注采试井双对数理论图版

注采试井分析以多井渗流力学理论为基础，求解注采井地下渗流的精确解，研究注水井与生产井之间的关系，用注采比、注采井距、注采污染系数比、注采窜流系数比等参数刻画注、采井间关系。在理论上进一步完善地下渗流力学理论，从单井的参数分析发展到井问关系分析，因此也从研究内容上补充了现代试井分析。在建立无穷大地层油水两相双重介质续流污染的注采无量纲模型基础上，对注采无量纲模型求精确解，将其数值反演求实空间解，制作出注采试井双对数理论图版。     

泰斯单井井流模型参数的自动识别

从最小二乘法的角度出发，采用改进的阻尼牛顿算法求解泰斯单井井流模型的线代方程组，并利用二点降深比值法来预选含水层的水文地质参数初值，使计算工作量大约为减小，同时放宽了参数初值对线代方程组迭代收敛性的影响。     

潜水含水层井流模型的对比研究

依托在潜水含水层中开展的10组高分辨率抽水试验,探讨了泰斯(Theis)、博尔顿(Boulton)和纽曼(Neuman)3种潜水井流模型的识别精度。结果表明:泰斯模型由于忽略了潜水含水层的三维流动和潜水含水层重力释水的滞后效应,因此无法真实反映潜水井流的运动特征和释水机理;博尔顿模型能够较好地刻画抽水试验早期潜水含水层重力给水滞后的主要特征;既考虑潜水含水层重力滞后给水机理,又同时考虑了潜水含水层三维流动特征的纽曼模型最能全面反映潜水含水层井流试验的运动特征和释水机理。     

弹性地基板的分析简化模型

将弹性半空间地基受任意竖向荷载作用下的静力位移积分变换解与弹性半空间地基上四边自由矩形板受任意竖向荷载作用的弯曲解析解相结合,建立了求解板下地基位移的方法。对一些算例进行大量数值计算分析,得出弹性半空间地基上四边自由矩形板板下地基水平位移和竖向位移的分布规律;并基于该位移分布规律,提出地基位移沿深度按一定的函数关系变化的假设,考虑板下地基水平位移,利用板地基系统的总势能最小原理,通过复杂的变分运算,得出弹性地基板的简化模型。在不考虑板下地基水平位移时,该模型退化成双参数地基模型,并给出了求解其上四边自由矩形板的近似边界条件。     

具有越流补给的含水煤层渗流模型求解与典型曲线

为了分析水层越流补给对煤层气井早期排水的影响,根据不稳定渗流理论,引入越流系数,建立了考虑层间越流现象的煤层中水的渗流数学模型。通过Laplace变换对模型求解,并利用Stehfest反演得到实空间的解,采用新的参数组合,分别绘制了压力和压力导数双对数曲线图版。从物理渗流机理上分析了层间越流对曲线形态的影响,随着越流系数的增大,径向流结束的时间越早;同时提出了利用典型图版拟合确定储层渗透率、表皮系数以及越流系数的方法。典型图版有助于定量评价越流的强弱,对煤层气井后续排采制度的调整具有指导意义。      

Theis井函数计算方法及井模型参数优化计算研究

归纳总结了Theis井模型中井函数的不同数值计算方法,探讨、分析和比较了各方法的利弊、优缺点及对模型最终参数计算的影响,提出了新的简易计算方法;以经典实际案例为对象,对比研究了优化软件平台在Thies井模型参数计算中的实际应用效果;计算结果表明:(1)Thies井模型参数估算应慎用广为采纳的级数展开井函数计算方式;(2)1st Opt通用优化计算平台可很好处理Theis井模型参数优化计算问题,并可广泛用于其它水文模型参数求解。     

非线性被动土压力

用双曲线数学模型描述被动土压力变化和挡土结构位移变化的关系。基于Mindlin弹性解,推导了土体某深度矩形区域作用均布水平荷载时该矩形区域内任意点水平位移的表达式,并用该表达式确定双曲线模型初始刚度。应用对数螺旋线被动土压力理论求解被动土压力,把该法求解的做图过程转化为数学迭代过程。算例表明,这样的被动土压力理论概念明确,结果准确。      

基于阶梯流量压水试验水位恢复的含水层参数计算

承压含水层阶梯流量井流公式与水位恢复井流公式可解决不同流量变动条件下含水层参数求解。针对野外压水试验中流量与水压难以控制且观测精度低, 但阶梯流量压水后水位恢复曲线易于准确观测的特点, 根据叠加原理, 从非稳定承压含水层阶梯流量井流基本公式中推导出阶梯流量水位恢复公式。根据现场阶梯流量压水试验资料进行了含水层参数计算, 验证了公式的可行性。      

