文档介绍：第二章含水层中及河渠间地下水运动
肖长来 88502287水工203
吉林大学环境与资源学院
2009-10
第2章含水层中及河渠间地下水运动
§ 含水层中地下水的稳定运动
§ 河渠间地下水的稳定运动
§ 河渠间地下水的非稳定运动
§ 库坝区地下水运动
研究地下水在含水层中的运动规律。
河流对地下水的补给和排泄是地下水均衡计算的重要组成部分,在地下水资源评价中具有重要的意义。
河渠水位和流量的变化是影响河渠附近地区地下水动态的重要因素,通过研究河渠附近地下水运动规律,对地下水资源评价、人工排水和灌溉等都具有重要的指导作用。
研究库坝区地下水运动。
水文地质概念模型(conceptual hydro-geological model):把含水层实际的边界性质、内部结构、渗透性质、水力特征和补给排泄等条件概化为便于进行数学与物理模拟的基本模式。
本章的研究意义
§ 含水层中地下水的稳定运动
潜水稳定流运动
在降水入渗补给和蒸发等的影响下,含水层中潜水的运动是非稳定的。若存在入渗补给,且补给均匀分布,为了简化计算,可以把潜水的运动作为稳定运动进行研究。
假设条件:
(1) 含水层为均质各向同性,底部隔水层水平分布,上部有均匀入渗(用入渗强度W表示,为常数);
(2)潜水流为一维流;
(3)潜水流是渐变流并趋于稳定。
如图2-1所示,潜水含水层底板取作x坐标轴,左端起始断面即上游断面1取作纵轴(表示水头h),潜水由左向右运动。
*潜水稳定流运动
图2-1 潜水含水层中地下水运动
有入渗或蒸发(W)时一维稳定流的数学模型:
式中, h——距离左端起始断面x处的潜水含水层厚度,m;
h1,h2——上游断面(左端起始断面)1、下游断面2处的潜水含水层厚度,m;
K——含水层的渗透系数,m/d;
W——源汇项(补、排强度),补给为正,排泄为负,m/d 。
(2-1)
(2-2)
(2-3)
对(2-1)式积分,得
(2-4)
式中C1、C2为积分常数,把(2-2)和(2-3)式代入(2-4)式得:
将C1、C2代入(2-4)得:
(2-5)
式(2-5)为有入渗(W>0)或蒸发(W<0)时,潜水流的浸润曲线方程(或降落曲线方程)。
若已知参数K,W,只要测定两个断面的水位h1和h2,就可预测两断面间任意断面上的潜水位h。
潜水位h是x的函数,将(2-5)式对x求导数得:

(2-6)
根据Darcy定律,可得任意断面间潜水流的单宽流量为:
(2-7)
式中,qx为距左断面x处任意断面上潜水流的单宽流量,m3/(d∙m) 。
把(2-6)式代入(2-7)式得:
(2-8)
式(2-8)为单宽流量公式。
若已知两个断面上的水位值h1,h2,可以计算两断面间任一断面x处的流量qx。应该指出的是,因沿途有入渗补给,所以qx随x而变化。
若已知两个断面上的水位值,可以用它来计算两断面间任一断面的流量。因沿途有入渗补给,所以qx随x而变化。
当含水层上部没有入渗或蒸发,即W=0时,(2-5)式和(2-8)式可简化为:

(2-9)
(2-10)
这就是Dupuit公式。降落曲线的形状已经不是椭圆曲线,而是二次抛物线了。通过含水层中所有断面的单宽流量也变成相等的了。
上述所导出的公式都是在应用Dupuit假设,忽略了渗流垂向分速度的情况下导出的。因此,用(2-9)式计算出的浸润曲线较实际浸润曲线偏低。潜水面坡度愈大,两曲线间的差别也愈大(图2-2)。恰尔内()证实,虽然用了Dupuit假设,但按(2-10)式计算的流量仍然是准确的。
图2-2 Dupuit潜水面与实际潜水面的对比