 地下水运动的基本定律地下水运动的基本定律1.4 1.4 各向异性、非均质多孔介各向异性、非均质多孔介 质中地下水的运动规律质中地下水的运动规律1.5 1.5 流网流网察贩塑轴赏求许媚埃蓬笑为漂辈忙惜慰柳椿哩舟安赵獭邓矽董住波擞顷纷地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去1.1 1.1 地下水运动的研究思路地下水运动的研究思路可可建立水文地质概念模型建立水文地质概念模型查明水文地质条件查明水文地质条件建立数学模型建立数学模型求解数学模

31、型求解数学模型识别或校正模型识别或校正模型否否应用应用搜迪空绘翘页闭丁沥饱拣盂绞英酋帽潦纳赖茸发俱宏窒锗吃彤侯刃爹斯滇地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去第一章第一章 地下水运动的基本理论地下水运动的基本理论1.1 1.1 地下水运动的研究思路地下水运动的研究思路1.2 1.2 地下水运动的基本概念地下水运动的基本概念1.3 1.3 地下水运动的基本定律地下水运动的基本定律1.4 1.4 各向异性、非均质多孔介各向异性、非均质多孔介 质中地下水的运动规律质中地下水的运动规律1.5 1

32、.5 流网流网肘呜插嵌劳壹貌菊门橱嚣粱丰绪册喻舆椭懊链丑倒稽缴地陆兜樱何滥脏跺地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去1.2 1.2 地下水运动的基本概念地下水运动的基本概念1.2.1 1.2.1 渗流渗流 我们知道，不论哪一类多孔介质，其通道绝大多数情况下都是我们知道，不论哪一类多孔介质，其通道绝大多数情况下都是不规则的，它是由大小不等、形状不同的空隙连接组合而成的不规则的，它是由大小不等、形状不同的空隙连接组合而成的(图图1-1-附附-1)-1)。图图1-1-附附-1-1 岩石中的空

33、隙岩石中的空隙 由于水受固体边界的约束，只能在空隙中流动。而固体边界的由于水受固体边界的约束，只能在空隙中流动。而固体边界的几何形状十分复杂，使得空隙中地下水运动的运动要素的分布变化几何形状十分复杂，使得空隙中地下水运动的运动要素的分布变化无常。因此，实际的水流通道的空间形态与方向是相当复杂的无常。因此，实际的水流通道的空间形态与方向是相当复杂的(图图1-1-附附-2)-2)。图图1-1-附附-2-2 地下水在岩石空隙中的流动地下水在岩石空隙中的流动曲李码奴阵痒斜俺矫挝关娃镶加乍蝗唐丝菩桌绷炯葵辅碌闭舆宁歌茬芒遏地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留

34、恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 显然若从微观水平上研究地下水的运动也是很困难的，显然若从微观水平上研究地下水的运动也是很困难的，实际上也无必要。因此，人们不去直接研究单个地下水质实际上也无必要。因此，人们不去直接研究单个地下水质点的运动特征，而利用平均化的方法研究地下水运动的宏点的运动特征，而利用平均化的方法研究地下水运动的宏观规律。观规律。由于实际的地下水流仅存在于空隙空间，其余部分则由于实际的地下水流仅存在于空隙空间，其余部分则是固体的岩石。为此要设计一个假想的流场，那么这个流是固体的岩石。为此要设计一个假想的流场，那么这个流场首先不能将水约束在空隙之中

35、，否则不仅涉及复杂固体场首先不能将水约束在空隙之中，否则不仅涉及复杂固体表面边界的刻画，而且水流在空间是不连续的，使得一切表面边界的刻画，而且水流在空间是不连续的，使得一切基于连续函数的微积分手段都不能利用。基于连续函数的微积分手段都不能利用。乔盖冕绅咳留故喉枚插卞磨遭挫碌樱诽听戊顷遣段岗烷姆焊质疡赢碾秋堪地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 因此，我们必须引进一个假想的水流代替真实的水因此，我们必须引进一个假想的水流代替真实的水流。这种假想水流的物理性质流。这种假想水流的物理性质(

36、如密度、粘滞性等如密度、粘滞性等)和真和真实的地下水相同；它是充满了整个多孔介质实的地下水相同；它是充满了整个多孔介质(包括空隙包括空隙和固体部分和固体部分)的连续体；而这种假想水流的阻力与实际的连续体；而这种假想水流的阻力与实际水流在任意岩石空隙体积内中所受的阻力相同；它的任水流在任意岩石空隙体积内中所受的阻力相同；它的任意一点压强意一点压强P P和任一断面的流量和任一断面的流量Q Q与实际水流在该点周围与实际水流在该点周围一个小范围内的平均值相等。一个小范围内的平均值相等。这就是在渗透阻力、渗透压强以及渗透流量保持等这就是在渗透阻力、渗透压强以及渗透流量保持等效的原则下，把实际渗流速度平均

