地下水动力学12讲解.ppt

第一章 渗流理论基础 肖 长 来 吉林大学环境与资源学院 2009-9 1.2.1 达西定律（线性渗透定律） § 1.2 渗流基本定律 图 1-9 Darcy 实验装置 （ 1 ）达西定律表达式 实验条件 ：定水头、定流 量、均质砂。 砂样饱和 ：由下部向上部 逐渐饱和，排除气泡。 然后使水由上而下运动， 此时地下水做一维均匀运动， 渗流速度与水力坡度的大小 和方向沿流程不变。 达西定律 (1856 年 ) 表达式： J = ( H 1 - H 2 )/ L 其中 : Q —— 渗透流量 （出口处流量），亦即通过过水断面（砂柱 各断面） A 的流量， m 3 /d ； volumetric flow rate. K —— 多孔介质的 渗透系数， m/d ； A —— 过水断面 面积 ， m 2 ； cross-sectional area of flow. H 1 、 H 2 —— 上、下游过水断面的 水头 ， m ； L —— 渗透途径 ， m) ； J —— 水力梯度 ，等于两个计算断面之间的水头差除以渗透途 径，亦即渗透路径中单位长度上的水头损失。 （ 1-12 ） （ 1-13 ） 达 西 实 验 装 置 图 1-10 达西定律的微分形式： 达西定律的矢量形式： （ 1-14 ） （ 1-15 ） （ 1-16 ） （ 2 ）达西公式讨论 达西定律反映了 能量转化与守恒 。 V 与 I 的一次方成正比 ；当 K 一定时，当 V 增大时，水头 差增大，表明单位渗透途径上被转化成热能的机械能损失 越多，即 V 与机械能的损失成正比关系；当 V 一定时， K 越 小，水头差越大，即 K 与机械能的损失成反比关系。 (3) 达西公式适用范围 Re1-10 ，层流，适用 , 地下水低速运动， 粘滞力 占优 势； Re10-100 ，层流，不适用，地下水流速增大，为过 渡带，由粘滞力占优势的层流转变为以 惯性力 占优势的层 流运动； Re100 ，紊流，不适用。 ? 达西定律的下限：地下水在粘性土中运动时存在一个起始 水力坡度 J 0 。当时及水力坡度 J J 0 时，几乎不发生运动。 ? 粘性土的渗透规律为： v = k （ i - i 0 ） 图 1-11 渗透系数与水力坡度的实验关系（ J. Bear ） 2 渗透系数、渗透率与导水系数 (1) 渗透系数 （ K ） (hydraulic conductivity) V=KI ，当 I=1 时， V=K ，即 K 在数值上等于渗流速度， 具有速度的单位，它又可以称为 水力传导系数 ，反映含水 介质对渗流阻力大小的系数。常用单位： m/d ， cm/s 。 渗透系数是反映岩石透水性的指标，可以根据渗透系数的 大小进行岩石透水性分级（表 1-1 ）。 表 1-1 岩石透水性划分 渗透系数 K(cm/s) 10 -2 10 -3 10 -6 10 -7 K(m/d) 8.64 0.864 0.000864 0.0000864 透水性 透水 弱透水 隔水 含水层 好的 差的 不含水 岩土渗透性分级 （ G5 50287-1999 ） 岩体的结构分类 （ G B 50287-1999 ） ? Permeability Coefficient — The rate of flow of water through a unit cross-sectional area under a Unit Hydraulic Gradient at the prevailing temperature. ? Hydraulic Conductivity (K) —— the volume of water at the existing kinematic viscosity that will move, in unit time, under a unit Hydraulic Gradient through a unit area measured at right angles to the direction