(完整版)地下水动力学知识点总结

1、基本问题序号章简述题答案11试分析在相同条件下 进行人工回灌时，承 压含水层和潜水含水 层的贮水能力的大 小。潜水含水层的贮水能力可表示为 Q=HF ；承压含水层的贮水能力可表示为 Q=HF；式中 Q含水层水位变化时H 的贮水能力，H水位变化幅度；F地下水位受人工回灌影响的范围。从中可以看出， 因为承压含水层的弹性释水系数 远远小于潜水含 水层的给水度 ，因此在相同条件下进行人工回灌时，潜水含水层的 贮水能力远远大于承压含水层的贮水能力。21等水位线的疏密程度 可以反映出哪些水文 地质条件 ?由达西定律 Q=KJH 可以知，在含水层的单宽流量 Q 保持不变时， 等水位线的密集表示水力坡度 J

2、大，反映含水层渗透系数较小或含水 层厚度较大；等水位线的稀疏表示水力坡度J 小，反映含水层渗透系数较大或含水层厚度较小。31流网的性质包括哪些？在各向同性介质中，流线与等水头线处处垂直，流网为正交网格。在均质各向同性介质中，流网中每一网格的边长比为常数。若流网中各相邻流线的流函数差值相同， 且每个网格的水头差值相 等时，通过每个网格的流量不同。若两个透水性不同的介质相邻时， 在一个介质中为曲边正方形的流网，越过界面进入另一个介质时则变成曲边矩形。42有入渗时，潜水面的 形状及河渠间分水岭 的移动规律53潜水井流的运动特征潜水井流特征： 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

3、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， 称为潜水含水层的迟后效应63承压含水层中井流的运动特点承压水井流特征：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，成虚拟状态变化，但导水系数不随时间 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。73稳定

4、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，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。83稳定井流的形成条件存在补给且补给量等于抽水量。 可能形成地下水稳定运动的两种水文 地质条件。 有侧向补给的有限含水层中，当降落漏斗扩展到补给边界后，侧 向补给量和抽水量平衡时，地下水向井的运动便可达到稳定状态； 在有垂向补给的无限含水层中，随降落漏斗的扩大，垂向

5、补给量 不断增大。当其增大到与抽水量相等时，将形成稳定的降落漏斗和地 下水的稳定运动93产生水跃的原因水跃： 抽水井中的水位与井壁外的水位之间存在差值的现象( seepageface)。井损( well loss )是由于抽水井管所造成的水头损失。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。通常将( h1+ h2+ h3)统称为水跃值 .103地下水流向井的稳定 运动和非稳定运动的 主要区别是什么？(1)从流量看，稳

6、定井流不同断面的流量处处相等，都等于抽水井 的流量；而任一断面非稳定井流的流量都不相等，沿着地下水流向流 量逐渐增大，直至抽水井处为最大(抽水井的出水量) 。( 2)只要给定边界水头和井内水头，就可以确定稳定井流抽水井附 近的水头分布，且水头分布不随时间发生变化；非稳定井流抽水井附 近的水头分布是随抽水时间而不断发生变化的，例如 Theis 井流，在 抽水初期水头降速快， 1/u=1 时达到最大，之后降速由大减小，最后趋于等速下降。(1) 含水层为均质、各向同性，产状水平、厚度不变(等厚) 、，分布面 积很大，可视为无限延伸；或呈圆岛状分布，岛外有定水头补给；(2)抽水前地下水面是水平的，并视

7、为稳定的；含水层中的水流服从承压水井的 Dupuit 公式的水文地质概念 模型Darcy s Law，并在水头下降的瞬间将水释放出来，可忽略弱透水层 的弹性释水；11( 3)完整井，定流量抽水，在距井一定距离上有圆形补给边界，水 位降落漏斗为圆域，半径为影响半径；经过较长时间抽水，地下水运 动出现稳定状态；(4) 水流为平面径向流， 流线为指向井轴的径向直线， 等水头面为以井 为共轴的圆柱面，并和过水断面一致；通过各过水断面的流量处处相 等，并等于抽水井的流量。12承压水井的 Dupuit 公式的表达式及符号 含义13 3 Theim 公式的表达式式中， sw井中水位降深， m；Q抽水井流量，

