地下水動力學(xué)方法

地下水動力學(xué)方法是研究地下水在巖石孔隙、裂隙和溶洞中運(yùn)動規(guī)律的方法，始于19世紀(jì)中葉。1856年法國達(dá)西(N.Darcy)在總結(jié)前人實(shí)踐基礎(chǔ)上，通過試驗(yàn)提出水在孔隙介質(zhì)中滲透的線性滲透定律，即達(dá)西定律。稍后杜普特(J.Dupuit)以達(dá)西定律為基礎(chǔ)，研究了單向和平面徑向運(yùn)動，奠定了地下水穩(wěn)定流基礎(chǔ)。20世紀(jì)中期相繼提出和建立了地下水非穩(wěn)定流理論，使本法進(jìn)入新的發(fā)展階段。它是以數(shù)學(xué)、物理學(xué)、水利學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)值計算、模擬試驗(yàn)等一系列手段實(shí)驗(yàn)的，將為地下水定量評價和合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

地下水是在天然地質(zhì)體中運(yùn)動的，因此研究時必須充分考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、水文地質(zhì)條件，作出正確的抽象和簡化，據(jù)此建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型。這種模型既要反映天然環(huán)境主要特點(diǎn)，又要考慮計算的需要和可能。隨著電子計算機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，60年代中期以來，數(shù)值計算方法在水文地質(zhì)計算中得到推廣，它的迅速發(fā)展和應(yīng)用，不僅可以解決生產(chǎn)實(shí)踐中提出的許多復(fù)雜問題，而且必將推動地下水動力學(xué)方法向新的高度發(fā)展。 2100433B

地下水動力學(xué)中主要運(yùn)用解析法、物理模擬法與數(shù)值模擬法來進(jìn)行問題的研究。

地下水動力學(xué)解析法

解析法是指用解析方法求解由地下水動力學(xué)問題轉(zhuǎn)化成的數(shù)學(xué)表達(dá)式或方程（包括常、偏微分方程等）。這種方法較為清晰明了，實(shí)施起來較為簡便，但解析法只能解決簡單的滲流問題（受到方程解析法求解的限制），較為復(fù)雜的地下水動力學(xué)問題必須采用后兩種方法解決。

地下水動力學(xué)物理模擬法

對于實(shí)際的、較為復(fù)雜的地下水動力學(xué)問題，可采用物理模擬法研究。物理模擬法是指用相似模型再現(xiàn)地下水流動動態(tài)和過程的試驗(yàn)方法，它不僅能夠模擬解析法難以求解的復(fù)雜問題，而且在檢驗(yàn)基本理論和需要觀察流動過程中可能出現(xiàn)的一些物理現(xiàn)象（如管涌現(xiàn)象與彌散現(xiàn)象）時，更離不開物理模擬法。但由于物理模擬法所固有的一些局限性，目前解決實(shí)際的水文地質(zhì)問題中，物理模擬法已經(jīng)基本被數(shù)值模擬法所取代。

地下水動力學(xué)數(shù)值模擬法

對于一個描述實(shí)際地下水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來說，一般其解析解是難以被找到的。數(shù)值法是指用數(shù)值方法求得解析法一般不能或不易求解的方程的解，這種求解方法一般需要借助于計算機(jī)，求得的是精度可變的近似解。

解地下水問題的數(shù)值方法有很多種，但最通用的方法為有限差分法（FDM）與有限元法（FEM）。

本書按《地下水動力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容的要求，以章節(jié)為單位，提供了多種類型的思考練習(xí)題，內(nèi)容涉及地下水動力學(xué)的基本概念、基本原理及其應(yīng)用。

地下水動力學(xué)問題的研究是建立在水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)之上，所以它與地質(zhì)學(xué)的有關(guān)學(xué)科有密切聯(lián)系。地下水是水圈的組成部分，又參與整個水文循環(huán)。水文因素在地下水運(yùn)動中起積極主導(dǎo)作用，故離不開氣候?qū)W、水文學(xué)的有關(guān)知識。研究地下水運(yùn)動需要應(yīng)用水力學(xué)、流體力學(xué)的一些概念和方法。數(shù)學(xué)是量化和優(yōu)化的手段。水量與水質(zhì)的定量評價還涉及物理、化學(xué)領(lǐng)域中許多知識。

地下水動力學(xué)對于裂隙水、巖溶水的研究較晚。污染物和溫度在地下水中運(yùn)移的機(jī)制和計算方法的研究，已引起廣泛的重視，將成為地下水動力學(xué)的新的課題。非飽和帶中土壤水的運(yùn)動規(guī)律、粘性土中的結(jié)合水運(yùn)動規(guī)律，可望在研究過程中得到新的發(fā)展。