地下水动力学知识点总结.pdf
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1、基本问题基本问题序号章简述题答 案11试分析在相同条件下进行人工回灌时,承压含水层和潜水含水层的贮水能力的大小。潜水含水层的贮水能力可表示为 Q=HF;承压含水层的贮水能力可表示为 Q=HF;式中 Q含水层水位变化时H 的贮水能力,H水位变化幅度;F地下水位受人工回灌影响的范围。从中可以看出,因为承压含水层的弹性释水系数远远小于潜水含水层的给水度,因此在相同条件下进行人工回灌时,潜水含水层的贮水能力远远大于承压含水层的贮水能力。21等水位线的疏密程度可以反映出哪些水文地质条件?由达西定律 Q=KJH 可以知,在含水层的单宽流量 Q 保持不变时,等水位线的密集表示水力坡度 J 大,反映含水层渗透
2、系数较小或含水层厚度较大;等水位线的稀疏表示水力坡度 J 小,反映含水层渗透系数较大或含水层厚度较小。31流网的性质包括哪些?在各向同性介质中,流线与等水头线处处垂直,流网为正交网格。在均质各向同性介质中,流网中每一网格的边长比为常数。若流网中各相邻流线的流函数差值相同,且每个网格的水头差值相等时,通过每个网格的流量不同。若两个透水性不同的介质相邻时,在一个介质中为曲边正方形的流网,越过界面进入另一个介质时则变成曲边矩形。42有入渗时,潜水面的形状及河渠间分水岭的移动规律53潜水井流的运动特征潜水井流特征:流线与等水头线都是弯曲的曲线,井壁不是等水头面,抽水井附近存在三维流,井壁内外存在水头差
3、值;降落漏斗位于含水层内部,水位降落漏斗的曲面就是含水层的上部界面,导水系数 T 随时间 t 和径向距离 r 变化;潜水含水层水位下降伴有弹性释水和重力疏干,为缓慢排水过程,抽水量主要来源于含水层疏干,称为潜水含水层的迟后效应63承压含水层中井流的运动特点承压水井流特征:流线与等水头线在剖面上的形状不相同,等水头线近似直线,等水头面即为铅垂面,降深不太大时承压井流为二维流;降落漏斗在含水层外部,成虚拟状态变化,但导水系数不随时间 t 变化;承压井流的抽水量来自承压含水层水头降落漏斗范围内由于减压作用造成的弹性释放,是瞬时完成的。73稳定井流与非稳定井流的区别稳定井流中,当无垂向补给时,地下水流
4、向井的过程中任一断面的流量都相等,并等于抽水井流量,地下水位 h 不随时间 t 变化。非稳定井流中,地下水流向井的过程中,沿途不断得到含水层释放补给,通过任一断面的流量都不相等,井壁处流量最大并等于抽水井流量,地下水位 h 随时间 t 而变化,初期变化大,后期变化减小。83稳定井流的形成条件存在补给且补给量等于抽水量。可能形成地下水稳定运动的两种水文地质条件。有侧向补给的有限含水层中,当降落漏斗扩展到补给边界后,侧向补给量和抽水量平衡时,地下水向井的运动便可达到稳定状态;在有垂向补给的无限含水层中,随降落漏斗的扩大,垂向补给量不断增大。当其增大到与抽水量相等时,将形成稳定的降落漏斗和地下水的稳
5、定运动93产生水跃的原因水跃:抽水井中的水位与井壁外的水位之间存在差值的现象(seepage face)。井损(well loss)是由于抽水井管所造成的水头损失。井损的存在:渗透水流由井壁外通过过滤器或缝隙进入抽水井时要克服阻力,产生一部分水头损失h1。水进入抽水井后,井内水流井水向水泵及水笼头流动过程中要克服一定阻力,产生一部分水头差h2。井壁附近的三维流也产生水头差h3。通常将(h1+h2+h3)统称为水跃值.103地下水流向井的稳定运动和非稳定运动的主要区别是什么?(1)从流量看,稳定井流不同断面的流量处处相等,都等于抽水井的流量;而任一断面非稳定井流的流量都不相等,沿着地下水流向流量
6、逐渐增大,直至抽水井处为最大(抽水井的出水量)。(2)只要给定边界水头和井内水头,就可以确定稳定井流抽水井附近的水头分布,且水头分布不随时间发生变化;非稳定井流抽水井附近的水头分布是随抽水时间而不断发生变化的,例如 Theis 井流,在抽水初期水头降速快,1/u=1 时达到最大,之后降速由大减小,最后趋于等速下降。113承压水井的 Dupuit公式的水文地质概念模型(1)含水层为均质、各向同性,产状水平、厚度不变(等厚)、,分布面积很大,可视为无限延伸;或呈圆岛状分布,岛外有定水头补给;(2)抽水前地下水面是水平的,并视为稳定的;含水层中的水流服从Darcys Law,并在水头下降的瞬间将水释
