(完整版)地下水動力學(xué)知識點總結(jié)

1、3基本問題序號簡述題答案潛水含水層的貯水能力可表示為Q=HF；承壓含水層的貯水能力可表示為Q=HF；試分析在相同條件下進行人工回灌時，承壓含水層和潛水含水層的貯水能力的大小。式中Q含水層水位變化時H的貯水能力，H水位變化幅度；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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)大干承壓含水層的貯水能力。等水位線的疏密程度可以反映出哪些水文地質(zhì)條件？由達西定律Q=KJH可以知，在含水層的單寬流量Q保持不變時，等水位線的密集表示水力坡度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

2、疏表示水力坡度J小，反映含水層滲透系數(shù)較大或含水層厚度較小。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。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)。流網(wǎng)的性質(zhì)包括哪些？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。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(dǎo)

3、水系數(shù)T隨時間t和徑向距離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(yīng)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;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(dāng)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不隨時間t變化。非穩(wěn)定井流中，地下水流向井的過程中，沿途

4、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隨時間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?？赡苄纬傻叵滤€(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(dāng)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(dāng)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(seepageface)。井損(wellloss)是由于抽水井管所造成的水頭損失。井損的存在：滲

5、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。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h3。通常將(叫+h2+h3)統(tǒng)稱為水躍值.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)。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Theis井流，在抽水初期水頭降速快，1

6、/u=1時達到最大，之后降速由大減小，最后降落漏斗在含水層外部，成虛擬狀態(tài)變化，但導(dǎo)水系數(shù)不隨時間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)由于趨于等速下降。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；11承壓水井的Dupuit公式的水文地質(zhì)概念模型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DarcysLaw，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；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)；

7、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?dāng)嗝嬉恢拢煌ㄟ^各過水?dāng)嗝娴牧髁刻幪幭嗟?，并等于抽水井的流量。?12承壓水井的Dupuit公式的表達式及符號含義式中，sw井中水位降深，m；Q抽水井流量，m3/d；M含水層厚度，m；K滲透系數(shù)，m/d；rw井半徑，m；R一影響半徑(圓島半徑)，m。若存在兩個觀測孔，距離井中心的距離分別為r1，r2,水位分別為比,133Theim公式的表達式企，在片到r2區(qū)間積分得：14式中R潛水井的影響半徑，其含義和承壓水井的相同;hw井中水柱高度，m；sw井中水位降深，m；Q抽水井流量，m3/d；M含水層厚度，m；K滲透系數(shù)，

8、m/d；r一井半徑，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、s2分別為r1和r2處的水位降深。潛水井的Dupuit公式表達式及符號含義承壓含水層中單井定流量抽水的數(shù)學(xué)模型是在下列假設(shè)條件下建立的：含水層均質(zhì)各向同性，等厚，側(cè)向無限延伸，產(chǎn)狀水平；15定流量抽水時Theis4公式的適用條件(水文地質(zhì)概念模型)抽水前天然狀態(tài)下水力坡度為零；完整井定流量抽水，井徑無限??；含水層中水流服從Darcy定律；(5)水頭下降引起的地下水從貯存量中的釋放是瞬時完成的。16丨4丨寫出泰斯公式及各項Theissequation描述無補給的承壓水完整井非穩(wěn)定運動過程中降深(1)通過不

9、同過水?dāng)嗝娴牧髁渴遣坏鹊?，r值越小，即離抽水井越近的過水?dāng)嗝?，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抽水井的水位降深，m；Q抽水井的流量，m3/d；T含水層的導(dǎo)水系數(shù)，m2/d；W(u)泰斯井函數(shù)；r到抽水井的距離，m；a含水層的導(dǎo)壓系數(shù)，m2/d；*含水層的彈性是水系數(shù)；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)律同一時刻隨徑向距離r增大，降深s變小，當(dāng)r一8時，s-O,這一點符合假設(shè)條件。同一斷面(即r固定)，s隨t的增大而增大，當(dāng)t=0時，s=0,符合實際情況

10、。當(dāng)t一時，實際上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)。同一時刻、徑向距離r相同的地點，降深相同。(1)抽水初期，近處水頭下降速度大，遠(yuǎn)處下降速度小。當(dāng)r一定時,s-t曲線存在著拐點。拐點出現(xiàn)的時間(此時u=1)為:(2)每個斷面的水頭下降速度初期由小逐漸增大，當(dāng)肚=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)抽水時間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

11、映出的流量和滲流速度變化規(guī)律得到貯存量的補給。20Theis公式反應(yīng)的影響半徑21Theis配線法的原理（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Theis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(biāo)系內(nèi)，對于定流量抽水r和“標(biāo)

