地下水動(dòng)力學(xué)習(xí)知識(shí)重點(diǎn)情況總結(jié)

1、基本問(wèn)題序號(hào)簡(jiǎn)述題試分析在相同條件下進(jìn)行人工回灌時(shí)，承壓含水層和潛水含水層的貯水能力的大小。等水位線的疏密程度可以反映出哪些水文地質(zhì)條件？流網(wǎng)的性質(zhì)包括哪些？有入滲時(shí)，潛水面的形狀及河渠間分水嶺的移動(dòng)規(guī)律潛水井流的運(yùn)動(dòng)特征潛水含水層的貯水能力可表示為承壓含水層的貯水能力可表示為式中Q含水層水位變化時(shí)H 水位變化幅度;Q= HF ；Q=HF;H的貯水能力,F地下水位受人工回灌影響的范圍。從中可以看出，因?yàn)槌袎汉畬拥膹椥葬屗禂?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于潛水含水層的給水度，因此在相同條件下進(jìn)行人工回灌時(shí)，潛水含水層的貯水能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于承壓含水層的貯水能力。由達(dá)西定律Q=KJH可以知，在含水層的單寬流量 Q保持不變時(shí)

2、, 等水位線的密集表示水力坡度 J大，反映含水層滲透系數(shù)較小或含水層厚度較大；等水位線的稀疏表示水力坡度J 小,反映含水層滲透系數(shù)較大或含水層厚度較小。在各向同性介質(zhì)中，流線與等水頭線處處垂直，流網(wǎng)為正交網(wǎng)格。在均質(zhì)各向同性介質(zhì)中，流網(wǎng)中每一網(wǎng)格的邊長(zhǎng)比為常數(shù)。若流網(wǎng)中各相鄰流線的流函數(shù)差值相同，且每個(gè)網(wǎng)格的水頭差值相等時(shí)，通過(guò)每個(gè)網(wǎng)格的流量不同。若兩個(gè)透水性不同的介質(zhì)相鄰時(shí)，在一個(gè)介質(zhì)中為曲邊正方形的流網(wǎng)，越過(guò)界面進(jìn)入另一個(gè)介質(zhì)時(shí)則變成曲邊矩形。潛水井流特征： 流線與等水頭線都是彎曲的曲線，井壁不是等水頭面，抽水井附近存在三維流，井壁內(nèi)外存在水頭差值；降落漏斗位于含水層內(nèi)部，水位降落漏斗的曲

3、面就是含水層的上部界面，導(dǎo)水系數(shù)T隨時(shí)間t和徑向距離r變化； 潛水含水層水位下降伴有彈性釋水和重力疏干，為緩慢排水過(guò)程，抽水量主要來(lái)源于含水層疏干,稱為潛水含水層的遲后效應(yīng)承壓含水層中井流的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)穩(wěn)定井流與非穩(wěn)定井流的區(qū)別穩(wěn)定井流的形成條件產(chǎn)生水躍的原因10地下水流向井的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)和非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的主要區(qū)別是什么？承壓水井流特征：流線與等水頭線在剖面上的形狀不相同，等水頭線近似直線，等水頭面即為鉛垂面，降深不太大時(shí)承壓井流為二維流;降落漏斗在含水層外部，成虛擬狀態(tài)變化，但導(dǎo)水系數(shù)不隨時(shí)間變化；承壓井流的抽水量來(lái)自承壓含水層水頭降落漏斗范圍內(nèi)由于減壓作用造成的彈性釋放，是瞬時(shí)完成的。穩(wěn)定井流中，當(dāng)無(wú)

