地下水动力学.docx

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地下水动力学

名词解释

1.地下水动力学是研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石、和喀斯特岩石中运动规律的科学。

它是模拟地下水流基本状态和地下水中溶质运移过程，对地下水从数量和质量上进行定量评价和合理开发利用，以及兴利除害的理论基础。

。

2.流量:

单位时间通过过水断面的水量称为通过该断面的渗流量。

3.渗流速度:

假设水流通过整个岩层断面（骨架+空隙）时所具有的虚拟平均流速，定义为通过单位过水断面面积的流量。

4.渗流场:

发生渗流的区域称为渗流场。

是由固体骨架和岩石空隙中的水两部分组成。

5.层流:

水质点作有秩序、互不混杂的流动。

6.紊流:

水质点作无秩序、互相混杂的流动。

7.稳定流与非稳定流:

若流场中所有空间点上一切运动要素都不随时间改变时，称为稳定流，否则称为非稳定流。

8.雷诺数:

表征运动流体质点所受惯性力和粘性力的比值。

9.雷诺数的物理意义:

水流的惯性力与黏滞力之比。

10.渗透系数:

在各项同性介质（均质）中，用单位水力梯度下单位面积上的流量表示流体通过孔隙骨架的难易程度，称之为渗透系数。

11.流网：

在渗流场中，由流线和等水头线组成的网络称为流网。

12.折射现象:

地下水在非均质岩层中运动，当水流通过渗透系数突变的分界面时，出现流线改变方向的现象。

13.裘布依假设：

绝大多数地下水具有缓变流的特点。

14.完整井:

贯穿整个含水层，在全部含水层厚度上都安装有过滤器并能全断面进水的井。

15.非完整井:

未揭穿整个含水层、只有井底和含水层的部分厚度上能进水或进水部分仅揭穿部分含水层的井。

16.水位降深:

抽水井及其周围某时刻的水头比初始水头的降低值。

17.水位降落漏斗:

抽水井周围由抽水（排水）而形成的漏斗状水头（水位）下降区，称为降落漏斗。

18.影响半径:

是从抽水井到实际观测不到水位降深处的径向距离。

19.有效井半径:

由井轴到井管外壁某一点的水平距离。

在该点，按稳定流计算的理论降深正好等于过滤器外壁的实际降深。

20.井损水流经过滤器的水头损失和在井内向上运动至水泵吸水口时的水头损失，统称为井损。

21.水跃:

在实验室砂槽中进行井流模拟实验时发现，只有当井中水位降低非常小时，抽水井中的水位与井壁外的水位才基本一致，当井中水位降低较大时，抽水井中的水位与井壁外的水位之间存在差值的现象。

22.渗出面：

当潜水流入井中时，井壁水位hs高于井中水位hw，称其为渗出面（水跃）。

23.叠加原理：

在数学物理中经常出现这样的现象：

几种不同原因的综合所产生的效果，等于这些不同原因单独产生效果的累加。

24．有效孔隙：

25．死端孔隙：

26．贮水率：

27．贮水系数：

28．过水断面：

29．渗流速度与实际速度：

30．等水头面与等水头线：

31．渗透系数与渗透率：

32．导水系数：

33．水力坡度：

34．渗透力：

35．管涌：

36．越流：

37．入渗强度：

38．似稳定：

简答题

1.地下水动力学的研究对象

广义:

研究地下水在多孔介质中的运动规律及应用，分为三个方面:

水头场分布规律（水量模型）

非饱和带:

毛细水运动规律

饱和带:

重力水运动规律

浓度场分布规律（水质模型）

温度场分布规律（水温模型）

狭义:

研究饱水带地下水水头分布规律，对含水层进行定量评价，为合理开采地下水提供依据。

2.达西定律适用于层流范围是否正确？

为什么？

（6分）

不正确。

由J－v的经验关系曲线表明，当v很小时，v与J呈线性关系，此时Re＜1～10，地下水的运动符合达西定律；（2分）当v增大，v与J的关系曲线不符合达西定律，但此时地下水运动仍为层流运动。

