无越流含水层中完整井流分析(2)

2019-04-01 17:49

Q?4?TsW(u)

t?r2?1?4?Ts4aW???Q???? (9)

至此得到计算承压井流的三个基本方程。W(u)???e?xuxdx为泰斯井流井函数。

三、 潜水完整井流推导

假定条件为承压井流假定条件的第一条改为“含水层是均质、各向同性、等厚且含水层底板水平”,再加上第(9)条,降深值远远小于潜水含水层厚度,流动满足裘布依假定。

依据裘布依假定,将三维流转化为二维流,均衡体为X和X+△X之间宽度为1的含水层柱体。

均衡体在△t内净流入量为

?V?q(x,t)?t?q(x??x,t)?t (10)

由裘布依假定第二条,水量的增量又可表示为

?V??h(x,t??t)?h(x,t)???x?1??d (11)

令?x?0,?t?0,联立变换得?代入达西定律qx??Kh???h??hKh????d?x??x??t?q?x??d?h?t

dhdx,则得到

(12)

令??122h,于是h????????K???d?x??x??t

以平均值hm代替h,得到hm????????K???d?x??x??t,将剖面二维流问题推广到三

维流问题,得到hm??????????????K???K??hmd???x??x??y??y??t (13)

??2??2?对于均质含水层可化为Khm???x2??y2????Khm???d,引入水力扩散系a???t?d?数,对于轴对称流,类似于承压井流方程可改写为

??2?1?????? a???r2?r?r???t (14)

??至此潜水完整井流微分方程以得出。加上初始条件边界条件可得到潜水完整

???2?1?????????(0?r??,t?0)?Khm?d??r2?r?r??t???12?其中??h,初始边界条件2?井流定解问题 ?????(r,0)??0(0?r??)

???(?,r)??0(t?0)????lim2?rK?Q(const)?r?r?0??四、 承压完整井流与潜水完整井流对比

对于承压井流方程(8),引入势函数??HM,将承压井流改为

??2H1?H??H? (15) KM????e??r2?r?r??t?其中?s?Ka,?e??s?M

???2?1??????KM?????e(0?r??,t?0)??r2?r?r??t????初始边界条件代入边界初始条件可得?????(r,0)??0(0?r??)

???(?,r)??0(t?0)??lim2?rK???Q(const)??rr?0?通过对比可见承压完整井流与潜水完整井流定解形式一致,于是其解?也就相同,注意对应关系

承压井流 潜水井流 含水层厚度:hm M 给水度: ?d ?e 势函数: h2 HM

21将(9)式改写为 H0M?HM?KMKMQ4?KW(u)

其中T?;a??e;u?rue4KMt2

对于承压完整井流抽水方程

12?h20?h2??2Q4?K W(u) (16)

12??s??s 2?由

12?h20?h??1?h20?h??h0?h???ho?h?h0?h0?s??ho?潜水井流方程改为?h0???s?QW(u),解此方程定流量抽水潜水完整井?s?2?4?K流三个基本方程为

2s(r,t)?h0?h0?Q2?KW(u),Q?2?K?2h0?s?sW(u),t?4aW?1r2?2?K?2h0?s?s??Q?????

五、 泰斯井流方程水头下降影响因素分析 5.1、降深的影响因素

从方程s?r,t??Q4?TW?u? 可看出,承压完整井做定流量抽水时,s值随r的增

?r2大而减小,随t的增大而增大。当t?0或r??时,W??4at????0,故s?0。降升??s与抽水流量Q呈正比关系。在抽取地下水后无补给增量与排泄减量的条件下,

开采量全部来自储存量的释放(体现在水头降深s上),只要?e为常量且无滞后释水,则Q与s呈正比。 5.1.1、 弹性给水度?e的影响

降深s随弹性给水度?e的增大而增减小。当抽水流量Q和抽水延续时间t一定时,含水层释水的体积V?Qt一定。若?e大,则下降漏斗浅,即s小;反之,则下降漏斗深,即s大。 5.1.2、 含水层导水系数T的影响

含水层导水系数T对水头降深s的影响,方程s?r,t??Q4?TW?u? 右端有两处

????2rQ? 。s随第一个T的增大而减小,随第二出现T:一是 ,另一是:W??T?4?Tt??4?e??个T的增大而增大。这两个T对s起着相反的作用。对QQ4?TT与 中 T? ? s?,

组成

QT因子,可以理解为内边界条件对s的作用。Q是定流量的内边界条件,

QT而当井半径rw一定时,

可以理解为水力坡度的内边界条件,即在抽水井壁处

????2r? 中 T? ? s?,理解为任一由r至的水力坡度愈大,则s也俞大。对W??T?t??4?e??r??r围成的均衡段内其下游断面流量Qr大于上游断面流量Qr??r必由均衡段内

含水层释水量来均衡,从而导致水头降在漏斗一定且?e一定时,若T大,则s亦大;若T小,则s亦小。

5.1.3、 含水层水力扩散系数a的影响

T在a??e 中 s随a??s?,a(与?e组成a?T?e)对s的影响,我们可以对

任一均衡段(由r与r??r两个圆柱面围闭的含水层体积所构成)任一时刻的漏

斗曲线的分析看出,下游断面的流出水量Qr大于上游断面的流入水量Qr??r,必由均衡段内含水层释放水量来均衡,为此导致水头下降。在漏斗一定(即水力坡度一定)且?e值一定时,若a大,则s亦大;若a小,则s亦小。 5.1.4、 时间t的影响

t?,s? t?0,u??W?u??0,?s?0 t趋向无穷大时,s也趋向于无穷大。注意公式的应用条件,承压井流保持

承压状态,即s不得大于?H0?M?,否则将转化为承压-无压井流,破坏了基本


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