Jökull


Jökull - 01.12.1977, Blaðsíða 86

Jökull - 01.12.1977, Blaðsíða 86
Unconfined Aquifer Flow with a Linearized Free Surface Condition GUNNAR BODVARSSON SCHOOL OF OCEANOGRAPHY AND DEPARTMENT OF MATHEMATICS OREGON STATE UNIVERSITY, CORVALLIS, OREGON 97331 ABSTRACT Applying standard linearization to the free surface boundary condition for a fluid flowing under gravity through a homogeneous isotropic Darcy type porous solid, a number of useful solulions for the free surface elevation can be obtained. Flows without and with simple sources are discussed below. INTRODUCTION The theory of Darcy type fluid flow in un- confined homogeneous aquifers is of consider- able importance in the modeling of many hydrological and geothermal systems. Although the inherently non-linear free-surface condition presents some mathematical problems, these can often be overcome in many practical situations. In particular, in the case of slow small surface amplitude flow, we are able to linearize the free-surface condition and depend entirely on elementary potential theory to solve the flow problems. Many flow models with relatively deep sources can be treated adequately by such methods. This is of particular importance in the case of geothermal systems where the pro- duction boreltoles are quite deep and therefore cause only a relatively minor perturbation of tlie free water surface. The present paper dis- cusses a class of such flow problems wliere a linearization of the surface condition can be applied. BASIC EQUATIONS Consider a half-space of an incompressible homogeneous ancl isotropic porous medium of 84 JÖKULL 27. ÁR area porosity cþ permeated by a liomogeneous incompressible gravitating fluid F of clensity p. Let the equilibrium static free surface of the fluid be represented by tlie horizontal plane 2- In the state of motion the free fluid surface is deformetl to the non-stationary surface fi. We place a coordinate system with the origin on 2 and the z-axis vertically down. Let P = (x,y,z) be the general field point, S = (x,y) be points on 2 al|d t be the time. We assume that the flow of the fluid through the porous medium is governed by Darcy’s law, q = -C(Vp-pg) (1) where q (P,t) = (u,v,w) (P,t) is the mass flow vector, C is the fluid conducticity, p (P,t) is the total fluid pressure and g the acceleration of gravity. It is customary to express C = k/v where k is the pormeability of the medium and v is the kinematic viscosity of the fluid. Since the fluid is homogeneous incompressible V • q = f (2) where f (P,t) is the source density. Assuming p = ph + p where ph is the hydrostatic pressure and p (P,t) the flow pressure, we obtain on the basis of (1) and (2) —V2p = f/C, P in F. (3) The pressure p is thus a harmonic function of P in F. The free surface fi is characterized by a con- stant external pressure which can be assumed to be zero. A linearization of the free-surface condition can be carried out as follows. We assume that fi is quasi-horizontal, that is, de- viates from 2 by a vertical amplitude h (S,t)
Blaðsíða 1
Blaðsíða 2
Blaðsíða 3
Blaðsíða 4
Blaðsíða 5
Blaðsíða 6
Blaðsíða 7
Blaðsíða 8
Blaðsíða 9
Blaðsíða 10
Blaðsíða 11
Blaðsíða 12
Blaðsíða 13
Blaðsíða 14
Blaðsíða 15
Blaðsíða 16
Blaðsíða 17
Blaðsíða 18
Blaðsíða 19
Blaðsíða 20
Blaðsíða 21
Blaðsíða 22
Blaðsíða 23
Blaðsíða 24
Blaðsíða 25
Blaðsíða 26
Blaðsíða 27
Blaðsíða 28
Blaðsíða 29
Blaðsíða 30
Blaðsíða 31
Blaðsíða 32
Blaðsíða 33
Blaðsíða 34
Blaðsíða 35
Blaðsíða 36
Blaðsíða 37
Blaðsíða 38
Blaðsíða 39
Blaðsíða 40
Blaðsíða 41
Blaðsíða 42
Blaðsíða 43
Blaðsíða 44
Blaðsíða 45
Blaðsíða 46
Blaðsíða 47
Blaðsíða 48
Blaðsíða 49
Blaðsíða 50
Blaðsíða 51
Blaðsíða 52
Blaðsíða 53
Blaðsíða 54
Blaðsíða 55
Blaðsíða 56
Blaðsíða 57
Blaðsíða 58
Blaðsíða 59
Blaðsíða 60
Blaðsíða 61
Blaðsíða 62
Blaðsíða 63
Blaðsíða 64
Blaðsíða 65
Blaðsíða 66
Blaðsíða 67
Blaðsíða 68
Blaðsíða 69
Blaðsíða 70
Blaðsíða 71
Blaðsíða 72
Blaðsíða 73
Blaðsíða 74
Blaðsíða 75
Blaðsíða 76
Blaðsíða 77
Blaðsíða 78
Blaðsíða 79
Blaðsíða 80
Blaðsíða 81
Blaðsíða 82
Blaðsíða 83
Blaðsíða 84
Blaðsíða 85
Blaðsíða 86
Blaðsíða 87
Blaðsíða 88
Blaðsíða 89
Blaðsíða 90
Blaðsíða 91
Blaðsíða 92
Blaðsíða 93
Blaðsíða 94
Blaðsíða 95
Blaðsíða 96
Blaðsíða 97
Blaðsíða 98
Blaðsíða 99
Blaðsíða 100
Blaðsíða 101
Blaðsíða 102
Blaðsíða 103
Blaðsíða 104
Blaðsíða 105
Blaðsíða 106
Blaðsíða 107
Blaðsíða 108
Blaðsíða 109
Blaðsíða 110
Blaðsíða 111
Blaðsíða 112
Blaðsíða 113
Blaðsíða 114
Blaðsíða 115
Blaðsíða 116

x

Jökull

Beinir tenglar

Ef þú vilt tengja á þennan titil, vinsamlegast notaðu þessa tengla:

Tengja á þennan titil: Jökull
https://timarit.is/publication/1155

Tengja á þetta tölublað:

Tengja á þessa síðu:

Tengja á þessa grein:

Vinsamlegast ekki tengja beint á myndir eða PDF skjöl á Tímarit.is þar sem slíkar slóðir geta breyst án fyrirvara. Notið slóðirnar hér fyrir ofan til að tengja á vefinn.