《水文地质学基础》课程授课教案（讲稿）第四章 地下水运动的基本规律 §3 流网

课程名称：水文地质学基础第5讲次第四章地下水运动的基本规律授课题目(章、节)33流网本讲目的及重点：[目的要求]：通过本讲学习，使学生认识什么是流网、流网的特征、流网的绘制及流网的应用。【重点]：流网的概念，流网的特征、流网的绘制及流网的应用[难点]：流网的绘制、应用流网读取水文地质信息备注内容【本讲内容的引入]：流网是人为绘制刻画地下水运动及其边界条件的图形，是进行水文地质分析的有效工具。本讲从流网的特征、流网的特征、流网的应用来讲述流网“第四章地下水运动的基本规律$3流网”[本讲内容]33流网渗流场内的水头及流向是空间的连续，因此可作出一系列水头值不同的等水头线（面）和一系列流线（面），由一系列等水头线（面）与流线（面）所组成的网格称为流网。流线：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与此线相切。(1)流线不同于迹线。迹线：渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。为瞬时摄影与单个水质点录像之间的关系。稳定流情况下流线与迹线重合。(2)因为一个液体质点在某一时刻只能有一个流向，所以流线是彼此不相交的光滑曲线。(3)流线总是由源指向汇，因此，可以根据补给区（源）和排泄区（汇）可以判断流线的趋向。(4)流线本身不应有水流通过，为“零通量”。(5)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：渗流场中水头值相等的点所构成的面叫等水头面。若相邻两根等水头线的水头差相等，则流网图上等水头线的疏密变化，反映水力梯度的大小。一、均质各向同性介质中的稳定流网

课程名称:水文地质学基础 第 5 讲次 授课题目(章、节) 第四章 地下水运动的基本规律 §3 流网 本讲目的及重点： [目的要求]： 通过本讲学习，使学生认识什么是流网、流网的特征、流网的绘制及流网的应用。 [重点]： 流网的概念，流网的特征、流网的绘制及流网的应用 [难点]：流网的绘制、应用流网读取水文地质信息 内 容 备 注 [本讲内容的引入]：流网是人为绘制刻画地下水运动及其边界条件的图形，是进行水文地 质分析的有效工具。本讲从流网的特征、流网的特征、流网的应用来讲述流网“第四章 地 下水运动的基本规律 §3 流网” [本讲内容] §3 流网 渗流场内的水头及流向是空间的连续，因此可作出一系列水头值不同的等水头线（面） 和一系列流线（面），由一系列等水头线（面）与流线（面）所组成的网格称为流网。 流线：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与此线相切。 （1） 流线不同于迹线。迹线：渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹。 为瞬时摄影与单个水质点录像之间的关系。稳定流情况下流线与迹线重 合。 （2） 因为一个液体质点在某一时刻只能有一个流向，所以流线是彼此不相交的 光滑曲线。 （3） 流线总是由源指向汇，因此，可以根据补给区（源）和排泄区（汇）可以 判断流线的趋向。 （4） 流线本身不应有水流通过，为“零通量”。 （5） 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：渗流场中水头值相等的点所构成的面叫等水头面。若相邻两根等水头线的 水头差相等，则流网图上等水头线的疏密变化，反映水力梯度的大小。 一、均质各向同性介质中的稳定流网

均质各向同性介质中，地下水必定沿着水头变化最大方向，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，几种流网：流网的绘制：（1)根据边界条件绘制容易确定的等水头线或流线边界条件定水头边界：地表水体断面可看作等水头线（流线与等水头线正交，等水头面与过水断面（一致）隔水边界：流线平行隔水边界地下水面边界：当无入渗补给及蒸发排泄，有侧向补给，作稳定流时，为一条流线，当有入渗补给，它既不是流线，也不是等水头线。（2）由补给区与排汇区的位置判断流线的趋向。渗流场中有一个以上补给或排泄点时，确定分流线（虚拟的隔水边界）。（3）根据流线与等水头线正交法则，在已知流线与等水头线间插补其余部分。（4）以一定的钻孔数据为依据。河间地块流网图：（1）流向的变化(2）水位变化（水头变化）（3）地下径流程度（强、弱）纵横向变化（4）地下水的水质，矿化度。渗流场内的流网分布，形象地刻画了渗流的特征，同时也反映着形成此种渗流特征的水文地质背景。因此，正确地绘制渗流区的流网对分析该地区的水文地质条件、了解地下水运动规律、进行水文地质计算都具有理要意义。二、层状非均质介质中的稳定流网层状非均质是指介质场内各岩层内部渗透性均为各向同性的，但不同层介质的渗透性不同设有两岩层渗透系数分别为K,与K2,K2=3K则图4-5第三种情况：流线与岩层界线角度斜交，当流线通过具有不同渗透系数的两层边界时,必然像

