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单词 地下水动力学
释义

【地下水动力学】
 

拼译:dynamics of groundwater
 

是研究地下水在多孔介质和裂隙介质中运动的学科,它是水文地质学的一个分支。无论是地下水供水、矿山排水、农田或建筑工地降低地下水位或者地下水污染预测都需要研究地下水的运动,因此地下水动力学这一学科,不仅有科学理论上的意义,还有重大的实用价值。

1856年,法国达西(H.P.G.Darcy)通过试验建立地下水运动的基本定律。1863年,法国裘布衣(J.J.Dupuit)根据实际的地下水面坡度很小的事实,提出了裘布衣假设,并导出地下水流向水井和渠道的计算公式。两人的工作奠定了地下水动力学的基础。1870年,德国蒂姆(A.Thiem)改进了裘布衣公式,并将它应用于抽水试验求渗透系数。1928年,美国迈因策尔(O.E.Meinzer)研究了承压含水层的可压缩性和弹性,为地下水非稳定流理论的建立准备了实践基础。1935年,美国泰斯(C.V.Theis)利用地下水非稳定流动和热传导之间的相似性,导出了计算承压地下水非稳定流的公式,即著名的泰斯公式。1940年,美国雅可布(C.E.Jacob)用严格的数学方法推导了泰斯公式,并导出了越流含水层的非稳定流计算公式。英国布尔顿(N.S.Boulton,1954、1963)和美国纽曼(S.P.Neuman,1972、1975)分别导出了潜水非稳定流的计算公式,并利用这些公式确定含水层的参数。

1937年,美国马斯克特(M.Musket)出版了《均匀流体通过多孔介质的流动》一书,用数学方法系统地论述了地下水的运动。1935年,前苏联卡明斯基(Г.Н.Кaмeнский)出版了《地下水动力学原理》。这些著作的出版,确立了地下水动力学作为一门独立学科的地位。此后,系统论述地下水动力学的著作有:前苏联波卢巴里诺娃-柯琴娜(П.Я.Пoлyбаpиновa-Кοчинa)著的《地下水运动原理》(1952),以色列贝尔(J.Bear)的《多孔介质流体动力学》(1972)和《地下水水力学》(1979)等。

20世纪60年代以来,地下水动力学无论从研究内容和研究方法上都有较大的进展。不仅研究多孔介质中地下水的运动,也研究裂隙介质中地下水的运动。从60年代中期以后,美国斯诺(D.T.Snow)、前苏联罗姆(E.C.Pomm)和法国路易斯(C.Louis)先后应用张量方法提出了描述各向异性裂隙介质渗透性的数学模型。1976年,日本K.1wai用实验的方法研究了水通过单个裂隙运动的立方定律。1985年在美国的亚利桑那州的吐逊(Tucson,Arizona)召开了国际水文地质学家协会第17届大会,中心议题是低渗透性岩石的水文地质学,对于裂隙岩石中地下水的运动进行了系统的探讨。以前的研究多局限于饱和带的地下水的运动,近来也扩展到非饱和带地下水运动的研究。澳大利亚菲利浦(J.R.Philip)和美国雷姆森(I.Remson)等都做了不少研究工作。

当前,地下水动力学的研究已从研究地下水水头和水量扩展到研究地下水的水质。由于目前全世界对于环境问题的重视,地下水中污染物运移的研究已成为当前地下水动力学研究的热点。1989年在德国的斯图加特(Stuttgart)召开了“地下水中污染物运移”的国际会议,对这方面的研究作了广泛的交流。以色列贝尔(J.Bear)1984年和其合作者出版了《多孔介质中运移现象基础》,1990年出版了《多孔介质运移现象模拟导论》二本专著,对这一领域的研究作出了贡献。在研究方法方面,20世纪60年代以前广泛地应用解析解法。随着电子计算机技术的长足进步,当前广泛地应用数值模拟方法(Numerical modeling)。

【参考文献】:

1 Darcy H. Determinaton of the Laws of Water Through Sand. PariSiVictor Dalmont,1856,590~594

2 Meinzer 0 E. U S Geol Survey Water - Supply Paper 489, 1923,1~8

3 Theis C V. Am. Geophys. Union Trans,1935,16:519~524

4 Jacob C E. Am. Geophys. Union Trans, 1940,21:574 ~ 586

5 波卢巴里诺娃-柯琴娜П 只著.地下水运动原理.萧楠森,等.北京:地质出版社,1952.1~94

6 Bear J.Dynamics of Fluids in Porous Media.New York:American Elsevier,1972,1~728

7 薛禹群,朱学愚.地下水动力学.北京:地质出版社,1979,1~370

(南京大学博士生导师朱学愚教授撰)

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