冲洪积平原渗流和管流耦合的辐射井结构

利用新疆阿克苏台兰河流域冲洪积平原区非稳定流抽水试验资料,以辐射井为研究对象,结合辐射管内的水头损失及流态,建立粗颗粒潜水含水层渗流和水平管流耦合的地下水流数值模型。利用数值模型,分析在粗颗粒含水层中辐射管不同根数、不同长度、等效渗透系数、辐射井的井径以及不同含水层的渗透系数、不同降深对辐射井出水量的影响,并且根据各参数的相互关系,提出冲洪积平原辐射井的出水量的经验公式。为优化设计辐射井结构及辐射井布置提供依据,对台兰河地下水库的建设及后期运行管理提供了技术支撑。     

深基坑降水疏干过程中三维渗流场数值模拟研究

运用潜水、承压水渗流理论和有限差分法,以及干湿单元、预处理共扼梯度算法,以上海环球金融中心塔楼深基坑降水为依托工程,对深基坑降水的三维非稳定渗流场的计算建模和降水疏干过程进行了数值模拟研究。利用5口井和8口井的群井抽水试验资料,对模型主要参数进行了校正及后继检验计算。在上述基础上对中心基坑水位降至-22m时井的布置方案进行了优化设计,同时分析了深基坑内外渗流场的变化,为深基坑降水设计和施工提供了依据。     

地下工程渗流场有限元模拟研究

在水电、石油、交通等部门的地下工程中,经常会遇到地下水的渗流问题,如果处理不当,可能诱发应力恶化而影响结构稳定。本文以非饱和介质的渗流模型为基础,实现了地下洞室开挖过程中的非稳定渗流场解析。
按分期施工方案,在保持渗流场变化连续性的前提下,对各施工阶段进行了准稳定渗流分析,并在此基础上建立了地下工程非稳定渗流数值模型。其中,对于洞室系统,基于水量平衡原理,采用了子结构模型;对于防渗帷幕,采用了隔水层模型;对于排水井列,采用了杆单元模型。
根据上述模型,采用有限差分法作为数值模拟方法,编写了地下工程非稳定渗流场分析的有限元程序,实现了复杂渗流区域的渗流场的动态模拟。工程实例计算分析表明,用该模型计算的结果是合理的。      

水位骤降条件下有密集排水孔大坝三维渗流场数值模拟研究

对于坝坡布置密集排水孔的工程渗流问题,水位骤降条件下密集排水孔排水效果及坝体和坝基内三维渗流场分布是工程设计人员关心的重要问题。针对坝坡布置排水孔的渗流行为,提出了密集排水孔在水位骤降下渗流状态改变的处理方法。并详细论述了改进的截止负压法求解饱和-非饱和渗流场、排水子结构法和排水孔开关器等精细模拟排水孔的关键技术。工程实例表明,采用该方法可以有效地解决水位骤降下上游坝坡布置密集排水孔三维渗流场的精细数值模拟问题。     

台兰河河床渗漏能力实验研究

地下水人工补给技术是地下水库建设的关键技术问题之一。采用流速仪法和堰板法对台兰河现有河床渗漏能力进行实验研究,两种方法得到的结果很接近,实验研究结果表明：台兰河实验河段河床渗漏能力为0．243 m/d。此结果为台兰河地下水库人工补给方案比选提供重要依据,采用台兰河现代河床对台兰河地下水库进行人工补给是可行的。     

深基坑降水三维变参数非稳定渗流与地面沉降耦合模型

为了精确模拟预测松散沉积层中深基坑降水引起的地下水渗流场和地面沉降的变化特征,考虑土体孔隙度、渗透系数、储水率随地下水位下降发生的动态变化,建立了深基坑降水三维变参数非稳定渗流与太沙基一维固结理论的地面沉降耦合模型,并采用有限元数值分析方法对模型进行求解。以南京地铁三号线浦珠路站深基坑降水为例进行模拟计算。结果表明：采用15口坑内抽水井,抽水井过滤器埋深为22.0～37.0 m,基坑围护连续墙底部埋深至41.5 m为最优降水方案;不仅使基坑内地下水位满足开挖要求,又使基坑外地面沉降在控制范围内。经验证,所建立的模型合理,计算结果可靠,研究理论用于模拟预测此类地区深基坑降水引起的地下水流场变化具有较高的可信度。     

