地下水动力学方法简介

地下水动力学方法是研究地下水在岩石孔隙、裂隙和溶洞中运动规律的方法，始于19世纪中叶。1856年法国达西(N.Darcy)在总结前人实践基础上，通过试验提出水在孔隙介质中渗透的线性渗透定律，即达西定律。稍后杜普特(J.Dupuit)以达西定律为基础，研究了单向和平面径向运动，奠定了地下水稳定流基础。20世纪中期相继提出和建立了地下水非稳定流理论，使本法进入新的发展阶段。它是以数学、物理学、水利学为基础，应用数值计算、模拟试验等一系列手段实验的，将为地下水定量评价和合理开发利用提供科学依据。

地下水是在天然地质体中运动的，因此研究时必须充分考虑当地的地质、水文地质条件，作出正确的抽象和简化，据此建立适当的数学模型。这种模型既要反映天然环境主要特点，又要考虑计算的需要和可能。随着电子计算机的出现和广泛应用，60年代中期以来，数值计算方法在水文地质计算中得到推广，它的迅速发展和应用，不仅可以解决生产实践中提出的许多复杂问题，而且必将推动地下水动力学方法向新的高度发展。 2100433B

地下水动力学中主要运用解析法、物理模拟法与数值模拟法来进行问题的研究。

地下水动力学解析法

解析法是指用解析方法求解由地下水动力学问题转化成的数学表达式或方程（包括常、偏微分方程等）。这种方法较为清晰明了，实施起来较为简便，但解析法只能解决简单的渗流问题（受到方程解析法求解的限制），较为复杂的地下水动力学问题必须采用后两种方法解决。

地下水动力学物理模拟法

对于实际的、较为复杂的地下水动力学问题，可采用物理模拟法研究。物理模拟法是指用相似模型再现地下水流动动态和过程的试验方法，它不仅能够模拟解析法难以求解的复杂问题，而且在检验基本理论和需要观察流动过程中可能出现的一些物理现象（如管涌现象与弥散现象）时，更离不开物理模拟法。但由于物理模拟法所固有的一些局限性，目前解决实际的水文地质问题中，物理模拟法已经基本被数值模拟法所取代。

地下水动力学数值模拟法

对于一个描述实际地下水系统的数学模型来说，一般其解析解是难以被找到的。数值法是指用数值方法求得解析法一般不能或不易求解的方程的解，这种求解方法一般需要借助于计算机，求得的是精度可变的近似解。

解地下水问题的数值方法有很多种，但最通用的方法为有限差分法（FDM）与有限元法（FEM）。

本书按《地下水动力学》教学内容的要求，以章节为单位，提供了多种类型的思考练习题，内容涉及地下水动力学的基本概念、基本原理及其应用。

地下水动力学问题的研究是建立在水文地质条件基础之上，所以它与地质学的有关学科有密切联系。地下水是水圈的组成部分，又参与整个水文循环。水文因素在地下水运动中起积极主导作用，故离不开气候学、水文学的有关知识。研究地下水运动需要应用水力学、流体力学的一些概念和方法。数学是量化和优化的手段。水量与水质的定量评价还涉及物理、化学领域中许多知识。

地下水动力学对于裂隙水、岩溶水的研究较晚。污染物和温度在地下水中运移的机制和计算方法的研究，已引起广泛的重视，将成为地下水动力学的新的课题。非饱和带中土壤水的运动规律、粘性土中的结合水运动规律，可望在研究过程中得到新的发展。