12、準(zhǔn)曲線在形狀上是相同的，只是縱橫坐標(biāo)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(yīng)的坐標(biāo)值，代入（4-10）式（4-11）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-t曲線和與s3曲線，分別與礦（町-丄址和W（u）-u標(biāo)準(zhǔn)曲線有相似的形狀。因此，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-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為定值，利用所有觀測孔的降深值，在雙對數(shù)紙上繪出s2實際資料曲線與W（u）-u標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合，稱為降深-距離配線法。2422Theis配線法的計算步驟23在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制

13、W（u）-l/u或W（u）-u的標(biāo)準(zhǔn)曲線。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/廠曲線或s-t、s-r2曲線。將實際曲線置于標(biāo)準(zhǔn)曲線上，在保持對應(yīng)坐標(biāo)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(yīng)坐標(biāo)值：W（u），址（或u）、（或t、r2），按下式分別計算有關(guān)參數(shù)。s-rs-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）抽水初期實際曲線常與標(biāo)準(zhǔn)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

14、有優(yōu)缺點（2）當(dāng)抽水后期曲線比較平緩時，同標(biāo)準(zhǔn)曲線不容易擬合準(zhǔn)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(yīng)考慮所得資料能繪出s-t或s-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(biāo)準(zhǔn)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uWO.Ol或放寬精度要求uW0.05，即只有在r較小，而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值偏大，而*值偏小。(1)越流系統(tǒng)中每一層都是均質(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

15、透水層都是等厚的；(2)含水層中水流服從Darcy定律;25有越流補給的承壓水完整井公式的適用條件雖然發(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)；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;抽水含水層天然水力坡度為零，抽水后為平面徑向流;抽水井為完整井，井徑無限小，定流量抽水。其中，%分尸4R26有越流補給的承壓水完整井公式-Hantush-Jacob公式式中s抽水井的水位降深，m；Q抽水井的流量，m3/d；T含水層的導(dǎo)水系數(shù)，m2/d；越流井函數(shù)，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越流因素，m；r到抽水井的距離

16、，m；a含水層的導(dǎo)壓系數(shù)，m2/d；27越流完整井流公式反應(yīng)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);抽水早期，降深曲線同Theis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水。在理論上和Theis曲線一致。抽水中期，因水位下降變緩而開始偏離Theis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

17、多。(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(dāng)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(biāo)紙上繪制s-lgt曲線，用外推法確定最大降深smax，并用(4-43)式計算拐點處降深sp；根據(jù)Sp確定拐點位置，并從圖上讀出拐點出現(xiàn)的時間tp；做拐點P處曲線的切線，并從圖上確定拐點P處的斜率ip;求出有關(guān)數(shù)值后，查表確定B=r根據(jù)$值求B值:按下式分別計算T和值:驗證，因為圖解出的smax和sp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

18、式，并給出不同的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(yīng)重新圖解計算。繪每個觀測孔的s-lgt曲線，并從圖上確定每條曲線直線段的斜率近似地代替拐點處的斜率。根據(jù)各孔的斜率作r-曲線，應(yīng)為一條直線。取該直線的斜率，得:將r-lgip直線段延長交橫軸于一點，讀得r=0時的（）。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將所求得的B、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-lgt曲線上讀得tp值，然后按下式算出各孔的聲值:最后取其平均值。(1)均質(zhì)、各向同性、隔水底板水平的無限延伸的含水層;31考慮潛水含水層遲后疏干的Boulton模型的假設(shè)條件是

19、什么？(2)初始自由水面水平;完整井、井徑無限小，降深sH0(含水流初始厚度)的定流量抽水；(3)(4)水流服從Darcy定律;(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。可以明顯地看到三個階段:第一個階段：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Theis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(yīng)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。32潛水完整井非穩(wěn)定流抽水時的降深-時間曲線的形狀第二個階段：降深-時間曲線的斜率減小，明顯地

20、偏離Theis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(yīng)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曲線又與Theis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(dāng)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。Neuman模型是在下列假設(shè)條件下建立的:(1)含水層均質(zhì)各向異性，側(cè)向無限延伸，坐標(biāo)軸和主滲透方向一致，隔水層水平;(2)初始潛水面水平;(3)水流服從Darcy定律;37343536Neuman解的降深-時間曲線的特點Neuman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)完整井，定流量抽水;(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對x、y的導(dǎo)數(shù)或?qū)的導(dǎo)數(shù)。解析解描述的降深-時間曲線和抽水過程的三