非饱和-非稳定渗流条件下的边坡临界滑动场

受季节性降雨或水库运行的影响,岸坡外水位及坡内孔隙水压力场的变化较大,不利于岸坡的稳定性。在水位变化过程中,利用非饱和-非稳定渗流有限元计算得到孔隙水压力场,基于非饱和土的渗流和抗剪强度理论,对水位变化过程中的边坡临界滑动场法进行改进,提出可考虑水位变化与岸坡非饱和-非稳定渗流过程的边坡临界滑动场数值模拟方法。将改进后的水位变化过程中的边坡临界滑动场法分别应用于黏土、粉土岸坡在水位升降过程中的稳定性分析,研究了水位升降速率及基质吸力对岸坡稳定性的影响,并揭示了边坡在水位变化过程中的稳定性变化历程。研究表明,该方法计算结果合理、可靠,更适用于涉水边坡的稳定性计算,且岸坡稳定性变化历程受水位升降速率、基质吸力等多种因素共同影响,只有在考虑非稳定渗流的基础上同时考虑基质吸力的作用才能正确得出水位变化过程中岸坡稳定性变化规律和实质。     

地下水库反滤回灌井渗流移位规律数值模拟分析探究

以地下水库反滤回灌井为研究对象,利用ADINA水工数理计算系统,以有限元数理模拟计算的方式,对地下水库反滤回灌井渗流移位规律开展专题计算分析,结果可知:在回灌过程中,地下水含水层系统中,水位与回灌量呈显著线性关系。在抽水井附近区域,地面降沉最为显著,表现出明显的曲线分布状态。通过采用在抽水井附近搭建回灌井,可避免地下水头持续降低,形成平衡渗流场,控制地面沉降影响范围。该计算分析形式和规律揭示成果可为同类水工计算和工程应用提供研究和技术参考。     

基于非饱和土固结理论的有限元强度折减法

库水位下降使库岸坡体内产生饱和－非饱和非稳定渗流,非稳定渗流作用是边坡失稳的重要原因之一。为了分析非稳定渗流对边坡稳定性的影响,首先推导了固、液两相孔隙介质的固结方程,考虑了土体渗流与变形的耦合作用。在此基础上结合有限元强度折减法求解边坡稳定安全系数,将渗流、变形及稳定分析采用一套统一的有限元方法。并通过算例分析了库水位骤降情况下,坡体的渗透系数、水位降落比对稳定安全系数的影响,计算结果表明,所提的理论和方法是有效可行的,为饱和-非饱和非稳定渗流作用下边坡稳定问题的分析提供了实用工具。     

上海地区第三硬土层间粉土夹层抽水沉降效应分析

现场对上海第三硬土层间粉土夹层即第⑩夹层承压含水层实施抽水试验,对水位、地表沉降及深层沉降进行观测,采用三维渗流及比奥固结理论模拟,分析了深层承压水抽水过程中的地层垂向变形与地下水水位变化之间的关系,为超深基坑地下水控制提供了依据。     

Evaluation of unconfined aquifer parameters from flow to partially penetrating wells in Tailan River basin, China

Effective evaluation, management and abstraction of groundwater resources of any aquifer require accurate and reliable estimates of its hydraulic parameters. This study, therefore, looks at the determination of hydraulic parameters of an unconfined aquifer using both analytical and numerical approaches. A long-duration pumping test data obtained from an unconfined aquifer system within the Tailan River basin in Xinjiang Autonomous Region in the northwest of China is used, in this study, to investigate the best method for estimating the parameters of the aquifer. The pumping test was conducted by pumping from a radial collector well and measuring the response in nine observation wells; all the wells used in the test were partially penetrating. Using two well-known tools, namely AquiferTest and MODFLOW, as an aid for the analytical and numerical approaches, respectively, the parameters of the aquifer were determined and their outputs compared. The estimated horizontal hydraulic conductivity, vertical hydraulic conductivity, and specific yield for the analytical approach are 38.1–50.30 m/day, 3.02–9.05 m/day and 0.204–0.339, respectively, while the corresponding numerical estimates are 20.50–35.24 m/day, 0.10–3.40 m/day, and 0.27–0.31, respectively. Comparing the two, the numerical estimates were found to be more representative of the aquifer in the study area since it simulated the groundwater flow conditions of the pumping test in the aquifer system better than the analytical solution.     

