理论教育 水力学中水平不透水层上的完全普通井的特性及计算公式

水力学中水平不透水层上的完全普通井的特性及计算公式

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:水平不透水层上的完全普通井如图11.4.1所示,原地下水位线如虚线所示。图11.4.1井周围的渗流运动,严格来说属于三元渗流,但这样求解相当复杂。设z为距井中心为r处的浸润线高度,按一元渐变渗流的杜比公式 ,半径为r处的断面平均流速v为:过水断面为以r为半径的圆柱面,即A=2πrz,则井的渗透流量为:分离变量并积分得:利用r=r0时z=h0的条件,可得:式中h0和r0分别为井中水位和井的半径。式 为完全普通井的浸润线方程式。

水力学中水平不透水层上的完全普通井的特性及计算公式

水平不透水层上的完全普通井如图11.4.1所示,原地下水位线如虚线所示。设原地下水深度为H,井的半径为r0,当不吸取地下水时,井中水位与原地下水位齐平。当从井中吸取流量时,井中水位下降,四周地下水汇入井中并形成漏斗形的浸润面。若吸取的流量不大且为恒定时,经过一段时间,井四周的渗流可认为达到恒定状态。井中水位下降值s和漏斗形浸润表面的位置均保持不变。

图11.4.1

井周围的渗流运动,严格来说属于三元渗流,但这样求解相当复杂。我们可以这样简化:在均质各向同性土壤的地层中,井周围渗流的过水断面应是以井中心为圆心、r为半径的一系列圆柱面。渗流对井中心是轴对称的,即任一径向断面上的渗流情况都是相同的,除井壁附近区域外,流线近似于平行,因此,渗流可以近似看作是一元渐变渗流,而且符合达西定律,可以运用杜比公式进行计算。

设z为距井中心为r处的浸润线高度,按一元渐变渗流的杜比公式 (11.3.1),半径为r处的断面平均流速v为:

过水断面为以r为半径的圆柱面,即A=2πrz,则井的渗透流量为:

分离变量并积分得:

利用r=r0时z=h0的条件,可得:

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式中h0和r0分别为井中水位和井的半径。式 (11.4.1)为完全普通井的浸润线方程式。利用该式可计算该井任意位置r处的浸润线高度z。

浸润线在离井较远的地方,逐步接近原来地下水位。在井的渗流计算中,常引入一个假定:即认为抽水的影响只限于影响半径R以内。在影响半径以外的区域,原地下水位不受影响,即当r=R时,z=H (H 为原地下水位),则完全普通井的出水量公式为:

从该式可看出:当k、r0、R、H 一定时,抽水量Q愈大,井中水位h0愈低。

将水注入的井称为注水井,用于回灌地下水和测定水文地质参数,此时出水量为负值,仍可应用上式计算。井的影响半径需要用实验方法或根据经验来确定。在初步计算中可采用下面的经验数值:细砂R=100~200m,中砂R=250~500m,粗砂R=700~1000m。也可采用如下的经验公式计算:

式中 s——井中水位下降的高度;

k——渗透系数,以m/s计;

其余均以m计。

井的影响半径R是近似的,用不同方法得出的R值差别也较大。但因流量与井的影响半径的对数值成反比,所以影响半径的差别对流量值的影响并不大。

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