4、垂向補(bǔ)給時(shí)，地下水流向井的過(guò)程中任一斷面的流量都相等，并等于抽水井流量，地下水位h不隨時(shí)間t變化。非穩(wěn)定井流中，地下水流向井的過(guò)程中，沿途不斷得到含水層釋放補(bǔ)給，通過(guò)任一斷面的流量都不相等，井壁處流量最大并等于抽水井流量，地下水位h隨時(shí)間t而變化，初期變化大，后期變化減小。存在補(bǔ)給且補(bǔ)給量等于抽水量?？赡苄纬傻叵滤€(wěn)定運(yùn)動(dòng)的兩種水文地質(zhì)條件。 有側(cè)向補(bǔ)給的有限含水層中，當(dāng)降落漏斗擴(kuò)展到補(bǔ)給邊界后，側(cè) 向補(bǔ)給量和抽水量平衡時(shí)，地下水向井的運(yùn)動(dòng)便可達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；在有垂向補(bǔ)給的無(wú)限含水層中，隨降落漏斗的擴(kuò)大，垂向補(bǔ)給量不斷增大。當(dāng)其增大到與抽水量相等時(shí)，將形成穩(wěn)定的降落漏斗和地下水的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)水躍：抽

5、水井中的水位與井壁外的水位之間存在差值的現(xiàn)象face）。井損（well loss ）是由于抽水井管所造成的水頭損失。(seepage井損的存在：滲透水流由井壁外通過(guò)過(guò)濾器或縫隙進(jìn)入抽水井時(shí)要克服阻力，產(chǎn)生一部分水頭損失h1o水進(jìn)入抽水井后，井內(nèi)水流井水向水泵及水籠頭流動(dòng)過(guò)程中要克服一定阻力，產(chǎn)生一部分水頭差井壁附近的三維流也產(chǎn)生水頭差統(tǒng)稱為水躍值.h3。通常將（hi+h2+h3)（1 ）從流量看，穩(wěn)定井流不同斷面的流量處處相等，都等于抽水井 的流量；而任一斷面非穩(wěn)定井流的流量都不相等，沿著地下水流向流 量逐漸增大，直至抽水井處為最大（抽水井的出水量） 。（2）只要給定邊界水頭和井內(nèi)水頭，就可以

6、確定穩(wěn)定井流抽水井附 近的水頭分布，且水頭分布不隨時(shí)間發(fā)生變化；非穩(wěn)定井流抽水井附 近的水頭分布是隨抽水時(shí)間而不斷發(fā)生變化的，例如Theis井流，在抽水初期水頭降速快，1/u=1 時(shí)達(dá)到最大，之后降速由大減小，最后趨于等速下降。(1)含水層為均質(zhì)、各向同性，產(chǎn)狀水平、厚度不變(等厚)、，分布面 積很大，可視為無(wú)限延伸；或呈圓島狀分布，島外有定水頭補(bǔ)給;(2)抽水前地下水面是水平的，并視為穩(wěn)定的；含水層中的水流服從Darcy' s Law，并在水頭下降的瞬間將水釋放出來(lái)，可忽略弱透水層的彈性釋水;11承壓水井的Dupuit公式的水文地質(zhì)概念模型(3)完整井，定流量抽水，在距井一定距離上有

7、圓形補(bǔ)給邊界，水位降落漏斗為圓域，半徑為影響半徑；經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間抽水，地下水運(yùn) 動(dòng)出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài);(4)水流為平面徑向流，流線為指向井軸的徑向直線，等水頭面為以井 為共軸的圓柱面，并和過(guò)水?dāng)嗝嬉恢?；通過(guò)各過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁刻幪幭?等，并等于抽水井的流量。1213承壓水井的Dupuit公式的表達(dá)式及符號(hào)含義式中，sw井中水位降深，m；Q 抽水井流量，m3/d ；M 含水層厚度， m；K 滲透系數(shù)，m/d；rw井半徑，m；R影響半徑(圓島半徑) ，m。Theim公式的表達(dá)式若存在兩個(gè)觀測(cè)孔，距離井中心的距離分別為 門，2,水位分別為H1,H2，在r1至y r2區(qū)間積分得:141516式中si、S2分別為r

