對(duì)Dupuit穩(wěn)定井流的理解

1、對(duì)Dupuit穩(wěn)定井流模型的理解對(duì)薛禹群院士和陳崇希教授的分歧的看法Dupuit穩(wěn)定井流模型在地下水動(dòng)力學(xué)中應(yīng)用廣泛，但是在我國現(xiàn)行的兩本具有代表性的教材中對(duì)Dupuit模型的認(rèn)識(shí)依然存在較大分歧。兩種觀點(diǎn)同時(shí)存在，對(duì)地下水動(dòng)力學(xué)的發(fā)展來說是有利的，但同時(shí)存在如此之久卻又讓人不免擔(dān)憂。那么，這其中的癥結(jié)何在？兩位老師的分歧主要在三個(gè)方面：1.Dupuit穩(wěn)定流模型與影響半徑；2.如何獲取影響半徑；3.在均勻流中定流量抽水，能否形成穩(wěn)定流？具體如下：1.Dupuit穩(wěn)定流模型與影響半徑：該問題可理解為兩位老師對(duì)“圓島模型”（或“圓形島狀含水層”）的不同認(rèn)識(shí)上。薛老師認(rèn)為，“可以把在無限含水層中的

2、抽水情況設(shè)想為一半徑為R的圓島狀含水層的情況。島邊界的水頭保持不變。如從井中定流量抽水，地下水經(jīng)過一段時(shí)間的非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)后，降落漏斗擴(kuò)展到島的邊界，周圍的補(bǔ)給量等于抽水量，則地下水運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)”。“式中：，R是影響半徑”?！按颂嶳即圓形島的半徑，該處降深為零。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到隨著抽水時(shí)間的延長會(huì)出現(xiàn)似穩(wěn)定狀態(tài)，距離R應(yīng)看作是從抽水井起到實(shí)際上觀測(cè)不出（或可忽略）水位降深處的徑向距離。原圖如下： 在陳老師看來，Dupuit穩(wěn)定井流模型是在下列假設(shè)條件下建立的：均質(zhì)、各同向性、隔水底板水平的圓柱型含水層，外側(cè)面保持定水頭，中心一口完整抽水井簡稱圓島模型，沒有垂向入滲補(bǔ)給和蒸發(fā)排泄，且滲流服從

3、線性定律的穩(wěn)定流動(dòng)。原圖如下：從這兩張圖上即可一目了然的看到兩位老師對(duì)Dupuit穩(wěn)定井流模型理解的差異。如果撇開實(shí)際應(yīng)用不談（理論在建立之初并不考慮實(shí)際應(yīng)用），那么薛老師對(duì)Dupuit穩(wěn)定井流模型的理解就值得商榷了。Dupuit穩(wěn)定井流模型是陳老師所理解的“圓島模型”。而非薛老師所說的“圓形島狀含水層”。薛老師認(rèn)為“可以把在無限含水層中的抽水情況設(shè)想為一半徑為R的圓島狀含水層的情況?！辈⑶摇皪u邊界的水頭保持不變?！边@并不合理。而圖3-3也不可能實(shí)現(xiàn)“島邊界的水頭保持不變?！睂?duì)此，薛老師在辯解中多提到“實(shí)際應(yīng)用”和“Bear教授也是這么認(rèn)為的”。但是，作為科學(xué)研究者，更應(yīng)注重科學(xué)本身的是否科學(xué)

4、，而不是急于把他們應(yīng)用到實(shí)踐中去。此外，既然是“Dupuit穩(wěn)定井流模型”而非“Bear穩(wěn)定井流模型”無論是從尊重科學(xué)的角度還是從尊重科學(xué)家的角度，都應(yīng)更注重“Dupuit穩(wěn)定井流模型”的真實(shí)性而不是后人對(duì)他的理解上，同時(shí)，作為一個(gè)科學(xué)研究者，自己的想法更重要，不應(yīng)一味的說“某某也是這么認(rèn)為的”。對(duì)于薛老師所說的“影響半徑穩(wěn)定井流模型”，其在實(shí)際問題中的應(yīng)用不可忽略，但這一模型存在其缺點(diǎn)，薛老師在其著作中提出“這樣求得的R值，可作為設(shè)計(jì)合理井距的依據(jù)”，陳老師將其理解為“平均布井法”，薛老師直言這是無中生有，那么此處“可作為設(shè)計(jì)合理井距的依據(jù)”又作何理解？我們也無從得知了。至于薛老師為何不解釋

