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地下水盐运动

2020-04-09 21:01

地下水和含盐溶质在土壤孔隙、岩石裂隙以及喀斯特岩层中流动的规律。

地下水在孔隙或裂隙中的运动称为渗流。它在一定条件下符合线性渗流定律(即达西定律):

式中,v为地下水渗流速度;k为渗透系数;J为水力坡降(即单位距离的水位差)。

在多孔介质中的地下水流,当雷诺数大于10时,其水流状态为非线性层流。水流随着雷诺数的增大而逐渐过渡到紊流状态区,运动不再符合达西定律。在紊流运动条件下,地下水的渗流服从谢才公式:

式中,C为谢才系数;R为水力半径。

在自然条件(降雨、蒸发等)和人为因素(如灌溉、排水和修建水工建筑物等)影响下,地下水形成水力坡降而产生运动。

地下水含水层中盐分运动即溶质运移,主要通过扩散(水动力弥散)和对流两种途径。由于溶质的分子扩散和弥散作用,可用菲克定律表示,即通过单位断面面积的溶质通量与溶质浓度的梯度成正比。在均质各向同性条件下,可写成如下关系式:

式中,J1为由于水动力弥散作用而产生的溶质通量;dc/ds为溶质浓度梯度;D为弥散系数。

由于对流而产生的溶质通量,即随同地下水运动而产生的溶质通量为

式中,J2为由于对流作用而产生的溶质通量;μ0为含水层的有效孔隙率;v为地下水的孔隙平均流速;c为溶质在地下水中的浓度。

地下水中的盐分是随水流而运移的,水动力弥散和对流两种作用往往同时存在,但在某些情况下可能以某一作用为主,而另一种作用则处于次要地位。在已知地下水流各项要素和水盐运动基本参数的情况下,可通过式(3)、式(4)求得盐分的运移通量。

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