地下水動(dòng)力學(xué)第一講(編輯修改稿)
2025-05-26 05:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 地下水動(dòng)力學(xué)講稿 地下水動(dòng)力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) 1）對(duì)滲透系數(shù)的討論 K：綜合反映了多孔介質(zhì)的滲透特性，其與多孔介質(zhì)的顆粒結(jié)構(gòu)（大小組 成、空間分布）和滲透流體的性質(zhì)（粘性、密度）有關(guān)。 按顆粒結(jié)構(gòu)的不同，可將 K分為： 均質(zhì)與非均質(zhì)；各向同性與各向異性。非均質(zhì)： K（ x， y， z）； 各向異性 ：在同一特征單元體，沿不同軸向， K值不同； 均勻性與各向異性概念之區(qū)別 。 為表示沿任意面上的滲透系數(shù)，用二階張量表示 K： Darcy定律的推廣： 對(duì)各向同性含水層： 滲透系數(shù)矩陣為： ???????????zzzyzxyzyyyxxzxyxxKKKKKKKKKK???????????????????????????????????zHyHxHKKKKKKKKKKJvzzzyzxyzyyyxxzxyxx?KKKK zyx ???ijij KδK ?18 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長(zhǎng)明 地下水動(dòng)力學(xué)講稿 地下水動(dòng)力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) 2）層狀巖層的等效滲透系數(shù) i）巖層與水流流向平行分布的 等效 Kp ii）巖層與水流方向垂直分布的 等效 Kv 總有： Kp ≥ Kv。 nnVKb. . . . .KbKbbK????2211)bK. . . . .bKb(KbK nnp ???? 2211119 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長(zhǎng)明 地下水動(dòng)力學(xué)講稿 地下水動(dòng)力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) 3） Darcy 定律的適用范圍 雷諾數(shù)的定義： 其中 d：土壤的平均顆粒直徑。 地下水流態(tài) 層流： 紊流： Darcy 定律適用范圍： 見教材 p. 15說明及圖 113。 300150 ~R e ?300?eRνdRe??10?eR20 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長(zhǎng)明 地下水動(dòng)力學(xué)講稿 地下水動(dòng)力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) （ 2）滲透率（ intrinsic permeability） k 在滲透系數(shù) K中消除流體性質(zhì)不同的影響，僅考慮顆粒結(jié)構(gòu)特性，即： 其中 k稱為滲透率，僅與多孔介質(zhì)的粒徑有關(guān)。 系數(shù) c與顆粒形狀有關(guān)。 k的量綱： [L2]；單位常用： cm2及 darcy。 1 darcy = X 10 9 cm2 。 （ 3）導(dǎo)水系數(shù)（ Transmissivity） T 對(duì)二維均質(zhì)含水層，其厚度為 M，則定義導(dǎo)水系數(shù)： T = KM 單位： cm2/d； 量綱： [L2T1] 導(dǎo)水系數(shù) T反映了通過整個(gè)含水層的輸水能力，表示水頭降為 1米下整個(gè)含水層的單位寬度的流量值。 kg/νK ?2cdk ?21 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長(zhǎng)明 地下水動(dòng)力學(xué)講稿 地下水動(dòng)力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) （ 4）越流系數(shù)（ coefficient of leakage） σ 39。與 越流因素（ leakage factor） B 1）越流系數(shù) 含義： 當(dāng)主含水層與越流供給層的 水頭差（ H2H1）為一個(gè)單位長(zhǎng)度時(shí)， 通過單位面積 A的弱透水層流向主含水 層的流量值。 σ ’ 的量綱： [T1]。 對(duì)完全不透水層（隔水層）， σ ’ = 0。 M39。K39。σ39。 ?139。112 ??????? σM39。K39。M39。 )HK 39。 ( HAQq22 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長(zhǎng)明 地下水動(dòng)力學(xué)講稿 地下水動(dòng)力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) 2）越流因素 B 越流因素為越流方程中整理出的系數(shù)，其定義為： 量綱： [L]。 越流因素反映了主含水層過流能力與越流補(bǔ)給能力間的關(guān)系，即在單位水頭降、同等滲透系數(shù)值下，通過的越流量是 1個(gè)單位面積時(shí)，主含水層的通過量則需要面積為 B X B。 B越大，越流量越小，對(duì)完全隔水層 B = ∞。 3）延滯系數(shù)（ Retardation coefficient） Mr 定義延滯系數(shù)： 量綱： [L] 即：越流含水層以 K’流動(dòng) M’米所需時(shí)間內(nèi)主含水層以 K流動(dòng)了Mr 米。 K39。K M M 39。M39。K39。KMσ39。TB ???KMKM/KKMr ???????23 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長(zhǎng)明 地下水動(dòng)力學(xué)講稿 地下水動(dòng)力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) （ 6）導(dǎo)壓系數(shù)（ Hydraulic Diffusivity） a 亦稱壓力傳導(dǎo)系數(shù)，由非恒定流動(dòng)方程中整理出的系數(shù)，定義為對(duì)承壓含水層： 量綱： [L2T1] 對(duì)非承壓含水層： 量綱： [L2T1] 導(dǎo)壓系數(shù)反映了地下水流動(dòng)參數(shù)與地下水貯（給）水參數(shù)間的關(guān)系，即：通過單位寬度的整個(gè)水層的滲流量與具有單位底面積的整個(gè)含水層高度在水頭下降一米時(shí)的釋（給）水量之間的關(guān)系。 SS* μKMμMKμTa ?????yy μMKμTa ???24 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長(zhǎng)明 地下水動(dòng)力學(xué)講稿 地下水動(dòng)力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) （二）滲流、流網(wǎng) 滲流模型 （ 1）典型單元體（ Representative element volume） REV （見教材 p. 8） （ 2）滲流模型（見教材 ） （ 3）滲流速度與地下水平均流速間的關(guān)系（教材 pp. 910） 1）滲流速度 2）地下水?dāng)嗝嫫骄魉? 3）地下水流速 —— 孔隙點(diǎn)處的實(shí)際流速值 AQv ?nvAQuv??25 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長(zhǎng)明 地下水動(dòng)力學(xué)講稿 地下水動(dòng)力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) 流網(wǎng) —— 滲流表示與研究的幾何方法 （ 1）流函數(shù)與勢(shì)函數(shù)（對(duì)二維流動(dòng)） 1）流線定義 ∴ 沿流線有： 對(duì)各向同性含水層，有 Kxx = Kyy = K，令函數(shù) ψ（ x,y）滿足： 則有： 沿流線 ψ（ x,y） = con
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