关于潜水完整井单孔稳定流求参的两个问题

本文就如何充分利用潜水完整井单孔稳定流抽水试验资料、计算含水层渗透系数及水位变动带的给水度等问题,进行了简要分析对比,认为消除水跃值后单孔稳定流计算结果,与利用非稳定流方法和用带观测孔的稳定流方法计算结果相近。     

地下水模型的Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法

讨论了求解地下水模型(水流模型和水质模型)的Neumann展开Monte-Carlo随机有限元法。从基本的随机变量入手,避免了过程中随机变量的增多问题,给出结点水头(浓度)的均值、方差和水头在某区间的概率计算方法;改进了矩阵求逆的效率,对输入随机变量较多、随机变量变异较大的非稳定地下水问题特别有效。同时选取二维承压地下水水流问题(有解析解)作为例子,进行了随机数值模拟实验。      

用地下水潮汐效应确定潜水含水层水文地质参数

目前对潜水含水层地下水潮汐效应和水文地质参数求解方法的研究相对较少.通过对福建古雷半岛滨海潜水含水层地下水潮汐效应和海水潮汐动态的观测, 运用Fourier频谱分析方法确定了研究区海水潮汐波动方程(波动特征参数), 并以此作为地下水的边界条件, 推导了潜水含水层地下水潮汐效应的波动方程, 利用最小二乘法以地下水水位波动观测值为目标函数对潜水含水层的渗透系数与重力给水度的比值进行了反演识别, 为类似地区水文地质参数的确定提供了借鉴, 也为该区后续地下水中溶质迁移规律的研究奠定了基础.      

基于随机模拟的浑河冲洪积扇地区地下水压采风险预报

在分析随机因素对水位模拟结果影响程度的基础上建立地下水流随机模拟模型,可为地下水资源风险管理和决策提供重要依据。以浑河冲洪积扇地区为研究区,基于蒙特卡罗原理建立了区域地下水流随机预报模型,对压采条件下的地下水位上升进行风险预测和评价。参数灵敏度分析结果表明,地下水水位对含水层渗透系数的变化最敏感,其次是给水度,而对河床沉积物渗透系数和降雨入渗补给系数的灵敏性较差,且渗透系数和给水度在其率定值附近增加或减少时,灵敏度系数随之增加或减小。研究表明,压缩开采地下水资源能够有效缓解地下水水位下降带来的环境问题,地下水开采量以每年5%的速度压采时,区内地下水水位平均上涨3.3 m,但水位恢复的同时也可能诱发局部地下工程渗水,且地下建筑物的设计安全水位越低,渗水风险越大。     

潜水含水层给水度的测定

潜水含水层给水度是地下水资源评价中重要的水文地质参数。给水度的测定引起了人们广泛的重视。 第四系潜水含水层给水度测定方法主要有:野外原位测试法、疏干漏斗法、电测法、室内测定法、有限差分法和非稳定流抽水试验法等。现分述如下: 一、野外原位测试法 我们利用抽水降低地下水位后,挖探井采取不同     

砂土给水度的试验研究

一、引言给水度是潜水含水层的重要水文地质参数,是农田排水设计、浅层地下水资源评价以及地下水非稳定流计算的基本依据。为了进一步探求给水度的变化规律,我们对细砂在不同的等速下降及不同地下水位埋深条件     

含水层压密引起其特征参数变化的实验

水文地质参数在含水层压密过程中不断变化,这是诸多地面沉降模型实际应用中的难点之一。就含水层压密对水文地质参数的影响开展了初步的实验,结果表明,压密前后含水层的渗透系数和给水度发生了较大的变化。其中：渗透系数随模拟含水层介质压密过程的变化几乎呈线性的减小趋势,线性拟合决定系数为0.959 2~0.997 1;给水度随着含水层的压实而表现出下降的趋势较为复杂,随介质类型的不同而有差异。渗透系数和给水度的下降速度在不同介质中也有一定的差异。在本研究的实验模型尺度下,给水度和渗透系数呈现一定的线性正相关关系,一次线性相关函数斜率为0.001 3~0.005 1,截距为0.011 6~0.038 1,基本相近且在相同数量级。     

关于贮水率与贮水系数概念的再探讨

地下水非稳定流理论中,贮水系数所释放(贮存)的水量对承压含水层来说完全是弹性水量,而对潜水含水层来说则是由弹性水量和疏干水量组成,只是其中的弹性水量很少,当忽略时,潜水含水层的储水系数就可近似地用其给水度代替。故给水度与含水层的贮水系数是两个截然不同的概念。     

