第三章 地下水向完整井的稳定运动-1-专.pptVIP

第3章 地下水向完整井的稳定运动 3.1 概 述 3.1.1水井的类型 根据水井井径的大小和开凿方法，分为管井和筒井两类。 管井：直径通常小于0.5m，深度大，常用钻机开凿。 筒井：直径大于1m，深度浅，通常用人工开挖。 根据水井揭露的地下水类型，水井分为潜水井和承压水井两类。 根据揭露含水层的程度和进水条件不同，可分为完整井和不完整井两类。 完整井：水井贯穿整个含水层，在全部含水层厚度上都安装有过滤器，并能全面进水的井。 不完整井：水井没有贯穿整个含水层，只有井底和含水层的部分厚度上能进水的井。如图。 3.1.2井附近的水位降深 (1) 水位降深 水位降深：初始水头减去抽水t时间后的水头，也简称降深。用s表示。 降落漏斗：抽水时，井中心降深最大，离井越远，降深越小，总体上形成的漏斗状水头下降区。 对于潜水含水层，抽水量主要来自含水层的疏干量；对于承压水，抽水量主要靠含水层的弹性释水量来供给。所以，在没有其它补给源时，地下水向井的运动始终处于非稳定状态。 (2)抽水时，地下水能达到稳定运动的水文地质条件 1) 在有侧向补给的有限含水层中，当降落漏斗扩展到补给边界后，侧向补给量和抽水量平衡时，地下水向井的运动便可达到稳定状态。 2) 在有垂向补给的无限含水层中，随着降落漏斗的扩大，垂向补给量不断增大。当它增大到与抽水量相等时，将形成稳定的降落漏斗，地下水向井的运动也进入稳是状态。 3) 在没有补给的无限含水层中，随着抽水时间的延长，水位降深的速率会越来越小，降落漏斗的扩展越来越慢，在短时间内观测不到明显的水位下降，这种情况称为似稳定状态，也称似稳定。 (3) 抽水井附近观测孔的水位 水平的承压含水层： 完整井：水流基本上水平，同一地点不同深度上的观测孔内的水位也一致。 不完整井：水流不再水平，等势线呈弯曲状，同一地点不同深度上的观测孔内的水位不同，降深也不同。 潜水含水层： 无论是完整井还是非完整井，有无均匀入渗，其等势线非铅直线，在同一铅直面上，不同深度上的观测孔的水位是不一致的。 (4)井径和水井内外的水位降深 一般抽水井有三种类型：未下过滤器、下过滤器和下过滤器并在过滤器外填砾。如图。 1) 未下过滤器的井：井的半径就是钻孔的半径，井壁和井中的水位降深一致。 2) 下过滤器的井：井的直径为过滤器的直径，井内水位比井壁水位低。 井损：水流流经过滤器的水头损失和在井内部水向上运动至水泵吸水口时的水头损失统称为井损。 3) 过滤器周围填砾的井：井周围的渗透性增大，水力坡度变小，所以降深变小。但是，井损还存在。这种条件下，井的半径应用有效井半径。 有效井半径：是由井轴到井管外壁某一点的水平距离。在该点，按稳定流计算的理论降深正好等于过滤器外壁的实际降深。 (5) 假设条件 本章以后几节中共有的假设条件： 1) 含水层均质、各向同性，产状水平，厚度不变，分布面积很大，可视为无限延伸； 2) 抽水前的地下水面是水平的，并视为稳定的； 3) 含水层中的水流服从Darcy定律，并在水头下降的瞬间水就释放出来。如有弱透水层，则忽略其弹性释水量。 3.2 地下水向承压水井和潜水井的稳定运动 3.2.1承压井的Dupuit公式 在上假设条件的基础上，将含水层视为半径为R的圆形岛状含水层，在R处为定水头H0。 这时，水流有如下特征： ① 水流为水平径向流，即流线为指向井轴的径向直线，等水头面为以井为共轴的圆柱面，并和过水断面一致； ② 通过各过水断面的流量处处相等，并等于井的流量。 上述条件下，给出的数学模型为： 求解模型： 对微分方程 进行积分，得： 通过任一断面的流量相等，并等于抽水量Q，所以 得： 即， 将上式分离变量，得： 按给出的定解条件取定积分： 积分得： 整理，得 或 式中：sw——井中水位降深； Q——抽水井流量； M——含水层厚度； K——渗透系数； rw——井的半径； R——影响半径。 上二式为Dupuit公式。 对于无限含水层，可以当作似稳定处理，R取从抽水井到明显观测不出水位降深处的径向距离。 但是，对于无限含水层，难以确定R。当有一个观测孔时，可用一