改进的Theis井流模型及其解析解——考虑含水层顶板的挠曲作用

传统承压含水层井流理论都假定承压水层顶面总应力不变，其隐含的意义是忽略含水层顶板的刚度，从而忽略了顶板弯曲对含水层释水的影响。指出考虑顶板弯曲时，抽水井周围承压含水层顶部的总应力将减小，从而产生比传统理论估计更大的地下水降深，并结合弹性板理论对Theis井流模型作出了改进，新模型的解析解证明Theis模型计算的地下水龙头降深偏低。     

承压含水层井流-盖层弯曲效应的解析理论

指出承压含水层盖层的弯曲变形与开采井周围的径向地下水运动存在相互作用, 而这一效应在传统的井流理论中没有被认识到.通过引入弹性薄板理论, 建立了无越流的承压含水层井流-顶板弯曲效应的解析模型, 同时考虑了含水层和水的压缩性, 结果表明Theis井流方程给出的抽水降深偏小.在此基础上推导了有越流承压含水层井流-盖层弯曲效应的偏微分方程, 求出了解析解, 并与传统理论的结果进行了对比, 表明Hantush-Jacob公式计算的降深也是偏小的.在抽水井附近和抽水初期, 传统理论可能导致显著的相对误差.      

渗流井合理竖井降深确定

通过采用单位面积河流在单位水头差作用下的渗漏量来表征河流渗漏能力,建立渗流井取水理想模型,分别计算了在不同河流渗漏能力和含水层渗透性能条件下,竖井降深对渗流井出水量的影响。建立渗流井取水非稳定流模型,计算了在前期稳定竖井降深不同条件下,河流断流后渗流井出水量衰减过程及竖井降深发展过程。提出渗流井合理竖井降深应根据河流与地下水是否脱节以及含水层渗透性能,在岸边渗流井中部及一侧各布设一个观测孔,根据观测孔水位进行确定。对于含水层渗透性能较强地区,渗流井竖井降深应使得渗流井范围内地下水位与河流脱节,但高于辐射孔顶面;对于含水层渗透性能较差地区,渗流井竖井降深应使得侧部观测孔水位接近河床底面或刚出现脱节。     

含水层非均质性不同刻画方法对地下水流和溶质运移预测的影响

为探讨含水层非均质性不同刻画方法对地下水流和溶质运移预测的影响,基于非均质含水层砂箱实验,分别用传统等效均质模型、克立金插值和水力层析刻画含水层渗透系数场,并探讨了先验信息对水力层析结果的影响.将不同方法估算的渗透系数场用以预测地下水流和溶质运移过程,以此判断不同方法估算结果的优劣,分析含水层非均质性对地下水流和溶质运移的影响.结果表明:与克立金插值法相比,水力层析法可以更好地刻画含水层非均质性,较准确地预测地下水流和溶质运移过程;钻孔岩心渗透系数样本值作为先验信息可以提高水力层析法估算结果的精度;传统等效均质模型无法准确预测地下水流和溶质运移过程.含水层非均质性的增强将导致溶质污染羽分布形态和运移路径的空间变异性增强,并且优势通道直接决定溶质的分布及运移路径.      

地下水向水平井三维流动的有限层分析

基于地下水向水平井三维流动数学模型,利用半解析数值分析原理推导了层状各向异性承压含水层有限层方程,给出了水平井源汇项计算公式,编制了相应的计算程序,实现了有限层方程的求解。通过算例的解析解和有限差分解验证了有限层法及程序的正确性,对比分析了有限层法与有限差法的计算效率。结果表明,有限层法适于层状各向异性承压含水层中地下水向水平井三维流动问题的模拟分析,且具有较高的计算效率。     

陈崇希教授的学术思想和成就综述

在地下水资源评价理论方面, 陈崇希教授分析了"平均布井法"不符合质量守衡原理的实质, 纠正了以"地下水补给量计算可持续开采量"的错误, 提出了基于"质量守衡"的地下水资源评价原则, 强调分析"补给的增加量与排泄的减少量"在评价地下水可持续开采量时的重要意义.在地下水动力学领域, 陈崇希教授纠正了稳定井流"影响半径"模型的错误, 恢复了Dupuit"圆岛模型"的原貌, 拓展了Theis公式和Hantush公式的应用条件, 改进了地下水非稳定井流理论, 完善了其中的某些基本概念.在水文地质模拟仿真技术方面, 陈崇希教授提出确定滨海承压含水层海底边界的理论和方法; 提出地下水混合井流的模型和模拟方法, 解决了混合抽水试验确定分层水文地质参数的难题; 提出岩溶管道-裂隙-孔隙三重介质的地下水线性-非线性流动的模型; 建立了考虑井管水流雷诺数对滤管入流量分布的水平井-含水层系统的地下水流模型; 完成了"渗流-管流耦合模型"的砂槽物理模拟, 并用数值方法仿真了地下水流的规律; 最近向观测孔水位形成的传统观念———常规观测孔中的水头降深反映该孔滤水管中各点的平均降深———提出质疑.陈崇希教授建立的"渗流-管流耦合模型"使传统的基于线汇/线源的井孔-含水系统模型提高到新的水平.陈崇希教授积极倡导"防止模拟失真, 提高仿真性", 强调精细地分析水文地质条件、合理地概化模型和采用正确的仿真技术的重要性.      

