地下水动力学主讲：肖长来 教授吉林大学环境与资源学院2006年2月绪 论1 概念2课程的目的3地下水动力学的研究内容4学科发展历程5今后应重点突破的新课题6地下水动力学的应用7教材及参考书1 概 念 地下水动力学地下水动力学（groundwater dynamics） 研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石和岩溶岩石中运动规律的科学。其研究对象主要是重力水。 它是模拟地下水流基本状态和地下水中溶质运移过程，对地下水从数量上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课程的目的目的目的：（1）使学生了解学习该课程的意义，以及在生产实践中能解决的具体问题。（2）使学生系统掌握地下水运动的基本理论，并能初步运用这些基本理论分析水文地质问题，建立相应的数学模型和提出适当的计算方法或模拟方法，对地下水进行定量评价。（3）要求学生重点掌握各种条件下地下水稳定流和非稳定流理论，深刻理解其适用条件，并能应用其中的理论和方法解决实际问题。要要求求：（1）认真听课；（2）做好笔记；（3）完成作业；（4）及时复习；（5）全面总结。3地下水动力学的研究内容多孔介质多孔介质：具有互相连通空隙的岩石（含水的岩石）。包括孔隙介质、裂隙介质和裂隙-溶隙介质。由两部分组成，骨架和空隙。主要研究内容主要研究内容：（1）渗流基本概念、基本定律、基本方程、定解条件及数学模型的建立和解法，为基础理论和重点内容；（2）地下水向河渠的运动；排灌区地下水运动的规律即水平方向运动规律。主要研究内容主要研究内容（3）地下水向井的运动和求参方法，重点是地下水向完整井的稳定运动和非稳定运动；水井区地下水运动的规律即垂直运动规律。（4）地下水向非完整井和边界井的运动；（5）地下水运动中的若干问题（地下水中溶质运移规律、包气带中水的运移规律等）和实验室方法。4学科发展历程1 稳定流建立和发展阶段（18561935）2 非稳定流建立和发展阶段（19351969）3 实验-电网络模拟技术阶段（19501980）4 计算机数值模拟技术阶段（1965今）1 稳定流建立和发展阶段（18561935）(1)1856年,法国水力学家达西（Henry Darcy，18031858）提出了多孔介质中的线性渗透定律，即著名的达西定律（Darcys Law），成为地下水运动的理论基础。(2)1863年，J. Dupuit 研究了一维稳定运动和向水井的二维稳定运动，提出了著名的Dupuit假设及Dupuit公式。(3)1901年，P. Forchheimer等研究了更复杂的渗流问题，从而奠定了地下水稳定理论的基础。(4)1906年，提出了Thiem公式。(5)1928年，O.E. Meinzer （19761948）注意到地下水运动的不稳定性和承压含水层的贮水性质。2 非稳定流建立和发展阶段（19351969）（1）1935年，美国的C.V.Theis（19001987）提出了地下水流向承压水井的非稳定流公式-Theis公式，开创了现代地下水运动理论的新纪元；（ 2） 1954年 M.SHantush， 1955年 C.E.Jacob（19141970）提出了越流理论；（3）1954年、1963年N.S. Boulton，1972年S.P.Neuman研究了潜水含水层中水井的非稳定流理论。3 实验-电网络模拟技术阶段（19501980）19501965年，研究了大范围含水层系统的电网络模拟技术，电模拟技术到20世纪80年代在我国还被较广泛应用。4 计算机数值模拟技术阶段（1965今）1965年以来，计算机数值模拟技术不断得到广泛应用。目前，已经形成许多国际通用的商业化专业软件，主要有：(1) GMS; (2) FEFLOW, Visual(3) MODFLOW, Visual;(4) GFLOW(5) WinFEM; (6) Aquifer(7) Aquifer TEST; (8) StepMaster 目前，可视化、仿真性、虚拟技术正被开发利用。0.3 地下水水文学与水文地质学地下水水文学与水文地质学Henry Darcy (1803-1858)Karl Terzaghi (1883-1963)M. King Hubbert (1903-1989) Charles Vernon Theis (1900-1987) Oscar Edward Meinzer (1876-1948)Charles Edward Jacob (1914-1970)著名科学家著名科学家0.3 