第三章地下水向完整井的穩(wěn)定運動

1、第三章第三章 地下水向完整井的穩(wěn)定運動地下水向完整井的穩(wěn)定運動肖 長 來 88502287工203吉林大學環(huán)境與資源學院2009-10主要內(nèi)容 第三章 地下水向完整井的穩(wěn)定運動 3.1 水井的分類及井流特征 3.2 地下水向承壓水井和潛水井的穩(wěn)定流動 3.3 越流含水層中地下水向承壓井的穩(wěn)定流動 3.4 流量和水位降深關(guān)系的經(jīng)驗公式 3.5 地下水向干擾井群的穩(wěn)定運動 3.6 均勻流中的井 3.7 井損與有效井徑的確定方法 3.1.1 3.1.1 水井分類水井分類 水井水井（water well）是常用的集水建筑物，用以開采、排泄地下水?？煞譃樗郊ㄖ锼郊ㄖ铮ㄅ潘疁?、集水管、集水

2、廊道等）和垂直集水建筑物垂直集水建筑物（鉆孔、水井、豎井等）。 (1) 按井徑大小和成井方法：管井、筒井。 管井（管井（pipe wellpipe well）是直徑通常小于0.5m、深度比較大、采用鉆機開鑿的水井。 筒井筒井是直徑通常大于0.5m甚至數(shù)米、深度比較淺、通常用人工開挖的水井。3.1 3.1 水井的分類及井流特征水井的分類及井流特征圖3-1完整井和非完整井（a）-潛水井；（b）-承壓水井(2)按揭穿含水層的程度及進水條件：完整井、非完整井完整井完整井(fully penetrating well)(fully penetrating well)：貫穿整個含水層，在全部含水層厚度上都

3、安裝有過濾器并能全斷面進水的井。揭穿整個含水層，并在整個含水層厚度上都進水的井。非完整井非完整井(partially penetrating well)：未揭穿整個含水層、只有井底和含水層的部分厚度上能進水或進水部分僅揭穿部分含水層的井。未完全揭穿整個含水層，或揭穿整個含水層，但只有部分含水層厚度上進水的井。 (3)按揭穿含水層的類型：潛水井、承壓水井 潛水井潛水井(well in a phreatic aquifer)：揭露潛水含水層的水井。又稱無壓井。 承壓水井承壓水井(well in a confined aquifer)：揭露承壓含水層的水井。又稱有壓井。當水頭高出地面自流時又稱為自流

4、井自流井（artesian well, flowing well）；當?shù)叵滤裆詈艽髸r，可出現(xiàn)承壓承壓- -無壓井無壓井。 (4) 按井工作的方式：抽水井、注水井 抽水井抽水井（pumping well）是從井中抽取地下水的水井。 注水井注水井（injection well）是將水注入地下的水井。 (5) 按井工作時相互影響的程度：單井、干擾井 實際上，水井類型可交叉命名，如承壓水完整井、潛水非完整井等。 （1） 基本概念 水位降深水位降深：從井中抽水時，井周圍含水層中的地下水向井中運動，井中和井附近的水位降低。設(shè)某點（x,y）的初始水頭為H0(x,y,0)，抽水t時間后的水頭為H(x,y,t

5、)，則該點的水頭降低值為s，s= H0(x,y,0)- H(x,y,t),將 S稱為水位降深，簡稱降深降深(drawdown)(drawdown)。降深亦即抽水井及其周圍某時刻的水頭比初始水頭的降低值。 水位降落漏斗水位降落漏斗：水位降深S在不同的位置上是不同的，井中心降深最大，離井越遠，降深越小，抽水井周圍總體上形成的漏斗狀水頭下降區(qū)；亦即由抽水（排水）而形成的漏斗狀的水頭（水位）下降區(qū)，稱為降落漏斗（cone of depression）。 影響半徑影響半徑(radius of influence)(radius of influence)是從抽水井到實際觀測不到水位降深處的徑向距離。3.