管道流对非均质岩溶含水系统水动力过程影响的模拟

为深入研究管道流对岩溶含水系统水动力过程的影响,运用排水沟模块和管道流程序分别模拟实验室条件下的管道设置方式,并对模型结构以及模型参数的不确定性进行分析。岩溶地区的高度非均质性和观测资料的匮乏严重影响模型的精度,根据实际实验设置情况,建立3个不同的岩溶含水介质水文地质概念模型,并对渗透系数、给水度进行全局灵敏度分析。研究结果表明:出流总量对给水度的灵敏度高于对渗透系数的灵敏度,而出流过程对渗透系数和给水度的灵敏度大小随着时间变化;通过增加上覆孔隙含水层来改进模型结构的等效连续介质模型(排水沟模块)和准确刻画管道流紊流特征的双重孔隙模型(管道流模块)精度相差不大,模型结果的决定性系数分别为0.89和0.91。     

地下水库库容不确定性分析

文章利用蒙特卡罗方法分析了济宁市潜水含水层给水度空间分布的随机性对地下水库库容计算值的影响，讨论了当给水度均值与方差发生变化时，库容均值和方差的变化特征，为地下水库合理规划建设和地下水人工回灌的实施提供了依据。     

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。     

基于离散裂隙网络模型的裂隙水渗流计算

离散裂隙网络模型(Discrete Fracture Network（DFN）)是研究裂隙水渗流最为有效的手段之一。文章根据裂隙几何参数和水力参数的统计分布,利用Monte Carlo随机模拟技术生成二维裂隙网络,基于图论无向图的邻接矩阵判断裂隙网络的连通,利用递归算法提取出裂隙网络的主干网或优势流路径。基于立方定律和渗流连续性方程,利用数值解析法建立了二维裂隙网络渗流模型,分析不同边界条件下裂隙网络中的流体流动。结果表明,该方法可以模拟区域宏观水力梯度和边界条件下,裂隙网络水力梯度方向总的流量,以及节点的水位、节点间的流量和流动方向的变化特征,为区域岩溶裂隙水渗流计算提供了一种实用、可行的方法。      

非稳定边界条件下地下水开采的影响分析

对于潜水含水层平面非稳定流,边界的非稳定性集中表现为水力坡度随时间的变化。本文中,非稳定边界主要以河流为研究对象,采用数值模拟的方法,以叶尔羌河流域泽普灌区为例,从水资源转化关系、各水均衡要素的变化趋势等方面进行分析,研究在非稳定边界条件下地下水开采对非稳定边界的影响、影响原因及其区域水资源系统的影响。     

Phreatic Surface in Island Aquifers with Regular Geometry and Time-Independent Recharge and Pumping

The equation of groundwater flow in marine island aquifers in which there is time-independent, spatially-variable recharge and pumping is solved in closed form for rectangular, circular, and elliptical island geometries. The solution of the groundwater flow equation is expressed in terms of the elevation of the phreatic surface within the flow domain. The depth of the seawater-freshwater interface below mean sea level follows from the Dupuit–Ghyben–Herzberg relation. The method of solution presented in this work relies on expanding the hydraulic head and forcing function (recharge and groundwater extraction) as Fourier series that transforms the two-dimensional Poisson-type flow equations into second-order ordinary differential equations solvable using classical theory. The important case of constant recharge (without groundwater extraction) leads to solutions in which the hydraulic head is expressible as the product of a flow factor equal to the squared root of the ratio of recharge over hydraulic conductivity times a geometric factor involving island shape parameters and flow boundary conditions. Estimability conditions for the hydraulic conductivity are derived for the cases of constant recharge and spatially variable recharge with pumping.     

Theis不稳定潜水井流模型的改进——具入渗补给

地下水的补排主要包括垂向的地面入渗补给、蒸发排泄（蒸发可视为入渗的负值）及侧向的地表水补给、排泄。水文地质学最基本的问题之一——地下水可持续开釆量的评价准则,涉及补给的增量与排泄的减量,因此地下水开采的预测模型必须包含上述两类的补给、排泄因素,否则不能满足要求。然而,经典的Theis不稳定井流模型,即使在傍河抽水,也只有侧边界的补给、排泄作用,而不涉及上边界的地面入渗补给。这样一来,这个解析模型基本上不能够用于预测,而只能在旱季用于井流试验求取含水系统的参数。为此,文章的目标是发展具地面入渗补给的Theis不稳定潜水井流模型。对于潜水流问题,不能再用承压水流的以水头为应变量的方程来建立,应采用第二类线性化方法的势函数来建立潜水流问题。对于既有降雨入渗补给,又有抽水井作用的复杂的水文地质问题所概化数学模型的求解,采取的方法是把它分解成若干个简单的子模型问题求解,然后将其合成为原来复杂数学模型的解。基于质量守恒原理,假定渗流服从Darcy定律并满足Dupuit徦定建立了水流基本微分方程。然后对于两平行河流及一河流平行一隔水边界形成的两类条形区域,具地面均匀稳定入渗补给的井流问题,获得通用水位方程和几类常见的特定条件水位方程及其流量方程。此外,提出并采用“边界对边界的反映法”用以求解一河流平行一隔水边界条形区域的同一问题,减少了许多推导过程。最后,作为上述理论成果的初步应用,也是一个重要的应用,即在河水水质不能满足要求的河流附近,设有一口抽水井,计算该抽水井在不汲取河水的前提下的临界流量方程,获得具重要意义的结构简洁的关系式。该方程也可以用于滨海区的抽水井,在不发生海水入侵前提下的临界抽水流量计算。给出了上述条件不稳定井流过程某时刻的地下水流网图,其流网与文献中常见的傍河井流的流网相比,具显明的特征。     

