流網

流網，在平面圖或剖面圖上由反映地下水在滲流場中運動方向、流速等要素的兩組互相正交的流線和等勢線所組成的網；或指在平面流動中，當流體質點沒有角速度的情況下，流線族與等勢線族結構成正交的網格。運用流網可以計算流速分佈，並從而計算壓力分佈和流量。流網是研究二維平面滲流問題的最有用且全面的圖案；有了流網，整個場問題就得到解決。它是由滲流場中流線和等水頭線交織而成的網絡圖，直觀地概括了滲流場中的水利要素和特徵，從流網中可獲取有關評估滲流場特性及工程滲流控制設計所需的水頭、水力坡降、滲流速度、滲透壓力及通過每一子區域或過流斷面上的滲流量等，也可根據流網的變化特徵、 流線以及等水頭線的變化形態，來了解和判斷滲透水的滲徑、歷程 、 場中各子域間的水量互補關係、子域的相對透水性和相對潛在的可能滲透變形區等 ^[1]  。

流網由滲流場中流線和等水頭線交織而成的網絡圖。流網的繪製方法大致有三種：一種是解析法，即用解析的方法求出流速勢函數及流函數，再令其函數等於一系列的常數，就可以描繪出一簇流線和等勢線 ^[2]  。第二種方法是實驗法，常用的有水電比擬法。此方法利用水流與電流在數學上和物理上的相似性，通過測繪相似幾何邊界電場中的等電位線，獲取滲流的等勢線與流線，再根據流網性質補繪出流網。第三種方法是近似作圖法也稱手描法，系根據流網性質和確定的邊界條件，用作圖方法逐步近似畫出流線和等勢線。在上述方法中，解析法雖然嚴密，但數學上求解還存在較大困難。實驗方法在操作上比較複雜，不易在工程中推廣應用。常用的方法還是近似作圖法。

近似作圖法的步驟大致為：先按流動趨勢畫出流線，然後根據流網正交性畫出等勢線，形成流網。如發現所畫的流網不成曲邊正方形時，需反覆修改等勢線和流線直至滿足要求。流網繪製實例如圖為一帶板樁的溢流壩，其流網可按如下步驟繪出：

1）首先將建築物及土層剖面按一定的比例繪出，並根據滲流區的邊界，確定邊界線及邊界等勢線。如圖《溢流壩的滲流流網》中的上游透水邊界AB是一條等勢線，其上各點水頭高度均為h1，下游透水邊界也是一等勢線，其上各點水頭高度均為h2。壩基的地下輪廊線B—1—2—3—4—5—6—7—8—C為一條流線，滲流區邊界EF為另一條邊界流線。

2）根據流網特性，初步繪出流網形態。

可先按上下邊界流線形態大致描繪幾條流線，描繪時注意中間流線的形狀由壩基輪廊線形狀逐步變為不透水層面EF相接近。中間流線數量越多，流網越準確，但繪製與修改工作量也越大，中間流線的數量應視工程的重要性而定，一般中間流線可繪3～4條。流線繪好後，根據曲邊正方形網格要求，描繪等勢線。繪製時應注意等勢線與上、下邊界流線應保持垂直，並且等勢線與流線都應是光滑的曲線。3）逐步修改流網。

初繪的流網，可以加繪網格的對角線來檢驗其正確性。如果每一網格的對角線都正交，且成正方形，則流網是正確的，否則應作進一步修改。但是，由於邊界通常是不規則的，在形狀突變處，很難保證網格為正方形，有時甚至成為三角形或五角形。對此應從整個流網來分析，只要絕大多數網格滿足流網特徵，個別網格不符合要求，對計算結果影響不大。流網的修改過程是一項細緻的工作，常常是改變一個網格便帶來整個流網圖的變化。因此只有通過反覆的實踐演練，才能做到快速正確地繪製流網。

滲流是指流體在多孔或裂隙介質中的流動。對水利水電工程，主要研究水在壩體、壩基和兩岸的流動。滲流可造成水量損失；在土壩內形成浸潤區;對混凝土閘、壩形成揚壓力;還可能造成壩體和壩基的滲透破壞，引起兩岸和下游地區的浸沒，影響工程安全和正常運行。主要研究內容有：工程地區的水文地質條件(見水文地質)、滲透性、滲流場分析、滲透變形、滲流控制和滲流監測。水在不同土的孔隙中流動時受到不同阻力，或者説土的透水能力不同，這就是土的滲透特性。1855年H.P.G.達西(H.P.G.Darcy)首先進行了均勻砂的滲透試驗，發現滲透速度v和水力比降i之間的線性關係v=ki，稱為達西定律，i為水頭h與滲徑長度L的比值，比例常數k即滲透係數。達西定律適用於滲流的層流狀態。試驗和研究表明，除碎石、卵石等粗粒材料外，絕大多數土料在工程實用範圍內可認為滿足達西定律。滲透係數k的值可通過現場和室內試驗測定。裂隙巖體的滲透性較複雜，根據裂隙分佈規律和野外試驗結果，在滲流場分析時可從宏觀上視為各向同性或各向異性介質。