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1、第四章 地下水的运动 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律 地下水流向井的稳定运动地下水流向井的稳定运动 地下水流向井的非稳定运动地下水流向井的非稳定运动 水文地质参数的确定水文地质参数的确定一、水文学相关的几个概念一、水文学相关的几个概念一、水文学相关的几个概念一、水文学相关的几个概念1 1、流线、流速、流量、流线、流速、流量流速场流速场流速场流速场:在水体中，若某两点的在水体中，若某两点的测压管水头测压管水头不相等不相等时时时时，水便会流动，把流动的水体所占有的连续空间称为水便会流动，把流动的水体所占有的连续空间称为流速场流速场流速场流速场。水的运动要素水的运动要素水的运动
2、要素水的运动要素:流速场中水流的特征用流速场中水流的特征用流速、流量、动流速、流量、动水压强水压强等物理量描述，并称其为等物理量描述，并称其为水的运动要素水的运动要素。在应用中或实验室研究时，常用（流网）在应用中或实验室研究时，常用（流网）流线流线流线流线和和等水位线等水位线等水位线等水位线来直观描述水流特征来直观描述水流特征第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律流线流线 是是指在某一瞬时流速场内相邻水流质指在某一瞬时流速场内相邻水流质点沿流动方向所连成的几何线点沿流动方向所连成的几何线，如图如图如图如图4-14-14-14-1所示所示。因为流线描述的是
3、因为流线描述的是因为流线描述的是因为流线描述的是不同水质点不同水质点在同一时刻的状态，在同一时刻的状态，在同一时刻的状态，在同一时刻的状态，流线上任意一点的流线上任意一点的流线上任意一点的流线上任意一点的切线方向切线方向就是该点此时的就是该点此时的就是该点此时的就是该点此时的水流水流方向方向，所以，流速场中同时刻的流线是彼此，所以，流速场中同时刻的流线是彼此，所以，流速场中同时刻的流线是彼此，所以，流速场中同时刻的流线是彼此不相不相交交的的的的光滑曲线。光滑曲线。图图4-1 流线示意图流线示意图过水断面过水断面：把垂直于水流方向（即流线）的水流把垂直于水流方向（即流线）的水流把垂直于水流方向（
4、即流线）的水流把垂直于水流方向（即流线）的水流截面截面截面截面称为称为称为称为过水断面过水断面过水断面过水断面。它是平面或曲面，如图。它是平面或曲面，如图。它是平面或曲面，如图。它是平面或曲面，如图4-24-2。流速：流速：流速：流速：指水流在单位时间内所流动的距离（指水流在单位时间内所流动的距离（指水流在单位时间内所流动的距离（指水流在单位时间内所流动的距离（m/sm/sm/sm/s）。实际的点流速实际的点流速实际的点流速实际的点流速 VS VS VS VS 平均流速平均流速平均流速平均流速图图4-24-2流线及过水断面流线及过水断面流量：流量：是指单位时间内通过某一过水断面的是指单位时间内
5、通过某一过水断面的水量（水量（m m3 3/s/s）。）。上式表明：某过水断面所通过的流量某过水断面所通过的流量等于过水断过水断面面积面面积乘以乘以该过水断面上的平均流速该过水断面上的平均流速v。第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律二、地下水运动的特点二、地下水运动的特点1、曲折复杂的地下水通道、曲折复杂的地下水通道地下水储存并运动于岩石颗粒间像串珠管状的孔隙和岩石内地下水储存并运动于岩石颗粒间像串珠管状的孔隙和岩石内地下水储存并运动于岩石颗粒间像串珠管状的孔隙和岩石内地下水储存并运动于岩石颗粒间像串珠管状的孔隙和岩石内纵横交错的裂隙之中，由于这些空隙
6、形状、大小和连通程度纵横交错的裂隙之中，由于这些空隙形状、大小和连通程度纵横交错的裂隙之中，由于这些空隙形状、大小和连通程度纵横交错的裂隙之中，由于这些空隙形状、大小和连通程度的变化，造成地下水水流通道十分复杂。的变化，造成地下水水流通道十分复杂。的变化，造成地下水水流通道十分复杂。的变化，造成地下水水流通道十分复杂。对地下水流的几点假想：对地下水流的几点假想：对地下水流的几点假想：对地下水流的几点假想：a a：假想水流流过任意断面的流量等于真正水流流过该：假想水流流过任意断面的流量等于真正水流流过该：假想水流流过任意断面的流量等于真正水流流过该：假想水流流过任意断面的流量等于真正水流流过该断
