潜水延迟给水理论及其在弱岩溶区井流计算中的应用

本文提出了失水带迟后反应原理和延迟给水理论模型,它考虑了失水带毛细管和介质阻力对流动的影响,其水位、水头解能自然地再现Ｗａｌｔｏｎ“三阶段”型曲线。纽曼模型解仅是本法的一特例,因它未反映失饱和带的影响,其水位过程解型式与实测“三阶段”型相反。考虑了测壕（井）对流动影响的方法能获得更符实际的含水层参数值。文中并首次研究了在孔隙—裂隙流动中延迟释水的机制,提出“耦合滞后”原理,并经实例验证本模型对弱岩溶潜水流的适用性。      

泰斯公式几个有趣的推论

自一九三五年泰斯公式问世以来相继涌现了大量涉及地下水非稳定流的公式,但最实用的仍是为数有限的几个,其中又以泰斯公式应用最广。从长周期来看,博尔顿的延迟给水效应可以忽略不计,而长期的越流往往使潜水含水层与承压含水层水位趋于一致。许多由精细入微的考虑推导出来的复杂公式,经常由于天然含水层的不规则性而陷     

综合利用多种方法确定潜水含水层渗透系数

为确定潜水含水层的渗透系数,施工了一个主抽水井和两个观测井,采用了潜水含水层稳定流完整井多孔、单孔抽水试验的公式法、非稳定流的完整井的半对数直线图解法和基于抽水试验资料处理软件的纽曼模型求参法三种方法进行计算,结果发现各计算方法的结果相差不大,能够相互验证。最后,选取半对数直线图解法的计算结果作为最终计算结果。该研究对潜水含水层渗透系数的计算有一定的参考价值。     

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.      

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。     

裘布依地下水井流计算公式有关问题讨论

在长期的实际工作中发现,抽水井口径对抽水试验成果存在较大影响、传统的裘布依井流公式对井涌水量和水文地质参数计算结果与实际情况偏差较大。本文以不同水文地质条件下岩溶含水层中井抽水试验成果资料为依据,通过统计分析,揭示了井径与井涌水量以及含水层水文参数计算成果之间的相关关系,探讨了裘布依井流计算公式在理论和实践上存在的问题...     

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。     

实码加速遗传算法求潜水含水层系统逆问题的研究

本文在分别考虑垂直分量和弹性释水的Neuman潜水井流模型和迟后排水的Boulton第二潜水井流模型解析解分析的基础上,以具有随机搜索寻优特性的实数编码加速遗传算法(RAGA)和数值积分法对其进行优化求解,从而来确定潜水含水层系统的逆问题.以计算实例表明,该法可以取得较好的求参效果,并且与配线法、直线图解法等传统方法比较,方法简单,不需要分抽水时间-降深过程的前、后段分别进行参数确定,实现了潜水含水层参数的自动优选,简化了潜水含水层系统逆问题的确定过程.     

潜水延迟给水理论模型探讨

基于对失饱和带毛管与潜水流间交互作用的分析，提出了以“失水带迟后反应”模式计算延迟给水下的定降深流动①的成因方法。它能自然地解释水位、水头的Ｗａｌｔｏｎ三阶段演变规律，且拟合实测资料，具较强实用性。现行的纽曼代表性模型未能考虑延迟给水作用，因而其水位计算结果与实测线型相反．博尔顿法是经验性的，未予揭示该现象成因。本法基本上解决了上述问题。文后图示了各参变量对水头时空分布的影响。验算表明，将本法用于潜水出流试验推求含水层参数，可获更佳结果。     

利用动态观测资料反求潜水含水层水文地质参数

潜水含水层水位变动带给水度(μ)、含水层导水系数(T)、以及降雨入渗系数(α)是进行潜水资源评价的几个最主要参数。目前对求前两个参数,多采用野外抽水试验方法。该法虽具有一定优点,但往往由于潜水含水层的滞后给水而抽水延续时间较短,     

抽水引起的含水层水平应变──地裂缝活动新机理

基于Darcy -Gersevanov广义渗流关系式 ,本文首先导出了单井定流量抽水引起的泰斯承压含水层水平运动和应变解析表达式 ,并据此提出了抽水诱发地裂缝活动的含水层水平应变新机理 ,其主要观点为 :受井栅的约束阻挡作用 ,抽水活动将在含水层内部形成近井径向挤压区和远井径向拉张区两个应变区域 ,随着抽水时间的增长 ,近井径向挤压区将逐渐向外扩展 ;当地裂缝及其下伏断层或裂隙位于抽水活动引起的径向拉张应变区域时 ,地裂缝将出现加速活动 ;反之 ,当地裂缝处于抽水活动引起的径向挤压应变区域时 ,地裂缝活动反而受到抑制。上述地裂缝活动机理通过大同机车工厂现场抽水实验得到了初步证实。     

