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渗流速度（流体通过岩层横截面积的速度）

次浏览 | 更新时间：2023-05-19

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渗流速度

流体通过岩层横截面积的速度

多孔介质中，流体通过整个岩层横截面积的流动速度叫做渗流速度；或渗流速度代表单位横截面积通过的比流量。渗流速度等于连续流体真实速度与孔隙度的乘积。由于流体在多孔介质中的流动非常复杂，细致地研究流体在其中的流动是非常复杂、非常困难的，因此当前普遍的研究方法都是假想流体充满整个多孔介质的空间，包括固体骨架所占据的空间，通过定义渗透率、孔隙率来表达其与真正纯流体特征的区别。这时，这种假想的流体通过整个过流截面的流速就被称为渗流速度。

基本信息

外文名	seepage velocity

基本介绍

渗流是指流体在多孔介质（如岩层）中的流动。由于组成多孔介质的裂缝和孔隙的微观结构极其复杂而又很不规则，通常在研究渗流问题时只是从宏观上采用统计学方法，即主要研究渗流截面（与流体流动方向垂直的地层截面）上流体流动的平均流速和压力，而不是研究个别裂缝和孔隙中流动的情况。

渗流速度是渗流流量与过水断面面积的比值。计算时，把在岩土空隙中运动的真实水流假想为充满整个渗流区（包括空隙和岩土颗粒）的连续稳定和均匀的水流。它的流量与通过同一断面空隙的真实水流的流量相等，它在断面上的水头和阻力与真实水流的水头和阻力相等。可以通过以下公式计算：

渗流速度

式中：渗流截面积A包括孔隙面积和颗粒面积；Q为通过截面的体积流量。渗流速度V是一假想速度，它相当于地层内没有孔隙介质，流体充满整个地层周界流动时得到的速度。实际上，流体流动时仅通过截面A的孔隙部分φA（φ为孔隙度）。真实速度应为：

渗流速度

有关术语

渗透系数

渗透系数又称水力传导系数（hydraulic conductivity)。在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，表达式为：κ=kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度。在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示。渗透系数愈大，岩石透水性愈强。强透水的粗砂砾石层渗透系数>10米/昼夜；弱透水的亚砂土渗透系数为1～0.01米/昼夜；不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜。据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地。渗透系数K是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法，包括实验室测定法和现场测定法或经验估算法来确定k值。

水力坡度

水力坡度是指沿水流方向上单位渗透途径上的水头损失。地下水在运动过程中要克服摩擦阻力，不断消耗机械能，产生水头损失，沿流线方向水头损失最大，水头值下降最快，水头线永远是一条下降的曲线，水头线上某点的曲率，即为该点的水力梯度。或者说水力梯度就是沿地下水流方向上单位渗透途径上的水头损失。在土力学或水力学中，渗透系数、潜蚀破坏等都与水力梯度有着十分密切的关联。

渗流速度对多孔介质中悬浮颗粒影响

多孔介质中悬浮颗粒迁移特性的研究在地下污染物扩散、核废料处置、石油开采、地下水回灌和水工结构的内部侵蚀破坏等方面有很重要的研究意义。过去人们认为，在地下渗流环境中污染物只能通过液体和气体进行传输，近几十年的研究发现污染物也可吸附在细小颗粒上随水流进行流动。地下环境中大量赋存的黏土矿物、氧化物和腐殖质等细小颗粒（直径<1 μm）由于其特殊的性质（比表面积大、吸附特性强、对化学和物理环境敏感等）引起了学术界广泛的关注。细小颗粒对污染物有强烈的吸附作用，并且可以随水流进行流动，从而加速了污染物的扩散。渗流速度是影响悬浮颗粒迁移的重要因素，当渗流速度增大时，作用于悬浮颗粒的水动力随之增大，同时多孔介质中悬浮颗粒的沉积作用逐渐减少，从土柱底部流出的悬浮颗粒的数量增多，所以流出液中悬浮颗粒的浓度峰值逐渐增大。但是，在较大的渗流速度下，悬浮颗粒和孔隙碰撞的机会增多，与每次试验时的水流速度相比的悬浮颗粒相对速度逐渐减小，表现为较大的渗流速度下的悬浮颗粒的浓度峰值所对应的孔隙体积较大。在同一渗流速度下，随着悬浮颗粒中位粒径的增大，其对应的回收率随之减小，此时悬浮颗粒在多孔介质中的沉积量逐渐增多。其次，在同一粒径条件下，渗流速度越大，回收率越大，对应的沉积量越小。但是，渗流速度越小，回收率随颗粒粒径的变化范围越大。