7、面的流量。断面的流量。断面的流量。断面的流量。b b：假想水流流过任意断面的水头等于真正水流流过该：假想水流流过任意断面的水头等于真正水流流过该：假想水流流过任意断面的水头等于真正水流流过该：假想水流流过任意断面的水头等于真正水流流过该断面的水头。断面的水头。断面的水头。断面的水头。c c：假想水流通过岩石所受的阻力必须等于真正水流流：假想水流通过岩石所受的阻力必须等于真正水流流：假想水流通过岩石所受的阻力必须等于真正水流流：假想水流通过岩石所受的阻力必须等于真正水流流过所受的阻力。过所受的阻力。过所受的阻力。过所受的阻力。通过假想水流的研究可达到掌握真正水流的运动规律。通过假想水流的研究可达
8、到掌握真正水流的运动规律。通过假想水流的研究可达到掌握真正水流的运动规律。通过假想水流的研究可达到掌握真正水流的运动规律。图图图图4-2 4-2 岩石中的渗流岩石中的渗流岩石中的渗流岩石中的渗流（a a a a）实际渗透实际渗透实际渗透实际渗透 (b)(b)(b)(b)假想渗流假想渗流假想渗流假想渗流第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律2、迟缓的流速、迟缓的流速 地表水流速通常以地表水流速通常以地表水流速通常以地表水流速通常以m/sm/s来计算，其流速通常大于来计算，其流速通常大于来计算，其流速通常大于来计算，其流速通常大于1m/s1m/s，而地下水在
9、曲折的地下通道中运行，受到非常大的阻力，因而地下水在曲折的地下通道中运行，受到非常大的阻力，因而地下水在曲折的地下通道中运行，受到非常大的阻力，因而地下水在曲折的地下通道中运行，受到非常大的阻力，因而流速非常缓慢，常以而流速非常缓慢，常以而流速非常缓慢，常以而流速非常缓慢，常以m/dm/d来表示。来表示。来表示。来表示。第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律3 3、地下水的运动、地下水的运动、地下水的运动、地下水的运动 地下水的运动形式一般分为两种：一种是地下水的运动形式一般分为两种：一种是地下水的运动形式一般分为两种：一种是地下水的运动形式一般分为两种
10、：一种是层流运动层流运动层流运动层流运动，一种是，一种是，一种是，一种是紊流运紊流运紊流运紊流运动动动动。地下水在岩石空隙中的运动速度比地表水慢得多，除了在宽大裂。地下水在岩石空隙中的运动速度比地表水慢得多，除了在宽大裂。地下水在岩石空隙中的运动速度比地表水慢得多，除了在宽大裂。地下水在岩石空隙中的运动速度比地表水慢得多，除了在宽大裂隙或空洞中具有较大速度而成为紊流外，一般都为层流。地下水的这隙或空洞中具有较大速度而成为紊流外，一般都为层流。地下水的这隙或空洞中具有较大速度而成为紊流外，一般都为层流。地下水的这隙或空洞中具有较大速度而成为紊流外，一般都为层流。地下水的这种运动称种运动称种运动称
11、种运动称渗透渗透渗透渗透。渗透系数渗透系数渗透系数渗透系数K(m/K(m/日），用以衡量岩石的渗透能力。日），用以衡量岩石的渗透能力。日），用以衡量岩石的渗透能力。日），用以衡量岩石的渗透能力。第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律重力水在岩土空隙中的运动，称为渗透或渗流。它重力水在岩土空隙中的运动，称为渗透或渗流。它重力水在岩土空隙中的运动，称为渗透或渗流。它重力水在岩土空隙中的运动，称为渗透或渗流。它的运动形式，常随水流速度不同而分为层流运动和的运动形式，常随水流速度不同而分为层流运动和的运动形式，常随水流速度不同而分为层流运动和的运动形式，常随水流
12、速度不同而分为层流运动和紊流运动。紊流运动。紊流运动。紊流运动。（1 1 1 1）层流运动）层流运动）层流运动）层流运动 水在岩土空隙中流动时，水质点有秩水在岩土空隙中流动时，水质点有秩水在岩土空隙中流动时，水质点有秩水在岩土空隙中流动时，水质点有秩序地、互不混杂地流动，称为层流运动。序地、互不混杂地流动，称为层流运动。序地、互不混杂地流动，称为层流运动。序地、互不混杂地流动，称为层流运动。第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律（2 2）紊流运动）紊流运动 水在岩土空隙中流动时，水质水在岩土空隙中流动时，水质点无秩序地、互相混杂的流动，称为紊流运动。点无