8、 m3/d ；M 含水层厚度， m；K 渗透系数， m/d；r w井半径， m；R影响半径(圆岛半径) ， m若存在两个观测孔， 距离井中心的距离分别为H2，在 r1 到 r2 区间积分得：r1，r 2，水位分别为 H1，式中 s1、s2 分别为 r1和 r2 处的水位降深。它与非稳定井流在长时间抽水后的近似公式完全一致。这表明，在无 限承压含水层中的抽水井附近，确实存在似稳定流区。143潜水井的 Dupuit 公 式表达式及符号含义式中 R潜水井的影响半径，其含义和承压水井的相同； 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 含水层厚度， m；K 渗透系

9、数， m/d；r w井半径， m。154定流量抽水时 Theis公式的适用条件(水 文地质概念模型)承压含水层中单井定流量抽水的数学模型是在下列假设条件下建立 的：(1)含水层均质各向同性，等厚，侧向无限延伸，产状水平；(2)抽水前天然状态下水力坡度为零；(3)完整井定流量抽水，井径无限小；(4) 含水层中水流服从 Darcy 定律；(5)水头下降引起的地下水从贮存量中的释放是瞬时完成的。164写出泰斯公式及各项Theis s equation 描述无补给的承压水完整井非稳定运动过程中降深符号的含义；泰斯公 式的主要用途是什 么？与抽水量之间关系的方程式，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 含水层的导水系数， m2/d ；W（u） 泰斯井函数；r 到抽水井的距离， m； a含水层的导压系数， m2/d；* 含水层的弹性是水系数；t 自抽水开始起算的时间， d。174Theis 公式反映的降 深变化规律（ 1）同一时刻随径向距离 r 增大，降深 s 变小，当 r时， s0， 这一点符合假设条件。（ 2）同一断面 （即r固定），s随t 的增大而增大，当 t=0时， s=0，符 合实际情况。当 t时，实际上 s 不能趋向无穷大。因此，降落漏 斗随时间的延长，逐渐扩展。这种永不稳定的规律是符和实际的，恰 好反映了抽水时在没有外界补给而完全消耗贮存量时的典型动

11、态。（ 3）同一时刻、径向距离 r 相同的地点，降深相同。184Theis 公式反映的水 头下降速度的变化规 律（ 1）抽水初期， 近处水头下降速度大， 远处下降速度小。 当 r一定时，s-t 曲线存在着拐点。拐点出现的时间（此时u=1）为：。（ 2）每个断面的水头下降速度初期由小逐渐增大， 当 =1 时达到最大；而后下降速度由大变小，最后趋近于等速下降。（ 3）抽水时间 t 足够大时， 在抽水井一定范围内， 下降基本上是相同 的，与 r 无关。换言之，经过一定时间抽水后，下降速度变慢，在一 定范围内产生大致等幅的下降。194Theis 公式反映出的 流量和渗流速度变化（ 1）通过不同过水断面

12、的流量是不等的， r 值越小，即离抽水井越近 的过水断面，流量越大。反映了地下水在流向抽水井的过程中，不断规律得到贮存量的补给。20Theis 公式反应的影 响半径21Theis 配线法的原理（2）由于沿途含水层的释放作用，使得渗流速度小于稳定状态的渗 流速度。但随着时间的增加，又接近稳定渗流速度。在无越流补给且侧向无限延伸的承压含水层中抽水时， 虽然理论上不 可能出现稳定状态，但随着抽水时间的增加，降落漏斗范围不断向外 扩展，自含水层四周向水井汇流的面积不断增大，水井附近地下水测 压水头的变化渐渐趋于缓慢，在一定的范围内，接近稳定状态（似稳 定流），和稳定流的降落曲线形状相同。但是，这不能说

