裘布衣稳定井流.ppt

1、第四章 裘布依稳定井流,自本章开始介绍地下水向井孔的流动。,集水建筑物分类：,（1）垂直：井、竖井-井流,水平：沟渠、暗河-沟流,（2）承压、承压无压、无压,（3）完整型、非完整型,（4）抽水井、注水井,（5）稳定井流、非稳定井流,本章讲述内容,潜水无压井流,承压井流,稳定井流条件,裘布依稳定井流适用条件,4.1 裘布依稳定井流,一、裘布依稳定潜水井流（J.Dupuit,1863）,假定条件：均质、各向同性、隔水底板水平的圆柱形潜水含水层，外侧面保持定水头，中心一口完整抽水井（简称圆岛模型），没有垂向入渗补给和蒸发，且渗流服从线性定律的稳定流动。,定流量抽水持续一定时间之后,裘布依稳定潜水井流

2、条件,渗流呈现稳定流，水位呈漏斗状（如图示），地下水呈径向向井流动。在井附近，J大，远离井，J减小。等势线在井附近密集。按裘布依假定，将等水头线视为铅垂面，因而渗流断面视为圆柱形。,由于是径向流，这里我们采用极坐标，取向外为正。,取隔水底板为基准面，则：,根据达西定律和裘布依假定：,取Q抽水为正，而h随r的增大而增大，所以上述微分方程右端没有负号。,裘布依稳定潜水井流方程推导,裘布依稳定潜水井流涌水量方程,裘布依稳定潜水井流流量方程,1、流量方程,裘布依稳定潜水井流方程应用,2、求渗透系数K,裘布依稳定潜水井流方程应用,3、另一种形式,若抽水试验有两个观测孔，r1处水位h1，r2处水位h2。,

3、裘布依稳定潜水井流,4、降落漏斗曲线,将积分上、下限改为：r由rw至r；h由hw至h。则：,裘布依稳定潜水井流方程应用,该式表明： （1）降落漏斗曲线取决于内外边界的水位，与流量Q 和渗透系数K无关； （2）与流量Q和渗透系数K无关，说明利用水头观测 是不能唯一确定渗透系数K的。 （3）参数反演时，若只有水头边界，而无流量边界是 无法求参的。,二、裘布依稳定承压井流,在稳定抽水条件下，剖 面上的流线是相互平行 的直线，等水头线是铅 垂线，等水头面（渗流 断面）则是真正的圆柱 面（如图示）。这种情 况下，不同r处，J相等,裘布依稳定承压井流公式推导,裘布依稳定承压井流公式应用,1、流量方程,当已

4、知r1处水头为H1，r2处水头为H2，则:,2、求导水系数T,裘布依稳定承压井流公式应用,3、水头线方程,由此式可知： 漏斗曲线与Q、T无关，仅与Hw和H0有关。,三、裘布依稳定潜水井流基本方程的讨论,（一）水跃现象,1、水跃,J.Kozeny在砂槽中进行井流模拟试验时发现，只有当水位降低非常小时，井中水位才与井壁水位基本一致。当井中水位降低较大时，井中水位明显地低于井壁水位，这种现象称为水跃。井中水位与井壁水位之间的区段称为出渗段。,三、裘布依稳定潜水井流基本方程的讨论,2、水跃产生的原因,图4-1-3 水跃,A,由于潜水井流线在抽水井附近是弯曲的。通过浸润曲线与井壁的交点A作等水头线（曲线

5、）若抽水井中不产生水跃，即井内水位应与A点水位一致。那么地下水就不可能由井壁流入井内。所以必须使井壁hshw,才能导致井中水的流动。这就是水跃产生的原因。,三、裘布依稳定潜水井流基本方程的讨论 3、水跃的估算,埃伦伯格砂槽试验,博尔顿根据松弛法和实验法推出：,三、裘布依稳定潜水井流基本方程的讨论 4、裘布依浸润曲线的适用性,裘布依方程在没有考虑水跃，潜水假定忽略垂直分流速后，在 抽水井附近，实际漏斗曲线将高于裘布依理论曲线。随着r的增 大，流速垂直分量变小，因此理论曲线与实际曲线也逐渐趋向 一致。,三、裘布依稳定潜水井流基本方程讨论（二）裘布依潜水稳定井流涌水量方程的正确性,该方程推导是在裘布

6、依假定的前提下求得的，由于忽略了垂直 分流速，因而也没有考虑水跃问题。1951年，前苏联学者恰尔 内对裘布依Q公式的正确性做了严格的推导。通过证明说明在 考虑水跃和剖面上等水头线为曲线的情况下，裘布依流量公式 依然正确。,裘布依潜水无压稳定井流小结,裘布依稳定承压井流小结,裘布依模型在自然界是十分罕见的，德国土木工程师齐姆认为：在水平方向无限延伸的含水层中，可以用从抽水井中心到实际观测不到地下水位变化处的水平距离R来代替裘布依模型中的模型半径“影响半径”。从而将裘布依模型的计算公式用于计算无限含水层的问题，这种方法在60-80年代在生产单位得到了广泛应用。并导致了地下水资源评价概念和方法上的错误。 问题出在哪？ 1齐姆模型能否形成稳定流： 2流网上的差异：,齐姆井流与裘布依稳定井流区别,稳定井流条件,4到底什么条件下才能形成稳定流：只有当补给量的增 量与排泄量的减量之和等于抽水量时，才有可能形成地下水的 稳定流动。,b,稳定井流条件,补给量增加和排泄量减少的可能途径： （1）地表水补给的增加；向