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第1章 引论 1

1.1含水层、地下水与储油层 1

1.1.1定义 1

1.1.2垂直剖面上的水分分布 1

校译者的话 3

1.1.3含水层的分类 3

目录 3

1.1.4含水层的性质 5

1.1.5储油层 6

序言 9

1.2多孔介质 9

1.3.1分子水平与微观水平 11

1.3多孔介质的连续介质方法 11

1.3.2孔隙率与表征性体积单元 13

1.3.3面孔隙率与线孔隙率 15

1.3.4速度与比流量 16

1.3.5小结 18

第2章流体的性质 20

与多孔骨架的性质 20

2.1流体的密度 20

2.1.1定义 20

2.1.2流体混合物 22

2.1.3密度的测量方法 22

2.2.1定义 23

2.2流体的粘度 23

2.2.2非牛顿流体 24

2.2.3单位 24

2.2.4压力和温度的影响 25

2.2.5粘度的测量方法 25

2.3流体的压缩系数 26

2.4多孔介质的统计描述方法 27

2.4.1粒径分布 27

2.4.2孔径分布 29

2.4.3其它统计描述方法 30

2.5.1孔隙率与有效孔隙率 31

2.5孔隙率 31

2.5.2孔隙率、结构和排列 32

2.5.3孔隙率的测量方法 34

2.6 比面 36

2.6.1定义 36

2.6.2比面的测量方法 37

2.7骨架与介质的可压缩性 37

第3章压力与测压水头 42

3.1一点处的应力 42

3.2流体静压力的分布 45

3.3测压水头 45

速度与通量 47

4.1流体连续介质中的质点、 47

4.1.1质点和速度的定义 47

流体输运的基本方程 47

第4章 多孔介质中 47

4.1.2扩散速度与扩散通量 49

4.1.3 Euler观点与 51

Lagrange观点 51

4.1.4实质导数 52

4.2普遍的守恒原理 54

4.3流体连续介质的质量、 57

动量和能量守恒方程 57

4.3.1一种组分的质量守恒方程 57

4.3.2流体体系的质量守恒 58

动量守恒 59

4.3.4流体体系的线性 59

4.3.3 a组分的线性动量守恒 59

4.4本构假设与耦合过程 61

4.4.1一般考虑 61

4.4.2建立本构方程应 63

采用的若干原理 63

4.4.3耦合过程 63

4.5多孔介质模型 67

4.5.1理想模型法 67

4.5.2一种研究流体通过多孔 69

介质流动的模型 69

4.5.3参考标架 70

4.5.4一种平均化方法 71

4.6.1体积守恒方程 74

4.6体积和质量守恒方程 74

质量守恒方程 75

4.6.2溶液中一种组分的 75

4.6.3质量守恒方程 77

4.7运动方程 79

4.8弯曲率和渗透率 81

4.8.1弯曲率和渗透率 81

之间的关系 81

4.8.2弯曲率和其它输运系数 85

4.8.3采油工程学中的地层 86

因数和电阻率指数 86

第5章 均质流体的运动方程 91

5.1 Darcy实验定律 91

5.2.1各向同性介质 93

5.2 Darcy定律的推广 93

5.2.2各向异性介质 94

5.3偏离Darcy定律的情形 95

5.3.1 上限 95

5.3.2下限 97

5.3.3滑流现象 98

5.4有旋运动与无旋运动 98

5.4.1势和伪势 98

5.4.2无旋流动 99

5.5各向同性介质的水力传导系数 101

5.5.1水力传导系数与渗透率 101

5.5.2单位与例子 103

5.6.1主方向 104

5.6各向异性介质的渗透率 104

5.6.2方向渗透率 109

5.7水力传导系数的测量方法 113

5.7.1概述 113

5.7.2定水头渗透仪 114

5.7.3降水头渗透仪 114

5.7.4各向异性介质水力传导 115

系数的测量方法 115

5.8层状多孔介质 116

5.8.1垂直和平行介质层面的 116

流动 116

力传导系数 118

5.8.2任意定向流动的等效水 118

5.8.3作为等效各向异性介质 120

的层状介质 120

5.8.4 Girinskii势 121

5.9可压缩流体 122

5.10 Darcy定律的推导 124

5.10.1毛细管模型 125

5.10.2隙缝模型 127

5.10.3水力半径模型 128

5.10.4流动阻力模型 129

5.10.5统计模型 132

5.10.6 平均Navier-Stokes 134

方程的方法 134

5.10.7 Ferrandon模型 136

5.11.1现象 137

5.11.2紊流、惯性力和分离现象 137

5.11大雷诺数时的流动 137

5.11.3非线性运动方程的若干 140

例子 140

5.12渗透力与渗透应力 142

5.12.1力 142

5.12.2管涌与流砂 144

6.1控制体 151

6.2不变形多孔介质中的质量守恒 151

6.2.1基本的连续性方程 151

和守恒方程 151

第6章 均质流体的连续性方程 151

6.2.2不可压缩流体的连续性 154

方程 154

