Jökull


Jökull - 01.12.1977, Síða 86

Jökull - 01.12.1977, Síða 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)
Síða 1
Síða 2
Síða 3
Síða 4
Síða 5
Síða 6
Síða 7
Síða 8
Síða 9
Síða 10
Síða 11
Síða 12
Síða 13
Síða 14
Síða 15
Síða 16
Síða 17
Síða 18
Síða 19
Síða 20
Síða 21
Síða 22
Síða 23
Síða 24
Síða 25
Síða 26
Síða 27
Síða 28
Síða 29
Síða 30
Síða 31
Síða 32
Síða 33
Síða 34
Síða 35
Síða 36
Síða 37
Síða 38
Síða 39
Síða 40
Síða 41
Síða 42
Síða 43
Síða 44
Síða 45
Síða 46
Síða 47
Síða 48
Síða 49
Síða 50
Síða 51
Síða 52
Síða 53
Síða 54
Síða 55
Síða 56
Síða 57
Síða 58
Síða 59
Síða 60
Síða 61
Síða 62
Síða 63
Síða 64
Síða 65
Síða 66
Síða 67
Síða 68
Síða 69
Síða 70
Síða 71
Síða 72
Síða 73
Síða 74
Síða 75
Síða 76
Síða 77
Síða 78
Síða 79
Síða 80
Síða 81
Síða 82
Síða 83
Síða 84
Síða 85
Síða 86
Síða 87
Síða 88
Síða 89
Síða 90
Síða 91
Síða 92
Síða 93
Síða 94
Síða 95
Síða 96
Síða 97
Síða 98
Síða 99
Síða 100
Síða 101
Síða 102
Síða 103
Síða 104
Síða 105
Síða 106
Síða 107
Síða 108
Síða 109
Síða 110
Síða 111
Síða 112
Síða 113
Síða 114
Síða 115
Síða 116

x

Jökull

Beinleiðis leinki

Hvis du vil linke til denne avis/magasin, skal du bruge disse links:

Link til denne avis/magasin: Jökull
https://timarit.is/publication/1155

Link til dette eksemplar:

Link til denne side:

Link til denne artikel:

Venligst ikke link direkte til billeder eller PDfs på Timarit.is, da sådanne webadresser kan ændres uden advarsel. Brug venligst de angivne webadresser for at linke til sitet.