（2分）

3.Dupuit公式的假设条件有哪些？

（6分）

①含水层均质同性，产状水平，无限延伸；

②天然水力坡度为零，为稳定流；

③服从达西定律；④影响半径处有定水头补给；⑤二维流。

4.潜水流中的滞后现象是由于渗透系数值变小而引起的吗？

为什么？

（6分）

不正确。

因为潜水含水层被疏干时，大部分水是在重力作用下排出的——即重力疏干，重力疏干不能瞬时完成，而是逐渐被排放出来，即出现滞后现象。

（2分）渗透系数只影响给水度的大小，而不会影响滞后现象的发生。

（2分）

5.简述有均匀入渗时，河间地块均质潜水含水层中地下水分岭的存在与移动规律及其影响因素。

（9分）

1）分水岭若存在，则   由此得    

移动规律：

由上式时，则，分水岭位于河渠中央；（1分）

时，则，分水岭靠近左河；                  （1分）

时，则，分水岭靠近右河。

                   （1分）

3）影响因素：

分水岭的存在有移动规律与关。

     （3分） 

6.给水度是时间t的函数这种说法是否正确？

并说明理由。

（6分）

正确由于饱水带中水分的运动滞后于地下水位的降落速度，存在滞后疏干。

潜水面虽然下降了，但潜水面以上的非饱和带内的水继续向下不断地补给潜水。

（2分）因此，给水度在抽水期间是以一个递减的速率逐渐增大的。

当时间足够长时，给水度才趋于一个常数值。

（2分）。

7.常见的水文地质边界类型

第一类边界条件:

给定水头边界条件，具有无限补给或排泄地下水的能力，如与地下水具有水力联系的地表河流、湖泊等；

第二类边界条件:

给定流量边界条件，典型的有隔水边界、地下水分水岭。

第三类边界条件:

混合边界，流量和水头呈某种线性关系的边界。

8.折射现象特点

当K1≠K2，α1≠0,流线才会折射；

当K1=K2，α1=α2；

只有在0<α1<90，才会折射；

在界面上发生的流线折射并不改变地下水流总方向，总体流向仍受边界条件和源、汇等控制。

9.信手流网绘制原则:

首先分析水文地质条件，搞清补给区、排泄区、或源汇项分布、边界条件等；

先绘制肯定的流线和等水头线；

隔水边界是流线；

无入渗、无蒸发条件下潜水面是流线；

湖泊、河流边界可看成等水头线；

有两个以上排泄点时应确定分水线、面、点。

10.流网的意义

解释水文地质现象；

判断地下水系统内部结构；

分析地下水的补给、排泄、径流特征；

计算渗流场任意点的水头、压强、水力坡度、渗透流速等；

依据流网选择垃圾填埋场位置等。

11.试述渗透系数K，渗透率k，导水系数T的主要区别。

（6分）

K——定义（略）。

与岩性和渗透液体的物理性质有关。

（2分）

k——定义（略）。

只与岩性有关，与渗透液体性质无关。

（2分）

T——定义（略）。

与岩性、渗透液体的物理性质和含水层厚度有关。

（2分）

12.Dupuit假设无效的地区

（1）存在入渗的潜水分水岭地段；

（2）渗出面附近。

渗出面是在下游边界面上，潜水面以下、下游水面以上的地段。

渗出面上潜水面往往和边界面相切，有较大的垂向分速度；

（3）垂直的隔水边界附近。

13.指导野外调查工作，分析影响水库渗漏的因素（a<0）

K愈大，愈易渗漏。

水库调查时要避开喀斯特发育带、构造破碎带或古河道发育带；

渗流途径l小，即两河之间距离越短越易渗漏。

要避免将库址选在分水岭过于狭窄的地带；

入渗补给量W愈小，愈易渗漏。

在干旱地区水库选址时，要避开存在渗透性差的覆盖层（地下水无法得到有效补给量）；

邻河水位愈低（h2愈小），愈易渗漏。

选址时应注意选在邻河水位高的地段。

14.稳定井流与非稳定井流的区别

稳定井流中，当无垂向补给时，地下水流向井的过程中任一断面的流量都相等，并等于抽水井流量Q，地下水位h不随时间t变化。

非稳定井流中，地下水流向井的过程中，沿途不断得到含水层释放补给，通过任一断面的流量都不相等，井壁处流量最大并等于抽水井流量，地下水位h随时间t而变化，初期变化大，后期变化减小。

