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。

基于配线法的BP神经网络求解Theis模型

利用非稳定流抽水试验资料确定含水层水文地质参数的配线法在具体应用中存在较大的随意性,用一种改进的反向传播(BP)神经网络方法来进行承压完整井非稳定地下水运动Theis公式中的水文地质参数识别,在一定程度上解决了现有的BP神经网络方法求解含水层参数中存在训练区间选择、网络拓扑结构复杂、网络泛化性能较低和过度拟合等问题.实例计算结果表明,提出的基于配线法的BP神经网络是求解水文地质参数的一种高效方法,对其他水文地质问题求解具有推广应用价值.

Theis不稳定潜水井流模型的改进--具入渗补给

地下水的补排主要包括垂向的地面入渗补给、蒸发排泄(蒸发可视为入渗的负值)及侧向的地表水补给、排泄。水文地质学最基本的问题之一--地下水可持续开采量的评价准则,涉及补给的增量与排泄的减量,因此地下水开采的预测模型必须包含上述两类的补给、排泄因素,否则不能满足要求。然而,经典的Theis不稳定井流模型,即使在傍河抽水,也只有侧边界的补给、排泄作用,而不涉及上边界的地面入渗补给。这样一来,这个解析模型基本上不能够用于预测,而只能在旱季用于井流试验求取含水系统的参数。为此,文章的目标是发展具地面入渗补给的Theis不稳定潜水井流模型。对于潜水流问题,不能再用承压水流的以水头为应变量的方程来建立,应采用第二类线性化方法的势函数来建立潜水流问题。对于既有降雨入渗补给,又有抽水井作用的复杂的水文地质问题所概化数学模型的求解,采取的方法是把它分解成若干个简单的子模型问题求解,然后将其合成为原来复杂数学模型的解。基于质量守恒原理,假定渗流服从Darcy定律并满足Dupuit徦定建立了水流基本微分方程。然后对于两平行河流及一河流平行一隔水边界形成的两类条形区域,具地面均匀稳定入渗补给的井流问题,获得通用水位方程和几类常见的特定条件水位方程及其流量方程。此外,提出并采用“边界对边界的反映法”用以求解一河流平行一隔水边界条形区域的同一问题,减少了许多推导过程。最后,作为上述理论成果的初步应用,也是一个重要的应用,即在河水水质不能满足要求的河流附近,设有一口抽水井,计算该抽水井在不汲取河水的前提下的临界流量方程,获得具重要意义的结构简洁的关系式。该方程也可以用于滨海区的抽水井,在不发生海水入侵前提下的临界抽水流量计算。给出了上述条件不稳定井流过程某时刻的地下水流网图,其流网与文献中常见的傍河井流的流网相比,具显明的特征。

Theis解析模型的数值解及其在MatLab中的实现

讨论了如何应用数值积分方法求解含水层中地下水非稳定流抽水试验的解析模型以获得含水层的水文地质参数,并以Theis公式为例讨论求解原理。引入了MatLab的数值积分工具和优化工具,轻松实现了对水文地质参数的求解,此举既保证了解的可靠性和唯一性,也大大提高了方法的可操作性。最后以一个具体的承压水非稳定流抽水试验为例验证了这个方法,所得的结果与应用配线法得到的结果基本一致,从而肯定了方法的应用价值。研究结果尽管是针对Theis模型进行的,但求解原理同样适用于其他各种模型。

时间分数阶Theis模型

Theis公式是由研究的地下水向承压含水层完整井非稳定井流的计算公式。文章在Theis模型的基础上研究时间分数阶地下水向承压含水层完整井非稳定井流的计算公式。文章第一部分给出了Theis模型及其解。第二部分讨论了时间分数阶Theis模型并得出了该模型的井函数。

微粒群优化算法在Theis公式参数识别中的应用

采用一种微粒群优化算法来识别承压完整井非稳定地下水运动Theis公式中的水文地质参数。微粒群算法是一种新型的群体智能算法,它将每个个体看作在多维搜索空间中的一个没有重量和体积的微粒,并在搜索空间中以一定的速度飞行,该飞行速度由个体的飞行经验和群体的飞行经验进行动态调整。然后根据个体适应值大小运算,根据适应度函数对微粒的速度和位置进行进化,最终得到足够好的适应度值。本文采用微粒群算法可根据抽水试验资料快速反演Theis公式近似解析解中的水文地质参数。实例计算结果表明该微粒群算法计算速度快,在水文地质逆问题求解中值得推广应用。

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。

Theis井函数的计算方法及计算机实现程序开发

利用计算机程序实现井函数的数值计算,不仅提高了井函数值的准确性和精度,而且依据计算机计算所得的数据可绘制成各类便于使用的表格和反映抽水过程的特性曲线。各类井函数的计算机电子表格、可视化界面,将会为地下水动力学研究和教学带来便利。

基于1stOpt软件计算Theis井函数的应用探讨

1stOpt是一款具有自主知识产权的的数学优化计算软件平台,但是将该软件应用于地下水的水文地质参数求解过程的报道几近于无。本文利用1stOpt软件计算了作者野外一线工作中地热井以及第四系承压井抽水试验数据,显示了其较好的精度和实际使用的便利性,说明了该软件平台对传统降速配线法和直线图解法具有一定的替代作用,在实践中是可以广泛应用的;为了拓展1stOpt软件的应用方向,依据坡度配线公式计算了经典的地下水动力学案例数据,曲线同样实现了较好的拟合度,结果稳定可靠。

