抽水含水层对非抽水含水层水位影响的效应分析

利用自动水位计记录的抽水试验过程中不同层位含水组之间的动态水位,分析了在抽水试验最初阶段时抽水含水组与非抽水含水组之间的水力联系。研究结果表明:(1)抽水含水层对非抽水含水层存在水位影响效应,在抽水初期,水位影响效应较大;当抽水含水层水位达到稳定或缓慢下降时,水位影响效应随之消失。(2)单位降深水位影响效应显示,上部含水层距离抽水含水层越远,水位影响效应越大;下部含水层距离抽水含水层越远,水位影响效应越小。(3)利用三维地下水流数值模拟方法和应力应变对含水层水位动态影响的原理对水位影响效应机理进行分析,发现水位影响效应与含水层的固体骨架压缩系数(α)、水体积压缩系数(β)、孔隙度(n)和边界控制系数(Cm)等参数有关。     

用抽水井旁含水层压缩测量确定单位储水量

如果不确知抽水井和观测井之间的距离,那么根据观测井的抽水降深数据计算的单位储水量和给水度值可能不准确。因为抽水井和观测井垂直准线间偏差1°,可使两井间750m深处的实际距离增加26.1m。在不知道抽水井和观测井之间的距离时,可采用含水层压缩测量法来确定单位储水量和给     

浅层地下水开采对高速铁路路基的影响

地下水开采造成的地面沉降会使高速铁路路基产生较大变形,进而影响行车安全。为研究在高速铁路附近开采浅层地下水对路基变形的影响,本文结合土体渗透固结理论,利用有限元软件ABAQUS建立三维流固耦合模型,系统分析不同抽水速度和与抽水井不同距离条件下的路基变形。分析结果表明:抽水速度和抽水井距离对高速铁路路基的变形具有显著影响。当抽水速度一定时,路基的变形随着与抽水井的距离增大而减小;当与抽水井的距离一定时,路基的变形随抽水速度增大而增大。故为减小地下水位下降对路基的影响,应严格禁止在铁路附近增加新的开采井,严格控制在影响范围内开采地下水。     

稳定流抽水试验资料的非稳定流处理方法

本文从非稳定流理论出发,将稳定流抽水试验概化为包含零流量抽水时段的阶梯式非稳定流抽水试验,分析出井损仅存在于非零流量抽水的时段,据此确定了求参计算拟合的主要目标和井损的计算方法,进而编制了适合于直线边界,边界性质为定水头、隔水、边界不存在或边界无影响三种常见情况的计算程序。并结合实例,反演了水文地质条件,较为准确地计算了水文地质参数、井损及井损与抽水量的关系。     

微机在分析含水层参数中的应用——通用标准曲线法

一般的标准曲线法仅能适用于无边界的单孔抽水试验。本文通过公式推导,黄金分割法选优,在VICTOR—9000微机上实现了通用标准曲线法计算含水层参数。 本法应用范围广。单主孔或多主孔,抽水或注水、承压水或潜水,凡是能通过映射变为无限问题的一切边界问题均可使用。 本法可打印出原始数据、计算结果并拷贝相应的匹配图形。 本法的特点是保证计算结果的一致性,克服了人为随意性;克服了直线法必须满足r~2/4at<0.01的局限性。不论抽水时间的长短,主孔、观测孔与边界距离的远近均可使用。 由于采用了黄金分割法选优,循环次数较少、计算速度快捷、拷贝图形方便。      

侧向有限越流承压含水层中非完整井非稳定流模型及解析解

工程建设中当距离抽水井r=rb处水位基本没有变化或不受抽水影响时,或当此处存在止水帷幕时,含水层系统视为侧向有限延伸,rb为有限半径。为此,构建更加符合工程实际的侧向有限延伸的典型弱透水层-承压水层系统中非完整井非稳定流计算模型,同时考虑井径和井储效应的影响,应用Laplace变换和分离变量法得到了水位降深在拉氏空间下的解析解,并应用拉氏数值逆变换Stehfest法得到真实空间下的水位降深。新建立的解析解可以进一步退化为诸多已有解,并进一步将其与已知解和有限元数值解进行对比,验证了所得解的正确性和可靠性。基于新建解重点分析了侧向边界和井的完整性对承压水层水位降深的影响。结果表明:含水层系统的侧向有限边界仅对抽水后期的水位降深影响明显,含水层系统侧向无限延伸情况下的水位降深要大于情形1(在r=rb处为定水头边界)且明显小于情形2(在r=rb处为不透水边界)下的水位降深,rb越小,两者之间的误差越大;抽水井的完整性对整个抽水期间不同情形下的水位降深均有明显的影响,承压含水层顶板处的水位降深随着抽水井滤管的长度和埋深的增加而减小。     