15.潜水井流的特征：

流线与等水头线都是弯曲的曲线，井壁不是等水头面，抽水井附近存在三维流，井壁内外存在水头差值；

降落漏斗位于含水层内部，水位降落漏斗的曲面就是含水层的上部界面，导水系数T随时间t和径向距离r变化；

潜水含水层水位下降伴有弹性释水和重力疏干，为缓慢排水过程，抽水量主要来源于含水层疏干。

16.承压水井流的特征：

流线与等水头线在剖面上的形状不相同，等水头线近似直线，等水头面即为铅垂面，降深不太大时承压井流为二维流；

降落漏斗在含水层外部呈虚拟状态变化，导水系数不随时间t变化；

承压井流的抽水量来自承压含水层水头降落漏斗范围内由于减压作用造成的弹性释放，是瞬时完成的。

17.产生水跃的原因：

井损的存在：

渗透水流由井壁外通过过滤器或缝隙进入抽水井时要克服阻力，产生一部分水头损失h1；

水进入抽水井后，井内水流井水向水泵及水笼头流动过程中要克服一定阻力，产生一部分水头差h2；

井壁附近的三维流也产生水头差h3。

18.利用Theis公式确定水文地质参数的配线法的步骤？

（1）在另一张模数相同的透明双对数纸上绘制实测的s—t/r2曲线或s—t曲线。

（3分）

（2）将实际曲线置于标准曲线上，在保持对应坐标轴彼此平行的条件下相对平移，直至两曲线重合为止。

（3分）

（3）任取一配点（在曲线上或曲线外均可），记下匹配点的对应坐标：

W（u）、1/u、s、t/r2（或t），代入下式求参数：

19.井径和流量的关系

Dupuit公式中井径和流量的关系不完全符合实际。

在Dupuit公式中井半径rw以对数形式出现，井径对流量的影响不太大，但实际却相反。

在大降深时，井径不同，流量差异很大。

当降深相同时，井径增加同样的幅度，强透水岩层中井的流量增加比弱透水岩层中的井多；

对同一岩层，井径增加同样的幅度，大降深抽水的流量增加的多，小降深流量增加的少；

对同样的岩层和降深，当井径较小时，井径增加所引起的流量增长率大；中等井径时（300mm至500mm），增长率减小；大井径时，流量随井径的增长不明显。

20.渗出面对浸润曲线的影响

在井附近，由Dupuit计算所得浸润线要低于实际浸润线；

当r≤H0时Dupuit计算曲线与实际浸润曲线不完全一致，当r>时，Dupuit计算曲线与实际浸润曲线完全一致；

在用Dupuit计算流量时，用井中水位hw计算所得的流量是精确的，И.А.ЧaРHЫЙ曾做过严格的数学证明。

21.井损对应的这部分水头损失通常包括三部分：

水流通过过滤器时所产生的水头损失；

水流穿过过滤器时，由接近水平的运动变为滤水管内的垂向运动，因水流方向偏转所产生的水头损失；水流在滤水管内向上运动时，不断有水流入井内，因流量和流速不断增加所引起的水头损失；

水流在井管内向上运动至水泵吸水口的沿程水头损失。

22.映射原则:

