The is公式和Dupuit公式计算渗透系数对比与探讨

渗透系数是水文地质参数中极为重要的一个参数,为研究渗透系数的计算的精确性,以“山东省田庄煤矿水文地质补充勘探”项目抽(放)水试验资料为研究背景,采用承压水井完整井Theis公式和承压水井完整井Dupuit公式分别计算了渗透系数。Theis公式采取降深-时间配线法和Jacob直线图解法2种方法,Dupuit公式采取单孔抽水未消除井损计算渗透系数、单孔抽水消除井损计算渗透系数和多孔抽水计算渗透系数3种方法。对5种方法的计算结果进行对比分析,表明Theis公式2种方法计算结果相近;单孔抽水消除井损后与多孔抽水计算结果近似,未消除井损计算的渗透系数偏小;Dupuit公式和Theis公式计算的水文地质参数值存在较大差异,原因还需进一步研究。

临界产量Dupuit公式的讨论及一种新的方法

临界产量的确定对底水油藏的高效开发起着重要作用.然而,临界产量Dupuit公式反映临界产量随着打开程度的降低而单调增加,存在不合理的地方.本文与一些学者的研究表明,Dupuit公式推导过程暗含的"当临界状态时水锥正好处于井底"的假设不合理,水锥不能稳定在井底位置.在不作水锥到达井底的假设,假设油井上部为径向流,井底周围为半球形流动的情况下,推导出了一种新的底水临界产量方程.算例与工程实例表明,该方法比较符合实际,能够求得临界水锥高度和对打开程度进行优化.

Dupuit稳定井流公式的模型分析

Dupuit稳定井流模型和公式自1863年提出,至今已有一百多年了,时间横跨3个世纪。由于其原理的简单及公式的简洁,人们仍在使用。而人们对Dupuit模型以及有关概念的认识,仍然存在很大的差异和误区。通过分析Dupuit稳定流模型及公式,指出Dupuit模型及公式中本身就不含有影响半径的概念。将Thiem提出的影响半径的概念理解为含水层的一个参数,一个不变的常数,并试图寻求一个具有代表性的平均影响半径是没有理论依据的。

关于稳定井流模型和Dupuit公式的讨论——对陈崇希教授“商榷”一文的答复

由于忙于其他方面的工作，没能定期阅读《水利学报》，因而不清楚《水利学报》开展了有关稳定井流模型和Dupuit式的讨论，陈崇希教授2010年8月发表于《水利学报》的文章（文献[1]）也迟至近日才看到，因而迟复了。甚歉!兹就有关问题谈谈个人的看法。

Dupuit模型的改进——具入渗补给

Dupuit(1863年)提出的模型是“圆岛状含水层稳定井流模型”,这个模型只有侧向湖海边界条件,而不涉及上边界降水入渗补给条件。因此,Dupuit模型只能在旱季用于地下水井流试验求取含水系统的参数,而不能够用于预测。文章发展Dupuit潜水井流模型,考虑地面均匀稳定入渗补给(蒸发排泄示为其负值)作用。以质量守衡原理为基础,假定渗流服从Darcy定律并满足Dupuit徦定,建立极坐标下的地下水流微分方程,再依边界条件建立相应的流量方程和水位方程。这些方程为具地面入渗补给条件下井流试验求取水文地质参数以及预测相应条件下地下水抽水的效果,提供了基础条件。讨论了引入Dupuit假定对本问题解析研究可以降维(略去z变量)带来好处的同时,在地下水分水岭附近及抽水井附近可能出现偏离Dupuit假定,建议在抽水试验求取含水层参数时,观测孔的部署要尽量回避这些区段。

浅谈Dupuit公式的恰当使用

本文通过公式推导，指出了影响半径是一个毫无用处的概念，提出了用引用影响半径代替影响半径进行水文地质计算的合适性。

区间型单井承压水Dupuit求参公式

针对抽水试验确定水文地质参数存在不确定性的问题,从区间不确定性角度出发,基于非概率集合理论,推导出了单井承压水Dupuit求参公式的单变量和多变量区间解析表达式,即15个区间型单井承压水Dupuit求参公式,实现了从确定型求参公式到区间型求参公式的转变。通过对比蒙特卡洛法得到的实际区间上下限和推导出的公式计算的上下限,给出了这15个区间型求参公式计算结果相对误差的绝对值控制在10%以内时,相应变量的允许变化率,即各种情况下,允许变化率的最大值为1,最小值为0.1。实例应用结果表明,推导出的区间型求参公式可方便可靠地计算出渗透系数的区间响应,为地下水计算的不确定性研究提供了一种新途径。

Dupuit稳定井流公式的应用及评价

裘布衣提出Dupuit稳定井流公式至今已有一百多年了,由于其原理简单和公式简洁,至今仍在使用。通过系统分析合理概化勘探区的水文地质条件,采用Dupuit稳定井流公式预测矿井涌水量,最后对预测结果及Dupuit稳定井流公式做出评价。

