地下水动力学
2011-12-04 22:01:46   来源：   点击：

地下水动力学的范围包括地下水流动的基本规律，不同水文地质、不同含水层情况下受人为或自然因素影响的地下水流动变化与现象，地下水流速与流向的时空变化计算方法与理论发展，水文地质参数定义与地下水流的关系，参数推估方法，是对地下水进行有关水量与水质评估和合理开发利用及保育之基础。

人类对地下水的开发利用可追溯到远古时代，但对地下水运动规律的科学认识是较晚的。1856年法国水力工程师达西（Herry Darcy）通过砂的渗透试验获得渗透流速与水力坡度之间的线性关系，称为达西定律，奠定地下水动力学的基础。1935年美国人泰斯（C. V. Theis）总结前人的研究，考虑受压含水层的弹性可压缩性，利用热传导方程的相似性导出了着名的非稳定井流公式。1970年代，有限差分法、有限元素法和边界元素法日益广泛地应用於水文地质计算。

地下水流过孔隙时，地下水与地质材料间会产生摩擦损失，地质材料对地下水流动的难易程度，可用水力传导系数K代表。K值愈高之地质材料，地下水较容易流动，反之则不易流动。通常粒径愈大、粒径分布愈均匀的地质材料其K值愈大。黏土的粒径极细，故K值非常小，地下水几乎无法在其中流动。K值受地质材料的特性如：粒径大小及其分布、颗粒形状及其排列、压密程度，及流经其间流体的比重及黏滞度影响。故同一流体流经不同地质材料会产生不同的K值变化。反之，不同流体流经相同的地质材料亦会有不同的K值。在天然情况下，任何含水层是由不同K值的地质材料组成，故含水层的K值随地质材料的空间改变，呈现特有的空间变异性质，称为含水层的异质性。含水层的异质性强烈影响地下水的流速及流向；如何量测和决定含水层的异质性是地下水动力学的一项重点。若假设K值没有空间变化，则含水层仅由单一地质材料组成。这种假设称为均质性，是一种理想状况。有些地质材料的K值会随地下水流方向改变，称为地质材料的异向性。若K值不随地下水流方向改变，则称地质材料具有等向性。

地下水动力学问题的研究是建立在水文地质条件基础之上，与地质学有密切联系。地下水是水圈的组成部分，并参与整个水文循环，水文因素是地下水运动关键要素。台湾地区已建立地下水观测网及相关水文地质资讯，使地下水动力学从理论模式发展进入实务应用，以科技管理地下水资源，订定前瞻性的地下水政策。

中文关键字： 达西定律 , 水力传导系数 , 异质性 , 异向性

英文关键字Darcy's law , hydraulic conductivity , anisotropy , heterogeneity

参考资料

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