关于水文地质勘查中普洛特尼科夫公式的应用

在水文地质勘查工作中,评价地下水资源常用的公式有:1达西断面流量公式。2普洛特尼科夫公式。3布西涅斯克公式。4阿里托夫斯基干扰系数公式。目前在计算地下径流量时,多采用达西公式和普洛特尼科夫公式(简称普氏公式)进行计算、分析、取值。地下水径流量计算是地下水天然资源的     

承压含水层中非完整井附近“非达西-达西”两区渗流模型近似解析解

抽水井附近由于流速过快往往发生非达西流,而远离抽水井随着流速下降又变为达西流.为了描述这些特征,建立了承压含水层中非完整井附近“非达西-达西”两区渗流模型,即距离抽水井较近的区域由于流速较快假设发生非达西渗流,并利用Izbash公式刻画,而距离抽水井较远由于流速较慢假设仍然满足达西定律,含水层中垂向流速较小也利用达西定律描述.通过线性化近似方法结合Laplace变换和有限Fourier余弦变换对模型进行了求解,分析探讨了该两区模型下水位降深曲线特征.结果表明:抽水初期,非达西渗流区域水位降深与全非达西渗流模型结果吻合,而抽水后期两区模型非达西渗流区域的水位降深与全达西模型水位降深基本一致,但大于全非达西渗流模型的水位降深;抽水初期,两区模型中达西渗流区域的水位降深比全达西渗流模型结果大,但比全非达西渗流模型结果小;对不同时间的水位降深随井距变化曲线分析发现非达西渗流区域水位降深随Izbash公式中的幂指数n增大而减小,而在达西渗流区域水位降深基本不受n值的影响.研究成果对非完整井抽水试验参数反演具有重要理论意义.      

根据施工曲线确定酸化液用量

根据达西公式导出了基质酸化效果同酸化液作用距离的关系式，并在此基础上提出根据现场施工曲线确定酸化用量的新方法     

结合有限单元法运用三次样条技术求解达西速度

求解含水层中溶质和热量的运移时,连续的达西速度场十分重要。传统有限单元法能够精确求解水头,但其水头一阶导数在节点上不连续,求解通过截面流量时,流入量和流出量不相等。将有限单元法与三次样条技术结合,利用三次样条函数逼近水头,保证水头一阶导数的连续性,从而利用达西公式求解出连续的达西速度场,保证流量的连续性。通过对均质和非均质介质下的二维稳定流的数值模拟,发现这种结合三次样条技术的有限单元法能够精确求解水头、达西速度与流量。     

黄河聊城段侧渗分析研究

黄河在山东境内属地上河,常年补给两侧地下水,是沿河地带地下水资源的重要组成部分.依据黄河聊城段东阿县境内的艾山侧渗断面1986～1994年地下水位资料,在分析水文地质条件和地下水流态的基础上,应用水均衡原理分析计算导水系数T,并通过同位素示踪试验得到了验证.利用达西公式计算单侧年侧渗量,建立艾山水位、年径流-侧渗量关系,并与应量平衡法和地下水非稳定流公式计算的成果作了对照分析.     

堆石坝非达西渗流场分析

坝体的渗流计算常采用近似的线性渗流计算方法,然而对于堆石结构而言,在高水力梯度的作用下,由于流体惯性力与紊流的影响,水力梯度与渗流流速之间偏离了线性的达西定律,堆石体中不同孔隙介质的交界面错综复杂更增加了渗流场形态的复杂性。此时,使用非达西渗流的计算方法,可以提高渗流计算的精度,更加客观地描述渗流场中的渗流行为。基于伽辽金加权余量法推演了Forchheimer方程的非线性有限单元法公式,应用该方法对堆石坝渗流场问题进行了数值模拟计算,并给出了工程实例。研究表明,用该方法可以很好地研究渗流场中的非达西渗流现象。对比达西渗流计算与非达西渗流计算结果之间的差异,得出了非达西渗流计算的意义。对堆石坝结构而言,非达西渗流计算的结构显示渗流场的局部区域可能出现高水力坡降区域扩散的现象。此外,水力坡降峰值对比达西渗流计算结果有所增大,这说明真实渗流场的水力坡降峰值有可能超出材料的临界水力坡降允许值,从而引起坝体的渗透破坏。     