基于广义径向流模型的非均质孔隙含水层井流试验分析

Theis模型、Dupuit模型等经典井流模型分析非均质含水层井流试验数据有一定的局限性,获取的参数不适合表征非均质含水层特性。而GRF模型可以获取含水层流动特性的数据。相比于Theis模型、Dupuit模型,GRF模型更能表征非均质含水层特性。以黄石东湖新村棋盘洲长江大桥的抽水试验数据为例,采用Theis模型和GRF模型计算含水层渗透系数,结合实际水文地质条件,对比分析不同方法计算的水文地质参数,并计算含水层水流维数和表观压力传导系数（K_f /S_sf）。结果表明:研究区含水层为细砂夹条带状黏土透镜体的非均质含水层,采用GRF模型计算结果更符合实际情况,渗透系数为 4.09×10?3cm/s;含水层水流维数为1.61,地下水为双线性流动状态,含水层对抽水试验的响应主要受黏土条带控制;观测井和抽水主井的K_f /S_sf呈非线性相关,进一步验证了含水层的非均质性。在非均质孔隙含水层中,应用多孔联合非稳定GRF井流试验方法不仅能确定水文地质参数,并且能丰富对含水层特性的认知。     

利川压气站岩溶场区消防水井选址及其供水需求评估

在前期野外地质调查及工程水文物探勘察的基础上,研究压气站场区地层发育特征及水文地质条件,确定经济合理的消防水井宜井区。并根据非稳定流抽水试验数据,求取该场区地下水含水层的水文地质参数,同时利用泰斯井流公式对该区消防井的地下水供水需求作出预测评估,结果满足消防井的设计水量要求,且按Q=240m^3／d此等强度抽水,不会引起地下水位持续下降造成的各种生态环境地质问题。     

在多隔层含水层中抽水的水力联系问题

在多隔层含水层中抽水,由于各含水层能通过隔水层,相互进行补给,形成一个相当复杂的水力联系问题。在作了相邻含水层的水头保持常数的假定下,雅各布(Jacob,1946)、汉土什(Hantush,1956)等早已推出了漏含水层、抽水的计算公式。嗣后又由纽曼(Neuman)及威瑟斯庞(Witherspoon,1969)作了更加完善的补充,但对于相邻含水层间,相互补给的问题还很少研究。但选一问题在实际生产工作中却大量存在,这里我们先不考虑隔水层的释水作用,并用一个简易的方法探讨含水层之间的相互影响的关系。     

黄土潜水含水层深井抽水的井流特性分析

本文通过对黄土地区潜水含水层深井进行现场单井多落程抽水试验和双井抽水试验资料的整理分析,得到黄土潜水含水层深井抽水井流的一般规律,同时对水跃值的变化规律进行分析.     

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。     

BP神经网络在BOULTON法确定潜水含水层参数中的应用

本文在分析具有迟后排水的N.S.Boulton第二潜水井流模型解析解的基础上,利用复合高斯求积法和学习速率、动量因子自适应的BP神经网络相结合对该模型数值求解,提出了确定潜水含水层系统参数的Boulton BP法。实例计算结果表明,用Boulton BP法求得参数正演出的降深—时间过程与抽水试验所得降深—时间过程拟合很好。该方法简单,快速,不需要将抽水试验所得降深—时间过程分为前、后两段分别求参,不仅简化潜水含水层的求参过程,而且有良好的求参效果。     

确定含水层参数的全程曲线拟合法

含水层参数的确定是地下水资源评价、数值模拟、开发利用与保护以及科学管理的重要基础,抽水试验法是确定含水层参数的主要方法。根据含水层抽水试验的泰斯（Theis）公式,运用优化理论,结合计算机技术,提出利用抽水试验数据确定含水层参数的全程曲线拟合法。该方法充分考虑抽水过程中水位快速下降段、水位缓慢下降段和水位恢复段的观测资料,满足计算水位与实测水位之间的误差平方和最小、计算的水位过程线与抽水过程的实测曲线最佳拟合。实例研究表明,该方法速度快、精度高、求参结果最优,既适用于承压含水层求参,又可推广到潜水含水层求参。     

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。     

上海地区地面沉降新特征的发生机制分析

近年来上海地区的地面沉降出现了第四承压含水层持续变形及滞后的新特征,传统土力学已不能完全解释其机理。针对上海地面沉降发展新变化,已有的研究从如下方面进行了探讨:针对沉降加剧现象,分析了城市化建设对地面沉降的影响;从砂土材料的蠕变性状出发,分析深部含水层过大变形的现象。上述两方面虽在一定程度上可解释沉降新特征,但还是不能完全阐明其发生机理。基于此,本文提出考虑含水层抽水后受力状态随空间与时间再分布的两种动态传力机理分析方法:(1)基于Cosserat力学体系的地面沉降模型考虑了水力梯度变化在砂土层中产生的剪应力,给出了考虑固结效应的Cosserat介质力学模型,可以很好地从含水层受力机理的角度解释含水层持续变形增大和变形滞后的发生机理;(2)水的渗透会对土骨架产生拖曳力,使粘性土的细颗粒在粗颗粒构成的孔隙中移动,发生内部侵蚀流动造成细颗粒流失,阐述了考虑细颗粒流失作用对地面沉降的影响及其地面沉降在含水层空间与时间重分布的发生机理。