改进渗流井计算模型及其应用

论文摘要

近年来,渗流井以其高产、低耗、好管理、供水总体成本相对较低等众多优势被人们认可,在陕北干旱半干旱地区已经得到了广泛的运用,相应的计算模型也得到了一定的发展。然而现有计算模型存在着剖分节点数过多,不能计算多个渗流井同时工作时的出水量,不能有效刻画辐射管不规则分布等不足,从而限制了模型的进一步运用。为此,改进渗流井计算模型的建立具有非常重要的意义。本文依托国家自然科学基金项目“渗流井取水机理的物理模拟及计算模型研究”和“非管井集水建筑物取水机理的物理模拟及计算模型研究”以及陕西省地质勘查基金项目“陕北能源化工基地黄河谷地南河底水源地地下水勘查”,以陈崇希提出的“渗流—管流耦合模型”理论为基础,将含水层刻画为单一的连续介质,井管刻画为由一系列离散的管道和节点组成的井管,然后以“井管—含水层之间的交换量”为耦合点,将离散的井管和有限差分网格耦合起来,建立了改进的渗流井计算模型。该模型存在以下优点：(1)剖分节点数较现有模型少。为了模拟渗流井复杂的结构,前人以“等效渗透系数”为耦合点,刻画井管时需加密剖分,建立的“渗流管流耦合模型”剖分节点数很多。本文改建的计算模型,将井管分离出来,以“井管—含水层之间的交换量”为耦合点,与有限差分网格耦合,剖分节点数大大减少。(2)水源地采用渗流井开采方案时,往往需布设两个及两个以上的渗流井。现有模型剖分节点数过多,不能有效计算多个渗流井同时工作的出水量。改建的模型,剖分节点数少,能有效计算多个渗流井同时工作的出水量。(3)刻画辐射管更加精确。改建的模型在计算“井管”和含水层之间的流量交换时,考虑了辐射管管壁材料和过滤网的渗透系数,很好地刻画了辐射管的不规则分。在系统分析研究区地质、水文地质条件的基础上,利用改建模型对水源地不同开采方案下的允许开采量进行计算与分析。分析结果表明,5眼渗流井(每眼井带有5个硐室)是众多开采方案中较理想的适合当地的实际情况的取水方式。并通过论证,渗流井开采有充足的补给资源量保证,在经济技术上可行,开采方案合理。研究成果在计算渗流井允许开采量及后期施工方面有一定的借鉴作用和参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本文的主要创新点
• 第二章 渗流井取水机理及计算模型
• 2.1 渗流井的结构
• 2.2 渗流井井流特征
• 2.3 渗流井取水计算模型
• 2.3.1 渗流基本微分方程
• 2.3.2 管流水力特征
• 2.3.3 井管-含水层间的交换量
• 第三章 研究区自然地理及地质条件概况
• 3.1 自然地理概况
• 3.1.1 地理位置
• 3.1.2 地形地貌
• 3.1.3 气象
• 3.1.4 水文
• 3.2 地质条件概况
• 第四章 研究区水文地质条件概况
• 4.1 地下水类型与赋存条件
• 4.1.1 第四系冲洪积层孔隙潜水
• 4.1.2 三叠系碎屑岩类裂隙潜水
• 4.2 含水层特征及富水性
• 4.2.1 第四系冲洪积层孔隙潜水含水层
• 4.2.2 三叠系碎屑岩类裂隙潜水含水层
• 4.3 地下水补给、径流及排泄条件
• 4.3.1 黄河河谷区
• 4.3.2 低山丘陵区
• 4.4 水化学特征
• 4.4.1 第四系冲洪积层孔隙潜水
• 4.4.2 三叠系碎屑岩类裂隙潜水
• 4.4.3 黄河地表水
• 4.5 水动态特征
• 4.5.1 黄河地表水动态特征
• 4.5.2 地下水动态特征
• 第五章 地下水资源评价
• 5.1 水文地质概念模型及数学模型
• 5.2 水文地质参数计算
• 5.3 地下水天然资源量计算
• 5.4 地下水开采技术
• 5.5 允许开采量计算
• 5.6 推荐开采方式及允许开采量
• 5.7 地下水可开采资源保证程度论证
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果
• 致谢