地下水是在空隙介质的空隙中运动。空隙介质是指由固体骨架和相互沟通的孔隙(溶隙、裂隙)两部分组成的整体。地下水受重力作用在空隙介质中的运动称为渗透。
地下水在空隙介质中的实际运动极其复杂,这是由空隙介质结构的复杂性所决定的。由于固体骨架排列的随机性,因而造成空隙大小、形状、延伸方向及相互排列等没有一定的规律,致使不仅在不同的空隙中地下水的运行方向、运动速度频繁改变,而且就是在同一空隙的不同部位处,水的运动速度亦不同,距固体骨架较远处的水流比距骨架较近处的水流具有较大的运动速度[图4-1(a)]。所以说地下水在岩石空隙中运动,其水流的每一质点都处于不同的运动状态中。如果按其实际情况来研究地下水流,在理论上和实际上都将遇到巨大困难,对于实际应用也毫无意义。因此,通常根据生产实际需要对地下水流加以简化,即用假想的水流模型去代替真实的水流。这个模型一是不考虑渗流途径的迂回曲折,只考虑地下水流的主要流向;二是不考虑岩层的颗粒骨架,假想渗流的全部空间(空隙和颗粒骨架)被水流所充满,如图4-1(b)所示。为了使这种假想的水流能正确反映真实水流的情况,它必须符合如下几点:
图4-1 地下水在岩石空隙中的运动
(a)渗透;(b)渗流
(1)对于同一过水断面,假想水流的流量等于通过该断面的真实水流的流量。(www.daowen.com)
(2)作用于任一面积上的假想水流的压力等于真实水流的压力。
(3)假想水流在任意体积内所受的阻力和实际水流所受的阻力相同。
满足上述条件的这种假想水流称为渗透水流,或简称为渗流。
为了满足上述三个条件,要求渗流场(渗流运动所占据的空间)的边界条件与渗透水流所占区域的边界条件相同。
由于渗流在渗流场内是连续的,因而表征渗流特征的一些物理量,如渗流压强、渗流速度等应是渗流场空间坐标的连续函数,从而可以运用数学分析这一有利的工具来研究渗流问题。
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