13、明地下水头降落以达稳定。由 Theis 公式两端取对数，得到二式右端的第二项在同一次抽水试验中都是常数。因此，在双对数坐标系内， 对于定流量抽水 和 标准曲线在形状上是相同的，只是纵横坐标平移了 距离而已。只要将二曲 线重合，任选一匹配点，记下对应的坐标值，代入（4-10）式（ 4-11）式即可确定有关参数。此法称为降深 -时间距离配线法。同理 ，由实际资料 绘制的 s-t 曲线和与 s- 曲线，分别 与和 W（u）-u 标准曲线有相似的形状。因此，可以利用一个观测孔不同时刻的 降深值，在双对 数纸上绘出 s-t 曲线和曲线，进行拟合，此法称为降深 - 时间配线法。如果有三个以上的观测孔，可以

14、取 t 为定值，利用所有观测孔的降深 值，在双对数纸上绘出 s- 实际资料曲线与 W（ u）- u 标准曲线拟 合，称为降深 - 距离配线法。224Theis 配线法的计算 步骤在双对数坐标纸上绘制 W（u）-1/u 或 W（u）- u 的标准曲线。在另一张模数相同的透明双对数纸上绘制实测的 s-t/ 曲线或 s-t、 s-r2 曲线。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。 任取一匹配点 （ 在曲线上或曲线外均可 ），记下匹配点的对应坐标值： W（u）， （或 u）、 （或 t、r2），按下式分别计算有关参数。 s- 法：s-t 法：s-r

15、法：配线法的最大优点是，可以充分利用抽水试验的全部观测资料，避免 个别资料的偶然误差提高计算精度。234Theis 配线法的缺点（ 1）抽水初期实际曲线常与标准曲线不符。因此，非稳定抽水试验 时间不宜过短 （ 原因是是水有滞后现象，初期流量不稳定 ）。（ 2）当抽水后期曲线比较平缓时，同标准曲线不容易拟合准确，常 因个人判断不同引起误差。因此在确定抽水延续时间和观测精度时，应考虑所得资料能绘出 s-t 或 s-t/r2 曲线的弯曲部分以便于拟合。如果后期实测数据偏离标准曲 线，均可能是含水层外围边界的影响或含水层岩性发生了变化等。244Jacob 直线图解法的 有优缺点优点是既可以避免配线法的

16、随意性， 又能充分利用抽水后期的所有资 料。但是，必须满足 u0.01 或放宽精度要求 u 0.05，即只有在 r 较小， 而 t 值较大的情况下才能使用；否则，抽水时间短，直线斜率小，截 距值小，所得的 T 值偏大，而 * 值偏小。254有越流补给的承压水 完整井公式的适用条 件（ 1）越流系统中每一层都是均质各向同性，无限延伸的第一类越流系统，含水层底部水平，含水层和弱透水层都是等厚的；（ 2）含水层中水流服从 Darcy 定律；（ 3）虽然发生越流，但相邻含水层在抽水过程中水头保持不变（这 在径流条件比较好的含水层中不难达到） ；（ 4）弱透水层本身的弹性释水可以忽略，通过弱透水层的水流

17、可视 为垂向一维流；（ 5）抽水含水层天然水力坡度为零，抽水后为平面径向流；（ 6）抽水井为完整井，井径无限小，定流量抽水。其中，有越流补给的承压水式中 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 含水层的导水系数， m2/d ；越流井函数， 不考虑相邻弱透水层弹性释水时越流系统的井函数；B 越流因素， m；r 到抽水井的距离， m；a含水层的导压系数， m2/d；* 含水层的弹性是水系数；t自抽水开始起算的时间，d。（ 1）抽水早期，降深曲线同 Theis 曲线一致。这表明越流尚未进入主含水层， 抽水量几乎全部来自主含水层的弹性

18、释水。 在理论上和 Theis曲线一致。（ 2 ）抽水中期，因水位下降变缓而开始偏离 Theis 曲线，说明越流已越流完整井流公式反经开始进入抽水含水层。这时，抽水量由两部分组成：一是抽水含水274应的降深 - 时间曲线层的弹性释水，二是越流补给，因此，越流含水层的降深小于无越流的形状含水层的降深， 而且随增大 （即 越大 ），越流含水层的降深比无越流含水层的降深小得越多。（3）抽水后期，曲线趋于水平直线，抽水量与越流补给量平衡，表示非稳定流已转化为稳定流。越流含水层水位下降速度比无越流含水层慢。284越流完整井流公式反映的水头下降速度与无越流含水层一样，当 t 足够大时，在一定的范围内，水位