等水位河间地块岩溶裂隙和流场演变模拟初探

经典地下水动力学根据Dupuit假设得到了河渠间潜水含水层水位分布的解析解,常用于实际工程。该解析模型是否适用于具有裂隙网络的河间地块岩溶含水层,这个问题远未得到充分论证。考虑降雨入渗强度为100~800mm/a的情形,建立剖面二维离散裂隙网络渗流模型,对等水位河间地块开展数值模拟研究。裂隙网络包含陡倾角和缓倾角2组裂隙,具有随机分布特征,隙宽均值为0.01cm。根据稳定流场模拟结果划分包气带和饱水带裂隙界面,分析水位分布特征,计算饱水带裂隙网络的等效渗透系数,并与经典解析模型反算的等效渗透系数进行了对比,发现采用解析模型的误差小于25%。进一步模拟岩溶作用下裂隙演变的情景,对10ka内河间地块裂隙状态和准稳态渗流进行了预测,发现隙宽最大值达到0.07cm,经典解析模型仍然能够通过水位反算出数量级相符的等效渗透系数。模拟结果表明潜水面具有不规则形状,而且在河岸会出现明显的渗出面泉点,裂隙泉点数量在岩溶演变过程中逐渐减少。经典解析模型虽然能够估算河间地块裂隙网络的等效渗透系数,但不能刻画潜水面的不规则形态,也不能预测岩溶裂隙渗流场的演变趋势。

关于Dupuit公式和Forchheimer公式的讨论

最近学习了陈崇希教授等[1-2]和薛禹群教授[3]在《水利学报》上关于地下水动力学中Dupuit稳定井流公式和非线性渗流中Forchheimer公式的质疑和讨论文,讨论在澄清基本理论概念和指导实际工程方面都有重要的价值和作用。关于Dupuit公式和影响半径概念,水利界目前仍在使用[4],

潜水稳定井流的剖面二维数值模拟方法

经典Dupuit井流模型与考虑入渗的改进Dupuit井流模型,都受到Dupuit假定的影响,可能存在系统误差。建立反映三维流或轴对称二维流特性的潜水井流数值模型,是检验Dupuit模型可靠性的重要手段。提出一种模拟潜水稳定井流的剖面二维数值模拟方法,通过参数转换把柱坐标系的渗流方程变换为等效的直角坐标系方程,利用MODFLOW方体网格有限差分模型实现剖面二维流场模拟。数值模型以抽水井的井中水位为已知条件,渗出面的排水量按照Darcy定律差分公式计算,潜水面则通过MODFLOW对干-湿单元的处理加以识别,抽水流量经水均衡计算得到。通过采用精细化网格建立典型案例模型,获得模拟精度很高的结果,使反算抽水井流量的相对误差不超过0.2%。以此检验Dupuit井流模型,发现解析公式得到的水位线总体与数值模拟结果一致,仅在抽水井附近由于没有考虑水跃而偏低,且误差受到含水层渗透系数各向异性的影响。在有入渗的情况下,分水岭附近的渗流违反Dupuit假定。然而,改进的Dupuit井流公式计算的分水岭水位相对误差低于1%。这一数值模拟方法简单实用,但也受到MODFLOW本身局限性的约束。

有入渗补给的层状非均质含水层圆岛潜水井流模型

作为圆岛状均质含水层稳定井流模型,经典的Dupuit井流模型既没有考虑普遍存在的降水入渗补给,也不适用于层状非均质含水层系统,有必要加以完善。在考虑降水入渗补给改进Dupuit井流模型的基础上,进一步将其拓展到层状非均质潜水含水层。引入Гиринский(吉林斯基)势函数,根据水均衡原理建立极坐标下的地下水流微分方程,再依边界条件解析得到了相应的流量方程、水位方程和分水岭公式。以双层结构为例,观察30组不同参数条件的典型水位曲线组,发现不同渗透系数的水位曲线交于一点的特殊现象并从理论上给出了证明。解析模型仍引入Dupuit假定,且没有考虑抽水井的井壁“水跃”现象,为判断这些条件对解析公式适用能力的影响,建立轴对称剖面二维流数值模型并做了对比研究。除抽水井附近外,水位解析方程产生的相对误差一般低于4%,在最偏离Dupuit假定的分水岭处,距离和水位的解析误差均小于0.1%。Dupuit假定并没有严重影响解析模型的适用性。

考虑渗流影响的基坑沉降预测方法研究

为进一步提高地下水富集区域基坑降水所引起的地层沉降的预测精度,本文在分析传统预测和影响因素的基础上,提出一种考虑渗流影响的地层沉降模拟方法,从渗流算法、地面沉降算法和孔隙度参数设置三方面对预测模型加以改进,并将采用传统方法与改进方法得到的预测效果进行对比分析。结果表明,本文提出的预测方法的精度较传统方法有较大提升,可靠性高且实用性强,能够更好地满足实际工程需要。