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。     

Saturated and unsaturated River Nile/groundwater aquifer interaction systems in the Nile Valley, Egypt

Surface water bodies interact with underlying aquifer systems, creating a complex flow system and flow paths. In general, a surface water body may be classified as gaining, losing, or flow through on the basis of its interaction with the surrounding aquifer. In the Nile Valley, the quaternary aquifer system is in a direct hydraulic interaction with the River Nile, canals, and drains. In this study, a regional numerical model was developed and used to evaluate the interaction between surface water bodies and the quaternary aquifer system in the Nile Valley. The solution is considered for a quasi three-dimensional, steady-state groundwater flow. The model used simulates the interaction between surface water bodies and groundwater for saturated and unsaturated flow conditions. In addition, a hydrodynamic model was used to simulate different extreme (high and low) scenarios for Nile surface water levels along the distance between Old Aswan Dam and Delta Barrages. Model calibration shows close results, and the model was used to simulate surface water levels. Results indicate that the Nile River acts as a drain for the quaternary aquifer (gaining water from the aquifer), although in the reaches upstream of the main barrages, the Nile loses the water, recharging the aquifer. All other main canals are recharging the aquifer system. The seepage rate depends mainly on the difference in piezometric head between the aquifer system and surface water bodies, as well as the hydraulic conductance of the base layer sediments of the surface water body. The model was used to evaluate the regional water balance for the Nile Valley and to estimate the surface water bodies' gains and losses.     

山西柳林泉域地下水流数值模拟

柳林泉为裂隙－岩溶泉，整个泉域面积约2727km2，且在柳林泉西部及西北部含水岩层组中赋存有大面积的咸水，微咸水，本文建立了平面二维区域地下水渗流模型，用于描述柳林泉域的地下水渗流，模拟效果良好，模型拟合阶段和检验阶段水头的计算值与观测值误差绝对值的平均值分别为0．46m,0.51m，所有结果显示两者基本一致，说明所建模型可以用于实际，据此模型预报了柳林电厂水源地投入使用后对区域地下水流场的影响，以及对柳林泉的影响。     

Analytical solution for a phreatic groundwater fall: the Riesenkampf and Numerov solutions revisited

Steady, two-dimensional Darcian flow in a homogeneous isotropic unconfined aquifer, bounded from below by a rectangular wedge representing bedrock, is studied by the theory of holomorphic functions. A triangle of the complex potential domain is mapped onto a circular triangle in the hodograph plane with the help of an auxiliary variable. A full potential theory results in closed-form integral representations for the complex potential and complex velocity, from which the flow rate and free surface are calculated using computer algebra built-in functions. This solution, uniformly valid in the whole flow domain, is compared with simpler approximate ones, retrieved from an analytical archive. Two flow zones are distinguished: a tranquil subdomain where the Dupuit-Forchheimer approximation is suitable and a nappe (a subdomain with a rapidly changing Darcian velocity and steep slope of the phreatic surface) where the Numerov or Polubarinova-Kochina solutions, in terms of the full potential model, are available. Approximations in the two zones are conjugated by matching the positions of the water table and the flow rates, which eventually agree well with the obtained comprehensive solution.     

越流含水层井群系统地下水流的边界元数值模拟

本文提出一种求解越流含水层井群系统的边界元方法。该法把抽水井井壁作为内边界,通过积分处理,不需要对井壁内边界进行剖分,通过推导求得水头H及其法向导数的边界积分方程,离散化后得到求解该积分方程的一组线性代数方程组、该法用于实例计算表明,计算精度较高。     

Characterization of fracture connectivity in a siliciclastic bedrock aquifer near a public supply well (Wisconsin, USA)

In order to protect public supply wells from a wide range of contaminants, it is imperative to understand physical flow and transport mechanisms in the aquifer system. Although flow through fractures has typically been associated with either crystalline or carbonate rocks, there is growing evidence that it can be an important component of flow in relatively permeable sandstone formations. The objective of this work is to determine the role that fractures serve in the transport of near-surface contaminants such as wastewater from leaking sewers, to public supply wells in a deep bedrock aquifer. A part of the Cambrian aquifer system in Madison, Wisconsin (USA), was studied using a combination of geophysical, geochemical, and hydraulic testing in a borehole adjacent to a public supply well. Data suggest that bedrock fractures are important transport pathways from the surface to the deep aquifer. These fractured intervals have transmissivity values several orders of magnitude higher than non-fractured intervals. With respect to rapid transport of contaminants, high transmissivity values of individual fractures make them the most likely preferential flow pathways. Results suggest that in a siliciclastic aquifer near a public supply well, fractures may have an important role in the transport of sewer-derived wastewater contaminants.