Гидродинамическая структура потока

Понятия о структуре и мерности потока. Структура потока графически представляется гидродинамической сеткой и характери­зуется пространственным положением и направлением вектора ско­рости фильтрации, который проводится к типовым точкам, располо­женным на участках с разной формой линий токов.

По структуре, т. е. положению вектора скорости фильтрации в пространстве, потоки разделяют на: линейные (вектор параллелен линии), плоские (лежит в плоскости) и пространственные (вектор не параллелен никакой плоскости). Плоские потоки подразделяют на плановые (в горизонтальной плоскости) и плоско-вертикальные, или профильные (в вертикальном сечении). Мерность потока опре­деляется числом проекций вектора скорости фильтрации в выбранной системе координат. По мерности выделяют одномерные, двухмерные и трехмерные потоки. В качестве примера одномерного потока с ли­нейной структурой в декартовой системе координат можно привести плоско-параллельный поток напорных вод к реке при совершенном вскрытии ею водоносного горизонта. В грунтовых водах аналогичный поток не является строго одномерным, так как поверхности равных напоров не вертикальны, и вследствие этого го­ризонтальная составляющая вектора изменяется по вертикали . При малых градиентах потока эти изменения невелики, ими пренебрегают и считают в каждом сечении потока, что:

Условие выше известно как предпосылка Дюпюи, который в конце XIX в. впервые обосновал и использовал это условие при математи­ческой постановке задач о расходе потока грунтовых вод на горизон­тальном водоупоре и водопритоке к одиночной совершенной сква­жине. В последнем случае поток обладает в плане радиальной симмет­рией, изменение скорости фильтрации определяется только длиной радиуса-вектора г, совпадающего с радиусами-линиями токов, поэ­тому поток в радиальной системе координат обладает одномерной структурой. В декартовой системе этот поток имеет двухмерную структуру в плане. Если одиночная скважина вскрывает фильтром не всю мощность водоносного пласта (несовершенная сква­жина), то в зоне ее действия формируется поток в декартовой системе координат с пространственной трехмерной структурой; в цилиндри­ческой системе структура будет более простой — двухмерной, плоско­вертикальной; в сферической системе поток имеет еще более простую структуру — одномерную.