不稳定达西渗流实验——一个新的教学实验

(一)问题提出 达西定律是描写由粘滞力控制(通常以雷诺数小于10为标志)的层流状态下地下水运动的基本规律。该定律由达西(Henri Darcy)在1856年创立的。他在装满均质砂土的圆柱筒中,保持稳定水头的条件下做了大量实验而得到渗流量(Q)、水力梯度(J)、过水断面(ω)三者之间的关系,可用公式     

越流含水层中抽水井附近非达西流两区模型近似解析解

构建了越流含水层中抽水井附近非达西流动的两区模型,即距离抽水井较近的区域为非达西流,而相对较远区域为达西流,两区之间的临界半径可根据临界雷诺数确定.采用线性化近似方法和Laplace变换相结合分别得到了非达西流区域和达西流区域的水位降深在拉氏空间下的解析解,应用数值Laplace逆变换-Stehfest方法得到其在实空...     

地下水非线性流动模拟

本文探讨了非线性地下水流动的规律,对比了两种常用的公式模型,Ｆｏｒｃｈｈｉｍｅｒ及指数型公式,并通过实验证实了Ｆｏｒｃｈｈｉｍｅｒ公式具有更广的适用性。深入探讨了利用达西流有限元及边界元模型进行非线性地下水流动模拟的方法及步骤并提出了一种简便的边界元模拟方法。     

水平井流入动态计算公式

本文基于欠平衡或过平衡钻井,裸眼完井,割缝衬管完井或套管完井,以及套管完井孔密度及相位角等因素,也给出了已发表过的包含机表皮系数和非达西流动系数的水平井流入动态计算公式,并对其进行了比较,除此之外,给出并比较了含有表皮系数及非达西流动系数的水平井流入动态公式的解析解及数值解。     

分形法估算分散性污染物的运移时间

污染物运移的分形模型导出一个新的适于任意浓度的污染物运移时间公式.对于一个高度非均质含水层中逐渐形成的污染羽,新公式预算出低浓度更早到达的测点.污染峰或羽的运移时间一般经常从达西定律中采用估算平均孔隙流速法得到,而此估算仅仅提供平均浓度(或污染脉冲的峰值浓度)的运移时间信息.近来,计算出任意浓度的运移时间是一个很直接的过程,并且对一个无反应污染物而言,其突破曲线部分的方程被发展.在文中,我们推导出这些方程去概括污染物运移的分形模型.     

达西定律成立吗

目前在地下水渗流研究领域公认的是:当雷诺数Re<(1~10)时,达西线性定律是描述地下水渗流运动的最基本方程,地下水流动的数学问题都可以基于该线性方程而导出.通过对当年达西实验数据的再分析以及利用透水石孔隙介质进行的渗流实验发现:即使在雷诺数Re<(1~10)的条件下,地下水渗流也不服从达西线性定律,而是呈现出随着雷诺数的增大,水流阻力也在逐渐增大,孔隙介质中的地下水渗流服从非线性渗流规律.达西线性渗流定律只是对斜率变化不大的非线性渗流规律的近似表征.     

关于用稳定流抽水降落曲线q—s关系建立求解水文地质参数(Rs、K、R)新模型的探讨

本文以q/s曲线长度A和单位涌水量q、水位降深s之间关系,用达西渗透公式诱导和假设建立了求地下水向井q/s曲线及q/s曲线段间渗流速度公式,并用q/s曲线段间渗流速度Rs求得含水层渗透系数K,又用渗透系数K建立了反求影响半径R的假设公式。所建立的公式只适用于稳定流抽水试验中计算含水层的K和R的水文地质参数。     

也论“单位涌水量就是导水系数”