13、秩序地、互相混杂的流动，称为紊流运动。地下水在绝大多数自然条件下，流速较小，地下水在绝大多数自然条件下，流速较小，故多同层流运动。一般认为地下水的平均渗透故多同层流运动。一般认为地下水的平均渗透速度小于速度小于 l000m/dl000m/d时，可视为层流运动。只有时，可视为层流运动。只有在大裂隙、大溶洞中或水位高差极大的情况下，在大裂隙、大溶洞中或水位高差极大的情况下，地下水的渗透才出现紊流运动。地下水的渗透才出现紊流运动。第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律层流和紊流 实验表明，当流速较小，液体质点作有秩序地，互不混杂地流动时，称为层流；相反，当流速
14、较大，液体质点运动无秩序，互相混杂时，称为紊流。稳定流和非稳定流 稳定流是指流速场中任意点的运动要素均不随时间而变化的水流。从数学角度看，稳定流中任意点的运动要素仅是空间坐标的函数（v（x，y，z），随时间的变化率为零。相反地，如果有任意一项运动要素随时间而变化，则称为非稳定流。第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律二、地下水运动的基本规律二、地下水运动的基本规律第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律 地下水运动地下水运动地下水运动地下水运动是发生在是发生在是发生在是发生在岩石土壤空隙岩石土壤空隙岩石土壤空隙岩石土
15、壤空隙中的。中的。中的。中的。和地表水流的和地表水流的和地表水流的和地表水流的区别区别区别区别是是是是运动缓慢运动缓慢运动缓慢运动缓慢，运动空间既有水运动空间既有水运动空间既有水运动空间既有水流又有岩土颗粒存在，运动的流又有岩土颗粒存在，运动的流又有岩土颗粒存在，运动的流又有岩土颗粒存在，运动的阻力很大阻力很大阻力很大阻力很大，地下水流，地下水流，地下水流，地下水流在岩土空隙中作弯弯曲曲的复杂运动，研究地下水在岩土空隙中作弯弯曲曲的复杂运动，研究地下水在岩土空隙中作弯弯曲曲的复杂运动，研究地下水在岩土空隙中作弯弯曲曲的复杂运动，研究地下水每个质点的运动情况既不可能又没必要。每个质点的运动情况既
16、不可能又没必要。每个质点的运动情况既不可能又没必要。每个质点的运动情况既不可能又没必要。地表水流中水质点充满于整个流速场，水流是连地表水流中水质点充满于整个流速场，水流是连地表水流中水质点充满于整个流速场，水流是连地表水流中水质点充满于整个流速场，水流是连续的。续的。续的。续的。地地地地下下下下水水水水运运运运动动动动的的的的基基基基本本本本概概概概念念念念（一）渗流和渗流场（一）渗流和渗流场（一）渗流和渗流场（一）渗流和渗流场（二）渗流速度和实际流速（二）渗流速度和实际流速（二）渗流速度和实际流速（二）渗流速度和实际流速（三）水头和流网（三）水头和流网（三）水头和流网（三）水头和流网（四）水
17、流类型（四）水流类型（四）水流类型（四）水流类型第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律（一）渗流和渗流场（一）渗流和渗流场引入引入渗流渗流来代替岩土中实际水流运动的总体效果。来代替岩土中实际水流运动的总体效果。渗流是一渗流是一种假想的水流种假想的水流，它是把运动于岩土空隙中的水流假想为充满，它是把运动于岩土空隙中的水流假想为充满于岩土整个空间（包括空隙空间和岩土颗粒所占的全部空间）于岩土整个空间（包括空隙空间和岩土颗粒所占的全部空间）、性质和作用与真实地下水流相同的水流。、性质和作用与真实地下水流相同的水流。渗流所渗流所占据的空间区域占据的空间区域称为渗
18、流场。渗流场可用称为渗流场。渗流场可用渗流量渗流量渗流量渗流量、渗流速度渗流速度渗流速度渗流速度v v v v、水头水头水头水头等运动要素描述。等运动要素描述。等效 假想水流应具备条件：假想水流应具备条件：假想水流应具备条件：假想水流应具备条件：1 1）它通过任何一个断面的流量以及任意点的动水压力或水头均和实际水）它通过任何一个断面的流量以及任意点的动水压力或水头均和实际水）它通过任何一个断面的流量以及任意点的动水压力或水头均和实际水）它通过任何一个断面的流量以及任意点的动水压力或水头均和实际水流相同；流相同；流相同；流相同；2)2)它在任意的岩土体积内所受的阻力等于真实水流所受的阻力。渗流的