北京通州地区深部地热井间的影响分析

为了认清北京市通州地区深部地热井间是否存在相互影响,本文选取研究区内新钻凿成功地两眼地热井(京通-3井和京通-4井)进行抽水和观测试验,对京通-4井进行大流量和小流量的抽水试验,同时观测其邻近的京通-3井中的水位变化。试验结果表明,在对京通-4井进行抽水试验时,附近的京通-3井中的水位未发生明显变化,说明京通-3井没有受到抽水影响,这可能主要是由于两眼地热井距离约2km,相对较远,在对其中一眼地热井进行抽水试验时,其并不能影响到邻近相对较远的地热井中的水位变化。     

抽水井周围饱水介质场三维水位动态观测及地下水流运动特征

利用设计建造的抽水试验装置,采取多项潜水及承压水的抽水试验,获得大量的抽水井周围饱水介质场三维动态观测数据。试验发现：无论是潜水还是承压水状态,抽水井附近观测井的水位变化,均具有距抽水井愈远愈高、愈近愈低的漏斗状分布,抽水井附件的地下水位降落漏斗是显著的;同时发现每个观测井不同高度上的观测点的水位,均呈现上高下低的特征,说明地下水具有由上到下的运动分量,地下水由周边的供水边界向抽水井聚集运移时,运动方向是下斜向的,潜水如此,承压水也如此。分析认为,这是水头压力与水体自身重力同时起作用的结果。由此推断,在抽水时,靠近承压水含水层顶板存在强势水流,且越靠近补给源,这种强势水流越强。     

抽水过程中潜水位变化的自然电位响应特征砂槽试验

设计加工扇形渗流槽模型,开展定流量单孔完整井抽水试验,结合自然电位(SP)实时动态监测,研究了潜水含水层抽水过程中水位变化及SP响应特征。结果表明：抽水时,潜水位和SP均快速下降并逐渐稳定,但潜水位降低至稳定时间较短,SP降低至稳定所需时间较长,具有滞后性。抽水流量越大,潜水位和SP降低幅度越大;距离抽水井壁越远,SP稳定所需时间越长。自然电位差ΔSP与水位降深s_w之间满足线性函数关系,ΔSP和径向距离r之间满足指数函数关系,根据拟合公式计算得到模型中不同位置处水位降深值,与观测水位降深比较发现两者之间误差较小,表明利用该式可以对抽水过程中潜水位进行计算预测。     

基于TOUGH2-FLAC~(3D)耦合的三维地面沉降数值模拟及控制策略研究

地下水开采引发的地面沉降是一种多场耦合的复杂问题,土体变形过程中渗流与应力应变相互影响。采用部分耦合原理,通过渗流和变形过程中的相关状态变量来耦合成熟的商业软件TOUGH2和FLAC~(3D)进行三维变参数的地面沉降数值模拟研究,其中TOUGH2模拟渗流,FLAC~(3D)模拟土体变形,并以此为工具探讨地面沉降的控制策略。基于弹性模型承压含水层抽水的理想算例进行了变参数条件下的模拟计算,发现顶底板水平变形未被约束时水平位移不可忽略,其峰值距离抽水井有一定距离,且水平位移峰值大于垂向位移峰值;此外,由于地面沉降过程中渗透系数及孔隙率减小,导致近井区域渗流量增加,变参数模型位移量大于定参数。将以上方法应用于地面沉降控制策略研究,通过控制抽水流量及抽水时间,发现限制开采速率能控制沉降量,缩短抽水时间能控制沉降范围;对比脉冲式抽水及抽水—回灌常用地面沉降控制策略,发现抽水时采取合理的回灌措施能有效控制沉降量及沉降范围,而脉冲式抽水使得近井处弹性沉降量未得到明显控制,沉降影响范围反而更大。     

Theis井流注水导致的含水层水平位移与应变

注水问题的含水层位移模型求解的难点在于边界条件的恰当处理。根据Theis定流量抽水与注水水流模型的反对称特性,假定注水位移模型的无限远通量边界与抽水位移模型的无限远通量边界也具有反对称性,从而得到Theis定流量注水的含水层位移模型解答,发现定流量注水与抽水的含水层骨架颗粒位移速度、累计位移量、径向应变及切向应变的解答均互为反号值。注水过程中含水层在径向有两种形变区,依次为膨胀区和挤压区。在膨胀区和挤压区的界限处,径向位移取得最大值。如果假定含水层顶底板不动,注水导致的地层相对位移足以产生水井或油井套管变形和折断破坏。注水时含水层在切向处于恒拉张状态,这可能导致井壁围岩产生径向放射状张裂缝。     

应用回归分析预测芦岭、朱仙庄煤矿开采水量

实践表明;在矿坑放水或地面抽水的定流量阶梯状捕（放）水试验中,从不同距离观测孔所反映出来的Q=f（s）关系极少近似直线,绝大多数成曲线关系,特别是在降深较大时更为显著。笔者体会,在阶梯状定流量抽水试验资料中,当Q=f（s）成曲线关系时,通过观测孔s与Q回归分析,则以其线性回归方程外推预测涌水量较为接近生产实际。      

直线补给边界非稳定井流数值模拟研究

针对解析方法求解半无限含水层井流问题,对直线补给边界附近的井流采用数值方法进行模拟计算,并将两种方法进行比较,数值计算结果表明,存在补给边界时,抽水一定时间以后降深能达到稳定,但仅仅代表观测点处降深达到稳定,而整个渗流场并未达到稳定状态.     

