田面入渗区潜水的非稳定运动

Question

如题所述

Answer 1

在我国，特别是北方平原地区，地下水往往用于大面积灌溉。灌水的渗入常常成为灌区内外潜水含水层的一个补给来源，因而对潜水的运动产生影响，其影响程度与灌水入渗的强度及其变化特征、灌水地段的形状及规模、含水层本身特征及其边界条件有关。

这里仅讨论灌区补给强度（W）为定值，不随时间（t）及坐标（x，y）改变而变化时的潜水非稳定运动。

1.含水层一侧被平直延伸很长的河渠切割（图2-17）

假设条件：①含水层为均质的，渗透系数为K；②隔水底板产状水平；③区内潜水含水层水面水平；④河渠水位水平且不随时间变化；⑤含水层与河渠接触的边界为透水边界，另一侧为无限边界。

在这种条件下，由于河渠水的排泄或灌水入渗的影响，潜水呈一维流向河渠运动。在灌水初期，大部分渗入补给的水量用来抬高潜水水位.随着入渗时间的增长，潜水位上升值增加，流向河渠的流量逐渐增长，潜水水位上升速度减慢。地下水具有非稳定流运动特征。

图2-17 W-h关系图

2.运动方程

这种条件下的潜水一维流非稳定运动服从式（2-18）。根据上述假设条件，其数学模型为：

地下水动力学

其解析解为：

地下水动力学

其中，

，已制成函数表。

地下水动力学

式（2-49）为图2-17所示条件下田面入渗区潜水位上升值的计算公式。

式中：

为由灌水入渗补给在t时刻于x处引起的潜水位上升值（

为水位上升速度，是一个定值）；

为河渠水位以速度

等速下降时，于t时刻在x处引起的潜水位下降值；W为灌水入渗补给强度。

3.讨论

1）当t=0时，s=0，这与初始条件s（x，t）=0，t=0，x≥0相一致。

2）当x=0，t＞0时，R（u_h）=1，s=0，这与边界条件s（x，t）=0，t＞0，x=0相一致。

3）当t＞0，x→∞时，R（u_h）=0，则

，当时间t较短（灌水入渗初期）或x较大时，河渠排泄作用影响不明显，这时可以认为河渠排水与潜水位上升无关，潜水位的上升只与灌水入渗作用的强度有关。

4）利用式（2-49）可以计算W已知时，不同断面处不同时刻潜水位的上升值。因而，可以得到同一时刻不同断面处的潜水位值及同一断面处不同时刻的潜水位（潜水的浸润曲线），这样就可了解潜水位在时间及空间上的变化规律。

5）求单位河渠长度上的侧向排泄量（q₀）及一定时间t内河渠总的排泄量（V总）

地下水动力学

小结

通过本章学习，应熟练掌握河间地块中有渗入补给时，潜水水头方程及单宽流量方程。运用例题和习题提高计算技巧，为水工建筑物地质病害治理奠定基础。

复习思考题

1.均质承压含水层天然流量公式建立有哪些条件？并说明式中符号的物理意义。

2.写出潜水平面运动的裘布依公式，并说明公式中符号的物理意义。

3.建立潜水一维稳定流水头方程的条件是什么？说明式中符号的物理意义。

4.潜水含水层中一维流稳定运动单宽流量方程与承压含水层中一维稳定流单宽流量公式的主要区别是什么？

习题

河流与渠间含水层为细砂土，其渗透系数为K=10m/d，年平均降雨量为445mm，取年降水入渗系数平均值为0.35，见图2-18。试确定：

图2-18 均匀入渗时，河渠间地下水的运动

1）当年入渗强度（W）为0.00044m/d，河渠的含水层厚度分别为：河边h₁=53.041.85=11.15m；渠边h₂=52.60-41.85=10.75m时，求孔521（距左侧河岸343m）、孔8（距河岸760m）、孔10（距河岸984m）、孔12（距河岸1248m）及分水岭处的含水层厚度及水位标高。

2）流入河流中的潜水单宽流量、渗流量及流入渠中的潜水单宽流量、渗流量。