6.2.3可压缩流体的连续性方程 155

6.3可压密介质中的质量守恒 157

6.3.1只有垂向可压密的情形 158

6.3.2推广到三相和三维的压密 163

问题 163

6.3.3含水层的气压效率 166

6.4承压含水层和越流含水层中流 167

动的连续性方程 167

6.4.1水平流动近似 167

6.4.2承压含水层中的流动 168

6.4.3越流含水层中的流动 169

均化 172

6.4.4在垂线上精确方程的平 172

6.4.5 Boltzmann变换 174

6.5流函数 177

6.5.1迹线、流线、纹线和锋面 177

6.5.2二维流动的流函数 178

6.5.3三维流动的流函数 180

6.5.4关于Lagrange和Stokes 182

流函数的偏微分方程 182

6.5.5势函数与流函数之间的 184

关系 184

6.5.6解？-ψ平面上的问题 187

6.6.1 ？-ψ流网 188

6.6流网和地下水等水头线图 188

6.6.2地下水等水头线图 190

6.7以ψ为因变量表示的非均质不 191

可压缩流体流动的偏微分方程 191

6.7.1二维流动 191

6.7.2轴对称流动 194

第7章 解初值与边值问题 197

7.1初始条件和边界条件 197

7.1.1给定势的边界 199

7.1.2给定通量的边界 200

7.1.3没有渗入补给的稳定自由 201

面（或潜水面） 201

自由面（或潜水面） 203

7.1.4没有渗入补给的非稳定 203

7.1.5有渗入补给的稳定自由面 204

（或潜水面） 204

7.1.6有渗入补给的非稳定自由 205

面（或潜水面） 205

7.1.7饱和带（或毛细管带）的 206

边界 206

7.1.8渗出面 206

7.1.9毛细管暴露面 208

7.1.10渗透性不连续的边界 209

7.2适定问题 213

边界条件 213

7.1.12借助压力或密度表示的 213

点注记 213

7.1.11关于各向异性介质的一 213

7.3在速端平面上边界的表示 214

7.3.1速端平面 215

7.3.2速端平面上的边界 217

7.3.3边界速端曲线表示的例子 221

7.3.4不同类型边界的相交 224

7.4各向同性介质中流动问题的解 228

和各向异性介质中流动问题的 228

解之间的关系 228

7.4.1流动方程 229

关系 230

7.4.2两种系统中参数之间的 230

7.4.3例子 234

7.5叠加与Duhamel原理 236

7.5.1叠加 236

7.5.2边界条件不依赖于时间的 237

非稳定流动 237

7.5.3边界条件依赖于时间的非 238

稳定流动 238

7.6一维问题的直接积分法 239

7.6.1一维连续性方程的解法 239

7.6.2湿润面的推进 240

7.7.1原理 241

7.7镜像法 241

7.7.2例子 243

7.8基于函数论的方法 247

7.8.1复变数与解析函数 248

7.8.2复势与复比流量 250

7.8.3源和汇 252

7.8.4保角映射 255

7.8.5 Schwarz-Christoffel 262

变换 262

7.8.6？平面上的虚拟流动 266

7.9数值法 266

7.9.1有限差分法 267

7.9.2有限单元法 273

7.9.3松弛法 274

7.9.4 Schmidt图解法 275

7.10用图解法绘制流网 277

第8章无压流动与Dupuit近似 283

8.1 Dupuit近似 283

8.1.1 Dupuit假定 283

8.1.2 Dupuit假设用于均质介 286

质中水力稳定流动的例子 286

8.1.3水平层状含水层中的无压 289

流动 289

8.1.4直立层状含水层中的无压 291

流动 291

流动 292

8.1.5二维非均质介质中的无压 292

8.2基于Dupuit近似的连续性 293

方程 293

8.2.1连续性方程 293

8.2.2边界条件与初始条件 296

8.2.3 Forchheimer方程的 297

若干解 297

8.2.4 Boussinesq方程的若 299

干解 299

8.3速端曲线法 304

8.3.1函数ω和？ 304

8.3.2速端曲线法 305

8.3.3无渗出面的例子 307

8.3.4 Hamel映射函数 313

8.3.5 Zhukovski映射函数及 317

其它映射函数 317

8.3.6速端平面图解法 319

8.4线性化方法与所得到的解 321

8.4.1 Boussinesq方程的第一 321

种线性化方法 321

8.4.2 Boussinesq方程的第二 328

种线性化方法 328

种线性化方法 330

8.4.4逐次稳态法 330

8.4.3 Boussinesq方程的第三 330

8.4.5小扰动法 332

8.4.6薄层流动近似 340

第9章 不溶混流体的流动 346

9.1引言 346

9.1.1两种流体流动的类型 346

9.1.2突变界面近似 346

9.1.3出现多种流体同时流动的 347

场合 347

