地下水动力学试题.doc

地下水动力学
《邹力芝》部分试题 姜太公编
一、 名词解释
1. 渗透
重力地下水在岩石空隙中的运动
2. 渗流
不考虑骨架的存在，整个渗流区都被水充满，不考虑单个孔隙的地下水的运动状况，考虑地下水的整体运动方向，这是一个假想的水流。
3. 渗流量
单位时间通过的过水断面（空隙、骨架）的地下水的体积。
4. 渗流速度
单位通过过水断面（空隙、骨架）的渗流量。
5. 稳定流 非稳定流
渗流要素不随时间的变化而变化。
渗流要素随时间而变化。
6. 均匀流 非均匀流
渗流速度不随空间而变化。 非均匀流分为缓变流和急变流
缓变流：过水断面近似平面满足静水压强方程。
急变流：流线弯曲程度大，流线不能近似看成直线过水断面不能近似平面。
7.渗透系数
表征含水量的能力的参数。数值上等于水力梯度为1的流速的大小
8.导水系数
水力梯度为1时，通过整个含水层厚度的单宽流量。
9.弹性释水理论
含水层骨架压密和水的膨胀释放出来的地下水的现象为弹性释水现象，反之为含水层的贮水现象。
10.贮水系数《率》
当承压含水层水头下降（上升）一个单位时，从单位水平面积《体积》的含水层贮体积中，由于水体积的膨胀（压缩）和含水层骨架压密（回弹）所释放（贮存）的地下水的体积。
11.重力给水度
在潜水含水层中，当水位下降一个单位时，从单位水平面积的含水层贮体中，由于重力疏干而释放地下水的体积。
二、 填空题
1. 地下水动力学是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。通常把具有连通性的含水岩石称为多孔介质，而其中的岩石颗粒称为骨架。多孔介质的特点是多相性、孔隙性、连通性和压缩性。
2. 地下水在多孔介质中存在的主要形式有吸着水、薄膜水、毛管水和重力水，而地下水动力学主要研究重力水的运动规律。
3. 假想水流的密度、粘滞性、运动时在含水层的中所受阻力以及流量和水头都与真实的水流相同，假想水流充满整个含水层的空间。
4. 在渗流中，水头一般是指测压水头，不同的数值的等水头面（线）永远不会相交。
5. 在渗流场中，把大小等于水头梯度值，方向沿着等水头面的法线指向水头降低的方向的矢量，称为水力梯度。
6. 渗流运动要素包括流量Q、渗流速度u、压强P、和水头H等。
7. 根据地下水的渗透速度矢量方向、与空间坐标的关系，将地下水的运动分为一维、二维、和三维运动。
8. 粘滞力占优势的时液体服从达西定律，随着运动速度加快惯性力相应增大，当惯性力占优势时，达西定律不适用。
9. 达西定律反映了渗流场中的能量守恒与转换定律。
10. 渗透率只取决于多孔介质的性质，而与液体的性质无关，渗透率的单位为cm2或da
11. 渗透率是表征岩石渗透性能的参数，而渗透系数是表征岩层透水能力的参数，影响渗透系数大小的主要是岩层颗粒大小以及水的物理性质，随着地下水的温度升高，渗透系数增大。
12. 导水系数是描述含水层出水能力的参数，它是定义在平面一维、二维流中的水文地质参数。
13. 均质与非均质岩层是根据岩层透水性与空间坐标的关系划分的，各向同性和各向异性岩层是根据岩层的透水性与水流的方向的关系划分的。
14. 渗透系数在各向同性的岩层中是标量，在各向异性的岩层中是张量。在三维空间它由九个分量组成，在二维流中则有四个分量组成。
15. 在各向异性岩层中，水力坡度与渗透速度的方向是不一致的，互相平行的
16. 地下水流发生折射时必须满足的方程 而水流平行和垂直于突变界面时则均不发生折射。
17. 当水流平行层面时，层状含水层的等效渗透系数为 ，各分层的水力坡度为相等；当水流垂直于岩层层面时，等效渗透系数为 ，各分层的水力坡度不相等。