8、i和r2處的水位降深。它與非穩(wěn)定井流在長(zhǎng)時(shí)間抽水后的近似公式完全一致。這表明，在無(wú)潛水井的Dupuit公式表達(dá)式及符號(hào)含義定流量抽水時(shí)Theis公式的適用條件(水文地質(zhì)概念模型)寫出泰斯公式及各項(xiàng)限承壓含水層中的抽水井附近，確實(shí)存在似穩(wěn)定流區(qū)。HZ 3一4 =著畤Iq-式中R潛水井的影響半徑，其含義和承壓水井的相同;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 含水層厚度， m；K 滲透系數(shù)，m/d;rw井半徑，m。承壓含水層中單井定流量抽水的數(shù)學(xué)模型是在下列假設(shè)條件下建立的:(1)含水層均質(zhì)各向同性，等厚，側(cè)向無(wú)限延伸，產(chǎn)狀水平;(2)抽水前天然狀態(tài)下水力坡度為

9、零;完整井定流量抽水，井徑無(wú)限小;含水層中水流服從 Darcy定律;(5)水頭下降引起的地下水從貯存量中的釋放是瞬時(shí)完成的。Theis' S equation描述無(wú)補(bǔ)給的承壓水完整井非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)過(guò)程中降深(1 )通過(guò)不同過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁渴遣坏鹊?，r值越小，即離抽水井越近的過(guò)水?dāng)嗝?，流量越大。反映了地下水在流向抽水井的過(guò)程中，不斷191718符號(hào)的含義；泰斯公式的主要用途是什么？Theis公式反映的降深變化規(guī)律Theis公式反映的水 頭下降速度的變化規(guī)Theis公式反映出的流量和滲流速度變化與抽水量之間關(guān)系的方程式，亦即*2®丄空式中s抽水井的水位降深， m；Q 抽水井的流量， m

10、3/d ；T含水層的導(dǎo)水系數(shù),W(u)泰斯井函數(shù);r到抽水井的距離,a含水層的導(dǎo)壓系數(shù),m；m2/d ；m2/d；*含水層的彈性是水系數(shù);t自抽水開始起算的時(shí)間，d。(1)同一時(shí)刻隨徑向距離 r增大，降深s變小，當(dāng)r-s時(shí)，ST0， 這一點(diǎn)符合假設(shè)條件。(2)同一斷面(即r固定)，s隨t的增大而增大，當(dāng)t=0時(shí)，s=0，符 合實(shí)際情況。當(dāng)tTS時(shí)，實(shí)際上S不能趨向無(wú)窮大。因此，降落漏 斗隨時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸擴(kuò)展。這種永不穩(wěn)定的規(guī)律是符和實(shí)際的，恰 好反映了抽水時(shí)在沒(méi)有外界補(bǔ)給而完全消耗貯存量時(shí)的典型動(dòng)態(tài)。(3 )同一時(shí)刻、徑向距離 r相同的地點(diǎn)，降深相同。(1)抽水初期，近處水頭下降速度大，遠(yuǎn)處

11、下降速度小。當(dāng)r一定時(shí),4s-t曲線存在著拐點(diǎn)。拐點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間(此時(shí) u=1)為：4丁(2)每個(gè)斷面的水頭下降速度初期由小逐漸增大,大；而后下降速度由大變小，最后趨近于等速下降。當(dāng)恥=1時(shí)達(dá)到最(3)抽水時(shí)間t足夠大時(shí)，在抽水井一定范圍內(nèi)，的，與r無(wú)關(guān)。換言之，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間抽水后，下降速度變慢，在一 定范圍內(nèi)產(chǎn)生大致等幅的下降。下降基本上是相同2021規(guī)律Theis公式反應(yīng)的影響半徑Theis配線法的原理得到貯存量的補(bǔ)給。（2）由于沿途含水層的釋放作用，使得滲流速度小于穩(wěn)定狀態(tài)的滲 流速度。但隨著時(shí)間的增加，又接近穩(wěn)定滲流速度。 在無(wú)越流補(bǔ)給且側(cè)向無(wú)限延伸的承壓含水層中抽水時(shí)，雖然理論上不可能

