当地下水流速很小时,流体分层流动、互不混合,称为层流;当逐渐增加流速,流体的流线开始出现波状的摆动,摆动的频率及振幅随流速的增加而增加,称为过渡流;当流速增加到很大时,流线不再清楚可辨,流场中有许多小漩涡,称为紊流。含水介质中地下水的运动也有层流和紊流两种状态(见图)。
孔隙介质中地下水的层流(a)和紊流(b)(箭头表示水流运动方向)
判别地下水流态的方法有多种,对于水在天然孔隙中的流动,常用雷诺数来判别,其表达式为:
式中为地下水的渗流速度;
为含水层颗粒的平均粒径;
为地下水的运动黏度(黏滞系数)。如果求得的雷诺数小于临界雷诺数,则地下水处于层流状态;若求得的雷诺数大于临界雷诺数则为紊流状态。
对于水在裂隙中的流动,应根据水力坡度判别流动状态。天然孔隙含水层中地下水流的雷诺数和裂隙中地下水流的水力坡度,远小于临界雷诺数和临界水力坡度。因此,天然地下水多处于层流状态。导水断裂带、岩溶管道、地下水河等中流速较大的地下水流可能处于紊流状态。