18. 等效含水层单宽流量q与各分层单宽流量qi 的关系是：当水流平行界面时q= ，当水流垂直于界面时 。
19. 地下水平面二维、三维流基本微分方程的数学意义分别表示渗流区内平面上任一点、空间上任一点的渗流规律，它们的物理意义分别表示任一单位面积含水层、单位体积含水层的水量均衡方程。
20. 越流因素B越大，则说明弱透水层的厚度越大，其渗透系数就越小，越流量就越小。
21. 在渗流场中边界类型主要分为水头边界、流量边界、水位和水位导数的线性边界。
22. 将单位时间，单位面积上的入渗补给量称为入渗强度。
23. 有入渗补给的河渠间的含水层中，只要存在分水岭，且两河水位不相等时，分水岭总是偏向高水位的一侧，如果入渗补给强度W﹥0，则浸润曲线形状为椭圆形曲线，当W﹤0时为双曲线，当W=0是为抛物线。
24. 根据揭露含水层的程度和进水条件，抽水井可分为完整井和不完整井。
25. 承压含水井和潜水含水井是根据抽水井揭露的地下水的类型来划分的。
26. 从井的抽水时，水位降深在抽水井中心处最大，而在降落漏斗的边缘处最小。
27. 有效的井半径是指由井轴到井管外某一点的水平距离。
28. 在地下水向完整井的稳定运动中，承压含水井的等水头面形状为以井为共轴的圆柱面，而潜水井的等水头面的形状则为以井位共轴的旋转曲面。
29. 在承压含水层中进行稳定流抽水时，通过距井轴不同的过水断面上流量处处相等，且都等于抽水井的流量。
30. 在应用Q~Sw的经验公式时，必须有足够的数据，至少要有三次不同降深的抽水试验资料。
31. 常见的Q~Sw曲线类型有直线型、抛物线型、幕函数类型和对数曲线型。
32. 确定Q~Sw关系中待定系数的常用方法是图解法和最小二乘法。
33. 最小二乘法的原理是要是直线拟合得更好，应使残差平方和为最小。
34. 泰斯公式的适用条件中的要求含水层为均质各向同性水平无限分布的承压含水层；天然水力坡度近为零；抽水井为完整井，井径无限小，井流量为定流量；水流非稳定达西定律。
35. 第一越流系统是指不考虑弱透水层的弹性释放和忽略补给层水头的变化的越流系统；第二越流系统是指考虑弱透水层的弹性释水而不考虑补给层水头的变化的越流系统；第三越流系统是指考虑补给层水头的变化而忽略弱透水层的弹性释水。
36. 用第一越流系统公式确定水文地质参数的主要方法有配线法、拐点法、切线法，以及直线图解法等，其中拐点法又分单孔拐点法和多孔拐点法。
37. 根据过滤器在含水层中进水部位的不同，将完整井分为：井底进水、井壁进水、井底和井壁同时进水。
38. 试验证明在r﹤(1.5～2.0)范围内，地下水流是三维流，而在此范围外的，水流为二维流，因此，在二维流区可按完整井流的方法确定水位地质参数。
39. 不完整井的流量与过滤器在含水层的中的位置有关。当过滤器位于含水层中部时，流量最大，而过滤器与隔水顶、低板相联时，流量最小。
三、 判断题
1. 对于含水层的来说其压缩性主要表现在空隙和水的压缩性上 （√）
2. 贮水系数既适用于承压含水层，也适用于潜水含水层。 （√）
3. 潜水含水层的给水度就是贮水系数。 （×）
4. 其他条件相同而只是岩性不同的两个潜水含水层中，在补给期时，给水度u大，水位上升大；u小，水位上升小。在蒸发期，u大水位下降达；u小水位下降小。 （×）
5. 承压含水层中两断面间的水力坡度的大小等于两断面的水头面（假设为水平面）倾角的正切。 （×）
6. 水力坡度定义为：单位渗流路径上的水头下降值。 （×）