基于TOUGH2数值模拟软件的延津地区热储采灌研究

本文采用TOUGH2数值模拟软件,根据研究区对井在预设情景下运转30年的模拟结果,对河南省延津县下新近系热储层压力场、温度场进行模拟,在模型验证的基础上,对不同回灌率及不同采灌井间距工况进行模拟研究,结果显示:回灌井的回灌过程会使地下水水温降低,回灌时间越长水温降低幅度越大,影响范围也越大,根据模拟抽水井和回灌井不同间距条件下(55 m、150 m、250 m、300 m)温度场变化情况,建议区域下新近系地层地热回灌项目抽水井和回灌井间距应大于等于250m,以保证抽水井出水温度;而不同回灌率工况下分析化学场和压力场的模拟数据可以看出,回灌率越大,地热水水质、压力影响越大,基本呈线性关系。为区域地热资源回灌-开采提供示范和指导。     

赣江新干航电枢纽左库岸地下水浸没控制效果研究

开展二元结构库岸渗控措施研究对于灾害区域地下水资源管理和浸没控制工程的布置具有重要意义。文章以赣江新干航电枢纽工程库区左岸为研究对象,基于区域地下水流动态数值模拟与预测技术,构建地下水三维非稳定流有限元渗流模型,开展水库蓄水后库区地下水浸没动态评价和基于工程组合措施（防渗墙、减压井和抬田）的浸没控制效果对比研究。结果表明:无工程控制措施工况下,水库蓄水三年内库区左岸沿江区域和岸内地势低洼地带会发生较严重的渗漏型浸没;通过联合布设防渗墙、减压井和抬田工程等控制措施,能够有效地将浸没范围控制在堤防工程范围以内;在有防渗墙的截渗作用下,减压井排渍水位是地下水浸没控制的最敏感的参数。渗控工程的建议布置参数:防渗墙渗透系数为17.28×10-3 m/d,减压井间距设置为30 m,排渍水位29 m,减压井距防渗墙的距离为30 m,并在堤内低洼地带进行抬田复垦。本次研究结果可为水库蓄水前期渗控方案的布置提供应用技术支持。     

COMSOL平台在城市地下多种资源相互影响分析中的应用

针对系统动力学方法在地下资源相互影响问题分析中存在的不足,引入了多孔介质多场耦合理论,以地下水源热泵形式浅层地热能资源开发的假想模型为例,运用COMSOL平台建立了温度场-渗流场-应力场耦合的数值模型,对比了地下水源热泵运行前后和对调抽/回灌井前后区域地下渗流场、地温场和应力场的变化情况。结果表明：地下水源热泵运行前后抽水井和回灌井周边的渗流场发生了显著改变,10 a之后抽水井的水温由初始的约21℃下降至约17℃,并呈现出继续下降的趋势,区域地面沉降量达2 m左右;对调抽/回灌井后,抽水井温度的下降幅度由之前的4.0℃变为不到0.5℃。COMSOL平台在地下多种资源相互影响分析及其优化利用方面展示出良好的应用潜力。     

复合含水层地区深基坑降水三维渗流场数值模拟--以上海环球金融中心基坑降水为例

长江三角洲分布有巨厚、松散的第四纪沉积层,地下含水系统为一复合含水层系统,深基坑降水一般采用非完整井,且由于深基坑周围连续挡水墙难以深入含水层底板,所以其地下水渗流场变化极其复杂,具有明显的三维流特征。本文以上海环球金融中心深基坑降水为例,采用数值模拟方法,模拟了在多层含水层复合存在、含水层最深底板埋深达149m、基坑周围挡水连续墙埋深达34m、基坑内地下水位降深达26m的情况下的地下水三维渗流场特征,并以此为据确定出了该基坑降水的最优化方案。     

