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第一章 地下水运动的基本概念与基本概念 本章概述： 掌握典型体元、非均质各向异性、非均质各向同性、均质各向异性、均质各向同性的等 概念； 正确区分地下水质点实际流速、 空隙平均流速和渗透流速； 详细叙述研究地下水运动 规律所遵循的基本定律－达西定律；掌握流网的特征并及其在实际中的应用， 重难介绍： 掌握典型体元的概念和地下水运动基本定律；流网的应用。 本章学时数： 4 学时（ 180 分钟） 教学内容： 1.1 地下水运动的基本概念 我们以前学过《水力学》 ，从课程名字来看他们很相似，那《地下水动力学》和《水力 学》有什么异同点？ 1、水力学与地下水动力学异同点 相同点：都是研究水的运动规律的学科。 相异点：水力学是研究水在管道或渠道中的运动。 地下水动力学则是研究水在岩石空隙中（孔隙、裂隙、岩溶）运动规律。 2、渗流与渗流场 我们把由由固体骨架和空隙两部分组成的介质，叫多孔介质。如砂层、裂隙岩体等。地 下水在多孔介质中的运动，称为渗流，渗流所占据的空间就叫渗流场。 1.1.1 渗流与典型单元体 我们刚才讲到地下水地下水渗流，那渗流和实际的水流又有什么区别呢？ 由水力学我们知道普通水流的流向是从总水头高的地方流向总水头低的地方，水流量 的大小取决于水头差和水头损失， 同样地下水水的流向也是从高水头流向低水头， 流量的大 小也水头差和水头损失。但是从图 1-1-0b 和 1-1-3a 可以看出，普通水流在管道中运动取决 于管道大小、 形状及管壁的粗糙度， 而渗流运动取决于多孔介质空隙大小、 形状以及其连通 性。 我们知道在自然界中多孔介质中固体的边界的集合形状是各种各样的，形状十分复杂， 其通道是曲折的， 地下水在这样复杂的介质中流动， 其质点运动轨迹弯曲， 通常其渗流速度 缓慢， 流态多为层流，水只在空隙中流动，在固体物质中无渗流发生， 因此从整个渗流空间 来说是不连续的，而此也其运动要素（如流速矢量）的分布变化无常，是非稳定流，但是大 部分是缓变流。 图 1-1-3a 地下水实际流动 图 1-1-3b 基于渗流流速 的流线 从微观角度研究地下水运动的难度有两个方面： A）如果从微观角度来看地下水运动（渗流） ：地下水是在不同的空隙中运动的。要获 得微观角度每一个空间点的水流运动参数， 首先必须获得空隙的几何参数 （查明每一个空隙 与固体颗粒之间的边界位置等） ，这是十分困难的。 B）从微观角度来看地下水流在空间上是不连续的。固体颗粒部分是没有水流的，因此 从微观角度地下水的运动参数在空间上是不连续的， 有很多地方运动参数是零。 也就是说描 述水流运动的物理量是非连续函数，因此基于连续函数的许多微积分方法无法应用。 因此在研究地下水运动规律时， 我们通常要从宏观水平上来考察。 于是我们就提出了渗 流的概念。 现在我们为了克服上面所提到的困难和研究方便我们引用一个假想的水流来代替真实 的水流 ( 如图 1-1-3b) ，这种假想水流是： 我们不是说从实际水流运动的物理量是非连续函数吗？现在我们就假设： 1、这种假想水流充满整个多孔介质的连续体；所谓的整个多孔介质它包括空隙和固体 部分，不仅仅是空隙了，主要处处有空隙，处处有水流。 当然为了使假设水流更加符合实际情况我们有一下 2 各假设： 2、这种假想水流（渗流）的阻力与实际水流在空隙中所受到的阻力相同；也就是说， 我们假设在这个空隙中的有一点，这一点的假想的水流和实际的水流所受的阻力是相等的。 3、渗流场任意一点的水头 H 和流速矢量 v 等运动要素与实际水流在该点周围一