19、作它在任意的岩土体积内所受的阻力等于真实水流所受的阻力。渗流的作它在任意的岩土体积内所受的阻力等于真实水流所受的阻力。渗流的作它在任意的岩土体积内所受的阻力等于真实水流所受的阻力。渗流的作用效果与实际水流的作用效果相同。用效果与实际水流的作用效果相同。用效果与实际水流的作用效果相同。用效果与实际水流的作用效果相同。第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律（二）渗流速度和实际（二）渗流速度和实际流速流速据渗流特点：渗流场中过水断面据渗流特点：渗流场中过水断面包括地下水实际包括地下水实际流过岩土空隙面积流过岩土空隙面积（）（）和骨架所占的面积。而流和骨架所占的
20、面积。而流量量相同，渗流速度相同，渗流速度v和地下水和地下水实际速度实际速度，二者关系为二者关系为二者关系为二者关系为:由于空隙度由于空隙度由于空隙度由于空隙度，故，故，故，故v v v v永远永远永远永远 。第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律（三）水头和流（三）水头和流网网 在渗流中，地下水的实际流速非常缓慢，在渗流中，地下水的实际流速非常缓慢，在渗流中，地下水的实际流速非常缓慢，在渗流中，地下水的实际流速非常缓慢，每昼夜只有几每昼夜只有几每昼夜只有几每昼夜只有几mm、几十、几十、几十、几十mm，最大也不超过，最大也不超过，最大也不超过，最大也不超
21、过1000m1000m，流速水头小，可忽略。，流速水头小，可忽略。，流速水头小，可忽略。，流速水头小，可忽略。地下水地下水地下水地下水运动可近似认为总水头在数值上等于测压运动可近似认为总水头在数值上等于测压运动可近似认为总水头在数值上等于测压运动可近似认为总水头在数值上等于测压管水头。简称管水头。简称管水头。简称管水头。简称水头水头水头水头。图图4-5 流网示意图流网示意图在渗流场中，把水头值相等的点连成线或面就构成在渗流场中，把水头值相等的点连成线或面就构成在渗流场中，把水头值相等的点连成线或面就构成在渗流场中，把水头值相等的点连成线或面就构成了了了了等水头线等水头线等水头线等水头线或等水头
22、面或等水头面或等水头面或等水头面.流网流网流网流网是由等水头线和流线所组成的正交网格。流网直观地是由等水头线和流线所组成的正交网格。流网直观地是由等水头线和流线所组成的正交网格。流网直观地是由等水头线和流线所组成的正交网格。流网直观地描述了渗流场（或流速场）的特征。它可以是正方形、长描述了渗流场（或流速场）的特征。它可以是正方形、长描述了渗流场（或流速场）的特征。它可以是正方形、长描述了渗流场（或流速场）的特征。它可以是正方形、长方形或曲边方形。方形或曲边方形。方形或曲边方形。方形或曲边方形。第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律流网流网基本特征基本特征
23、：(1)(1)流线和等水头线处处正交；流线和等水头线处处正交；(2)(2)两等水头线间所夹的各流段的水头损失均相等；两等水头线间所夹的各流段的水头损失均相等；(3)(3)相邻两条流线间的流量是常数；相邻两条流线间的流量是常数；(4)(4)由流线所组成的流面有隔水性质，由等水头线所由流线所组成的流面有隔水性质，由等水头线所组成的等水头面有透水性质。组成的等水头面有透水性质。(5)(5)根据流网可以确定水头、水力坡度、流向、流速根据流网可以确定水头、水力坡度、流向、流速和流量等运动要素。和流量等运动要素。第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律四、水流类型四、
24、水流类型 水力学中稳定流与非稳定流、均匀流与非均匀流、缓变流水力学中稳定流与非稳定流、均匀流与非均匀流、缓变流水力学中稳定流与非稳定流、均匀流与非均匀流、缓变流水力学中稳定流与非稳定流、均匀流与非均匀流、缓变流与急变流的概念，在渗流场中仍然适用。按渗流流动方向与急变流的概念，在渗流场中仍然适用。按渗流流动方向与急变流的概念，在渗流场中仍然适用。按渗流流动方向与急变流的概念，在渗流场中仍然适用。按渗流流动方向与空间直角坐标的关系分为与空间直角坐标的关系分为与空间直角坐标的关系分为与空间直角坐标的关系分为一维流（单向流）、二维流一维流（单向流）、二维流一维流（单向流）、二维流一维流（单向流）、二维
25、流（平面流）、三维流（空间流）。（平面流）、三维流（空间流）。（平面流）、三维流（空间流）。（平面流）、三维流（空间流）。一维流一维流一维流一维流在空间直角坐标系中，渗流速度只沿一个坐标轴的在空间直角坐标系中，渗流速度只沿一个坐标轴的在空间直角坐标系中，渗流速度只沿一个坐标轴的在空间直角坐标系中，渗流速度只沿一个坐标轴的方向具有分速度，其余方向的分速度为零。方向具有分速度，其余方向的分速度为零。方向具有分速度，其余方向的分速度为零。方向具有分速度，其余方向的分速度为零。二维流二维流二维流二维流渗流速度沿两个坐标轴的方向具有分速度，另一个渗流速度沿两个坐标轴的方向具有分速度，另一个渗流速度沿两个