地下水水文学与水文地质学地下水水文学与水文地质学JacobBear,ProfessorEmeritusDept.ofCivil&EnvironmentalEngineeringTechnion-IsraelInst.ofTechnologyHaifa,Israel32000Phone:972-4-8292290Fax:972-4-8220133e-mail:CVRBEARTX.TECHNION.AC.ILJacobBearisaProfessorEmeritusintheDept.ofCivilEngineeringoftheTechnion-IsraelInstituteofTechnology,Haifa,Israel,whereformanyyearsheheldtheAlbertandAnneMansfieldChairinWaterResources.HereceivedhisB.Sc.,P.E.,andM.Sc.degreesfromtheTechnion,andhisPh.D.degreefromtheUniv.ofCaliforniaatBerkeley(1960).AlldegreesareinCivilEngineering.Hewasthefirstrecipient(1977)oftheBirdsallDistinguishedLecturerinHydrogeology,awardedbytheGeologicalSocietyofAmerica,HydrogeologicalDiv.,Washington,D.C.HewasawardedHonoraryDoctoratesinTechnologicalSciencesbothbytheDelftUniv.ofTechnology,Delft,TheNetherlands,andbyE.T.H.,Zurich,Switzerland.HeisaFellowoftheAmericanGeophysicalUnion,andwasawardedthe1990K.HubbertAwardbytheNationalGroundWaterAssoc.(USA).In1998,hewasawardedtheRothschildPrizeinEngineering.In2003hereceivedtheAmericanGeophysicalUnion(AGU)ExcellenceinGeophysicalEducationAward.著名科学家著名科学家5今后应重点突破的新课题（1）地下水在裂隙介质、岩溶介质中运动机制 和基本运动规律的研究 （2）非饱和带水、盐运动理论的研究；（3）水中溶质运动机制和运移理论的研究；（4）热量在地下水中运移的研究；（5）地下水最优管理问题的研究；重点突破的新课题（6）介质非均质性研究；（7）各种实际渗流问题的数值模拟方法研究；（8）随机理论在水流和溶质运移研究中的应 用；（9）在含多组分溶质的水流中Darcy定律的表 达形式。6地下水动力学的应用（1）城市、工矿企业和农业供水城市、工矿企业和农业供水：确定水文地质参数，论证开采方案和预计开采量，预报开采动态，正确评价地下水资源评价，科学管理和保护地下水资源。（2）矿山开采、建筑基坑和沼泽化、盐渍化区矿山开采、建筑基坑和沼泽化、盐渍化区的疏干的疏干：设计疏干量、疏干水平，预测疏干范围、疏干过程，合理选择疏干设备。地下水动力学的应用（3）水工建筑水工建筑：解决库周、坝（堤）基及坝（堤）体的渗漏量、回水浸没范围等，为正确选择坝址、坝体结构提供依据。（4）农业工程农业工程：农田灌溉中确定灌排沟渠的合理间距、排灌水量、时间及地下水动态预报。（5）环境地质环境地质：水质污染及净化趋势的预报、地面沉降、岩溶塌陷、边坡稳定、海水入侵、地下水储能（贮能）以及人工补给。7教材及参考书 1.教材 薛禹群主编. 地下水动力学（第二版）M. 北京：地质出版社，1997年9月 2.参考书 李同斌、邹立芝主编. 地下水动力学M. 长春：吉林大学出版社，1995年； 陈祟希，林敏. 地下水动力学M. 武汉：中国地质大学出版社，1999；参考书 李佩成主编. 地下水动力学M. 北京：农业出版社，1993； 薛禹群主编. 地下水动力学原理M. 北京：地质出版社，1986； J. Bear著，1979，许涓铭等译. 地下水水力学M. 北京：地质出版社，1985。3.习题集习题集 迟宝明主编. 地下水动力学习题集 M. 北京：科学出版社，2005年6月。4. 实习教材实习教材 肖长来主编.水文与水资源工程实习指导 M. 长春：吉林大学出版社，2005年4月。部分有关网站或主页phttp:/www.gsj.jp/Intl/Dir/a.htmphttp:/www.iah.org/phttp:/www.cig.ensmp.fr/iahs/phttp:/www.iugs.org/ phttp:/www.bgs.ac.uk/ phttp:/www.usgs.gov/phttp:/www.bwg.admin.ch/ phttp:/groundwater.orst.edu/under/oregw.html#TOPphttp:/www.gsj.jp/Intl/Dir/a.htm#International%20Organizations