37、到包括固体颗粒骨架效的原则下，把实际渗流速度平均到包括固体颗粒骨架在内的整个渗流场中。在内的整个渗流场中。湃涕秃编苫雕皮鸦樟淮周虫瑞蹿豁哥晓侦渣狈坟揉箕火嫉逊疟个近鄂渡款地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去图图1-1-附附-4-4 地下水的流线地下水的流线 实际就是用一种假实际就是用一种假想的渗流来代替复杂的想的渗流来代替复杂的实际渗流。这个假想的实际渗流。这个假想的水流便是宏观水平的地水流便是宏观水平的地下水流，我们称之为下水流，我们称之为“渗流渗流”，它所占据的空，它所占据的空间

38、称为间称为“渗流场渗流场”(”(图图1-1-附附-4)-4)。滤蓬柞士率煎漏捆喷数帜碎砰斗谷啮峰貌拎睬困傲晦潭预魔奋熄舞淮仙偿地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 将假想渗流作为连续的水流来看待，这样做的优点是将假想渗流作为连续的水流来看待，这样做的优点是可以把实际上并不处处连续的水流当作连续的水流来进行可以把实际上并不处处连续的水流当作连续的水流来进行研究，渗流场中的运动要素则是时间和空间的连续函数，研究，渗流场中的运动要素则是时间和空间的连续函数，从而可以利用一般水力学、流体力学

39、中研究液体运动的方从而可以利用一般水力学、流体力学中研究液体运动的方法来分析渗流问题。法来分析渗流问题。这种方法，既避开了研究个别空隙中流体质点运动规这种方法，既避开了研究个别空隙中流体质点运动规律的困难，而得到的流量、阻力、压强等又与实际水流相律的困难，而得到的流量、阻力、压强等又与实际水流相同，可满足实际需要。同，可满足实际需要。这种方法也是地下水动力学所采用的传统方法，在有这种方法也是地下水动力学所采用的传统方法，在有关地下水水量、水质定量评价方面极其广泛。关地下水水量、水质定量评价方面极其广泛。财仓常奎鸡懊扒淋聘户贮岗悉馒协茶鸽酋珍渭羊酝娥峪乓谨稻要匪夕扑挡地下水动力学第01讲地下水动

40、力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 总之，假想的水流应有以下特点：总之，假想的水流应有以下特点：(1)(1)假想水流的性质假想水流的性质(如密度、粘滞性等如密度、粘滞性等)和真实地下水和真实地下水相同；相同；(2)(2)假想水流充满含水层的整个空间；假想水流充满含水层的整个空间；(3)(3)假想水流运动时，在任意岩石体积内所受的阻力等假想水流运动时，在任意岩石体积内所受的阻力等于真实水流所受的阻力；于真实水流所受的阻力；(4)(4)通过任一断面的流量及任一点的压力或水头均和实通过任一断面的流量及任一点的压力或

41、水头均和实际水流相同；际水流相同；(5)(5)假想水流所占据的空间为渗流区或渗流场。假想水流所占据的空间为渗流区或渗流场。赘兜性损宁躬叉馒狄兰席弱障涛蔗团体敏肃谍严喇崇彩醉裕别筐晒壕训皂地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去1.2.2 1.2.2 典型单元体典型单元体(REV)(REV)在渗流研究中，要涉及到某一点的物理量，如某一点的孔隙度、在渗流研究中，要涉及到某一点的物理量，如某一点的孔隙度、压力、水头等，这对一个真实的连续水流，如河水、湖水，它们的压力、水头等，这对一个真实的连续

42、水流，如河水、湖水，它们的物理含义是很明确的，可用连续函数描述其运动要素。物理含义是很明确的，可用连续函数描述其运动要素。但对多孔介质中的地下水来说则但对多孔介质中的地下水来说则不然不然(图图1-1-附附-3)-3)。为了对多孔介质中地下水运动作为了对多孔介质中地下水运动作连续性近似，用连续函数描述，为此连续性近似，用连续函数描述，为此需要引进需要引进“典型单元体典型单元体”的概念。的概念。图图1-1-附附-3-3 多孔介质中地下多孔介质中地下 水的不连续性水的不连续性猴究赫雇廊陆屯胁梁莽毋襟杰股理囤琴臃挎飞人邵咯幢哩艺宛痹眯棕检藏地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃

43、生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 以孔隙为例来阐明。以孔隙为例来阐明。假设假设P P是多孔介质中的一数学点是多孔介质中的一数学点(图图1-1-附附-5)-5)，以，以P P为形心取为形心取一体积一体积V V，则依孔隙率的定义，则依孔隙率的定义1-1-11-1-1其中：其中：V V是是V V中的孔隙体积。中的孔隙体积。P P图图1-1-附附-5-5 孔隙率的定义图孔隙率的定义图候汰亲秀肠驴充酶脓捉肇渝瓶腕握错郡狙军球喊逻夸玛版掣戌舌座乒养钟地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披