26、坐标轴的方向具有分速度，另一个渗流速度沿两个坐标轴的方向具有分速度，另一个坐标方向的分速度为零。坐标方向的分速度为零。坐标方向的分速度为零。坐标方向的分速度为零。三维流三维流三维流三维流渗流速度在三个坐标轴上的速度分量均不为零。渗流速度在三个坐标轴上的速度分量均不为零。渗流速度在三个坐标轴上的速度分量均不为零。渗流速度在三个坐标轴上的速度分量均不为零。第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律 一维流一维流一维流一维流任意点的水力坡度均相等任意点的水力坡度均相等任意点的水力坡度均相等任意点的水力坡度均相等（图（图（图（图4-64-64-64-6）；）；）；）
27、；二维流二维流二维流二维流中所有的流线都与某一固定中所有的流线都与某一固定中所有的流线都与某一固定中所有的流线都与某一固定平面平行，与这平面平行的各个平平面平行，与这平面平行的各个平平面平行，与这平面平行的各个平平面平行，与这平面平行的各个平面特点均相同，研究了某一个平面面特点均相同，研究了某一个平面面特点均相同，研究了某一个平面面特点均相同，研究了某一个平面上渗流的变化时，整个渗流场的变上渗流的变化时，整个渗流场的变上渗流的变化时，整个渗流场的变上渗流的变化时，整个渗流场的变化就掌握了。如果这个平面是铅直化就掌握了。如果这个平面是铅直化就掌握了。如果这个平面是铅直化就掌握了。如果这个平面是铅
28、直的面则称为剖面二维流（图）；的面则称为剖面二维流（图）；的面则称为剖面二维流（图）；的面则称为剖面二维流（图）；如果这个平面是水平的则为平面二如果这个平面是水平的则为平面二如果这个平面是水平的则为平面二如果这个平面是水平的则为平面二维流（图）；维流（图）；维流（图）；维流（图）；三维流三维流三维流三维流中找不到任何一个固定平面中找不到任何一个固定平面中找不到任何一个固定平面中找不到任何一个固定平面能与所有流线平行。如在河转弯处能与所有流线平行。如在河转弯处能与所有流线平行。如在河转弯处能与所有流线平行。如在河转弯处的潜水运动（图）。的潜水运动（图）。的潜水运动（图）。的潜水运动（图）。特点特
29、点是：第一节第一节第一节第一节 地下水运动特征及其基本规律地下水运动特征及其基本规律（一）直线渗透定律（一）直线渗透定律（二）非直线渗透定律（二）非直线渗透定律五、渗流基本定律五、渗流基本定律21达西实验达西实验图图4-7 4-7 达西实验装置达西实验装置 1-1-注水管，稳压溢流注水管，稳压溢流注水管，稳压溢流注水管，稳压溢流;2-;2-调节器调节器调节器调节器;3-3-测压管测压管测压管测压管;4-;4-砂样；砂样；砂样；砂样；5-5-过滤层过滤层过滤层过滤层;6-6-出水管，下部放接水器皿出水管，下部放接水器皿出水管，下部放接水器皿出水管，下部放接水器皿 实验是在装满砂土的圆柱状金属装置
30、实验是在装满砂土的圆柱状金属装置实验是在装满砂土的圆柱状金属装置实验是在装满砂土的圆柱状金属装置中进行的。中进行的。中进行的。中进行的。22 水由注水箱向金属筒内注入，在砂土中渗流，渗流通过水由注水箱向金属筒内注入，在砂土中渗流，渗流通过水由注水箱向金属筒内注入，在砂土中渗流，渗流通过水由注水箱向金属筒内注入，在砂土中渗流，渗流通过 砂土的能量损失，可由与筒内壁连通的测压管测得。砂土的能量损失，可由与筒内壁连通的测压管测得。砂土的能量损失，可由与筒内壁连通的测压管测得。砂土的能量损失，可由与筒内壁连通的测压管测得。在注水箱内设有溢水口来保证供水水位不变，稳压溢在注水箱内设有溢水口来保证供水水位
31、不变，稳压溢在注水箱内设有溢水口来保证供水水位不变，稳压溢在注水箱内设有溢水口来保证供水水位不变，稳压溢 流。通过调节器流。通过调节器流。通过调节器流。通过调节器2 2改变注水箱高度进行多次实验，单位改变注水箱高度进行多次实验，单位改变注水箱高度进行多次实验，单位改变注水箱高度进行多次实验，单位 时间接水器皿量出水量获得流量，每次实验流出的水时间接水器皿量出水量获得流量，每次实验流出的水时间接水器皿量出水量获得流量，每次实验流出的水时间接水器皿量出水量获得流量，每次实验流出的水 量不同时，测压管上反映出的水头差也不相同。量不同时，测压管上反映出的水头差也不相同。量不同时，测压管上反映出的水头差