论抽水的降落漏斗范围、影响半径与环境影响范围

针对降落漏斗范围、影响半径与环境影响范围等3个既有联系又有区别的水文地质问题,从其科学性和实用性两个角度,开展了系统研究工作。首先,针对降落漏斗范围,通过一般的数学模型进行了深入的理论研究,研究结论得到了Dupuit模型和Theis模型等2个成熟井流模型的验证。然后,针对影响半径,在国内外经典文献基础上,以地下水动力学发展史为主线,对其理论基础进行了科学分析,着重分析了其模型基础和几何意义,梳理了其理论上的不足和主要存在争议之处,进而分析了其适用性和实用性,同时对非Thiem模型中的广义影响半径也进行了类似研究,得到了关于各类井流模型影响半径的一般共性认识。最后,结合抽水的环境风险评估和环境监测的需要,提出了“抽水环境影响范围”概念(包括一、二类环境影响范围)和一般求解方法,并根据实际应用需要,提出了Theis模型环境影响范围的解析解,其科学性和实用性得到了一个实际典型案例的验证。

港口工程翻车机房基坑降水设计

通过对场地地质资料的分析 ,结合围护地连墙特点和基坑开挖条件 ,采用承压水井的 Dupuit公式、等代大井和恰尔内近似解原理 2个方案对基坑降水进行设计。

非承压含水层底部单孔疏放水渗流特征

由含水层底部向上施工疏放水孔(井)进行疏水降压是保证煤矿安全开采的重要措施之一,该类疏放水孔与地面抽水井的渗流特征具有显著差别。为了研究井下疏放水孔的渗流特征,以非承压含水层底部单井疏放水孔为例,采用数值模拟的方法对其渗流特征进行研究。研究结果表明,当疏放水井的井长lw小于临界长度lc时,即lw<lc,疏放水井上部含水层孔隙水压力大于0,且由下而上呈先增加后减小的分布规律,渗流量与井长呈指数函数关系增加;当lw≥lc时,疏放水非完整井的渗流特征及渗流量与完整井相同;渗流量随井半径增加呈指数关系增加,且指数小于1;将s+lw代替水位降深s对裘布依(Dupuit)潜水完整井计算公式进行修正,当lw<lc时,采用修正的Dupuit潜水完整井计算公式计算疏放水非完整井渗流量更精确。该研究结果对认识井下疏放水井上部孔隙水压力分布特征及合理布置疏放水井具有重要的借鉴意义。

疏干降水引起坑后地面沉降的一种简化计算方法

在地下水位较高地区进行深基坑开挖,必须进行工程降水为开挖和施工提供干燥环境,大多数基坑位于浅层潜水层,疏干降水时在基坑周围形成地下水的降落漏斗,从而造成地基的不均匀固结沉降,对周围建筑物造成危害。降水(抽取地下水)引起地层压密而引起地面沉降是由于有效应力增加的结果,已经有较多的地面沉降计算理论。在忽略土体侧向变形的情况下,可以采用分层总和法计算地面沉降量,在裘布依假定的前提下求出基坑降水引起周围地下水位降落曲线方程,然后分别计算水位降落曲线以上和降落曲线以下地层的有效应力增量,在此基础上,采用分层总和法求出地面沉降量,同时考虑围护结构对地面沉降的约束作用,在经验假定的基础上利用剪切-位移关系求出其对地面沉降量的影响值,叠加后得到坑后地面沉降的计算公式,并结合工程实例进行计算,表明该方法具有较高的实用价值。

越南某电厂温排水数值模拟

为了解越南某电厂新建一期三期工程对已投入运行的二期工程取水口温升的影响,采用MIKE21中的潮流和温度输运模块进行了潮流和温度场的数值模拟。选取冬季和夏季两种气象背景,模拟了典型大潮、小潮情况下一、二、三期工程同时运行时的温度场扩散过程,得出不同工况下的温升包络图。模拟结果表明:一期和三期工程投入运营后,二期工程取水口温升不超过1℃,符合使用条件。针对工程中的透水防波堤,文章提出了杜比公式与MIKE模型相结合的模拟方法,并根据计算结果分析了防波堤的透水性对温度场扩散的影响。结果表明,防波堤透水性对温度场扩散影响显著。

关于地下水开采引发地面沉降灾害的思考

对地面沉降对策的目标是“多开采，少沉降”，提出目标函数Ｓ＝ ｒｗ∫ｚｇｚｌｓｏ ｄｚ。用抽水试验获得的单位涌水量一般不反映含水层的富水性，不宜依它来选择地下水的开采层位。被误解了的“裘布依稳定井流模型”（“影响半径模型”）是不合理选择地下水开采层位的主要“理论”依据。控制地面沉降的一个积极措施是将开采层位上移至浅层，使其接近地下水的补给区和排泄区。为增大井孔的进水能力，建议采用水平井、辐射井，并提出可能增加出水量的井型——“子母井”

渗透系数概念发展的回顾

本文通过达西公式的产生和许多研究人员对K的物理基础的探讨，渗透定律真实界限的试验和裘布依水井公式实践的简短回顾，介绍了渗透系数概念的发展及可能得到的启迪。