7. 符合达西定律的地下水流，其渗透速度与水力坡度呈直线关系，所以渗透系数或渗透系数的倒数是该直线的斜率。（√）
8. 在均质含水层中，渗透速度的方向和水利坡度的方向都是一致的。（×）
9. 某含水层的渗透系数很大，故可以说该含水层的出水能力很大。（×）
10. 导水系数在三维流中无意义，那么只有在一、二维流中才有意义。（×）
11. 无论含水层水中的矿化度如何变化，该含水层的渗透系数是不变的。（×）
12. 在均质各向异性、等厚、无限分布的承压含水层中，以定流量抽水时，形成的等降深线为椭圆形。长轴方向水力坡度小、渗流速度大，短轴方向水力坡度大，渗流速度小。（√）
13. 平行和垂直层面的等效渗透系数的大小，主要取决于各分层渗透系数的大小。（√）
14. 对于同一层状含水层来说，水平方向的等效渗透系数大于垂直方向的等效渗透系数。（√）
15. 在渗流场中，一般认为流线能起隔水边界作用，而等水头线能起透水边界的作用。（√）
16. 越流系统必须包括主含水层、弱含水层以及相邻含水层等三个含水层。（×）
17. 在实际计算中，如果边界面上的流量和水头都已知，则该边界既可以做第一类边界也可作为第二类边界。（√）
18. 凡是边界上存在的着的河渠或湖泊等地表水体时，都可以将该边界作为第一类边界。（×）
19. 同一时刻在潜水井流的观测孔中测得的平均水位降深值总是大于该处潜水满的降深值。（√）
20. 在无限含水层中，当含水层的导水系数相同是，开采同样多的水在承压含水层中形成的降落漏斗体积要比在潜水含水层大。（√）
21. 只要给定边界水头和井内水头，就可以确定抽水井附近的水头分布，而不管渗透系数和抽水量的大小如何。（√）
22. 无论是潜水井还是承压水井都可以产生水跃。（×）
23. 潜水井的流量和水位降深之间是二次抛物线关系。这说明，流量随降深的增大而增大，但流量增加的幅度愈来愈小。（√）
网上部分 模拟试题一
一 判断题（每题1分，共20分）
1.在地下水运动计算中，其水头就等于测压管水头。 （ √ ）
2.地下水总是从压力大处向压力小处流动。 （ × ）
3.有效孔隙度是指孔隙体积与多孔介质总体积之比。 （ × ）
4.贮水系数的大小与含水层和水的弹性性质有关。 （ √ ）
5.潜水面某点的水头等于该点的位置高度。 （ √ ）
6. 在其它条件相同而只是岩性不同的两个潜水含水层中，在补给期时，给水度μ大，水位上升大，μ小，水位上升小；在蒸发期时，μ大，水位下降大，μ小，水位下降小。 ( × ）
7.达西定律实质上就是渗流的能量守恒或转换定律。 （ √ ）
8.渗透系数是表征岩层渗透性能的一个参数。 （ √ ）
9.导水系数与单宽流量具有相同的量纲。 （ √ ）
10. 潜水含水层被疏干时，全部水都是重力作用下排出的。（ × ）
11.黄土属于非均质各向同性含水层。 （ × ）
12.上、下两层含水介质的K值相差愈大，则水流斜向通过界面时，流线偏移的程度也愈大。 （ √ ）
13.流网线稀疏，说明水力坡度小，流速小，径流微弱 。 （ √ ）
14.渗流的连续性方程也称为渗流的质量守恒定律。 （ √ ）
15.弱透水层的渗透性愈小，厚度越大，则越流系数σ/就愈大。（ × ）
16.取流线作为研究区边界时可作为隔水边界来处理。 ( √ ）
17.用Dupuit公式计算出的浸润曲线总是比实际浸润曲线偏低。 （ √ ）
18.Theis理论中，由于瞬时释放的假设，使得抽水初期的实测曲线总是低于标准曲线（ × ）
19.潜水井附近的观测孔中的水面比该处潜水面低。 （ √ ）
20.对干扰井群，当流量不变时，干扰井的降深比它单独工作时的降深要小。 （ × ）