针对所谓的井抽水流量公式,指出其在按达西定律进行推导时,过水断面的确定存在错误,不能反映抽水状态下井周侧进水的实际渗流状态。其公式中的补给半径及C值的确定无理论依据。由于水力性质不同,也不能以所谓的承压水抽水试验去验证温策尔所述内布拉斯加州潜水含水层抽水试验中的部分渗流现象。因此,“单位涌水量就是导水系数”的结论没有说服力。     

泰斯公式的50年

1935年,在美国地球物理联合会会报上刊登了一篇短文,标题是:“利用地下水贮存量的井引起的水压面下降与井的抽水流量及持续时间的关系”。当时很少有人会想到:正是这篇短文,成了水文地质发展史上一个重要的里程碑,文中提出的公式,被后人冠以论文作者——泰斯的名字,成了非稳定渗流理论开端的标志。 1856年达西定律发表后不久,裘布依等人即以达西定律为基础,推导出了一系列适用于地下水稳定流     

基于钻孔高压压水试验非线性流模拟计算错动带渗透参数

高坝大库建设过程中,往往需要确定工程区附近岩土体在高水头作用下的渗透参数,钻孔高压压水试验是其中最常用的方法之一.与其他试验相比,高压压水试验具有很高的水头和渗流速度,很容易出现非线性渗流,这种情况下达西流公式不再适用,因此,亟需一种基于钻孔高压压水试验确定非线性参数的求解方法.本文建立了钻孔高压压水试验的非线性流数学...     

油气运移基础理论与油气勘探

在非均质地层中, 烃类的扩散流和体积流可以同时存在并可相互转换.扩散流有助于烃类从源岩中排出, 并通过流动方式的转变直接参与油气的聚集成藏.在致密泥岩层中, 扩散流和体积流的计算流速分别为4~18 m/Ma和3~15 m/Ma, 几乎没有差别, 说明泥岩中的流动也可以用达西公式来表述.虽然油气的浮力流和渗流都是地下多孔介质中的流动, 但油气在水中上浮不呈连续相流动.因此不要求也不能用达西公式表述临界运移饱和度和相对渗透率.优势运移通道和有效运移空间是2个不同的概念, 前者是指油气运移的主要方向, 后者是指地层中真正发生了油气运移的空间.大约有70%的油气藏位于优势运移通道上, 而在运载层中有效运移通道空间约占总孔隙空间的5%~10%.圈闭的封盖强度与闭合度有3种不同的组合类型, 它们是世界上油气分布的主控因素.根据研究和统计, 世界石油储量的半衰期约为29 Ma, 大油田的中值年龄约为35 Ma.根据烃类的微渗漏流量计算, 中-大型油气藏的平均自然年龄约为50~100 Ma.      

考虑非达西流的弱透水层固结计算

由于成岩作用的影响,深部弱透水层中的黏性土较为坚硬、致密,在这种黏土层中的孔隙渗流规律有偏离达西定律的现象,而在现有的地面沉降研究中,对深部弱透水层的固结变形计算始终沿用以达西定律为基础的固结方程进行,这显然是与实际情况不相符的。鉴于此,以孔隙渗流为非达西流为基础,对太沙基一维固结方程进行了重新推导,并采用半解析法对非达西流-太沙基一维固结方程进行了求解。分别采用达西流-太沙基固结方程和非达西流-太沙基固结方程对同一固结问题进行了计算,结果表明,考虑非达西流后土层达到某一固结度所需的固结时间较之不考虑非达西流时明显增加了,而且固结时间增长的趋势与实测的增长趋势较为一致。     

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。     

裘布依公式在实际应用中的缺陷分析

主要通过对裘布依公式中：1）实际流量（Q）-降深（s）曲线与理论的差异,2）实际井径对流量的影响与理论的差异,3）井中最大流量,4）影响半径等问题的分析,指出裘布依公式的缺陷,并分别提出了一定的解决方案。同时还结合土力学的相关知识,从“达西定律的适用范围”,“渗透系数的不唯一性”,“地基沉降导致含水层变形”三个方面分析了公式的不足之处,更全面地对问题进行了剖析。