32、也不相同。量不同时，测压管上反映出的水头差也不相同。分析实验结果得出如下直线关系式，分析实验结果得出如下直线关系式，分析实验结果得出如下直线关系式，分析实验结果得出如下直线关系式，即达西定律即达西定律即达西定律即达西定律实验结果为直线实验结果为直线实验结果为直线实验结果为直线当水流达到稳定时，计时量水量，算出流量当水流达到稳定时，计时量水量，算出流量当水流达到稳定时，计时量水量，算出流量当水流达到稳定时，计时量水量，算出流量QQ，测量，测量，测量，测量HH1 1，HH2 2;已已已已知知知知、L L是常量，求得是常量，求得是常量，求得是常量，求得v=Q/v=Q/，=（HH1 1-H-H2 2）
33、/L L，此值投到此值投到此值投到此值投到V-IV-I坐标系中。坐标系中。坐标系中。坐标系中。改变注水箱高度，进行改变注水箱高度，进行改变注水箱高度，进行改变注水箱高度，进行n n次实验，每次实验流出的水量不同时，次实验，每次实验流出的水量不同时，次实验，每次实验流出的水量不同时，次实验，每次实验流出的水量不同时，测压管上反映出的水头差也不相同。这些点连线呈大致直线，测压管上反映出的水头差也不相同。这些点连线呈大致直线，测压管上反映出的水头差也不相同。这些点连线呈大致直线，测压管上反映出的水头差也不相同。这些点连线呈大致直线，斜率计为斜率计为斜率计为斜率计为k;k;分析实验结果得出：分析实验结
34、果得出：分析实验结果得出：分析实验结果得出：v v 进一步改变进一步改变进一步改变进一步改变等参数时，得等参数时，得等参数时，得等参数时，得达西定律达西定律231 1、直线渗透定律（达西定律）、直线渗透定律（达西定律）砂土的渗透系数，；砂土的渗透系数，；砂土的渗透系数，；砂土的渗透系数，；过水断面面积，过水断面面积，过水断面面积，过水断面面积，2 2；两测压管间距离，；两测压管间距离，；两测压管间距离，；两测压管间距离，；1 1、2 2 两测压管水头，。两测压管水头，。两测压管水头，。两测压管水头，。水力坡度：是指水流方向上单位水流长度的水头降低值，水力坡度：是指水流方向上单位水流长度的水头降
35、低值，水力坡度：是指水流方向上单位水流长度的水头降低值，水力坡度：是指水流方向上单位水流长度的水头降低值，表示了水流沿流表示了水流沿流表示了水流沿流表示了水流沿流向方向上总水头线的平均下降坡度，向方向上总水头线的平均下降坡度，向方向上总水头线的平均下降坡度，向方向上总水头线的平均下降坡度，等于等于等于等于1 1-2 2称为水头损失。称为水头损失。称为水头损失。称为水头损失。单位时间内通过过水断面的渗流流量，3/s；在渗流场中，单位时间内某过水断面上透过的渗流量，在渗流场中，单位时间内某过水断面上透过的渗流量，等于等于过水过水断面面积断面面积乘以乘以这个过水断面上的渗透系数与水力坡度。因为地下这
36、个过水断面上的渗透系数与水力坡度。因为地下水流量与水力坡度的一次方成正比，故也称为水流量与水力坡度的一次方成正比，故也称为直线渗透定律直线渗透定律。2022/12/1324huangxl（4-3）C C（常数），使（常数），使（常数），使（常数），使是常数，当是常数，当是常数，当是常数，当也是常数时，也是常数时，也是常数时，也是常数时，和和和和成反比，说明等水头线密集（水力坡度大）处渗透系数成反比，说明等水头线密集（水力坡度大）处渗透系数成反比，说明等水头线密集（水力坡度大）处渗透系数成反比，说明等水头线密集（水力坡度大）处渗透系数小；反之，小；反之，小；反之，小；反之，大；大；大；大；变化能
37、使等水头线发生疏密变化变化能使等水头线发生疏密变化变化能使等水头线发生疏密变化变化能使等水头线发生疏密变化。在（在（在（在（4-34-3）式的两边同除以过水断面）式的两边同除以过水断面）式的两边同除以过水断面）式的两边同除以过水断面，则得，则得，则得，则得 v （4-44-4）无量纲，无量纲，渗透系数渗透系数和和v相同的单位。相同的单位。它表明当水力坡度等它表明当水力坡度等于时，地下水在各类岩土中运动的渗流速度于时，地下水在各类岩土中运动的渗流速度。它的大小控制了地下水在岩土中渗透的快慢；它是衡量岩土透它的大小控制了地下水在岩土中渗透的快慢；它是衡量岩土透水性、计算涌水量、评价地下水资源的重要