二 简答题（每题6分，共30分）
1．试述渗透系数K，渗透率k，导水系数T的主要区别。（6分）
   K——定义（略）。与岩性和渗透液体的物理性质有关。（2分）
   k——定义（略）。只与岩性有关，与渗透液体性质无关。（2分）
   T——定义（略）。与岩性、渗透液体的物理性质和含水层厚度有关。（2分）
2. 地下水流是怎样在岩层界面上折射的？（6分）
折射服从折射定律，即                   （2分）
   当K1=K2，则θ1=θ2，均质岩层中不发生折射；     （1分）
   水流垂直通过界面时，不发生折射；                 （1分）
   水流平行于界面时，不发生折射；                   （1分）
   水流斜向通过界面时，产生折射。                   （1分）

3. 下图中断面Ⅰ和断面Ⅱ相比，哪个断面上的水力坡度大？说明理由，并示意性画出水头线。（6分）
（1分）
由达西公式                 （1分）
   ∵           ∴        ∵      M1>M2      ∴  J1＜J2       
4.给水度是时间t的函数这种说法是否正确？并说明理由。（6分）
正确 由于饱水带中水分的运动滞后于地下水位的降落速度，存在滞后疏干。潜水面虽然下降了，但潜水面以上的非饱和带内的水继续向下不断地补给潜水。（2分）因此，给水度在抽水期间是以一个递减的速率逐渐增大的。当时间足够长时，给水度才趋于一个常数值。（2分）
5.镜象法中虚井的反射原则是什么？（6分）
（1）虚井和实井的位置对边界是对称的；     
（2）虚井的流量和实井相等；               
（3）虚井的性质取决于边界性质。          
三 作图题（每题5分，共10分）
（1）在直线补给边界附近有一抽水井,请画出其流网示意图。

     （5分）

（2）试画出下图所示的水文地质条件下的渗流流网图。已知含水层为均质各向同性。水流为二维稳定流。
       （2）

四 计算题（共25分）
1. 如图所示河间地块，底板标高10m，K=，W=3.8,其它条件如图所示。如果在左河修建水库，其正常水位设计标高为22.0m（如图），水库边岸可能产生渗漏的计算宽度B=2.8km。试评价修建水库前后的渗漏情况。（15分）

 . 首先根据判别式判定是否会发生渗漏：
如果：        不发生渗漏    （2分）
如果：        发生渗漏      （2分）
计算得：                       （2分）
（1）修建水库前：    
    不存在渗漏问题                    （2分）
（2）修建水库后：   
     故产生渗漏                       （2分）  
其渗漏量为
        (3分)
Q=       (2分)

2.在某平原地区由于地下水埋藏较浅，致使大片农田盐渍化，为了促使耕地种植条件好转，计划设计两条平行的渠道进行稳定排水，已知条件如图所示。试求：
（1）排水渠的间距；

（2）排水渠道一侧的单宽流量。（10分）
 （1）                  （2分）

∴                 (3分)
（2）                                
∴    地下水对两河的补给量相同        （2分）
         (3分)
五 论述题（共15分）
1．简述根据非稳定流抽水试验资料，用配线法求参数的主要步骤。（5分）
（1）绘制W（u)-1/u标准曲线；（1分）
（2）绘制S~t实侧资料关系曲线；（1分）
（3）拟合；（1分）
（4）选配合点；（1分）
（5）求参数（公式略）。（1分）
2. 某区地下水运动服从如下微分方程（其中b为隔水底板高程），请按下图所示的边界条件建立该定解问题的数学模型。（条件不足可自己设定补充）。（10分）