均质各向同性介质中，地下水必定沿着水头变化最大方向，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。 几种流网: 流网的绘制： (1)根据边界条件绘制容易确定的等水头线或流线. 边界条件: 定水头边界：地表水体断面可看作等水头线（流线与等水头线正交，等水头面与过水断面 一致） 隔水边界：流线平行隔水边界 地下水面边界：当无入渗补给及蒸发排泄，有侧向补给，作稳定流时，为一条流线，当有 入渗补给，它既不是流线，也不是等水头线。 （2）由补给区与排汇区的位置判断流线的趋向。 渗流场中有一个以上补给或排泄点时，确定分流线（虚拟的隔水边界）。 （3）根据流线与等水头线正交法则，在已知流线与等水头线间插补其余部分。 （4）以一定的钻孔数据为依据。 河间地块流网图： （1） 流向的变化 （2） 水位变化（水头变化） （3） 地下径流程度（强、弱）纵横向变化 （4） 地下水的水质，矿化度。 渗流场内的流网分布，形象地刻画了渗流的特征，同时也反映着形成此种渗流特征的 水文地质背景。因此，正确地绘制渗流区的流网对分析该地区的水文地质条件、了解地下 水运动规律、进行水文地质计算都具有理要意义。 二、层状非均质介质中的稳定流网 层状非均质是指介质场内各岩层内部渗透性均为各向同性的,但不同层介质的渗透性 不同. 设有两岩层渗透系数分别为 K1 与 K2, K2=3K1 则图 4-5 第三种情况:流线与岩层界线角度斜交,当流线通过具有不同渗透系数的两层边界时,必然像

光线通过一种介质进入另一种介质一样，发生折射，服从K, _ tane,K,tang,式中：,是流线在K,层中与层界法线间的夹角；,是流线在Kz层中与层界法线间的夹角。强透水层中流线接近于水平（接近于平行层面，而在弱透水层中流线接近于垂直层面），换句话说，流线趋向于在强透水层中走最长的途径，而在弱透水层中走最短的途径。当含水层中存在强渗透性透镜体时，流线将向其汇聚；存在弱渗透性透镜体时，流线将绕流。[课程小结】本讲讲述了认识什么是流网、流网的特征、流网的绘制，如何应用流网读取水文地质信息。【本讲作业及要求]（1）读河间地块流网图，分析在分水岭与河谷地段打井，井深与水位的关系，（1）请对以下陈述作出辨析：A，潜水面如果不是流线，则流线可能向下穿越潜水面，也可能向上穿越潜水面：B.地下水总是从高处往低处流；C.含水层孔隙度越大，则渗透系数越大；D.均质包气带中岩石的渗透系数随着岩石含水量的增加而增大，所以渗透系数是含水量的函数；E，当有入渗补给或蒸发排泄时，潜水面可以看作一个流面；(2）请思考一下穿越多个含水层且无衬砌的水井中井水位的含义。（3）画流网（包括流线和等水头线）

光线通过一种介质进入另一种介质一样,发生折射,服从: 2 1 2 1 tan tan   = K K 式中： 1 是流线在 K1 层中与层界法线间的夹角； 2 是流线在 K2 层中与层界法线间的夹 角。强透水层中流线接近于水平（接近于平行层面，而在弱透水层中流线接近于垂直层面）， 换句话说， 流线趋向于在强透水层中走最长的途径，而在弱透水层中走最短的途径。 当含水层中存在强渗透性透镜体时，流线将向其汇聚；存在弱渗透性透镜体时，流线 将绕流。 [课程小结] 本讲讲述了认识什么是流网、流网的特征、流网的绘制，如何应用流网读取水 文地质信息。 [本讲作业及要求] （1） 读河间地块流网图，分析在分水岭与河谷地段打井，井深与水位的关系。 (1) 请对以下陈述作出辨析： A. 潜水面如果不是流线，则流线可能向下穿越潜水面，也可能向上穿越潜水面； B. 地下水总是从高处往低处流； C. 含水层孔隙度越大，则渗透系数越大； D. 均质包气带中岩石的渗透系数随着岩石含水量的增加而增大，所以渗透系数是含 水量的函数； E. 当有入渗补给或蒸发排泄时，潜水面可以看作一个流面； (2) 请思考一下穿越多个含水层且无衬砌的水井中井水位的含义。 (3) 画流网（包括流线和等水头线）

（4）以下图（a）、（b）、（c）所示为三个含水层剖面示意图，假定地下水为稳定运动，试绘出各自的地下水位（水头）曲线示意图。.h...:·H1-K=常数.H2-..-.:..:-.T777777(a)H1-ZzH2LTT77TT7TTT7TT7K1>K2(b)Hiz-zH2K-常数27777777777TTTTTTTTTTT(c)（5）画出下面降雨入渗条件下河间地块剖面的流网（画出流线、等水头线，标出钻孔中的水位）

(4) 以下图（a）、（b）、（c）所示为三个含水层剖面示意图，假定地下水为稳定运动，试绘 出各自的地下水位（水头）曲线示意图。 （a） （b） （c） (5) 画出下面降雨入渗条件下河间地块剖面的流网（画出流线、等水头线，标出钻孔中的 水位）

)。（6）地表水（河、渠等）的横断面的湿周必定是一条（b.流线：a.等水头线；c.零通量线：d.最大通量线

(6) 地表水（河、渠等）的横断面的湿周必定是一条（ ）。 a.等水头线； b.流线； c.零通量线； d.最大通量线