19、下降速度是相同的。 在单对数坐标纸上绘制 s-lgt 曲线，用外推法确定最大降深 smax，并用（ 4-43）式计算拐点处降深sp； 根据 sp 确定拐点位置，并从图上读出拐点出现的时间tp； 做拐点 P 处曲线的切线，并从图上确定拐点 P 处的斜率 ip ；有一个观测孔时 , 越和 值；294流含水层抽水试验的单孔拐点法求参步骤求出有关数值后，查表确定 根据 值求 B 值：按下式分别计算 T 和 值： 验证，因为图解出的 smax 和 sp 常有较大的随意性而引起误差，所 以进行验证是必要的。将所求得的参数代入越流井流公式，并给出不 同的 t 值，计算理论深降。然后把它同实测降深比较，如果不

20、吻合， 则应重新图解计算。 绘每个观测孔的 s-lgt 曲线，并从图上确定每条曲线直线段的斜率近似地代替拐点处的斜率。 根据各孔的斜率作 r- 曲线，应为一条直线。 取该直线的斜率，得： 将 r-lgi p 直线段延长交横轴于一点，读得 r=0 时的（ ）。304有多个观测孔时 , 越 流含水层抽水试验的，把它代入下式：多孔拐点法求参步骤 将所求得的 B、T 代入有关公式， 计算出不同观测孔的拐点处降深：利用 从 s-lgt 曲线上读得 tp 值，然后按下式算出各孔的值：最后取其平均值。314考虑潜水含水层迟后 疏干的 Boulton 模型 的假设条件是什么 ?（ 1）均质、各向同性、隔水底板

21、水平的无限延伸的含水层；（ 2）初始自由水面水平；（ 3）完整井、井径无限小，降深 sH0（含水流初始厚度）的定流量 抽水；（ 4）水流服从 Darcy 定律；（ 5 ）抽水时，水位下降，含水层的水不能瞬时排出，存在着迟后现 象。324潜水完整井非稳定流 抽水时的降深 - 时间 曲线的形状可以明显地看到三个阶段：第一个阶段：抽水早期 （也许只有几分钟 ），降深 -时间曲线与承压水完 整井抽水时的 Theis 曲线一致，主要表现为潜水位下降了。但含水介 质不能立即通过重力排水把其中的水排出， 而只是由于压力降低引起 水的瞬时释放，即弹性释水。含水层的反应和一个贮水系数小的承压 含水层相似。一般来

22、说，水流主要是水平运动。第二个阶段：降深 -时间曲线的斜率减小，明显地偏离 Theis 曲线，有 的甚至出现短时间的假稳定。它反映疏干排水的作用，好象含水层得 到了补给，使水位下降速度明显减缓。含水层的反应类似于一个受到 越流补给的承压含水层。但降落漏斗仍以缓慢速度扩展着。第三个阶段：这个阶段的降深一时间曲线又与 Theis 曲线重合。说明 重力排水已跟得上水位下降， 迟后疏干影响逐渐变小， 可以忽略不计。 抽水量来自重力排水，降落漏斗扩展速度增大。此时，给水度所起的 作用相当于承压含水层的贮水系数。决定于含水层的条件，这一阶段 可以从抽水后的几分钟到几天后开始。334Neuman模型的假设条件Neuman 模型是在下列假设条件下建立的：（ 1）含水层均质各向异性，侧向无限延伸，坐标轴和主渗透方向一 致，隔水层水平；（ 2）初始潜水面水平；（ 3）水流服从 Darcy 定律；（ 4）完整井，定流量抽水；（ 5）抽水期间自由面上没有入渗补给或蒸发；潜水面降深和含水层 厚度相比小得多， 因此在建立潜水面边界条件时可以忽略水头 H 对 x、 y 的导数或对 r 的导数。344Neuman 解的降深 -时 间曲线的特点解析解描述的降深 -时间曲线和抽水过程的三个阶段相一致。抽水早期，这些曲线和 Theis 曲线一致，说明此时抽水量基本上来自