虚井应有下列特征：

（1）虚井和实井的位置对称于边界；

（2）虚井的流量和实井相等；

（3）虚井性质取决于边界性质：

对于定水头补给边界，虚井性质和实井相反。

如实井为抽水井，则虚井为注水井；对于隔水边界（抽水井），虚井和实井性质相同，都是抽水井。

（4）虚井与实井的结构相同；

（5）虚井的工作时间和实井相同。

23.无限含水层中单井定流量抽水的非稳定流Theis模型水文地质条件（八个假设条件）

含水层均质各向同性、等厚且水平分布，侧向无限延伸；

抽水前天然水头面是水平的，水力坡度为0；

水及含水层均假设为弹性体，水头下降引起地下水从储存量中的释放是瞬间完成的；

无垂向补给、排泄；

含水层中水流满足Darcy定律；

完整井，井径无限小且定流量抽水；

假设流量沿井壁均匀进水。

判断题

1.对于含水层的来说其压缩性主要表现在空隙和水的压缩性上（√）

2.贮水系数既适用于承压含水层，也适用于潜水含水层。

（√）

3.潜水含水层的给水度就是贮水系数。

（×）

4.其他条件相同而只是岩性不同的两个潜水含水层中，在补给期时，给水度u大，水位上升大；u小，水位上升小。

在蒸发期，u大水位下降达；u小水位下降小。

（×）

5.承压含水层中两断面间的水力坡度的大小等于两断面的水头面（假设为水平面）倾角的正切。

（×）

6.水力坡度定义为：

单位渗流路径上的水头下降值。

（×）

7.符合达西定律的地下水流，其渗透速度与水力坡度呈直线关系，所以渗透系数或渗透系数的倒数是该直线的斜率。

（√）

8.在均质含水层中，渗透速度的方向和水利坡度的方向都是一致的。

（×）

9.某含水层的渗透系数很大，故可以说该含水层的出水能力很大。

（×）

10.导水系数在三维流中无意义，那么只有在一、二维流中才有意义。

（×）

11.无论含水层水中的矿化度如何变化，该含水层的渗透系数是不变的。

（×）

12.在均质各向异性、等厚、无限分布的承压含水层中，以定流量抽水时，形成的等降深线为椭圆形。

长轴方向水力坡度小、渗流速度大，短轴方向水力坡度大，渗流速度小。

（√）

13.平行和垂直层面的等效渗透系数的大小，主要取决于各分层渗透系数的大小。

（√）

14.对于同一层状含水层来说，水平方向的等效渗透系数大于垂直方向的等效渗透系数。

（√）

15.在渗流场中，一般认为流线能起隔水边界作用，而等水头线能起透水边界的作用。

（√）

16.越流系统必须包括主含水层、弱含水层以及相邻含水层等三个含水层。

（×）

17.在实际计算中，如果边界面上的流量和水头都已知，则该边界既可以做第一类边界也可作为第二类边界。

（√）

18.凡是边界上存在的着的河渠或湖泊等地表水体时，都可以将该边界作为第一类边界。

（×）

19.同一时刻在潜水井流的观测孔中测得的平均水位降深值总是大于该处潜水满的降深值。

（√）

20.在无限含水层中，当含水层的导水系数相同是，开采同样多的水在承压含水层中形成的降落漏斗体积要比在潜水含水层大。

（√）

21.只要给定边界水头和井内水头，就可以确定抽水井附近的水头分布，而不管渗透系数和抽水量的大小如何。

（√）

22.无论是潜水井还是承压水井都可以产生水跃。

（×）

23.潜水井的流量和水位降深之间是二次抛物线关系。

这说明，流量随降深的增大而增大，但流量增加的幅度愈来愈小。

（√）

24.在地下水运动计算中，其水头就等于测压管水头。

（√）

25.地下水总是从压力大处向压力小处流动。

（×）

26.有效孔隙度是指孔隙体积与多孔介质总体积之比。

（×）

27.贮水系数的大小与含水层和水的弹性性质有关。

（√）

28.潜水面某点的水头等于该点的位置高度。

（√）

29.在其它条件相同而只是岩性不同的两个潜水含水层中，在补给期时，给水度μ大，水位上升大，μ小，水位上升小；在蒸发期时，μ大，水位下降大，μ小，水位下降小。

（×）

30.达西定律实质上就是渗流的能量守恒或转换定律。

（√）

31.渗透系数是表征岩层渗透性能的一个参数。

（√）

32.导水系数与单宽流量具有相同的量纲。

（√）

