地下水力学概论

第1章自然水循环与地下水系统1.1自然水循环1.2地下水的赋存特征1.2.1矿物水1.2.2孔隙水1.3地下水的分类与分区1.4地下水与工程第2章流体力学基础2.1应力分析——流体的压强与剪应力2.1.1流体的压强、压强水头和测压管水头2.1.2黏性流体的剪应力与动压强2.2运动分析——流体的速度、加速度和物质导数2.1.1拉格朗日法2.2.2欧拉法2.2.3速度分解定理2.2.4欧拉法质点加速度2.2.5物质导数2.3流体密度与状态方程2.4流体黏度、黏性定律和本构方程2.5流动的分类2.6守恒原理与雷诺运移定理2.7流体力学控制微分方程2.7.1质量守恒微分方程2.7.2动量守恒原理与流体运动微分方程2.8流体运动微分方程的伯努利积分2.8.1理想流体运动微分方程的伯努利积分2.8.2黏性流体元流的伯努利方程第3章孔隙流动3.1表征单元概念模型3.2岩土的孔隙度与压缩系数3.3孔隙水流动的状态变量3.3.1孔隙水的饱和度3.3.2孔隙水的流动速度3.3.3孔隙水的压强和水头3.4达西实验定律与达西方程3.4.1达西实验定律与分析3.4.2饱和孔隙水流动的达西方程3.4.3非饱和孔隙水流动的达西方程3.4.4非饱和孔隙水流动的水力特征函数和相对渗透率函数3.5孔隙水流动的控制微分方程与定解条件3.5.1饱和孔隙水流动的控制微分方程与储水率3.5.2非饱和孔隙水流动的控制微分方程与容水度3.5.3初始条件与边界条件第4章含水层流动4.1承压水层-完整井点流动4.2潜水层-井点流动4.2.1杜伊特假设与潜水井流的近似公式4.2.2潜水井流的纽曼模型与解析解4.3群井流与影像法4.3.1群井流4.3.2影像法4.4含水层组-井点流动4.4.1越流4.4.2弱透水层的流动特征4.4.3有越流的承压含水层-完整井点流动4.4.4含水层组-井点流动的控制微分方程组4.5水下地层（或高位潜水层）-隧洞排水流动4.5.1等水头隧洞边界4.5.2等水压隧洞边界4.5.3隧洞衬砌结构外水压强4.6非饱和带地表水入渗第5章裂隙流动5.1岩体裂隙的几何特征与渗流性质5.1.1单个裂隙的几何特征参数5.1.2岩体裂隙的网络特征参数与渗流性质5.2裂隙水流动的力学模型5.2.1光滑平行壁面裂隙水的饱和流动公式5.2.2平行粗糙壁面裂隙水的饱和流动公式5.2.3非饱和裂隙水的毛细缝模型5.3裂隙岩体地下水流动概念模型的分类5.3.1裂隙网络模型5.3.2连续介质模型5.4裂隙岩体地下水流动的等效连续体模型5.4.1饱和流动的等效连续体模型5.4.2非饱和流动的等效连续体模型5.5裂隙岩体地下水流动的双渗透率模型5.6裂隙岩体地下水流动的裂隙网络模型5.6.1确定裂隙网络模型5.6.2随机裂隙网络模型第6章传热6.1热力学基本概念6.1.1温度与热6.1.2显热6.1.3相变与潜热6.1.4焓6.1.5熵6.1.6热力学定律6.2流体传热的控制微分方程6.2.1拉格朗日法推导流体传热的控制微分方程6.2.2欧拉法推导流体传热的控制微分方程6.3地下水流动-传热机制6.4地下水流动-传热的控制微分方程与定解条件6.4.1控制微分方程6.4.2初始条件与边界条件6.4.3求解过程6.5单裂隙岩体地下水流动-传热的解析解6.5.1有填充单裂隙岩体地下水流动-传热6.5.2无填充单裂隙岩体地下水流动-传热6.6稀疏裂隙岩体地下水流动-传热的拉普拉斯变换-格林函数法半解析解6.6.1单裂隙岩体地下水流动-传热6.6.2分布热源作用下稀疏裂隙岩体地下水流动-传热6.7水-气两相流动与传热耦合的控制积分方程第7章溶质运移7.1地下水溶质运移的物理机制7.1.1流移7.1.2分子扩散7.1.3流散7.2地下水溶质运移的控制微分方程与定解条件7.2.1控制微分方程7.2.2初始条件与边界条件7.3岩土的溶质流散系数张量与流散率7.4化学反应对溶质运移的影响7.4.1影响方式7.4.2平衡态吸附/解吸附对溶质运移的影响7.4.3一阶化学反应——衰变对溶质运移的影响7.5孔隙水稳态均匀流动-溶质运移的解析解7.5.1一维稳态流动—弥散7.5.2稳态均匀流—二维弥散（瞬时面域溶质源）7.5.3稳态均匀流