44、上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 那么，那么，V V究竟取多大时，才能真正反映渗流场内各物究竟取多大时，才能真正反映渗流场内各物理量的特征的呢理量的特征的呢(图图1-1-附附-6)-6)？图图1-1-附附-6 V-6 V的体积的体积掌奇确润烁砌玖皿谗酱允淘掌玲筐叁作吏袋揉垒岿搀颓磺刁打滴恕系续灭地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去图图1-1-1 1-1-1 典型单元体的定义典型单元体的定义 当当V V取值由一个颗粒或一个取值由一个颗粒或一个孔隙体积而逐渐放大时，孔隙体积而

45、逐渐放大时，n n值会值会因随机划进的颗粒或孔隙体积而因随机划进的颗粒或孔隙体积而产生明显的波动，但随着产生明显的波动，但随着V V取值取值的增大，的增大，n n值波动逐渐减小。当值波动逐渐减小。当V V值取至某个体积值取至某个体积V V0 0时，孔隙率趋时，孔隙率趋于某一平均值于某一平均值n n时，此时的时，此时的V V0 0称称为为典型单元体典型单元体。若再增大若再增大V V，使其大于，使其大于V V0 0时，时，则有可能将则有可能将P P点外围的非均质区点外围的非均质区也划进来，这显然不能表示也划进来，这显然不能表示P P点点的孔隙率，此时的孔隙率，此时n n值可能又产生值可能又产生明显

46、的变化明显的变化(图图1-1-1)1-1-1)。P P周栅军诱矛遍吹斤饮尧买败苦拍烤绷给惕紊溃以吾舔畦舒莉缠畅删舍列恫地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 因此，以因此，以P P为中心的单元体为中心的单元体V V0 0中的孔隙体积，定义为中的孔隙体积，定义为P P点点的孔隙率的孔隙率n(P)(P)引进引进REVREV后就可以把多孔介质处理为连续体，这样多孔后就可以把多孔介质处理为连续体，这样多孔介质就介质就处处有孔隙率处处有孔隙率了。了。REVREV究竟有多大？究竟有多大？REV R

47、EV相对于单个孔隙是相当大的，但相对于渗流场又是相对于单个孔隙是相当大的，但相对于渗流场又是非常小的。非常小的。或或炽瞥淖采起饿淳找撮踢员换役此襄锹恐叁济酣庶即伟捉楷凄舷击篮紧纶深地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 上述孔隙度是在一定体积范围内取平均值，属于体上述孔隙度是在一定体积范围内取平均值，属于体孔隙率。孔隙率。同理，它也可在面积上或线上取平均值，则称面孔同理，它也可在面积上或线上取平均值，则称面孔隙率或线孔隙率隙率或线孔隙率惑虱褒睛镐缨牺酮盲揣乙付啤疡幼构理溺糟赌蕾奶存执堑

48、肄惦疯适脾迪奋地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 同理，同理，P P点的其它物理量，无论是标量还是矢量，也点的其它物理量，无论是标量还是矢量，也用用P P点为中心的典型单元体内该物理量的平均值来定义。点为中心的典型单元体内该物理量的平均值来定义。这样，通过典型单元体，就能以假想的连续体代替这样，通过典型单元体，就能以假想的连续体代替实际的多孔介质。实际的多孔介质。密竖命烽义晒扮达曹贿套第社惩弹锅留滋病唾暴锨调析芥中秆怎磨兼愉射地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速

49、疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去1.2.3 1.2.3 渗流的运动要素渗流的运动要素 描述渗流场运动特征的各物理量描述渗流场运动特征的各物理量(水头、水压、流速等水头、水压、流速等)称为运动要素。称为运动要素。1.2.3.1 1.2.3.1 流速流速1.2.3.2 1.2.3.2 压强与水头压强与水头1.2.3.3 1.2.3.3 水力坡度水力坡度娩勋污违脏绍箱裸装登峰眺专注塔叹娄陨齿点遵仍踊搓勤豌嵌盆镑滇涉决地下水动力学第01讲地下水动力学第01讲火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛

50、毯、湿被褥勇敢地冲出去1.2.3.1 1.2.3.1 流速流速(1)(1)质点流速质点流速 地下水的质点流速矢量地下水的质点流速矢量u见图见图1-1-1-2a1-2a。它是微观水平上的一种真实的它是微观水平上的一种真实的流速。流速。地下水只能在多孔介质的空隙中地下水只能在多孔介质的空隙中流动，如果从微观水平，即从空隙中流动，如果从微观水平，即从空隙中地下水的质点流速矢量地下水的质点流速矢量(图图1-1-2a)1-1-2a)来来研究地下水运动，将是十分困难的。研究地下水运动，将是十分困难的。为此，采用典型单元体的方法，为此，采用典型单元体的方法，将真实的地下水质点流速矢量引至多将真实的地下水质点