EXCEL在THEIS公式中的应用探讨

以EXCEL为载体,绘制了THEIS公式的W(u)-1/u标准曲线,并根据抽水试验资料具体操作了s-t配线法,拟合求取了水文地质参数。该方法操作简单,为水文地质野外试验绘制相关曲线以及求取水文地质参数提供了快捷途径,提高了工作效率和工作精度。

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。

钱塘江涌潮对承压水位势的波动响应机理探究

根据前人关于压力含水层有越流补给时所建立完整井的公式,得出了压力含水层在钱塘江潮汐荷载作用下水势响应的解析式,将不同潮水位、抽水量带入解析式中,对承压水的变化进行曲线绘制;并与杭州地铁9号线及钱江新城片区的承压水观测资料进行分析对比,得出理论与实测两者之间存在的联系,以及钱塘江潮汐对承压水水位的变化规律。

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。

非稳定流非完整辐射井抽水试验水文地质参数的求解

针对辐射井抽水试验水文地质参数求解方法较少的问题,将仿Theis公式引入潜水非完整辐射井非稳定流抽水试验参数求解中,推导了潜水非完整井变流量非稳定流的井流公式,采用试算方法,通过VB编程,实现了计算水位过程与实测水位过程的对比,含水层参数求解取得了较理想的结果。结合新疆台兰河大型抽水试验,计算了均方根误差、平均误差、整群剩余系数和模型效率。结果表明,该方法计算所得水位过程与实测过程拟合效果理想,所得水文地质参数与Neuman法、前人研究结果吻合。

一种求解承压含水层水文地质参数的新配线法

为了能充分利用抽水试验规范所规定的连续性抽水试验数据资料,原位确定承压含水层不同水头降落漏斗范围的渗透系数(K)、导水系数(T)和储水系数(μ*),基于Theis井流公式及叠加原理导出一种流量变化时无量纲形式的承压含水层降深随时间变化的解析解,提出一种含有参变量的一组无量纲降深-时间标准曲线及相应的配线方法。将变流量抽水试验得到的降深随时间变化的实测曲线与标准曲线进行配线,选择任一匹配点记录其在标准曲线、实测曲线中的坐标值和配线的参变量值,将这些记录值代入相关公式,确定对应某一流量时承压含水层的水文地质参数。以苏锡常南部高速无锡境内的场地抽水试验为例进行实例验证,运用配线法分阶段完成,最终求得该场地2-3粉土层承压含水层在变流量下的渗透系数分别为5. 12×10-4cm/s、2. 54×10-3cm/s、2. 83×10-3cm/s。

利用大口径井抽水初期试验数据确定含水层参数

在满足Theis假设的前提下,Theis公式是非稳定流抽水试验确定含水层参数的基本公式。而大口径开采井抽水初期的降深曲线是偏离Theis标准曲线的,此时要利用大口径井抽水初期试验数据求解含水层参数,可以采用Papadopulos-Cooper公式。针对Papadopulos-Cooper配线法求解过程中存在的主观性强、随意性大等弊端,一种基于Papadopulos-Cooper解析解的迭代近似解法被用于大口径井抽水试验计算。实例计算结果表明,该方法具有较高的求解精度,且解法实现简单,并在一定程度上解决了配线法求解含水层参数时的多解现象。

阶梯状抽水试验水文地质参数确定

针对传统阶梯状抽水试验参数计算过程中,通常只选择抽水阶段的部分试验数据等问题,应用Theis公式及叠加原理,利用抽水试验所有降深数据(抽水和水位恢复阶段全部资料)求解水文地质参数,利用承压含水层抽水试验数据计算得出导水系数、储水系数,利用潜水含水层抽水试验数据计算得出渗透系数和给水度,此外在低效率抽水井中利用抽水试验数据计算得出井损系数和井流量指数。计算过程中,利用Excel计算并绘制计算水位降深和观测水位降深的拟合曲线,计算过程简单快捷。整个抽水试验过程中,不必再分别提出抽水、水位恢复期的计算公式,可以避免人为选择单个水位降深数据对参数求解带来的影响。

FEMWATER在地下水流数值模拟中运用

GMS是目前使用广泛的一个地下水模拟软件,它包含多个水流模拟计算模块,其中基于有限元分析的FEMWATER模块是一个功能强大的三维水流-溶质运移的数值模拟模块。迄今为止, FEMWATER在国内地下水数值模拟中的运用甚少。本文介绍了FEMWATER主要特点和应用领域,采用基准问题(Theis问题和Henry问题)对模型进行校正,然后选取了张家港合兴地块为实例,对该研究区的地下水流模型采用FEMWATER进行数值模拟,对比分析了FEMWATER和MODFLOW模拟结果,并由此概括了有限元和有限差分计算中的不同和FEMWATER运用注意事项,为他人今后开展相关工作提供参考。

承压非稳定流单孔抽水试验求参的程序设计

在煤矿建设和生产中对承压非稳定流抽水试验求参时,一般可以运用Theis配线法来解决。但这种方法,在人工操作上既繁琐又有人为误差。因此将运用VB程序来编写一段代码,以实现在计算机屏幕上移动标准曲线来匹配试验点,而模拟整个人工配线过程。由淮北某矿区实例验证,Theis配线法程序适用于矿区的一般求参问题。

运用粒子群算法求解若尔盖湿地含水层参数

以潜水完整井流理论为基础,依据求解潜水含水层参数的Theis模型近似式,研究了基于抽水试验的粒子群算法确定孔隙潜水含水层导水系数T、渗透系数K、给水度μ等参数的方法和途径。计算结果表明,粒子群算法不仅可行,而且求解精度高,收敛速度比其他方法快,是一种值得在实际中推广应用的求解含水层参数的方法。