12、出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，但隨著抽水時(shí)間的增加，降落漏斗范圍不斷向外 擴(kuò)展，自含水層四周向水井匯流的面積不斷增大，水井附近地下水測(cè) 壓水頭的變化漸漸趨于緩慢，在一定的范圍內(nèi)，接近穩(wěn)定狀態(tài)（似穩(wěn) 定流），和穩(wěn)定流的降落曲線形狀相同。但是，這不能說(shuō)明地下水頭降落以達(dá)穩(wěn)定。由Theis公式兩端取對(duì)數(shù)，得到二式右端的第二項(xiàng)在同一次抽水試驗(yàn)中都是常數(shù)。因此，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系內(nèi),相同的,線重合,對(duì)于定流量抽水和U標(biāo)準(zhǔn)曲線在形狀上是2和疋只是縱橫坐標(biāo)平移了4迂斗F距離而已。只要將二曲任選一匹配點(diǎn)，記下對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值，代入 （4-10）式（4-11 ）式即可確定有關(guān)參數(shù)。此法稱為降深-時(shí)間距離配線法。同理，由實(shí)際資料繪制的s

13、-t曲線和與s 曲線，分別與"）一一址和W（u）-u標(biāo)準(zhǔn)曲線有相似的形狀。因此，可以利用一個(gè)觀測(cè)孔不同時(shí)刻的降深值，在雙對(duì)數(shù)紙上繪出s-t曲線和M曲線，進(jìn)行擬合，此法稱為降深-時(shí)間配線法。如果有三個(gè)以上的觀測(cè)孔，可以取 t為定值，利用所有觀測(cè)孔的降深值，在雙對(duì)數(shù)紙上繪出sF實(shí)際資料曲線與 W（ U）- u標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合，稱為降深-距離配線法。2223Theis配線法的計(jì)算步驟在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制W（u）-1/u或W（u）- u的標(biāo)準(zhǔn)曲線。在另一張模數(shù)相同的透明雙對(duì)數(shù)紙上繪制實(shí)測(cè)的s-t 曲線或s-t、s-r2曲線。將實(shí)際曲線置于標(biāo)準(zhǔn)曲線上，在保持對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸彼此平行的條件下相對(duì)平移，直至

14、兩曲線重合為止。任取一匹配點(diǎn)（在曲線上或曲線外均可），記下匹配點(diǎn)的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)值：W（u），恥（或u）、r（或t、r2）,按下式分別計(jì)算有關(guān)參數(shù)。S-X 法:s-t 法:s-r 法:磊咐心配線法的最大優(yōu)點(diǎn)是，可以充分利用抽水試驗(yàn)的全部觀測(cè)資料，避免 個(gè)別資料的偶然誤差提高計(jì)算精度。Theis配線法的缺點(diǎn)（1 ）抽水初期實(shí)際曲線常與標(biāo)準(zhǔn)曲線不符。因此，非穩(wěn)定抽水試驗(yàn) 時(shí)間不宜過(guò)短（原因是是水有滯后現(xiàn)象，初期流量不穩(wěn)定）。（2）當(dāng)抽水后期曲線比較平緩時(shí)，同標(biāo)準(zhǔn)曲線不容易擬合準(zhǔn)確，常 因個(gè)人判斷不同引起誤差。因此在確定抽水延續(xù)時(shí)間和觀測(cè)精度時(shí)，應(yīng)考慮所得資料能繪出或s-t/r2曲線的彎曲部分以便于擬合。

