理论教育 流线与流网工程水文地质学

流线与流网工程水文地质学

时间:2023-09-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据流线与等水头线的定义可知:在各向同性含水层中,等水头线与流线必正交,等水头面也就是过水断面。在渗流场的某一典型剖面或切面上,由一系列等水头线与流线组成的网格称为流网。因此,流线与等水头线构成正交网格。作流网时,首先根据边界条件绘制容易确定的等水头线或流线。然后,根据流线与等水头线正交这一规则,在已知流线与等水头线间插补其余部分。

流线与流网工程水文地质学

1.流线

流线是渗流场中某一瞬时的一条线,线上各水质点在此瞬时的流向均与此线相切。迹线是渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。在稳定流条件下,流线与迹线重合。

2.等水头线

渗流场中水头值相等的各点连成的面为等水头面(可为平面或曲面),它在剖面上可表现为等水头线(可为直线或曲线,见图4-6)。根据流线与等水头线的定义可知:在各向同性含水层中,等水头线与流线必正交,等水头面也就是过水断面。

图4-6 等水头线、流线与各类边界的关系

(a)河渠;(b)隔水边界;(c)无入渗补给;(d)有入渗补给
1—含水层;2—隔水层;3—潜水面;4—等水头线;5—流线;6—河渠水面;7—降水入渗

3.流网

渗流场内可以作一系列等水头面和流面。在渗流场的某一典型剖面或切面上,由一系列等水头线与流线组成的网格称为流网。

在均质各向同性介质中,地下水必定沿着水头变化最大的方向,即垂直于等水头线的方向运动。因此,流线与等水头线构成正交网格。

为了讨论的方便,我们在此仅限于分析均质各向同性介质中的稳定流网。

可以采用多种方法绘制流网。例如,可根据野外实测的水头值,运用物理模拟实验测得的水头值,运用解析法或数值法计算确定的水头值先绘出等水头线,再根据等水头线绘出流线,得到流网。在资料缺乏、水文地质条件简单时,亦可徒手粗略地绘制流网。尽管这种流网并不精确,但往往可以提供给我们许多有用的水文地质信息,是水文地质分析的有效工具。

作流网时,首先根据边界条件绘制容易确定的等水头线或流线。边界包括定水头边界、隔水边界及地下水面边界。地表水体的断面一般可看作等水头面,因此,河渠的湿周必定是一条等水头线[图4-6(a)]。隔水边界无水流通过(通量为零),而流线本身就是“零通量”边界,因此,平行隔水边界可绘出流线[图4-6(b)]。地下水面边界比较复杂,当无入渗补给及蒸发排泄、有侧向补给作稳定流动时,地下水面是一条流线[图4-6(c)];当有入渗补给时,它既不是流线,也不是等水头线[图4-6(d)]。

流线总是由源指向汇的,因此,根据补给区(源)和排泄区(汇)可以判断流线的趋向。渗流场中具有一个以上补给点或排泄点时,首先要确定分流线(图4-7)。分流线是虚拟的隔水边界。(www.daowen.com)

然后,根据流线与等水头线正交这一规则,在已知流线与等水头线间插补其余部分。

如果我们规定相邻两条流线之间通过的流量相等,则流线的疏密可以反映地下径流强度(流线密代表径流强,流线疏代表径流弱),等水头线的密疏则说明水力梯度的大小。

图4-7 河间地块流网图

1—流线;2—等水头线;3—分流线;4—潜水面;5—河水位;6—井,涂黑部分有水;7—代表矿化度大小的符号,图圈愈多,矿化度愈大;8—降水入渗;9—绘制流网的大致顺序

下面以绘制河间地块的流网为例予以说明。图4-7表示了一个下部为水平隔水底板的均质各向同性河间地块,有均匀稳定的入渗补给,两河排泄地下水,河水位相等且保持不变。此时大体上可按图4-7上所标的顺序绘制流网。在地下水分水岭到河水位之间引出等间距的水平线,从该水平线与潜水面的交点引出各条等水头线。

从这张简单的流网图可以获得以下信息:

(1)由分水岭到河谷,流向从由上向下到接近水平再向上。

(2)在分水岭地带打井,井中水位随井深加大而降低,河谷地带井水位则随井深加大而抬升;在河谷地区,基坑越深承受的水头压力越大。

(3)由分水岭到河谷,流线愈来愈密集,流量增大,地下径流加强。

(4)由地表向深部,地下径流减弱。

(5)由分水岭出发的流线,渗透途径最长,平均水力梯度最小,地下水径流交替最弱,近流线末端河谷下方,地下水的矿化度最高。

实际工作中往往只画示意流线便足以说明问题。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