承压含水层中地下水向井群非稳定流动的边界元分析术

本文论述了应用边界元法进行井群系统的非稳定流计算问题。非稳定井流的数学模型是一个抛物型微分方程的边值问题,是利用拉普拉斯变换消去时间变量,把它变为椭圆型微分方程的边值问题。水头的象函数可用边界元法求解。我们导出了井群抽水条件下的象函数的边界积分方程及其离散化的形式。利用它进行边界元计算时不需要对井壁边界进行离散,因而比较简便,并且易于处理井数很多时的计算问题。求得后,地下水水头可通过数值反演求得。     

单井提排对土壤脱盐有效影响半径的观测试验

在滨海盐碱土地区,竖井抽水、灌排结合、降低地下水位,是改土治碱防止土壤返盐的关键。单井提排对土壤脱亍的有效影响半径大于水位降落漏斗半径。在井群布局时,应以田间作物生长表现的实际有效距离为依据。     

分析隔水边界附近抽水-恢复试验数据的新方法

为能同时分析含水层具有直线隔水边界条件下,抽水试验中抽水―恢复阶段降深数据,提出了一种新的数据分析方法。在建立这种方法时,将表示抽水和恢复阶段水头降深表达式中Theis井函数的级数表达式的前3项作为其近似表达式,经过推导,分别得到抽水和恢复2个阶段的直线方程。2个直线方程的因变量和自变量均为观测数据的函数,而直线常数为待求参数的函数,在进行数据分析时,只要将试验观测数据分别转化为直线方程的因变量和自变量数据,就能够利用一元线性回归法分别计算2个直线方程的常数,而利用直线常数的表达式,能够推导得到计算含水层参数和映射井到观测孔间距离的公式。通过算例说明了方法的具体应用步骤。      

非承压含水层定水头抽水两区井流数值模型研究

为了揭示在非承压含水层中定水头抽水试验引起的达西-非达西两区流动机理,提出基于有限差分法的地下水定水头抽水井流数值模型。该模型根据抽水的流态特征将含水层分为2个区域：靠近抽水井的有限非达西渗流区域和远离抽水井的半无限达西渗流区域,其中非达西流区域流态的模拟基于Izbash方程实现。通过与COMSOL Multiphysics的有限元数值解进行比较,验证了所提出数值解的可靠性。最后,研究有限非达西流效应对水头和抽水井抽水速率的影响以及井内水头对抽水井抽水速率的影响。研究表明：在抽水试验中非达西区域的影响不可忽略,湍流会分别导致两区流中水头较纯非达西流和纯达西流的水头偏大和偏小,且随抽水时间的增加逐渐变大;通过减小抽水井井内水头或增大非达西系数可提高抽水速率,但该影响会随抽水时间的增加而逐渐减弱;断面流量随径向距离的增大而不断减小,断面流量与径向距离曲线下降速率不断减小,且在转换界面处会出现转折点。该模型为定量研究在非达西流和达西流耦合作用下抽水井附近的井流水头特征提供了一种简洁的方法,并为调查定水头抽水测试期间的抽水速率提供理论依据。     

多层含水层系统水文地质参数计算

为求取含水层水文地质参数,常用的试验方法是抽水试验。在进行抽水试验时,经常有越流现象,计算时一般采用越流模型计算。越流模型假定非抽水含水层的水位恒定不变,但在实际抽水过程中,抽水含水层和非抽水含水层间通过越流相互影响、相互作用。如果只考虑抽水含水层的水位变化而不考虑非抽水含水层的水位变化,会导致计算的水文地质参数不准确。实际工作中,有时会在非抽水含水层中布置一口观测井来观测抽水含水层抽水时对非抽水含水层的影响。如果采用多层含水层系统模型的方法,即可利用各含水层观测井中的数据计算出每个含水层和相关弱透水层的水文地质参数,提高参数计算精度、节省资金和工作量。     

根据流体运动的能量变化计算单井稳定流抽水涌水量

在抽水过程中,如果已知某一降深地下水通过井壁周围岩层的孔隙和裂隙流入井内的速度V、过水断面W,可以求出这一降深的涌水量Q=WV。就如图1所示承压井而言,此承压井含水层厚度为M,井半径为v,水位降深为S,抽水前的稳定水位距含水层底板的距离为H_1,抽水后井内的水位距含水层的底板的距离为H_2,设含水断面的有效孔隙率为n_e(即多孔介质     

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。