在巖土空隙中運(yùn)動(dòng)的地下水叫做滲流。在物理、化學(xué)和材料科學(xué)中，滲流指的是液體通過(guò)多孔材料時(shí)的運(yùn)動(dòng)和過(guò)濾行為。
背景
滲流理論在水利、土建、給水排水、環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)、石油、化工等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在過(guò)去數(shù)十年中，對(duì)滲流現(xiàn)象進(jìn)行的數(shù)學(xué)研究，給包括物理學(xué)、材料科學(xué)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、流行病學(xué)中的多個(gè)課題提供了新的理解和技術(shù)工具。例如，在地質(zhì)學(xué)中，滲流指的是水通過(guò)土壤和可滲透性巖石的過(guò)濾行為，通過(guò)水的流動(dòng)，含水層中的地下水得到補(bǔ)給。在計(jì)劃建設(shè)需要大量水資源的滲流域或化糞池排水域時(shí)，有必要事先進(jìn)行滲透測(cè)試，以確定事先規(guī)劃的結(jié)構(gòu)是否可行。滲流通常呈現(xiàn)出普遍性，因此，統(tǒng)計(jì)力學(xué)中的概念，如標(biāo)度理論、重整化、相變、臨界現(xiàn)象、和分形可以被用來(lái)描述滲流的性質(zhì)。組合數(shù)學(xué)是用來(lái)研究滲透閾值的常用手段。由于通過(guò)分析模型來(lái)求解滲流非常復(fù)雜，人們一般借助于數(shù)值計(jì)算。目前速度最快的滲流算法是2000年由馬克·紐曼(Mark Newman)和羅伯特·齊夫(Robert Ziff)提出。
解釋
液體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)。天然多孔介質(zhì)包括土體和巖層等多孔性和裂隙性介質(zhì)。水利工程中有很多方面涉及滲流。例如水工建筑物的透水地基中以及與建筑物連接的巖層或土體中的繞滲及滲流、擋水土壩中的滲流、灌溉抽水或施工排水時(shí)在地層中引起的滲流等。主要研究的滲流問(wèn)題是：滲流區(qū)域內(nèi)的水頭或地下水位的分布、滲流量的確定、滲流作用于建筑物基底上的力、滲流速度分布及其引起的土體結(jié)構(gòu)變形等。
由于作為滲流通道的孔隙尺寸微小但數(shù)量眾多，且表面積很大，所以滲流阻力較大，滲流流動(dòng)速度較慢，因而慣性力和動(dòng)能往往可以不計(jì)。
定律
滲流的基本定律是1856年法國(guó)工程師H.-P.-G.達(dá)西由實(shí)驗(yàn)總結(jié)而得的達(dá)西定律，即：v=Q/A=kJ式中v為斷面平均流速；u為點(diǎn)流速；Q為滲透流量；A為斷面面積;k為土體滲透系數(shù)，與土體及水的性質(zhì)有關(guān),J為水力坡降。公式表明滲流水力坡度與流速的一次方成比例，所以達(dá)西定律又稱(chēng)為線(xiàn)性滲流定律。達(dá)西定律成立的條件是：土體BOBBIN不變形，流態(tài)為不可壓縮牛頓流體的層流滲流。
滲流問(wèn)題的解法有：解析法(包括直接求解導(dǎo)數(shù)方程組、平面問(wèn)題的復(fù)變函數(shù)解及一維漸變滲流的分析法)、數(shù)值法(有限差分法、有限單元法、邊界元法等)、圖解法(流網(wǎng)法)及實(shí)驗(yàn)法（包括砂模型及各種比擬模型──電比擬、熱比擬等）。
滲流也可呈紊流流態(tài)，可用滲流雷諾數(shù)來(lái)判別。式中v為滲流斷面平均流速；d為土體顆粒的有效粒徑;ν為液體運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。達(dá)西定律適用的層流滲流的雷諾數(shù)上限值變化范圍約為?1～10。大于此上限的稱(chēng)為非線(xiàn)性滲流，其水力坡度與流速的關(guān)系可一般地表示為J=αu+βu2。式中α、β為待定系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定；u為滲流流速。
滲流模型
滲流是水在土壤孔隙中的運(yùn)動(dòng)，而土壤孔隙的形狀、大小和分布是極為復(fù)雜的，因此滲流水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡也是很不規(guī)則的，具有隨機(jī)性質(zhì)。但在實(shí)際工程上。并不需要了解具體孔隙中的滲流情況，而是采用某種統(tǒng)計(jì)平均值來(lái)描述滲流，即用簡(jiǎn)化了的滲流模型來(lái)代替實(shí)際的滲流。為研究方便，對(duì)實(shí)際的滲流提出兩點(diǎn)簡(jiǎn)化。其一，不考慮滲流路徑的曲折迂回，只考慮它的主要流向；其二，略去滲流區(qū)的土壤顆粒，認(rèn)為滲流充滿(mǎn)全部的流動(dòng)空問(wèn)(包括土壤顆粒和孔隙)。但實(shí)際滲流中土壤顆粒與水之間的相互作用在滲流模型中仍然存在。為了使假想的滲流模型在水力特性方面和實(shí)際滲流相一致，它必須滿(mǎn)足下列條件：①對(duì)于同一過(guò)水?dāng)嗝妫瑵B流模型所通過(guò)的流量等于實(shí)際滲流所通過(guò)的流量；②滲流模型和實(shí)際滲流在同一流程內(nèi)的水頭損失相等。這樣，滲流模型就可以完全模擬真實(shí)滲流。
由于采用了滲流模型，滲流被看作是在包括土壤BOBBIN和孔隙在內(nèi)的全部空間的連續(xù)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，因此滲流的運(yùn)動(dòng)要素將作為全部空間的連續(xù)函數(shù)來(lái)研究。這樣，就像研究液流運(yùn)動(dòng)一樣，可以采用有關(guān)連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具來(lái)研究滲流。
滲流隨液流運(yùn)動(dòng)一樣，可分為恒定滲流和非恒定滲流、均勻滲流和非均勻滲流、漸變滲流和非漸變滲流、無(wú)壓滲流和有壓滲流，按空間看分為一元滲流、二元滲流和三元滲流。
工程應(yīng)用
地下水和地表水都是人類(lèi)重要水資源。新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)華北地區(qū)和西北開(kāi)鑿了數(shù)以計(jì)的灌溉井、工業(yè)及民用井，都是典型的滲流應(yīng)用實(shí)例。
滲流理論除了應(yīng)用于水利、化工、地質(zhì)、采掘等生產(chǎn)建設(shè)部門(mén)外，在土木工程方面的應(yīng)用可列舉如下幾種：
(1)在給水方面，有井和集水廊道等集水建筑物的設(shè)計(jì)計(jì)算問(wèn)題。
(2)在排灌工程方面，有地下水位的變動(dòng)、渠道的滲漏損失以及壩體和渠道邊坡的穩(wěn)定等方面的問(wèn)題。
(3)在水工建筑物，特別是高壩的修建方面，有壩身的穩(wěn)定、壩身及壩下的滲透損失等方面的問(wèn)題。
(4)在建筑施工方面，需確定周堰或基坑的排水量和水位降落等方面的問(wèn)題。
參考資料 >