(完整版)地下水動(dòng)力學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、基本問(wèn)題序號(hào)章簡(jiǎn)述題答案11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。潛水含水層的貯水能力可表示為 Q=HF ；承壓含水層的貯水能力可表示為 Q=HF；式中 Q含水層水位變化時(shí)H 的貯水能力，H水位變化幅度；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。21等水位線的疏密程度 可以反映出哪些水文 地質(zhì)條件 ?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)， 等水位線的密集表示水力坡度 J

2、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。31流網(wǎng)的性質(zhì)包括哪些？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。42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53潛水井流的運(yùn)動(dòng)特征潛水井流特征： 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

3、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)63承壓含水層中井流的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)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 t 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。73穩(wěn)定

4、井流與非穩(wěn)定井流的區(qū)別穩(wěn)定井流中，當(dāng)無(wú)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。83穩(wěn)定井流的形成條件存在補(bǔ)給且補(bǔ)給量等于抽水量。 可能形成地下水穩(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

5、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)93產(chǎn)生水躍的原因水躍： 抽水井中的水位與井壁外的水位之間存在差值的現(xiàn)象( seepageface)。井損( well loss )是由于抽水井管所造成的水頭損失。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h1。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h2。井壁附近的三維流也產(chǎn)生水頭差h3。通常將( h1+ h2+ h3)統(tǒng)稱為水躍值 .103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？(1)從流量看，穩(wěn)

6、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

7、為穩(wěn)定的；含水層中的水流服從承壓水井的 Dupuit 公式的水文地質(zhì)概念 模型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( 3)完整井，定流量抽水，在距井一定距離上有圓形補(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。12承壓水井的 Dupuit 公式的表達(dá)式及符號(hào) 含義13 3 Theim 公式的表達(dá)式式中， sw井中水位降深， m；Q抽水井流量，

8、 m3/d ；M 含水層厚度， m；K 滲透系數(shù)， m/d；r w井半徑， m；R影響半徑(圓島半徑) ， m若存在兩個(gè)觀測(cè)孔， 距離井中心的距離分別為H2，在 r1 到 r2 區(qū)間積分得：r1，r 2，水位分別為 H1，式中 s1、s2 分別為 r1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) 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)。143潛水井的 Dupuit 公 式表達(dá)式及符號(hào)含義式中 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

9、數(shù)， m/d；r w井半徑， m。154定流量抽水時(shí) Theis公式的適用條件(水 文地質(zhì)概念模型)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)下水力坡度為零；(3)完整井定流量抽水，井徑無(wú)限??；(4) 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。164寫出泰斯公式及各項(xiàng)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)程中降深符號(hào)的含義；泰斯公 式的主要用途是什 么？與抽水量之間關(guān)系的方程式，亦即式中 s抽水井的水位降深， m；Q

10、抽水井的流量， m3/d；T 含水層的導(dǎo)水系數(shù)， m2/d ；W（u） 泰斯井函數(shù)；r 到抽水井的距離， m； a含水層的導(dǎo)壓系數(shù)， 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。174Theis 公式反映的降 深變化規(guī)律（ 1）同一時(shí)刻隨徑向距離 r 增大，降深 s 變小，當(dāng) r時(shí)， s0， 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) t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)

11、態(tài)。（ 3）同一時(shí)刻、徑向距離 r 相同的地點(diǎn)，降深相同。184Theis 公式反映的水 頭下降速度的變化規(guī) 律（ 1）抽水初期， 近處水頭下降速度大， 遠(yuǎn)處下降速度小。 當(dāng) r一定時(shí)，s-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：。（ 2）每個(gè)斷面的水頭下降速度初期由小逐漸增大， 當(dāng) =1 時(shí)達(dá)到最大；而后下降速度由大變小，最后趨近于等速下降。（ 3）抽水時(shí)間 t 足夠大時(shí)， 在抽水井一定范圍內(nèi)， 下降基本上是相同 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。194Theis 公式反映出的 流量和滲流速度變化（ 1）通過(guò)不同過(guò)水?dāng)嗝?/p>

12、的流量是不等的， 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，不斷規(guī)律得到貯存量的補(bǔ)給。20Theis 公式反應(yīng)的影 響半徑21Theis 配線法的原理（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)

13、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)， 對(duì)于定流量抽水 和 標(biāo)準(zhǔn)曲線在形狀上是相同的，只是縱橫坐標(biāo)平移了 距離而已。只要將二曲 線重合，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-t 曲線和與 s- 曲線，分別 與和 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

14、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 s- 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。224Theis 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）， （或 u）、 （或 t、r2），按下式分別計(jì)算有關(guān)參數(shù)。 s- 法：s-t 法：s-r

15、法：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。234Theis 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 s-t 或 s-t/r2 曲線的彎曲部分以便于擬合。如果后期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)偏離標(biāo)準(zhǔn)曲 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。244Jacob 直線圖解法的 有優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是既可以避免配線法的

16、隨意性， 又能充分利用抽水后期的所有資 料。但是，必須滿足 u0.01 或放寬精度要求 u 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。254有越流補(bǔ)給的承壓水 完整井公式的適用條 件（ 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)，含水層底部水平，含水層和弱透水層都是等厚的；（ 2）含水層中水流服從 Darcy 定律；（ 3）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

17、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。其中，有越流補(bǔ)給的承壓水式中 s抽水井的水位降深， m；264完整井公式-Hantush-Jacob 公Q抽水井的流量， m3/d；式T 含水層的導(dǎo)水系數(shù)， m2/d ；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)， 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）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

18、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)明越流已越流完整井流公式反經(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274應(yīng)的降深 - 時(shí)間曲線層的彈性釋水，二是越流補(bǔ)給，因此，越流含水層的降深小于無(wú)越流的形狀含水層的降深， 而且隨增大 （即 越大 ），越流含水層的降深比無(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。284越流完整井流公式反映的水頭下降速度與無(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

19、下降速度是相同的。 在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制 s-lgt 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 ；有一個(gè)觀測(cè)孔時(shí) , 越和 值；294流含水層抽水試驗(yàn)的單孔拐點(diǎn)法求參步驟求出有關(guān)數(shù)值后，查表確定 根據(jù) 值求 B 值：按下式分別計(jì)算 T 和 值： 驗(yàn)證，因?yàn)閳D解出的 smax 和 sp 常有較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

20、吻合， 則應(yīng)重新圖解計(jì)算。 繪每個(gè)觀測(cè)孔的 s-lgt 曲線，并從圖上確定每條曲線直線段的斜率近似地代替拐點(diǎn)處的斜率。 根據(jù)各孔的斜率作 r- 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（ ）。304有多個(gè)觀測(cè)孔時(shí) , 越 流含水層抽水試驗(yàn)的，把它代入下式：多孔拐點(diǎn)法求參步驟 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 從 s-lgt 曲線上讀得 tp 值，然后按下式算出各孔的值：最后取其平均值。314考慮潛水含水層遲后 疏干的 Boulton 模型 的假設(shè)條件是什么 ?（ 1）均質(zhì)、各向同性、隔水底板

21、水平的無(wú)限延伸的含水層；（ 2）初始自由水面水平；（ 3）完整井、井徑無(wú)限小，降深 sH0（含水流初始厚度）的定流量 抽水；（ 4）水流服從 Darcy 定律；（ 5 ）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) 象。324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)

22、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。334Neuman模型的假設(shè)條件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；（ 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)?r 的導(dǎo)數(shù)。344Neuman 解的降深 -時(shí) 間曲線的特點(diǎn)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