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permeability: 大小对工程影响?

unsaturate 和 saturate的影响

hydro conductivity 的意义

Lecture1:

径流:run off (也称呼为总河水): 就是两个流入流域的两个部分(地上的overland flow +地下的 baserflow),(以下分类以河流为参考。)

  1. 获得(从地下水得到)
  2. 失去(到地下水)

通流(inflow(进入stream)/throughflow(slope seepage),这两个有区别):在未饱和区域,水水平渗透流动(以坡脚的渗流为显示)。HK大多数是这种


河水總流量,用 river guage 測量,然後等於 overflow 和 baseflow。也就是徑流大小就是河水流量大小。


感覺他們兩個是同一個概念。

infilltration :雨水进入土地的过程。

雨水变成两种类型的水:表面(runoff 径流),地下水(渗流 I(渗流系数 进入地下水的/总的雨水),太多会造成坡度安全隐患)。

remark: 相當於雨水是三個部分的總和, 1.表面流的水+滲透到河流的水+地下水。前兩個部分是run off


水平衡:(进入的多,出来的水,一定有忽略的,或者是泄露)

1.定义系统(有什么成分)

  1. 流域系统
  2. 分水系统/分水岭

2.找出流水出入量

3.保持总的量平衡

Subsurface water(d地面一下) 和 ground water(水位线以下的谁) 是不一样的。


lecture 2 含水层

孔隙度:材料的空洞程度(有的部分没有联通)。作用:演示储存水的能力的体现。

Ineffective porosity + Effective porosity = Total porosity

初始空洞:岩石形成的过程中发生的。(sediment主要方式)

二次空洞:溶解或者破裂导致的(话成员主要的空洞方式)

渗透率  k:permeability;容许流体流动的能力(与孔的直径成二次方比例,孔的孔径大小乘三次方比例)。 

  1. 经验公式 k=cd² (sand)
  2. k=Nb3/12 (fractured ), N是没单元距离的节理数量,b是解理的孔径

不要和K(导水率hydraulic conductivity 搞混):通过孔洞传送流体的能力。达西定律表示 通过横截面的的平均流体流动速度。取决于渗透率和饱和度等参数,。 K=kρg/μ                    分母 dynamic viscosity [ML-1T-1]

获取K的方式:

  1. 经验法则
  2. Permeameter测试 

注: flow rate 流速也取决于渗透率

透过率(Transmissivity):等于导水率乘以厚度 T=kb

均匀性(homogeneous):所有位置性质不变。对应的(heterogeneous)非均质:特性会随空间变化。 

記憶: 針對不同區域的同一方向


各个方向同向性(isotropy:)所有方向性质相同。其他情况就是各项异性 anisotropic。

anisotropic: 原理。

記憶: 針對同一個區域

1.压密

备注:坡上,垂直的K小于水平的K(理解竖直方向被压实,K较小;2.剪切造成的孔隙增大水平K)

方向和地点性质的四种组合


非均质性的两种类型:

1.同一个部分的变化

2.不同部分的变化

含水层: acquifer :就是储水和取水速度很快的较多水含量的地方。

  1. 孔隙含水层
  2. 破损
  3. 卡斯特
  4. 好的含水层:沙子,gravel,等
弱透水层(Aquitard:)低渗透率k的地方。也称为confining area. 包括 shale,(页岩),mudstone,clay 未破损的火成岩。

Aquiclude:(滞水层): 不能导水的地方。新鲜的vocanic rock.

note aquifer & aquitard: 用不同大小的K来区分。K越大透水率越好,则是越好的含水区域


对含水层的分类:

  1. Unconfined aquifer  潜水含水层.有没有限制住的水位。T!=Kb  是 KH(表示 含水层的高度)
  2. cofined :含水层被上层的压实单元压住。T 透过率是常数
  3. 越流含水层:Leaky aquifer,算是半 confined 含水层8
  4. 滞留含水层:Perched aquifer ,区域性unconfined的含水层上面有一个小比例的unconfined 含水层。


Artesian 承压条件:水位在含水层(confine)的上方的条件叫做承压条件。然后在这个地方打的井叫做承压井

自留承压井:水位不仅超过含水层还超过了地面,相对的井和和含水层叫做自流。。。。

piezometer: 用来测水头的。

P35页的那个问题没想清楚。

2. 达西实验:

基本公式:

Q(也可以叫做 flow rate)(总)=K(通过横截面的流体速度). A. 水文梯度(土力学那个公式)

