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

1、基本問題序號(hào)章簡(jiǎn)述題答案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；1121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 ?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。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 大，反映含水層滲透系數(shù)較小或

2、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)。31流網(wǎng)的性質(zhì)包括哪若流網(wǎng)中各相鄰流線的流函數(shù)差值相同，且每個(gè)網(wǎng)格的水頭差值相些？等時(shí)，通過每個(gè)網(wǎng)格的流量不同。4253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)，越過界面進(jìn)入另一個(gè)介質(zhì)時(shí)則變成曲邊矩形。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

3、位降落漏斗的曲面就是含水層的上部界面，導(dǎo)潛水井流的運(yùn)動(dòng)特征水系數(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， 為緩慢排水過程， 抽水量主要來源于含水層疏干，稱為潛水含水層的遲后效應(yīng)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；6承壓含水層中井流的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t3運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)變化；承壓井流的抽水量來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)無垂向補(bǔ)給時(shí)，地下水流向井的過程中任一斷面的流量都相等，并

4、等于抽水井流量，地下水位h 不隨時(shí)間 t 變化。7穩(wěn)定井流與非穩(wěn)定井3非穩(wěn)定井流中，地下水流向井的過程中，沿途不斷得到含水層釋放補(bǔ)流的區(qū)別給，通過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。可能形成地下水穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的兩種水文地質(zhì)條件。8 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)3穩(wěn)定井流的形成條件向補(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)

5、動(dòng)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過濾器或縫隙進(jìn)入抽水井時(shí)要克服阻力，產(chǎn)生一部分水頭損失h1。93產(chǎn)生水躍的原因水進(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+統(tǒng)稱為水躍值 .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）。地

6、下水流向井的穩(wěn)定103運(yùn)動(dòng)和非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的（ 2）只要給定邊界水頭和井內(nèi)水頭，就可以確定穩(wěn)定井流抽水井附主要區(qū)別是什么？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，可忽略弱透水層的彈性釋水；承壓水井

7、的Dupuit113公式的水文地質(zhì)概念（ 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，水模型位降落漏斗為圓域，半徑為影響半徑；經(jīng)過較長(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，并和過水?dāng)嗝嬉恢?；通過各過水?dāng)嗝娴牧髁刻幪幭嗟?，并等于抽水井的流量?；虺袎核?Dupuit123公式的表達(dá)式及符號(hào)式中， sw井中水位降深，m；含義Q抽水井流量， 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r1，r 2，水位分別為H1

8、，133Theim 公式的表達(dá)式H 2，在 r1 到 r2 區(qū)間積分得：式中s1、s2 分別為 r 1 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)。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；潛水井的 Dupuit公143式表達(dá)式及符號(hào)含義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；r w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)向無限延伸，產(chǎn)狀水平；定流量抽水時(shí) Th

9、eis154公式的適用條件（水(2)抽水前天然狀態(tài)下水力坡度為零；文地質(zhì)概念模型）(3)完整井定流量抽水，井徑無限?。?4)含水層中水流服從Darcy 定律；164寫出泰斯公式及各項(xiàng)(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 描述無補(bǔ)給的承壓水完整井非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)過程中降深符號(hào)的含義；泰斯公與抽水量之間關(guān)系的方程式，亦即式的主要用途是什么？式中 s抽水井的水位降深， m；Q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

10、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時(shí)， s0，這一點(diǎn)符合假設(shè)條件。Theis 公式反映的降（ 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17合實(shí)際情況。當(dāng) t時(shí)，實(shí)際上 s 不能趨向無窮大。因此，降落漏4深變化規(guī)律斗隨時(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）

11、為：。Theis 公式反映的水184頭下降速度的變化規(guī)（ 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)到最律大；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 無關(guān)。換言之，經(jīng)過一定時(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。19Theis 公式反映出的（ 1）通過不同過水?dāng)嗝娴牧髁渴遣坏鹊?，r 值越小，即離抽水井越近4流量和滲流速度變化的過水?dāng)嗝?，流量越大。反映了地下水在流向抽水井的過程中，不斷規(guī)律得到貯存量的補(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

12、著時(shí)間的增加，又接近穩(wěn)定滲流速度。在無越流補(bǔ)給且側(cè)向無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Theis 公式反應(yīng)的影擴(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)204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)響半徑定流），和穩(wěn)定流的降落曲線形狀相同。但是，這不能說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

13、坐標(biāo)值，代入(4-10) 式（ 4-11）式214即可確定有關(guān)參數(shù)。此法稱為降深-時(shí)間距離配線法。Theis 配線法的原理同 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。Theis 配線法的計(jì)算224步驟234Theis

14、配線法的缺點(diǎn)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、r 2)，按下式分別計(jì)算有關(guān)參數(shù)。s-法：s-t 法：s-r 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。（ 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)間不宜過短 ( 原因是

15、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。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。244Jacob 直線圖解法的有優(yōu)缺點(diǎn)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。（ 1

16、）越流系統(tǒng)中每一層都是均質(zhì)各向同性，無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程中水頭保持不變（這有越流補(bǔ)給的承壓水254完整井公式的適用條在徑流條件比較好的含水層中不難達(dá)到）；件（ 4）弱透水層本身的彈性釋水可以忽略，通過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；26完整井公式4Q抽水井的流量， m3/d；-Hantush-Jacob

17、 公式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；越流完整井流公式反27 4應(yīng)的降深 - 時(shí)間曲線的形狀28越流完整井流公式反4映的水頭下降速度有一個(gè)觀測(cè)孔時(shí), 越294 流含水層抽水試驗(yàn)的單孔拐點(diǎn)法求參步驟* 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

18、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越流含水層的降深， 而且隨增大 (即越大 )，越流含水層的降深比無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越流含水層慢。與無越流含水層一樣，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-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

19、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，查表確定和值；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（）。有多個(gè)觀測(cè)孔時(shí),越304流含水層抽水試驗(yàn)的多孔拐點(diǎn)法求參步驟

20、，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。（ 1）均質(zhì)、各向同性、隔水底板水平的無限延伸的含水層；（ 2）初始自由水面水平；考慮潛水含水層遲后（ 3）完整井、井徑無限小，降深s<<H0（含水流初始厚度）的定流量314疏干的 Boulton 模型抽水；的假設(shè)條件是什么 ?（ 4）水流服從 Darcy 定律；潛水完整井非穩(wěn)定流32 4抽水時(shí)的降深 - 時(shí)間曲線的形狀（ 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?？梢悦黠@地看到三個(gè)階段：第一個(gè)階段：抽

21、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。一般來說，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。說明重力

22、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：334Neuman模型的假設(shè)條件（ 1）含水層均質(zhì)各向異性，側(cè)向無限延伸，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)間曲線和抽水過程的三個(gè)階段相一致。344354365375Neuman 解的降深 -時(shí)間曲線的特點(diǎn)Neuman 解的降深 -時(shí)間曲線和觀測(cè)點(diǎn)在含水層中位置的關(guān)系虛井的特征有哪些？地下水流向不完整井的井流特點(diǎn)是