9.2界面张力和毛细压力 347

9.2.1饱和度与流体的含量 347

9.2.2界面张力和湿润性 348

9.2.3毛细压力 350

9.2.4排泄和吸吮 354

9.2.5突变介质中饱和度的间断 355

9.2.6毛细压力的实验室测定法 356

9.3两种不溶混流体同时流动 359

9.3.1基本运动方程 359

9.3.2相对渗透率 360

9.3.3多相流动的质量守恒 366

9.3.4多相流动问题的陈述 366

9.3.5 Buckley-Leverett方程 368

9.3.6液体与气体同时流动 371

9.3.7相对渗透率的实验室测 372

定法 372

9.4非饱和流动 373

9.4.1毛细压力和持水曲线 374

9.4.2毛细管带 377

9.4.3野外容水率和给水度 379

9.4.4运动方程 381

9.4.5非饱和土的相对渗透率 384

9.4.6连续性方程 387

9.4.7解法与实例 393

9.4.8关于入渗和水分再分配 400

的补充说明 400

9.4.9非饱和流动中气体运动 402

简述 402

9.5具有突变界面的不溶混驱替 405

9.5.1突变界面近似 405

测压水头和动力平衡条件 406

9.5.2界面处于静止状态下的 406

9.5.3沿界面的边界条件 409

9.5.4水平面上的界面移动 411

9.5.5垂直平面上的界面移动 417

9.5.6数值法和图解法 419

9.5.7基于线性化的近似解法 421

9.5.8界面的稳定性 425

9.6确定稳定界面的速端曲线法 428

9.6.1边界条件 428

9.6.2速端平面上边界的表示 429

9.6.3例子 430

9.7.1现象 437

9.7滨海含水层中的界面 437

9.7.2 Ghyben-Herzberg近 438

似法 438

9.7.3用Dupuit-Ghyben- 439

Herzberg近似法确定 439

静止界面的形状 439

9.7.4移动界面的近似解法 441

9.7.5升锥界面 446

9.7.6在厚含水层中非稳定界 450

面的Dupuit-Ghyben- 450

Herzberg近似 450

第10章流体动力弥散 454

10.1流体动力弥散的定义 454

10.3.1毛细管模型和网格模型 456

评述 456

10.2弥散现象的发生 456

10.3对某些流体动力弥散理论的 456

10.3.2统计模型 460

10.3.3空间平均 474

10.4弥散参数 475

10.4.1机械弥散系数和流体动 475

力弥散系数 475

10.4.2介质的弥散度 479

10.4.3弥散度与渗透率的关系 483

10.5控制方程和边界条件 484

10.5.1在笛卡尔座标系中的偏 484

微分方程 484

分方程 486

10.5.2在曲线座标系中的偏微 486

10.5.3初始条件和边界条件 488

10.5.4解边值问题 490

10.5.5无量纲变数的使用 491

10.6几个已求得解的问题 492

10.6.1一维流动 492

10.6.2平面上的均匀流动 497

10.6.3平面径向流动 499

10.7热量和物质的输运 505

10.7.1多孔介质中热量输运的 505

方式 505

量和物质输运的方程 506

10.7.2描述流体连续介质中热 506

物质输运的方程 507

10.7.3描述多孔介质中热量和 507

10.7.4关于几个热量和物质输 510

运系数的注释 510

10.7.5宏观的热量输运方程和 512

物质输运方程的简化 512

10.7.6对流和不稳定性 514

10.7.7相似性 519

第11章 模型和模拟 522

11.1概述 522

原则和方法 524

11.2.1两种系统 524

11.2确定模型和模拟比例的 524

11.2.2几何相似 525

11.2.3运动相似 525

11.2.4动力相似 526

11.2.5量纲分析 527

11.2.6检验分析 528

11.2.7改进的检验分析 530

11.3砂槽模型 532

11.3.1概述 532

11.3.2比例 534

11.4粘性流动模拟 540

11.4.1概述 540

装置的描述 541

11.4.2垂直Hele-Shaw模拟 541

11.4.3建立模拟装置和原型之 543

间的相似性 543

11.4.4垂直模拟装置的比例 545

11.4.5垂直模拟装置应用介绍 548

11.4.6液体 549

11.4.7水平Hele-Shaw模拟装 549

置的描述和比例 549

11.4.8无限大水平含水层的模拟 551

11.5 电模拟 552

11.5.1电解槽模拟和导电纸模 552

拟的描述 552

11.5.2电解槽模拟装置的比例 556

11.5.3用于稳定流动的电阻网 558

络模拟 558

11.5.4用于非稳定流动的电阻－ 562

电容网络模拟 562

11.5.5离子运动模拟 565

11.6薄膜模拟 567

11.7小结 568

习题答案 571

文献目录 575

索引 599

英汉对照部分 599

汉英对照部分 610