38、指标。水性、计算涌水量、评价地下水资源的重要指标。因此，因此，非常重要。常用实验室法、野外抽水试验法、物探法非常重要。常用实验室法、野外抽水试验法、物探法及经验数据法确定。及经验数据法确定。2022/12/1325huangxl 实验室法：实验室法：实验室法：实验室法：取原始砂样（经风干处理）放入达西仪中，改变供水水位得到取原始砂样（经风干处理）放入达西仪中，改变供水水位得到取原始砂样（经风干处理）放入达西仪中，改变供水水位得到取原始砂样（经风干处理）放入达西仪中，改变供水水位得到渗流速度和对应水力坡度的各组数据（取渗流速度和对应水力坡度的各组数据（取渗流速度和对应水力坡度的各组数据（取渗流速
39、度和对应水力坡度的各组数据（取v v v v能排除仪器直径差异对流量的能排除仪器直径差异对流量的能排除仪器直径差异对流量的能排除仪器直径差异对流量的影响，便于作图和应用）。在影响，便于作图和应用）。在影响，便于作图和应用）。在影响，便于作图和应用）。在v v v v直角坐标系中投点连成直线，测得直直角坐标系中投点连成直线，测得直直角坐标系中投点连成直线，测得直直角坐标系中投点连成直线，测得直线斜率即为渗透系数线斜率即为渗透系数线斜率即为渗透系数线斜率即为渗透系数。在地下水流中。在地下水流中。在地下水流中。在地下水流中是衡量岩土透水性的指标。渗透是衡量岩土透水性的指标。渗透是衡量岩土透水性的指标
40、。渗透是衡量岩土透水性的指标。渗透系数系数系数系数值大小不但受岩土的透水性（即岩土颗粒的大小、形状、排列方式值大小不但受岩土的透水性（即岩土颗粒的大小、形状、排列方式值大小不但受岩土的透水性（即岩土颗粒的大小、形状、排列方式值大小不但受岩土的透水性（即岩土颗粒的大小、形状、排列方式和分选程度）控制，而且还受渗透液体本身的物理性质（粘滞性、水温和和分选程度）控制，而且还受渗透液体本身的物理性质（粘滞性、水温和和分选程度）控制，而且还受渗透液体本身的物理性质（粘滞性、水温和和分选程度）控制，而且还受渗透液体本身的物理性质（粘滞性、水温和矿化度等）因素的影响。如分别让油和水通过同类岩土空隙时，其渗流
41、量矿化度等）因素的影响。如分别让油和水通过同类岩土空隙时，其渗流量矿化度等）因素的影响。如分别让油和水通过同类岩土空隙时，其渗流量矿化度等）因素的影响。如分别让油和水通过同类岩土空隙时，其渗流量不同，就是图不同，就是图不同，就是图不同，就是图4-8 4-8 4-8 4-8 渗透速度和水力坡度的关系渗透速度和水力坡度的关系渗透速度和水力坡度的关系渗透速度和水力坡度的关系图图4-8 4-8 渗透速度和水力坡渗透速度和水力坡度的关系度的关系把供水箱的水位抬高到足够的高度，测得的把供水箱的水位抬高到足够的高度，测得的把供水箱的水位抬高到足够的高度，测得的把供水箱的水位抬高到足够的高度，测得的v vi
42、i，i i（i i，）并不全在一条直线上，地下水便，）并不全在一条直线上，地下水便，）并不全在一条直线上，地下水便，）并不全在一条直线上，地下水便由层流状态变为紊流状态。由层流状态变为紊流状态。由层流状态变为紊流状态。由层流状态变为紊流状态。紊流运动紊流运动紊流运动紊流运动遵循非直线渗透遵循非直线渗透遵循非直线渗透遵循非直线渗透定律。定律。定律。定律。2、非直线渗透定律、非直线渗透定律哲才公式：2022/12/1326huangxl哲才公式和达西定律相似，只是流量（或渗流速度哲才公式和达西定律相似，只是流量（或渗流速度哲才公式和达西定律相似，只是流量（或渗流速度哲才公式和达西定律相似，只是流量
43、（或渗流速度v v）与水力坡度）与水力坡度）与水力坡度）与水力坡度的平方根成正比，称为非线性渗透的平方根成正比，称为非线性渗透的平方根成正比，称为非线性渗透的平方根成正比，称为非线性渗透定律。定律。定律。定律。紊流紊流紊流紊流只是在个别的、相互连通、且无充填物的大溶洞只是在个别的、相互连通、且无充填物的大溶洞只是在个别的、相互连通、且无充填物的大溶洞只是在个别的、相互连通、且无充填物的大溶洞或大裂隙中才出现。或大裂隙中才出现。或大裂隙中才出现。或大裂隙中才出现。运动介于上述形式之间，称混合流。用斯姆莱盖尔公式表示，即2022/12/1327huangxl地下水取水构筑物类型地下水取水构筑物类型
44、地下水流向完整井地下水流向完整井地下水流向承压完整井地下水流向承压完整井第二节第二节第二节第二节 地下水流向井的稳定运动地下水流向井的稳定运动集水建筑物集水建筑物 集水井集水井 按井揭露地下水类型不同分为按井揭露地下水类型不同分为潜水井潜水井和和承压水井承压水井按揭露含水层的完整程度分为按揭露含水层的完整程度分为完整井完整井（如图（如图a a、e)e)和和非完整井非完整井(b(b、c c、d d、f f、g g）。）。29一、地下水取水构筑物类型一、地下水取水构筑物类型第二节第二节第二节第二节 地下水流向井的稳定运动地下水流向井的稳定运动开采或疏降地下水，可用揭露含水层的钻孔、水井、开采或疏降