—三维弥散（瞬时体域溶质源）7.6裂隙水稳态均匀流动—溶质运移的解析解第8章数值解法8.1数值离散与数值解法要点8.2有限差分法8.2.1差分的定义8.2.2差分格式与计算稳定性8.2.3数值弥散8.3有限单元法8.3.1有限元方程的建立过程（伽辽金法）8.3.2饱和孔隙水流动的有限元方程8.3.3非饱和孔隙水流动的有限元方程8.3.4溶质运移的有限元方程8.3.5单元矩阵的计算方法8.4积分方程的有限差分法8.5边界单元法8.5.1边界单元法的特点与求解过程8.5.2瞬态问题的处理方法8.5.3均质各向异性问题的处理方法8.5.4非均质问题的处理方法第9章参数估计方法9.1岩土物理力学参数的分类9.2参量模型9.2.1参量模型的分类9.2.2随机场的定义9.2.3遍历型随机场9.2.4平稳型随机场9.3参数的平均值9.3.1参数平均值的类型与特点9.3.2复合地层的平均渗透系数9.4参数估计方法的分类9.5参数估计的逆分析法9.6参量估计的普通统计法9.6.1表征单元概率模型的普通统计法9.6.2随机场模型的普通统计法9.7参量估计的地质统计法9.7.1地质统计法——Kriging的一般格式9.7.2二阶平稳随机场的Kriging估计9.7.3本征随机场的Kriging估计9.7.4半变差函数的确定方法与基本特征9.7.5Kriging估计的特征第10章参数不确定性分析方法10.1参数的概率模型10.2随机微分方程模型与求解方法10.2.1谱方法求解10.2.2摄动法求解10.3可靠度模型10.4随机抽样法10.4.1参数模型与随机参数生成方法10.4.2蒙特卡罗法及其变种10.5近似极限状态法10.5.1一阶二次矩法10.5.2一阶可靠度法附录附录A张量与积分定理A.1指标符号约定与张量的定义A.2张量代数A.3张量的梯度、散度和旋度A.4各向同性张量A.5二阶对称张量的特征向量与特征值A.6积分定理——张量形式附录B向量恒等式与积分定理B.1向量恒等式B.2积分定理——向量形式附录C泰斯公式的推导附录D二维稳态流动的复变势函数理论与水下地层（或高位潜水层）——隧洞排水流动解析解的推导D.1二维稳态流动的复变势函数理论D.2水下地层（或高位潜水层）——隧洞排水流动解析解的推导附录E单裂隙岩体流动——传热解析解的推导附录F一维溶质运移方程——第一类溶质源边界条件问题解析解的推导附录G格林函数G.1基本概念G.2二维拉普拉斯算子的格林函数G.3三维拉普拉斯算子的格林函数G.4二维变型亥姆霍兹算子的格林函数G.5三维变型海姆霍兹算子的格林函数G.6扩散方程的格林函数参考书目

由于岩土介质和各种物理力学过程的复杂性，地下水流动、传热和溶质运移问题的不确定性是必然的。由于客观条件的制约，一般只能在模型参数估计的基础上构造概率模型，进行参数的不确定性分析。项彦勇所著的《地下水力学概论》旨在简明扼要地阐述地下水流动、传热和溶质运移的基本理论、数值解法、参数估计方法和参数不确定性分析方法。项彦勇所著的《地下水力学概论》简明扼要地阐述了地下水流动、传热和溶质运移的基本理论、数值解法、参数估计方法和参数不确定性分析方法。正文分10章，依次阐述了地下水系统与工程关系，流体力学理论基础，孔隙水流动理论，不同含水层系统地下水因外部作用而流动的一些理论模型和解析解，裂隙水流动理论，地下水流动-传热理论和一些解析解或半解析解，地下水溶质运移理论和一些解析解，数值解法要点及有限差分法、有限单元法、积分有限差分法和边界单元法理论，参量模型及参数估计的逆分析法、普通统计法和地质统计法，参数的概率模型及不确定性分析的随机微分方程模型、可靠度模型、随机抽样法和近似极限状态法。附录包含7个部分，分别阐述了张量与积分定理、矢量恒等式与积分定理、泰斯公式的3种推导过程、二维稳态流动的复变势函数理论与水下地层（或高位潜水层）——隧洞排水流动解析解的推导、单裂隙岩体流动——传热解析解的推导、一维溶质运移方程——常量与瞬态第一类溶质源边界条件问题解析解的推导和格林函数。《地下水力学概论》可以用作岩土工程、地质工程、环境工程、水文地质与地下水资源等学科的研究生教学参考书，也可以供相关领域的研究人员和工程技术人员参考。