33.潜水含水层被疏干时，全部水都是重力作用下排出的。

（×）

34.黄土属于非均质各向同性含水层。

（×）

35.上、下两层含水介质的K值相差愈大，则水流斜向通过界面时，流线偏移的程度也愈大。

（√）

36.流网线稀疏，说明水力坡度小，流速小，径流微弱。

（√）

37.渗流的连续性方程也称为渗流的质量守恒定律。

（√）

38.弱透水层的渗透性愈小，厚度越大，则越流系数σ/就愈大。

（×）

39.取流线作为研究区边界时可作为隔水边界来处理。

（√）

40.用Dupuit公式计算出的浸润曲线总是比实际浸润曲线偏低。

（√）

理论中，由于瞬时释放的假设，使得抽水初期的实测曲线总是低于标准曲线（×）

42.潜水井附近的观测孔中的水面比该处潜水面低。

（√）

43.对干扰井群，当流量不变时，干扰井的降深比它单独工作时的降深要小。

（×）

44.给水度值的大小只与水位变动带的岩性有关。

（×）

45.贮水系数的大小与含水层和水的弹性性质有关。

（√）

46.水力坡度值的大小与方向无关。

（×）

47.地下水运动是一维的、二维的还是三维的与所选取的坐标系有关。

（√）

48.渗透系数大的含水层，其出水能力亦大。

（×）

49.导水系数在三维条件下是无意义的。

（√）

50.黄土属于均质各向同性含水层。

（×）

51.各向同性介质中，无论均质还是非均质流线和等水头线都处处正（√）

52.在有垂直入渗的稳定流动中，潜水浸润曲线是随时间变化的。

（×）

53.贯穿整个含水层的水井均称为完整井。

（×）

54.水平等厚的承压完整井流，等水头面是一系列同心圆柱面。

（√）

55．当河间地块两侧河水位一致时，河间地块的透水性是渐变的，则潜水分水

岭的位置偏向渗透系数大的一侧。

（×）

56．假如要修建一个水库，从考虑渗漏这个角度看，水库应修在降雨量小的地

方。

（×）

57．Dupuit公式的假设条件之一是抽水前地下水是不流动的。

（√）

58．由于没有考虑水跃现象，按Dupuit公式算出的浸润曲线和流量都是不准确的。

（×）

59．稳定井流中，只要给定边界水头和井中的水头，抽水井附近的水头分布就确定了。

（√）

60．越流系统的稳定井流，主含水层的贮水系数越大，降深就越（×）

61．当涌水量Q为定值时，Theis公式中的时间与降深成正比。

（√）

62．满足Theis条件的井流，每个断面的水头速度的变化规律是先由小变大，

后又由大变小，最后等速。

（√）

63.在下有过滤器的承压含水层中抽水时，井壁内外水位不同的主要原因是由于存在井损的缘故。

（√）

64.凡是存在井损的抽水井也就必定存在水跃。

（×）

65.在无限含水层中，当含水层的导水系数相同时，开采同样多的水在承压含水层中形成的降落漏斗体积要比潜水含水层大。

（√）

66.抽水井附近渗透性的增大会导致井中及其附近的水位降深也随之增大。

（×）

67.在过滤器周围填砾的抽水井，其水位降深要小于相同条件下未填砾抽水井的水位降深。

（√）

68.只要给定边界水头和井内水头,就可以确定抽水井附近的水头分布，而不管渗透系数和抽水量的大小如何。

（√）

69.无论是潜水井还是承压水井都可以产生水跃。

（×）

70.在无补给的无限含水层中抽水时，水位永远达不到稳定。

（√）

71.潜水井的流量和水位降深之间是二次抛物线关系。

这说明，流量随降深的增大而增大，但流量增加的幅度愈来愈小。

（√）

72.按裘布依公式计算出来的浸润曲线，在抽水井附近往往高于实际的浸润曲线。

（√）

73.由于渗出面的存在，裘布依公式中的抽水井水位Hw应该用井壁外水位Hs来代替。

（×）

74.比较有越流和无越流的承层压含水层中的稳定流公式，可以认为就是有越流补给含水层中井流的引用影响半径。

（√）

75.对越流含水层中的稳定井流来说，抽水量完全来自井附近的越流补给量。

（√）

76.可以利用降深很小时的抽水试验资料所建立的Q—Sw关系式来预测大降深时的流量。

（×）

77.根据抽水试验建立的Q—Sw关系式与抽水井井径的大小无关。

（×）