45、地下水，可用揭露含水层的钻孔、水井、开采或疏降地下水，可用揭露含水层的钻孔、水井、开采或疏降地下水，可用揭露含水层的钻孔、水井、竖井、水平廊道等工程来汇集地下水，竖井、水平廊道等工程来汇集地下水，竖井、水平廊道等工程来汇集地下水，竖井、水平廊道等工程来汇集地下水，这些工程统称这些工程统称这些工程统称这些工程统称为为为为集水建筑物集水建筑物。对钻孔、水井、竖井等垂直集水建筑物对钻孔、水井、竖井等垂直集水建筑物对钻孔、水井、竖井等垂直集水建筑物对钻孔、水井、竖井等垂直集水建筑物简称为简称为简称为简称为集水井集水井（或井）（或井）。地下水流向井的运动称为。地下水流向井的运动称为。地下水流向井的运动称
46、为。地下水流向井的运动称为井流井流或径向流。或径向流。或径向流。或径向流。按揭露按揭露按揭露按揭露含水层的完整程度含水层的完整程度含水层的完整程度含水层的完整程度分为分为分为分为完整井完整井和和非完整井非完整井。完整井完整井完整井完整井是指揭穿了整个含水层，并在全部含水层的厚度上地是指揭穿了整个含水层，并在全部含水层的厚度上地是指揭穿了整个含水层，并在全部含水层的厚度上地是指揭穿了整个含水层，并在全部含水层的厚度上地下水都向井中渗透的井（图下水都向井中渗透的井（图下水都向井中渗透的井（图下水都向井中渗透的井（图4-16a,e4-16a,e）；）；）；）；非完整井非完整井非完整井非完整井是指未揭
47、穿含水层或者虽然已经揭穿了整个含水层，是指未揭穿含水层或者虽然已经揭穿了整个含水层，是指未揭穿含水层或者虽然已经揭穿了整个含水层，是指未揭穿含水层或者虽然已经揭穿了整个含水层，但仅在部分厚度上取水的井（图但仅在部分厚度上取水的井（图但仅在部分厚度上取水的井（图但仅在部分厚度上取水的井（图4-164-16,）。）。）。）。按井揭露按井揭露按井揭露按井揭露地下水类型不同地下水类型不同地下水类型不同地下水类型不同分为分为分为分为潜水井潜水井潜水井潜水井和和和和承压水井承压水井承压水井承压水井。当承压井在抽水后，井附近的地下水下降到承压含水层顶板当承压井在抽水后，井附近的地下水下降到承压含水层顶板当承
48、压井在抽水后，井附近的地下水下降到承压含水层顶板当承压井在抽水后，井附近的地下水下降到承压含水层顶板以下时，井附近的地下水呈无压流，这种井称为以下时，井附近的地下水呈无压流，这种井称为以下时，井附近的地下水呈无压流，这种井称为以下时，井附近的地下水呈无压流，这种井称为承压无压井承压无压井承压无压井承压无压井。l l当通过井向岩层中注水时，称为当通过井向岩层中注水时，称为当通过井向岩层中注水时，称为当通过井向岩层中注水时，称为注水井注水井注水井注水井。从井中抽取地下水时，称为。从井中抽取地下水时，称为。从井中抽取地下水时，称为。从井中抽取地下水时，称为抽水抽水抽水抽水井。井。井。井。2022/1
49、2/1330huangxl第二节第二节第二节第二节 地下水流向井的稳定运动地下水流向井的稳定运动第二节第二节第二节第二节 地下水流向井的稳定运动地下水流向井的稳定运动二、地下水流向潜水完整井第二节第二节第二节第二节 地下水流向井的稳定运动地下水流向井的稳定运动(1)(1)水位降深：水位降深：水位降深：水位降深：从井中抽水时，井周围含水层中从井中抽水时，井周围含水层中从井中抽水时，井周围含水层中从井中抽水时，井周围含水层中的地下水向井中运动，井中和井附近的水位降低。的地下水向井中运动，井中和井附近的水位降低。的地下水向井中运动，井中和井附近的水位降低。的地下水向井中运动，井中和井附近的水位降低。
50、设某点（设某点（设某点（设某点（x,yx,y）的初始水头为）的初始水头为）的初始水头为）的初始水头为H H0 0(x,y,0)(x,y,0)，抽水，抽水，抽水，抽水t t时时时时间后的水头为间后的水头为间后的水头为间后的水头为H(x,y,tH(x,y,t)，则该点的水头降低值为，则该点的水头降低值为，则该点的水头降低值为，则该点的水头降低值为s s，s=Hs=H0 0(x,y,0)-(x,y,0)-H(x,y,tH(x,y,t),),将将将将 S S称为水位降深，简称为水位降深，简称为水位降深，简称为水位降深，简称称称称降深降深降深降深(drawdown)(drawdown)。降深亦即抽水井及