Determination of heterogeneities in the hydraulic properties of a phreatic aquifer from tidal level fluctuations: a case in Argentina

A well-known analytical solution of Jacob (1950) for groundwater flow due to tidal-wave propagation, together with field measurements along a complete tidal cycle and geological data, were used to evaluate the heterogeneities in the hydraulic properties of a phreatic aquifer located next to the River Ajo in the coastal plain environment of the southern sector of the Samborombon Bay wetland, Argentina. From the analysis of water-table fluctuations in a set of monitoring wells located along a riverbank-normal transect, it was possible to quantify the piecewise spatial variations of the hydraulic diffusivity of the phreatic aquifer. The results show the strong lateral variations of the sedimentary environment due to the influence of the different transport and deposition agents that characterize the coastal plain. The known thickness of the phreatic aquifer and the estimated range of the specific yield allowed the hydraulic conductivity to be identified as the most influential factor. [Jacob CE (1950) Flow of ground water. In: Rouse H (ed) Engineering Hydraulics. Wiley, New York]     

Modeling Groundwater in Multimodal Porous Media with Localized Decompositions

In the present paper, a new stochastic framework is introduced to decompose random variables. This decomposition method is shown to better capture and reflect the medium heterogeneity for multimodal porous media than the classical Reynolds decomposition does. In particular, with this decomposition method, the variance of log conductivity is decomposed into two parts. The first one measures the mean differences of log conductivity across different units having high contrasting conductivity. The second part measures the variation of log conductivity arisen within individual units. Based on this localized decomposition, a new stochastic model is proposed for flow in a highly heterogeneous porous media. This stochastic model shall produce much sharper approximations under the assumption that only the second part of the variance of log conductivity is small. Therefore, the proposed model can partially overcome the assumption of small composite variance for log conductivity in current theory for both flow and transport.     

含水层层状非均质对地下水流系统的影响

区域尺度上含水层非均质具有复杂的结构性和随机性,难以准确刻画,造成非均质对区域地下水流系统的影响机制研究不够深入。本文以鄂尔多斯盆地白垩系地下水流系统为研究实例,选择典型剖面,采用剖面二维随机数值模拟方法,通过对比不同非均质刻画方法下地下水流场的变化,探讨含水层层状非均质对地下水流系统的影响机制。结果显示,均质条件下模型各向异性（含水层水平和垂向渗透系数比值Kh/Kv）取值为1000时,地下水流场与实际条件较为接近;非均质条件下,渗透系数方差取值0.91,水平相关长度取值5000 m,Kh/Kv取值150时,接近实际条件。研究表明,在大尺度地下水流模拟研究中,采用水平相关长度、渗透系数方差和各向异性值三个变量生成的随机场能很好地刻画含水层的层状非均质特征及其对水流系统的影响控制作用。由于含水层不同尺度层状非均质的叠加效应,采用均质各向异性介质等效概化含水层层状非均质性会造成等效各向异性值偏大失真的效应。     

基于LHS方法的地下水随机模拟及开采量风险性 评价

地下水流数值模拟过程中,水文地质参数的不确定性对模拟结果影响很大。以内蒙古鄂尔多斯市某水源地为例,利用拉丁超立方抽样(LHS)方法获得了含水层渗透参数的随机组合,进行地下水流随机模拟。通过对观测资料与计算水位的绝对值平均(MAE)误差和误差均方根(RMSE)的统计分析,获得了模型较为稳定的随机模拟次数是243次。利用该随机模型对水源地设计开采量进行水位预测,并给出允许降深的风险性分布图。结果表明,预测水位和标准差分布符合实际情况,水位降深大于35 m的风险性最大达到75%。     

广西北山岩溶管道—裂隙—孔隙地下水流数值模拟初探

本文从水动力学角度分析各种岩溶含水介质中的水流特征,将其归纳为储水介质、导水介质和控水介质,并根据折算渗透系数ＫＬ的概念和建立耦合达西流和百达西流于一体的岩溶管道－裂隙－孔隙三重介质地下水模型,对广西环江北山矿区岩溶含水系统进行了初步探讨。北山实例的模拟结果表明,三重介质模型较全面地刻画了岩溶水动态的特征,反映了相对均匀裂隙流与控制性管道流并存、线性流与非线性流相互转变的运动特点,不仅理论上比较合