15、如果后期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)偏離標(biāo)準(zhǔn)曲s-tJacob直線圖解法的有優(yōu)缺點(diǎn)線，均可能是含水層外圍邊界的影響或含水層巖性發(fā)生了變化等。優(yōu)點(diǎn)是既可以避免配線法的隨意性，又能充分利用抽水后期的所有資料。但是，必須滿足u< 0.01或放寬精度要求UW 0.05，即只有在r較小, 而t值較大的情況下才能使用；否則，抽水時(shí)間短，直線斜率小，截 距值小，所得的 T 值偏大，而 *值偏小。242526有越流補(bǔ)給的承壓水完整井公式的適用條有越流補(bǔ)給的承壓水完整井公式-Hantush-Jacob 公(1 )越流系統(tǒng)中每一層都是均質(zhì)各向同性，無(wú)限延伸的第一類越流系統(tǒng),(2)(3)含水層底部水平，含水層和弱透水層都是等厚的

16、;含水層中水流服從 Darcy定律;雖然發(fā)生越流，但相鄰含水層在抽水過(guò)程中水頭保持不變(這在徑流條件比較好的含水層中不難達(dá)到)(4)弱透水層本身的彈性釋水可以忽略，通過(guò)弱透水層的水流可視為垂向一維流;(5 )抽水含水層天然水力坡度為零，抽水后為平面徑向流;(6 )抽水井為完整井，井徑無(wú)限小，定流量抽水。S =其中,Wr Lr p 4旳I E丿u =47>式中s抽水井的水位降深， m；Q 抽水井的流量， m3/dT含水層的導(dǎo)水系數(shù)，m2/d ；°罔< 巧越流井函數(shù)，不考慮相鄰弱透水層彈性釋水時(shí)越流系統(tǒng)的井函數(shù);B 越流因素， m;r 到抽水井的距離， m；a含水層的導(dǎo)壓系數(shù)

17、，m2/d；*含水層的彈性是水系數(shù);t自抽水開始起算的時(shí)間，d。27越流完整井流公式反 應(yīng)的降深-時(shí)間曲線的形狀28越流完整井流公式反映的水頭下降速度29有一個(gè)觀測(cè)孔時(shí)，越流含水層抽水試驗(yàn)的單孔拐點(diǎn)法求參步驟(1 )抽水早期，降深曲線同Theis曲線一致。這表明越流尚未進(jìn)入主含水層，抽水量幾乎全部來(lái)自主含水層的彈性釋水。在理論上和Theis曲線一致。(2)抽水中期，因水位下降變緩而開始偏離Theis曲線，說(shuō)明越流已經(jīng)開始進(jìn)入抽水含水層。這時(shí)，抽水量由兩部分組成：一是抽水含水層的彈性釋水，二是越流補(bǔ)給，因此，越流含水層的降深小于無(wú)越流含水層的降深，而且隨叫 增大(即£ 越大)，越流含水

18、層的降深比無(wú)越流含水層的降深小得越多。(3)抽水后期，曲線趨于水平直線，抽水量與越流補(bǔ)給量平衡，表示非 穩(wěn)定流已轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定流。越流含水層水位下降速度比無(wú)越流含水層慢。與無(wú)越流含水層一樣，當(dāng) t足夠大時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，水位下降速 度是相同的。在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制S-Igt曲線，用外推法確定最大降深Smax，并用(4-43)式計(jì)算拐點(diǎn)處降深Sp；根據(jù)sp確定拐點(diǎn)位置，并從圖上讀出拐點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間tp； 做拐點(diǎn)P處曲線的切線，并從圖上確定拐點(diǎn)P處的斜率ip；求出有關(guān)數(shù)值后，查表確定U和值;r根據(jù)£值求B值:按下式分別計(jì)算 T和貝 值:4叫Sr 牡 礦驗(yàn)證，因?yàn)閳D解出的 Smax和Sp常有較