7、放出来,可忽略弱透水层的弹性释水;(3)完整井,定流量抽水,在距井一定距离上有圆形补给边界,水位降落漏斗为圆域,半径为影响半径;经过较长时间抽水,地下水运动出现稳定状态;(4)水流为平面径向流,流线为指向井轴的径向直线,等水头面为以井为共轴的圆柱面,并和过水断面一致;通过各过水断面的流量处处相等,并等于抽水井的流量。123承压水井的 Dupuit公式的表达式及符号含义 或 式中,sw井中水位降深,m;Q抽水井流量,m3/d;M含水层厚度,m;K渗透系数,m/d;rw井半径,m;R影响半径(圆岛半径),m。133Theim 公式的表达式若存在两个观测孔,距离井中心的距离分别为 r1,r2,水位分
8、别为H1,H2,在 r1 到 r2区间积分得:式中 s1、s2分别为 r1和 r2处的水位降深。它与非稳定井流在长时间抽水后的近似公式完全一致。这表明,在无限承压含水层中的抽水井附近,确实存在似稳定流区。143潜水井的 Dupuit 公式表达式及符号含义 式中 R潜水井的影响半径,其含义和承压水井的相同;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含水层厚度,m;K渗透系数,m/d;rw井半径,m。154定流量抽水时 Theis公式的适用条件(水文地质概念模型)承压含水层中单井定流量抽水的数学模型是在下列假设条件下建立的:(1)含水层均质各向同性,等厚,侧向无限延伸,
9、产状水平;(2)抽水前天然状态下水力坡度为零;(3)完整井定流量抽水,井径无限小;(4)含水层中水流服从 Darcy 定律;(5)水头下降引起的地下水从贮存量中的释放是瞬时完成的。164写出泰斯公式及各项符号的含义;泰斯公式的主要用途是什么?Theiss equation 描述无补给的承压水完整井非稳定运动过程中降深与抽水量之间关系的方程式,亦即式中 s抽水井的水位降深,m;Q抽水井的流量,m3/d;T含水层的导水系数,m2/d;W(u)泰斯井函数;r到抽水井的距离,m;a含水层的导压系数,m2/d;*含水层的弹性是水系数;t自抽水开始起算的时间,d。174Theis 公式反映的降深变化规律(
10、1)同一时刻随径向距离 r 增大,降深 s 变小,当 r时,s0,这一点符合假设条件。(2)同一断面(即 r 固定),s 随 t 的增大而增大,当 t=0 时,s=0,符合实际情况。当 t时,实际上 s 不能趋向无穷大。因此,降落漏斗随时间的延长,逐渐扩展。这种永不稳定的规律是符和实际的,恰好反映了抽水时在没有外界补给而完全消耗贮存量时的典型动态。(3)同一时刻、径向距离 r 相同的地点,降深相同。184Theis 公式反映的水头下降速度的变化规律(1)抽水初期,近处水头下降速度大,远处下降速度小。当 r 一定时,s-t 曲线存在着拐点。拐点出现的时间(此时 u=1)为:。(2)每个断面的水头
11、下降速度初期由小逐渐增大,当=1 时达到最大;而后下降速度由大变小,最后趋近于等速下降。(3)抽水时间 t 足够大时,在抽水井一定范围内,下降基本上是相同的,与 r 无关。换言之,经过一定时间抽水后,下降速度变慢,在一定范围内产生大致等幅的下降。194Theis 公式反映出的流量和渗流速度变化规律(1)通过不同过水断面的流量是不等的,r 值越小,即离抽水井越近的过水断面,流量越大。反映了地下水在流向抽水井的过程中,不断得到贮存量的补给。(2)由于沿途含水层的释放作用,使得渗流速度小于稳定状态的渗流速度。但随着时间的增加,又接近稳定渗流速度。204Theis 公式反应的影响半径在无越流补给且侧向
12、无限延伸的承压含水层中抽水时,虽然理论上不可能出现稳定状态,但随着抽水时间的增加,降落漏斗范围不断向外扩展,自含水层四周向水井汇流的面积不断增大,水井附近地下水测压水头的变化渐渐趋于缓慢,在一定的范围内,接近稳定状态(似稳定流),和稳定流的降落曲线形状相同。但是,这不能说明地下水头降落以达稳定。214Theis 配线法的原理由 Theis 公式两端取对数,得到 二式右端的第二项在同一次抽水试验中都是常数。因此,在双对数坐标系内,对于定流量抽水和标准曲线在形状上是相同的,只是纵横坐标平移了 距离而已。只要将二曲线重合,任选一匹配点,记下对应的坐标值,代入(4-10)式(4-11)式即可确定有关参
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