5、清楚，其中的原因大概也只有自己知道了?？傊?，我們并不能因?yàn)橐粋€(gè)理論在實(shí)際應(yīng)用中有貢獻(xiàn)就不去研究其是否合理，因?yàn)橹挥懈玫难芯坎艜?huì)有更好的應(yīng)用。2.如何獲取影響半徑：薛老師認(rèn)為：“R即圓形島的半徑，該處降深為零，在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到隨抽水時(shí)間的延長，會(huì)出現(xiàn)似穩(wěn)定狀態(tài)，距離R應(yīng)看作是從抽水井到實(shí)際觀測(cè)不出水位降深（或可忽略）的徑向距離”?！癛是影響半徑”。這段話是合理的，前提是“圓形島”指的是陳教授提到的“圓島模型”。即圖4-1-1。對(duì)此陳老師的觀點(diǎn)是：“影響半徑穩(wěn)定井流”方程是在自然潛水位/承壓水頭水平且無入滲補(bǔ)給和無蒸發(fā)排泄的無界含水層條件下獲得的 ，如果在無入滲補(bǔ)給和無蒸發(fā)排泄的條件下能形成

6、穩(wěn)定井流，那么在降落漏斗的各個(gè)r斷面上的流量就相等，并等于抽水井的流量，這是從質(zhì)量守恒原理引出的結(jié)論。如此就出現(xiàn)一個(gè)矛盾，在至R的范圍內(nèi)r處的流量（包括R處的流量）等于抽水井的流量，而比R稍遠(yuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)的斷面r=R+的流量卻為零（因?yàn)樵谟绊懓霃街鈶?yīng)保持自然潛水位/承壓水頭面水平狀態(tài)，即水力梯度為零），這怎么能形成穩(wěn)定井流？！R斷面上的流量從何而來？陳老師的反駁無疑是犀利的。但是我們也不難看出陳老師一直局限于自己的“圓島模型”，而“圓島模型”在實(shí)際應(yīng)用中必須遷就，因?yàn)樽匀唤绮淮嬖谡嬲饬x上的“圓島模型”。所以，如薛老師所言“在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到隨抽水時(shí)間的延長，會(huì)出現(xiàn)似穩(wěn)定狀態(tài)，距離R應(yīng)看作是從抽

7、水井到實(shí)際觀測(cè)不出水位降深（或可忽略）的徑向距離”也未嘗不可。3. 在均勻流中定流量抽水，能否形成穩(wěn)定流？關(guān)于能否形成穩(wěn)定流的問題，陳老師認(rèn)為：只有當(dāng)開采量等于補(bǔ)給增量與排泄減量之和時(shí)，才可能形成地下水的穩(wěn)定流。這時(shí)的開采量才是可持續(xù)開采量。并給出了地下水開采量組成的普遍形式：式中：為某時(shí)間段內(nèi)的抽水總量；為同期內(nèi)補(bǔ)給量的增量；為同期內(nèi)排泄量的增量；為同期內(nèi)儲(chǔ)存量（包括彈性存儲(chǔ)）的增量。當(dāng)抽水已使地下水達(dá)到穩(wěn)定流動(dòng)，即=0時(shí)，則要求即，“只有當(dāng)補(bǔ)給的增加量與排泄的減少量之和等于抽水量時(shí)，才可形成地下水流的穩(wěn)定狀態(tài)”。薛老師認(rèn)為：無限含水層中抽水，無其它補(bǔ)給，就不可能形成穩(wěn)定流。在此方面，二位老師的觀點(diǎn)無直接沖突，但是陳老師的觀點(diǎn)更有實(shí)際應(yīng)用意義。小結(jié)：我認(rèn)為兩位老師的主要分歧是在“圓島模型”與“圓形島狀含水層”的區(qū)別上。即對(duì)Dupuit穩(wěn)定井流模