19、大的隨意性而引起誤差，所 以進(jìn)行驗(yàn)證是必要的。將所求得的參數(shù)代入越流井流公式，并給出不 同的t值，計(jì)算理論深降。然后把它同實(shí)測(cè)降深比較，如果不吻合， 則應(yīng)重新圖解計(jì)算。30有多個(gè)觀測(cè)孔時(shí)，越流含水層抽水試驗(yàn)的多孔拐點(diǎn)法求參步驟繪每個(gè)觀測(cè)孔的s-Igt曲線，并從圖上確定每條曲線直線段的斜率k X.近似地代替拐點(diǎn)處的斜率。根據(jù)各孔的斜率作r-電曲線，應(yīng)為一條直線。取該直線的斜率,得:將r-lgi p直線段延長(zhǎng)交橫軸于一點(diǎn)，讀得 r=0時(shí)的）2毗壽=噸丄4盤F“，把它代入下式: 將所求得的B、T代入有關(guān)公式，計(jì)算出不同觀測(cè)孔的拐點(diǎn)處降深:利用9從s-Igt曲線上讀得tp值，然后按下式算出各孔的&qu

20、ot;值:最后取其平均值。31(2)3233均質(zhì)、各向同性、隔水底板水平的無(wú)限延伸的含水層;初始自由水面水平;考慮潛水含水層遲后疏干的Boulton模型的假設(shè)條件是什么？潛水完整井非穩(wěn)定流抽水時(shí)的降深-時(shí)間曲線的形狀Neuman模型的假設(shè)條件（3）抽水;(4)（5）象。完整井、井徑無(wú)限小，降深 SVVHo （含水流初始厚度）的定流量水流服從Darcy定律;抽水時(shí)，水位下降，含水層的水不能瞬時(shí)排出，存在著遲后現(xiàn)可以明顯地看到三個(gè)階段:第一個(gè)階段：抽水早期（也許只有幾分鐘），降深-時(shí)間曲線與承壓水完整井抽水時(shí)的 Theis曲線一致，主要表現(xiàn)為潛水位下降了。但含水介質(zhì)不能立即通過(guò)重力排水把其中的水排

21、出，而只是由于壓力降低引起水的瞬時(shí)釋放，即彈性釋水。含水層的反應(yīng)和一個(gè)貯水系數(shù)小的承壓含水層相似。一般來(lái)說(shuō)，水流主要是水平運(yùn)動(dòng)。第二個(gè)階段：降深-時(shí)間曲線的斜率減小，明顯地偏離Theis曲線，有的甚至出現(xiàn)短時(shí)間的假穩(wěn)定。它反映疏干排水的作用，好象含水層得到了補(bǔ)給，使水位下降速度明顯減緩。含水層的反應(yīng)類似于一個(gè)受到越流補(bǔ)給的承壓含水層。但降落漏斗仍以緩慢速度擴(kuò)展著。第三個(gè)階段：這個(gè)階段的降深一時(shí)間曲線又與Theis曲線重合。說(shuō)明重力排水已跟得上水位下降，遲后疏干影響逐漸變小，可以忽略不計(jì)。抽水量來(lái)自重力排水，降落漏斗擴(kuò)展速度增大。此時(shí)，給水度所起的作用相當(dāng)于承壓含水層的貯水系數(shù)。決定于含水層的條件，這一階段可以從抽水后的幾分鐘到幾天后開始。Neuman模型是在下列假設(shè)條件下建立的:（1）含水層均質(zhì)各向異性，側(cè)向無(wú)限延伸，坐標(biāo)軸和主滲透方向一致，隔水層水平;（2）初始潛水面水平;（3 ）水流服從Darcy定律;343536(4)完整井，定流量抽水;(5)抽水期間自由面上沒(méi)有入滲補(bǔ)給或蒸發(fā)；潛水面降深和含水層厚度相比小得多，因此在建立潛水面邊界條件時(shí)可以忽略水頭H對(duì)X、y的導(dǎo)數(shù)或?qū)的導(dǎo)數(shù)。解析解描述的降深-時(shí)間曲線和抽水過(guò)程的三個(gè)階段相一致。抽水早期，這些曲線和Theis曲線一致，說(shuō)明此時(shí)抽水量基本上來(lái)自彈性釋水。Neuman解的降深-時(shí)間曲線的特點(diǎn)Neuman解的降深-時(shí)