单位面积的流量(达西特定流速/但是不是真的流速,真的速度是渗流速度 /孔隙水速度)

q=Q/A

A一般是垂直于水流方向的那个面(然后单位面积的话,理解是堪称1*1)


多层岩石,平均K

  1. 水平方向。K值主要取决于最大的那一层
  2. 竖直方向。K值取决于最小的那个K

平均K在HK的问题:

1. 对于均匀的土壤,平均的效果还可以。对于破碎的岩石,权重应该被赋予给破碎的那种,要不然就被低估了。因为破碎的应该有更大的K(K=kρg/μ

Permeameter:渗透仪,评估K的仪器。(特点:不贵,比经验法则更加靠谱)

  1.  固定水头  通过Darcy公式左右两边同时乘以时间t得到体积,间接得K。
  2. 下降水头测试(K小的材料很适合)。测量两次的水头差(开始的左右两边的水头差h0,时间t之后的水头差h)

达西定律应用:

测某一位置的水头

含水率:Storativity

藏水系数:藏水的能力

S= V/ A h 

1.unconfined 含水层:

       Sy(单位产水度)=n(孔隙度)(q全部可抽)  

      不是全部可抽:

       Sy(单位保水率,就是附着的水得部分,抵抗重力的部分)=fn(系数) 

      n(孔隙度)=Sy+Sr

2.confined 情况下

S=和上式(q全部可抽的公式一样)

单位Ss=S/b 


总结:

1.下降同样的水头,unconfine能够释放更多水

2.Confined 的水头下降比unconfine的多如果排出相同的水

3.坡上有个confined的含水层,要小心,下雨的时候水头会高

4.对地下水情况不熟悉,则uncofined假设最糟糕情况,和地面一样。confined最糟糕情况不是和地面高度

5.wet季节,水位上声得会比dry季节快(孔洞Wet 和Dry有关系)

6. 城市中,水位的上升是个逐渐的过程。土的地方,上升满,K大,上升慢,越到建筑物表面。k小,K也就小,所以上升快



不饱和区域:

  1. 特点:


湿润的土壤:较小的土壤毛细力


Lecture 3 水温头,流网,水的高度

水头=压力头+高度头测水头的工具(hydraulic head):立管和piezometer。测从基准面到测量点的水头

  1. 立管(standpipe也叫观察井: obesrvation  well):开口是一个区域
  2.      piezometer:开口一个点。(放 unconfined,潜水面测水面高度,放confined 测势能面,)
区别:同一个点,两个的值可能不同,piezometer会到水平水头等势线的位置。

            只想要平均水平面高度,应该用立管,如想知道多层含水层和潜水面的高度,用piezometer


密度对水头的影响:

1. 两边的水压力是一样的,根据公式,可以得到左右两边的上升下降

P22页

fresh water head : 用 fresh water(就是假设的清水的高度,可以用公式算出来)。把head转换成same density的就是这个head。

point water head: 直接知道的,不用考虑密度差的(Hp)

EC很好获得,salinity很难获得。EC获得salinity。

如何 将 Point water —— fresh water head。


计算方法在PDF上,Fresh water head (总水头),水流的方向由这个属性决定。

测算不同密度液体交界位置深度的公式:

Ghijben-Herzberg relation

也是左边的压力等于右边的压力

得到公式 z=40hf

流网:

加一个grounting(就是那个长长的垂直棒子),可以演唱水得路径。是的那个区域的文下降梯度(I)相对之前较小。因此减少了泄露(达西公式)

Potentiometric surface 和 water table: 都用 观察井观察(水头除以含水层的宽度


构建水轮廓的两种方法:

作用:
  • 流水的方向(高水头指向低水头)
  • 地下水和地表水的关系
  • 汇入和汇出的区域(flow的方向获得汇水区)
  • 相对K的分布(为啥:根据第二课的内容,K大的然后水面就平坦。忘记找到这里的出处了)
  • 打井位置的选址(找K的地方)
  • slope stability (gentle water table 就会很稳)
  • 水文梯度
  • 水文边界

1.三维

2. 二维

为什么不同的坡有不同的水面:

1.joints的影响

2.浇筑的影响

3.高的K导致较小的水平面

4. 汇水区容易有较大的波动

5.在低的地方有更多的波动

6.在未饱和区域容易有着更大的波动


如何用Piezometer测水头:

1.计算出压力(Piezometer的长度减去离水面的空隙处距离 A)

2.计算出重力势能(就是 管子离 参考面的距离 B)



Lecture 4:地下水的计算公式:

Dupuit Assumption :

1. 地下水六的竖直方向可以忽略

2.水平的梯度等于水平面的坡度


1D——3D的情况发转换