水文地质学基础--第六章_地下水运动与动态.pptVIP

第六章 地下水运动与动态 河海大学地球科学与工程学院 二○一○年三月 达西定律 ● 达西定律是重力水运动的重要基本规律 ● 法国水力学家H.Darcy通过大量稳定流实验得出 Q－渗透流量（出口处流量，即为通过砂柱各断面的流量） A－过水断面（在实验中相当于砂柱横断面积） H－水头损失（h=H1-H2，即上下游过水断面的水头差） L－渗透途径（上下游过水断面的距离） K－渗透系数（与砂柱样品有关的系数） 渗透流速 管道中水流状态 多孔介质中水流状态 Q－过水断面流量 A′－过水断面空隙面积 U－地下水实际流速 Q－过水断面流量 A－过水断面总面积 V－地下水渗透流速 n－孔隙度 ne－有效孔隙度 渗透流速 渗透系数及达西定律适用条件 渗透系数的物理意义 ● 水力坡度为1时的渗流速度，采用m/d或cm/s为单位 ● v=KJ；当J=1时，K=v 10-2 10-1 1 10 102 103 Darcy定律适用 Darcy定律不适用 层 流 层 流 紊 流 粘滞性占优势 惯性力占优势，层流向紊流过渡 Re 完整井与非完整井 ● 完整井：水井贯穿整个含水层，能够全面进水的井 ● 非完整井：水井没有贯穿整个含水层，只有井底或含水层部分厚度上能够进水的井 作用 作用 要求 井室 管井的构造 作用 要求 ≥8～10m 填砾层 沉淀管 井室 管井的构造 地下水向完整井的运动 R-影响半径 rw-有效井径 H0-含水层厚度 hw-动态水位至含水层底板深度 地下水向完整井的运动 假定条件 ● 均质、各向同性、隔水底板水平的圆柱形潜水含水层 ● 中心一口完整井，没有垂向入渗补给和蒸发，渗流服从线性定律的稳定流 计算过程 ● 采用极坐标，取向外为正，取隔水底板为基准面 ● 根据达西定律和裘布依假定 地下水向完整井的运动 裘布依公式用途 ● 求解含水层参数 ● 预报流量或降深 地下水向完整井的运动 地下水向完整井的运动 地下水动态 表征地下水数量与质量的各种要素(水位、泉流量、开采量、溶质成分与含量、水温及其它物理特征等)随时间作有规律的变化，称为地下水动态 ● 地下水动态具有滞后、延迟以及叠加的特点 ● 天然地下水动态具有明显的周期性、变化趋势极为缓慢 ● 人为因素影响下，变化速率大大提高 影响地下水动态的因素 气候因素 ● 气候是对地下水动态影响最为普遍的因素，决定了一个地区动态的基本形态 ● 气候要素周期性地发生昼夜、季节与多年变化，其中季节变化最为显著且最有意义 1—气温；2—相对湿度；3—降水量；4—潜水位；5—蒸发量 北京地区潜水位随气候因素变化图 前苏联卡明草原地下水位随太阳黑子周期变化图 水文因素 要取决于含水层（地下水系统）距地表水体的远近 ● 地表水补给地下水 ● 地表水排泄地下水 地下水位升高，变化幅度随着远离河流而减小，变化时间随距离增加而延迟 接近河流，潜水位变化小，远离河流，水位变化大 莱茵河洪水对潜水的影响 1、2、3、4、5-观测井中潜水位，数字大的距河远；6-莱茵河水位 影响地下水动态的因素 地质因素 影响地下水动态的因素 ● 降水补给潜水时，包气带厚度与岩性影响地下水位的变化 ● 包气带厚度大，潜水埋藏深愈大，水位变化的滞后性越明显 ● 岩性的渗透性愈好，水位抬升的时间滞后愈短 ● 承压含水层的动态受外界影响比潜水小，隔水顶板限制了补给区的范围 ● 补给区范围、距补给区的远近、承压含水层的厚度与给水度等影响动态变化 ● 二氧化碳：潜部来源于生物作用，深部来源于碳酸盐类岩石 ● 承压含水层的水位变动还受到固体潮（月亮T=12h）、地震等地质应力影响 潜水 承压水 人为因素 影响地下水动态的因素 地下水动态的类型 蒸发型 ● 多出现于干旱、半干旱平原及山间盆地 ● 年水位变幅小，各处变幅接近，水质季节变化明显，长期往盐渍化发展 径流型 ● 多分布于山区及山前地带 ● 水力坡度大，以径流排泄为主 ● 以蒸发排泄为主，水位受埋深控制大 ● 年水位变化幅度大而不均，水质季节变化不明显，长期往淡化发展 蒸发、径流型 ● 多分布于气候湿润的平原地区 ● 湿度大、蒸发弱；地形平坦，径流缓慢，长远来看水质趋于淡化 地下水均衡 地下水均衡是以地下水为对象的均衡研究。目的在于阐明某个地区在某一段时间内，地下水水量（盐量、物质、热量、能量）收入与支出的关系 ● 均衡区——进行均衡计算所选定的区域称作均衡区。它最好是一个具有相对隔水边界的完整水文地质单元 ● 正均衡——某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（或盐量、热量等）的收入大于支出，表现为地下水储存量（或盐储量、热储量等）增加 ● 均衡期——进行均衡计算的时间段，称作均衡期。通常按照水文年来计算，或取多年平均值 ● 负均衡——某一均衡区，在一定均衡期内，地下水水量（