6、1.2 地下水向井的運動特征DRAWDOWN (1) The decline of water below the static level during pumping. (2) (Water Table) The lowering of the elevation of the Groundwater Table, usually from pumping wells, but can occur naturally during periods of prolonged drought. At the well, it is the vertical distance between t

7、he static and the pumping level.CONE OF DEPRESSION (COD)/CONE OF INFLUENCE (COI)A cone-like depression of the water table or other piezometric surface that has the shape of an inverted cone and is formed in the vicinity of a well by withdrawal of water. The surface area included in the cone is known

8、 as the area of influence of the well. Also referred to as the Pumping Cone and the Cone of Drawdown.RADIUS OF INFLUENCEThe radial distance from the center of a well bore to the point where there is no lowering of the water table or Potentiometric Surface (the edge of its Cone of Depression). （2 2）穩(wěn)

9、定井流的形成條件穩(wěn)定井流的形成條件：存在補給且補給量等于抽水量?？赡苄纬傻叵滤€(wěn)定運動的兩種水文地質(zhì)條件。 有側(cè)向補給的有限含水層中，當降落漏斗擴展到補給邊界后，側(cè)向補給量和抽水量平衡時，地下水向井的運動便可達到穩(wěn)定狀態(tài)； 在有垂向補給的無限含水層中，隨降落漏斗的擴大，垂向補給量不斷增大。當其增大到與抽水量相等時，將形成穩(wěn)定的降落漏斗和地下水的穩(wěn)定運動； 一般，對于無補給的無限含水層，不能達到穩(wěn)定井流，但在實際觀察中，隨著抽水時間的延長，水位降深的速率會越來越小，降落漏斗的擴展及其緩慢，當降落漏斗范圍內(nèi)的水位降深在一個較短的時間段內(nèi)幾乎觀測不到明顯的水位下降，若延長觀測時間間隔，仍可以看到水位

10、在緩慢下降，此時，漏斗區(qū)內(nèi)的水流可看作穩(wěn)定處理，這種狀態(tài)稱為似穩(wěn)定狀態(tài)似穩(wěn)定狀態(tài)。(3)對于不同類型的抽水井，水量的組成不同。潛水井潛水井：降落漏斗在含水層內(nèi)部擴展，抽水量主要來自含水層的疏干量。承壓水井：降落漏斗不在含水層內(nèi)部發(fā)展，而是形成一個承壓水頭的降低區(qū)，抽水量主要靠含水層的彈性釋水量來提供。上述抽水過程隨著抽水時間的延續(xù)，降深不斷增大，降落漏斗不斷擴展，如無補給源，地下水向井的運動則一直處于非穩(wěn)定狀態(tài)。(4)水躍水躍：抽水井中的水位與井壁外的水位之間存在差值的現(xiàn)象（seepage face）。產(chǎn)生水躍的原因：井損的存在：滲透水流由井壁外通過過濾器或縫隙進入抽水井時要克服阻力，產(chǎn)生一部

11、分水頭損失h1。井損（井損（well losswell loss）是由于抽水井管所造成的水頭損失。水進入抽水井后，井內(nèi)水流井水向水泵及水籠頭流動過程中要克服一定阻力，產(chǎn)生一部分水頭差h2。井壁附近的三維流也產(chǎn)生水頭差h3。通常將（h1+h2+h3）統(tǒng)稱為水躍值水躍值.圖3-2承壓含水層中的水位降深和有效半徑（據(jù)Jacob）(a)-裸井； (b)-下過濾器的井；(c)-填礫的井（6 6） 潛水井流與承壓井流的區(qū)別潛水井流與承壓井流的區(qū)別潛水井流特征潛水井流特征： 流線與等水頭線都是彎曲的曲線，井壁不是等水頭面，抽水井附近存在三維流三維流，井壁內(nèi)外存在水頭差值； 降落漏斗位于含水層內(nèi)部，水位降落漏斗的曲面就是含水層的上部界面，導水系數(shù)T隨時間t和徑向距離r變化，T=Kh(r)=f(r)； 潛水含水層水位下降伴有彈性釋水和重力疏干，為緩慢排水過程，抽水量主要來源于含水層疏干，稱為潛水含水層的遲后效應潛水含水層的遲后效應。承壓水井流特征承壓水井流特征：流線與等水頭線在剖面上的形狀不相同，等水頭線近似直線，等水頭面即為鉛垂面，降深不太大時承壓井流為二維流二維流；降落漏斗在含水層外部，成虛擬狀態(tài)變化，但導水系數(shù)不隨時間t變化，T=KM=c；承壓井流的抽水量來自承壓含水層水頭降落漏斗范圍內(nèi)由于減壓作用造成的彈性釋放，是瞬時完成瞬時完成的。 （7