       （2分）
                  （2分）
                  （2分）
                      （2分）  
                      （2分）
试卷二
一 判断题（每题1分，共20分）
1.给水度值的大小只与水位变动带的岩性有关。 （ × ）
2.贮水系数的大小与含水层和水的弹性性质有关。 （ √ ）
3.水力坡度值的大小与方向无关。 （ × ）
4.地下水运动是一维的、二维的还是三维的与所选取的坐标系有关。 （ √ ）
5.渗透系数大的含水层，其出水能力亦大。 （ × ）
6.导水系数在三维条件下是无意义的。 （ √ ）
7.黄土属于均质各向同性含水层。 （ × ）
8.各向同性介质中，无论均质还是非均质流线和等水头线都处处正（ √ ）
9.在有垂直入渗的稳定流动中，潜水浸润曲线是随时间变化的。 （ × ）
10.贯穿整个含水层的水井均称为完整井。 （ × ）
11.水平等厚的承压完整井流，等水头面是一系列同心圆柱面。 （ √ ）
12．当河间地块两侧河水位一致时，河间地块的透水性是渐变的，则潜水分水岭的位置偏向渗透系数大的一侧。 （ × ）
13．假如要修建一个水库，从考虑渗漏这个角度看，水库应修在降雨量小的地方。 （ × ）
14．Dupuit公式的假设条件之一是抽水前地下水是不流动的。（ √ ）
15．由于没有考虑水跃现象，按Dupuit公式算出的浸润曲线和流量都是不准确的 。（× ）
16．稳定井流中，只要给定边界水头和井中的水头，抽水井附近的水头分布就确定了。（ √ ）
17．越流系统的稳定井流，主含水层的贮水系数越大，降深就越 （ × ）
18．对干扰井群，当流量不变时，干扰井的降深比它单独工作是的降深要小。（ × ）
19．当涌水量Q为定值时，Theis公式中的时间与降深成正比。（√ ）
20．满足Theis条件的井流，每个断面的水头速度的变化规律是先由小变大，后又由大变小，最后等速。（ √ ）
二 简答题（每题6分，共30分）
1.达西定律适用于层流范围是否正确？为什么？（6分）
 不正确。由J－v的经验关系曲线表明，当v很小时，v与J呈线性关系，此时Re＜1～10，地下水的运动符合达西定律；（2分）当v增大，v与J的关系曲线不符合达西定律，但此时地下水运动仍为层流运动。（2分）
 2．如图所示的水文地质条件，已知水流为稳定的二维流，问断面1和2哪个水力坡度大？说明理由并示意画出水头线。（6分）

由达西定律，   
    K1J1=K2J2   K1＜K2   J1>J2             （2分）
3. 如图所示水文地质模型，河渠基本平行，潜水流可视为一维流，地下水做稳定运动，请写出上述问题的数学模型。（6分）

4. Dupuit公式的假设条件有哪些？（6分）
①含水层均质同性，产状水平，无限延伸；  
②天然水力坡度为零，为稳定流；         
③服从达西定律；④影响半径处有定水头补给；⑤二维流。      
5、潜水流中的滞后现象是由于渗透系数值变小而引起的吗？为什么？（6分）
不正确。因为潜水含水层被疏干时，大部分水是在重力作用下排出的——即重力疏干，重力疏干不能瞬时完成，而是逐渐被排放出来，即出现滞后现象。（2分）渗透系数只影响给水度的大小，而不会影响滞后现象的发生。（2分）
 三 作图题（每题5分，共10分）
（1）请试绘出双层地基中的流网图，已知k1<k2

四 计算题（共25分）
1、在下图中，已知Ａ河常年水位保持在14.5m，Ｂ河常年水位保持在21.6m，两河之间距离为80m。Ｃ区是典型的冲积层二元结构，其下部为河床相沉积，物质较粗大，渗透系数Ｋ1＝35m/d，上部为河漫滩相沉积，物质较细小，渗透系数K2=25m/d。设隔水底板近似为水平，不考虑C区降水补给及潜水蒸发，求Ａ、Ｂ河之间地下水流的单宽流量q。（将分界面作为基准面）（10分）

2. 在厚度为30m的均质承压含水层中有一抽水井和两观测井，抽水井的半径为0.1m,观测井1、2至抽水井的距离分别为30m和90m。在井中进行了抽水试验，抽水井出水量为2500m3/日，当抽水稳定时，观测井1的降深为0.14m,观测井2的降深为0.08m,求抽水井降深为1.5m时的出水量(如图)。（15分）

 利用观测孔1                  ①         （4分）
利用观测孔2                  ②       （4分）
由 ① 、②得            米                        （1分）
代入①式得            米/日                          （2分）
由得                           （2分）
由题意当=1.5米时               （2分）
五 论述题（共15分）
1.试自行证明，由两层组成的层状岩层，Kp>Kv 。（6分）
只要证明KP-KV>0    即可                                （1分）
                     （1分）
＝         （1分）
＝                                    （1分）
＝                                （1分）
 2. 简述有均匀入渗时，河间地块均质潜水含水层中地下水分岭的存在与移动规律及其影响因素。（9分）
1)分水岭若存在，则    由此得     
移动规律：由上式时，则，分水岭位于河渠中央；（1分）
时，则，分水岭靠近左河；                   （1分）
时，则，分水岭靠近右河。                    （1分）
3)影响因素：分水岭的存在有移动规律与关。      （3分）