【正文】 ：特點(diǎn) 數(shù)值模擬：特點(diǎn) 9 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長明 地下水動力學(xué)講稿 地下水動力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) （四）地下水動力學(xué)研究的里程碑事件 Darcy 定律（ Henry Darcy 1856年） 潛水井流問題的裘布依方程（ Dupuit 1863年） 承壓井的非穩(wěn)定流方程及其解析解 （ 1） O. E. Meinzer， 1928年開始觀注地下水的非恒定流與承壓含水層的儲水性質(zhì)； （ 2） C. V. Theis（泰斯） 1935年給出承壓含水層非恒定流動的泰斯公式 1960年左右，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行地下水方程的數(shù)值分析 具有達(dá)標(biāo)性的分析軟件系統(tǒng) （ 1） Feflow—— 原東德的 WASY公司， 1978發(fā)布第一版， 數(shù)值方法：有限元； （ 2） MODFLOW—— 美國地質(zhì)勘察局， 1988年發(fā)布第一版， 數(shù)值方法：有限差分法； （ 3） GMS（ Groundwater Model System） —— 以 Modflow以及其他地下水問題的分析軟件為內(nèi)核，添加上前處理與后處理模塊構(gòu)成地下水問題的綜合軟件分析系統(tǒng)（本教學(xué)所用為： ） 10 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長明 地下水動力學(xué)講稿 地下水動力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) （五）地下水動力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域 工程建設(shè)方面：水利、地質(zhì)、石油、建筑等 水資源評價(jià)、開發(fā)利用與管理方面 水環(huán)境分析 （六）有待進(jìn)行深入研究問題 介質(zhì)方面：多相流、裂隙介質(zhì)、溶巖流動； 機(jī)制方面：溶質(zhì)與熱量在地下水中的運(yùn)動與運(yùn)移機(jī)制； 方法研究：數(shù)值解法，隨機(jī)理論，并行計(jì)算； 優(yōu)化管理：地下水開采許可（井群分布、抽水量、價(jià)格導(dǎo)向等）。 11 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長明 地下水動力學(xué)講稿 地下水動力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) 二、滲流理論基礎(chǔ) （一）基本參數(shù)定義 與地下水貯存相關(guān)的參數(shù) （ 1） 孔隙度 （ porosity) n 有效孔隙度（ effective porosity） ne 有效孔隙度 ：相通的，不為結(jié)合水占據(jù)的孔隙度。 sbb ρρVVn ??? 1vbeve V)(Vn ?12 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長明 地下水動力學(xué)講稿 地下水動力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) （ 2）給水度 （ Specific yield） μy 也稱有效孔隙度，在面積為 A的柱體中，當(dāng)柱體潛水面下降一個(gè) Δh時(shí) 所釋放出的水的體積 ΔV，或?qū)θ鄨D，指給定體積 Vb的飽和含水體所能釋放（貯存）的水的體積，即： 給水度反映了土壤的給水性，即飽和土壤在重力作用下能自由排出水量的性能。 4）給水度與田間持水量及孔隙度的 關(guān)系（ 見圖 ） )0( nθ VVθbw ???)010( .Sn VVS wvwW ????0θnμ y ??14 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長明 地下水動力學(xué)講稿 地下水動力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) （ 4）貯水率與貯水系數(shù) 1）水體壓縮系數(shù)（ Water pressibility） β 2）多孔介質(zhì)中的固體顆粒壓縮系數(shù)（ solid pressibility） α s 3）多孔介質(zhì)中孔隙壓縮系數(shù)率（ Porous pressibility） α p 4）多孔介質(zhì)壓縮系數(shù)（ Aquifer pressibility） α dpd ρρdpdVVβww11 ???d σdVVαvvp1??ppSvbsbbbn αn αn) α(d σdVVd σdVVd σdVVα?????????1 111?? ddVV ssS1??15 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長明 地下水動力學(xué)講稿 地下水動力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) 5）貯水率（ Specific storage） μ s 單位 ： m3/(m3?m)=1/m ；量綱： [L1]； 含義 ：體積為 1立方米的承壓含水層在水頭下降 1米時(shí)所釋放的水體體積量。 對潛水含水層，當(dāng)水頭下降時(shí)可引起兩部分排水。 ∵ μ s = 103 ~ 105 ； 而 μ y = ~ ； ∴ 在潛水層，一般忽略不計(jì)彈性釋水量。 16 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長明 地下水動力學(xué)講稿 地下水動力學(xué)理論、數(shù)值技術(shù)與軟件應(yīng)用 —— 理論基礎(chǔ) 與地下水運(yùn)動有關(guān)的參數(shù) （ 1） Darcy 定律與滲透系數(shù) K（ Hydraulic Conductivity） 1856年法國工程師 Henry Darcy 在裝滿砂的圓筒中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出如下結(jié)果： 其中 K：滲透系數(shù)；單位： m/s， 一般用： m/d。 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。 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 —— 馬長明 地下水動力學(xué)講稿 地下水動力學(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。 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。 系數(shù) c與顆粒形狀有關(guān)。 1 darcy = X 10 9 cm2 。 kg/νK ?2cdk ?21 市政系水資源與水工研究所 —— 馬長明 地下水動力學(xué)講稿 地下水動力學(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。 σ ’ 的量綱：