地下水模拟

更新时间:2023-08-05 05:07

利用人工制作的与地下水现象存在相似性的模型,研究地下水实际运动(原型)的技术。

原理说明

利用地下水现象与某些物理现象之间的相似性,用人工制作的模型研究地下水实际运动(原型)的技术。虽然,在原型和模型中出现的可能是不同的两种物理现象,如水流和电流,但它们的运动规律有相似之处,可以用同一型式的数学方程式(变量含义不同的)来描述。只要建立了这两种现象各物理量之间的一一对应关系,如水头与电位,渗流量与电流密度等,按照原型的形状和边界条件来制作模型,就可根据给定的条件在模型中研究地下水的运动。地下水模拟主要应用于地下水资源评价,矿山疏干和含水层水文地质参数的确定,水工建筑物中的渗流计算,农田灌溉及排水中的地下水计算,井的水力学和河渠影响下地下水动态计算等。

模拟方法

地下水模拟的方法很多,主要有电模拟、粘滞流模拟和薄膜模拟等。

电模拟由导电元件(或导电材料)组成模型,用电场中的电流运动比拟渗流场中的水流运动,称为地下水的电模拟。1918年由苏联科学院院士H.H.帕夫洛夫斯基提出。电模拟又分以下两种。

连续介质模拟用导电液或导电纸为导电介质。用水或硫酸铜溶液水为导电介质的称为导电液模拟,用导电纸作为导电介质的称导电纸模拟。

在导电液模拟中,渗流场中地下水稳定流动时的水头和稳定电流场中的电位都可以用拉普拉斯方程

用橡皮膜的位置模拟地下水水头,用张力模拟导水系数。

根据渗流区域的形状、边界条件,用选定的比例尺装设模型,用千分表或其他方法测定橡皮膜的挠度,换算后即得自由地下水面。橡皮膜模拟仅能求解已知水头边界的稳定地下水渗流问题,它对求解井群抽水或注水问题是方便的(图4)。

参考书目

毛昶熙著:《电模拟试验与渗流研究》,水利出版社,北京,1981。

J.V.Schilfgaarde,ed.,Drainage for Agriculture,American Society of Agronomy,Madison,Wiscosin,1974.

J.贝尔著,李竞生、陈崇希译:《多孔介质流体动力学》,中国建筑工业出版社,北京,1983。(J.Bear,Dynamics of Fluids in Porous Media,American Elsevier,New York,1972.)

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