真空井点降水试验分析与数值模拟

基于某真空井点降水综合试验,建立了三维地下水流数值模拟模型,将模型模拟预测数据与试验观测数据进行对比,研究真空负压和井点间距对真空井点降水效果的影响,得出了真空井点周围渗流场的变化性状,提出了真空井点周围真空及重力场耦合区、耦合场与重力场过渡区和重力场区3个区的概念。得出了不同负压在不同井点深度条件下对地下水渗流场的影响变化。对比结果表明,建立的真空井点降水模拟分析方法,能够较好的模拟真空井点周围观测井水位与出水量的相关关系;分析方法可用于真空井点降水试验分析,且为真空井点降水设计提供了依据。     

潜水人工补给新方法

为了有效增加地下水资源可利用量,对潜水人工补给方法进行了创新。在分析地下滴灌技术、地下水人工补给方法的基础上,提出建设地下暗管式人工补给系统的具体思路,给出了稳定下渗状态下系统补给量的估算方法;并基于台兰河地下水库实际水文地质条件,计算了修建10 km入渗暗管时系统的补给量。对建设地下暗管式人工补给系统的优缺点、适用条件及其各构筑物的结构设计原理进行了初步探讨。结果表明:地下暗管式人工补给系统可以最大程度地减少表层土壤的含水量及陆面蒸发损失;同时,10 km入渗暗管仅从当年11月至翌年2月入渗水量便可达约220万m³,这可为地下水库人工补给提供有力保障。总之,地下暗管式人工补给系统是水资源高效利用的一种创新模式,对实现水资源合理配置,保障地区用水安全具有重要意义。     

长江漫滩抽水试验与水文地质参数计算

长江漫滩地区第四系是一个巨厚的复杂含水体,地下水丰富,对深大基坑施工影响极大。南京梅子洲过江通道连接线及青奥轴线地下交通系统工程位于长江下游漫滩,基坑最大开挖深度为27.5 m。为满足基坑降水设计及施工要求,勘察时选择有代表性的地段布置了3组抽水试验井,对潜水含水层及承压水含水层进行抽水试验,根据试验井类型和边界条件,选用潜水完整井稳定流、承压水完整井稳定流及非稳定流、承压水非完整井稳定流及非稳定流等多种地下水计算模型进行参数计算并综合分析,为设计提供水文地质参数,并实地验证了参数的合理性。     

Sources of dissolved oxygen in monitoring and pumping wells

Groundwater monitoring and pumping wells set in anoxic aquifers require attention to keep the groundwater free of dissolved oxygen (DO). In properly constructed monitoring or pumping wells, two processes can however still introduce oxygen to anoxic groundwater: (1) permeation of oxygen through polymer materials such as silicone, PVC, HDPE or Teflon, and (2) thermally driven convection, which can occur in all types of piezometers or wells, regardless of construction material, when the water table or pressure head is close (<10 m) to the land surface. Here, field measurements (temperature and DO well loggings) from a monitoring well in Bilthoven, the Netherlands, are combined with analytical and numerical modelling to investigate the role of both processes on oxygenation of anoxic groundwater in wells. The results of numerical and analytical modeling show that both permeation and convection can introduce oxygen into anoxic wells to near saturation concentrations. In the field data gathered, convection is primarily responsible for oxygen intrusion up to a depth of around 12 m. Oxygen intrusion through convection and permeation in monitoring and pumping wells may influence groundwater sampling and analyses, and may contribute to well clogging, depending on site conditions. The combination of field and modelling provides new insights into these processes, which can be used for both groundwater sampling and pumping well design.     

数值模拟查明地下水系统隐伏边界位置及其性质方法探讨

本文以瓮安县老虎洞磷矿岩溶水系统为实验场,以群孔干扰抽水试验资料为依据,利用数值模拟的方法对地下水系统隐伏边界的位置和性质进行了探讨,提出了在复杂岩溶水系统利用数值模拟方法查明隐伏边界的方法。