78.根据稳定抽流水试验的Q—Sw曲线在建立其关系式时，因为没有抽水也就没有降深，所以无论哪一种类型的曲线都必须通过坐标原点。

（×）

79.井陨常数C随抽水井井径的增大而减小，随水向水泵吸水口运动距离的增加而增加。

（√）

80.井损随井抽水量的增大而增大。

（√）

81.在泰斯井流中，无论是抽水初期还是后期各处的水头降速都不相等。

（×）

82.根据泰斯井流条件可知，抽取的地下水完全是消耗含水层的弹性贮量。

（√）

83.在非稳定井流中，沿流向断面流量逐渐增大，因为沿途不断得到弹性释放量的补给，或者是由于沿流向水力坡度不断增大的缘故。

（×）

84.泰斯井流的后期任一点的渗透速度时时都相等。

（×）

85.泰斯井流后期的似稳定流，实际上是指水位仍在下降，但水位降速在一定范围内处处相等的井流。

（√）

86.泰斯井流的影响范围随出水时间的延长而不断扩大。

（√）

87.基岩中的裂隙水一般都是埋藏在已经固结岩石中的节理、裂隙和断层中，因此，根据含水层的弹性理论而建立起来的泰斯公式，对基岩裂隙水地区的水文地质计算是不适用的。

（×）

88.可以这样说，当泰斯公式简化为雅可布公式时，则表明井流内各点的渗透速度已由不稳定而转变为稳定。

（×）

89.在进行非稳定流抽水时，无论井流量如何变化，都可将其概化成阶梯形流量后，再使用定流量的泰斯公式计算。

（√）

90.使用阶梯流量公式时，要求计算时间必须是连续的。

（√）

100.水位恢复公式实际上是具有两个阶梯的阶梯流量公式。

（√）

101.配线法和直线法比较起来，前者比后者更能充分的利用抽水试验资料。

（√）

102.配线法求参数的随意性在距抽水井越近的观测孔中表现越大。

（×）

103.在抽水试验时，往往主孔中的动水位不易观测，如果能观测到的话，则求参数时用主孔或观测孔资料都一样。

（×）

104.后期的泰斯井流，是在一定范围内水头随时间仍在不断变化，但水力坡度不随时间变化的一种非稳定流。

（√）

105.在均质各向异性含水层中进行抽水试验时，可以利用等降深线所呈现出的椭圆形长短轴长度比的平方，求相应主渗透方向上渗透系数的比。

（√）

106.越流补给的完整井流与泰斯井流比较，二者的区别只是前者存在垂直方向的水流。

（×）

107.越流系统的完整井流在抽水的早期，完全可用泰斯井流公式计算。

（√）

108.越流系数越小，则越流量进入抽水层的时间就越早。

（×）

109.抽水的中、后期，越流系统井流的水位降落曲线偏离泰斯井流的水位降落曲线，因为前者的抽水量完全是由越流量供给。

（×）

110.凡是在越流系统的井流中，在抽水后期，井抽水量都是由越流量组成。

（×）

112.具有越流系统的井流，只要能达到稳定流，则井抽水量就是按下列顺序组成：

抽水初期完全由含水层释放量组成；抽水中期由含水层的释放量与越流量组成；后期则完全由越流量组成。

（√）

113.在相同条件下越流系统井流的水位下降速度小于泰斯井流的水位下降速度。

（√）

114.凡是具有越流系统的井流，抽水后期都能达到稳定流。

（×）

115.据非稳定抽水试验资料所画出的s-lgt曲线，若出现拐点，则只表明有越流存在。

（×）

116.在越流系统的井流中，当降落漏斗出现稳定时，则通过任一断面的流量都相等。

（×）

117.越流系统的井流同泰斯井流一样，到抽水后期各处的水位下降速度都相等。

（√）

118.越流系统中的弱透水层可以是承压含水层，也可以是无压含水层。

（×）

计算题

1.河间地块宽度为1500m，隔水底板水平，标高为10m，含水层渗透系K=s，降雨入渗强度ε=s,两河水头如图所示。

如左岸河修建水库，库水标高为，试评价修建水库前后渗漏情况。

2.如下图所示，左侧河水已受污染，其水位用H1表示，没有受污染的右侧河水位用H2表示。

（1）已知河渠间含水层为均质、各向同性，渗透系数未知，在距左河L1处的观测孔中，测得稳定水位H，且H>H1>H2。

倘若入渗强度W不变。

试求不致污染地下水的左河最高水位。

（2）如含水层两侧河水水位不变，而含水层的渗透系数K已知。

3.某承压含水层中有一口直径为的抽水井，在距抽水井527m远处设有一个观测孔。