第二类越流系统中抽水井附近非达西流近似解析解

该文研究了第二类越流系统中抽水井附近非达西流问题,主含水层中的水流假设为非达西流且方向为水平方向,弱透水层中的水流假设为达西流且方向为竖直方向,假设可以采用Izbash定律描述非达西流。利用线性化方法得到了非达西流情况下的近似解析解并给出了相应的计算算例,以及对计算结果进行了分析。研究结果表明:Izbash定律中的n值越大,在整个抽水时期的水位降深越小;Izbash定律中的k值越大在抽水初期水位降深越大,而在抽水后期水位降深越小;弱透水层的渗透系数在抽水初期对主含水层中的水位降深几乎没有影响,而在抽水后期弱透水层的渗透系数越大,水位降深越小。     

越流含水层中抽水井附近非达西流动模型的数值解

该文研究了以Forchheimer定律为基础的越流含水层中抽水井附近非达西流问题,获得了该条件下水位降深的数值差分解,分析了非达西流、越流和井储对水位降深的影响.结果表明:在不考虑井储影响时,抽水初期越流补给对水位降深影响较小,不同越流补给情况下的水位降深曲线相互重合;抽水后期,越流补给强度越大,水位降深越小.考虑井储影响后,在抽水初期不同越流补给和非达西流动条件下的水位降深曲线相互重合且在双对数坐标下为一直线,含水层的水位降深规律与不考虑井储情况下一致.非达西流动剧烈程度对水位降深的影响与越流补给强度有关.当越流补给较小时,紊动越剧烈(即非达西流动越明显),抽水初期的水位降深越小,而在抽水后期的水位降深越大;当越流补给较大时,整个抽水过程中紊动越剧烈水位降深越小.     

第一类越流含水层系统中非完整井附近非达西渗流近似解析解

研究了第一类越流含水层系统中非完整井附近非达西渗流问题,得到主含水层抽水井附近水位降深拉氏空间近似解析解及抽水后期近似解析解。抽水井附近主含水层中渗流概化径向渗流和垂向渗流,径向渗流由于流速较大由非达西渗流公式Izbash公式来刻画,垂向渗流由于流速较小用达西定律表示,通过线性化方法简化非达西非线性项,然后结合Laplace变换和有限余弦Fourier变换对水流模型进行求解。结果表明:主含水层中水位降深对称于滤水管中轴线,且在中轴线处最大;在抽水后期,主含水层水位降深随着弱透水层渗透系数的增大而减小,且随着Izbash公式中非达西经验指数n值增大,主含水层得到越流补给的水量减小。     

越流含水层抽水井附近非达西流与达西流区界面位置变化规律研究

为了研究越流含水层系统中大口径完整井附近地下水流动规律,根据Reynolds数将渗流场分为非达西流与达西流两个区域,提出了一种基于有限差分原理的迭代法,来模拟两区界面位置（RcD）随时间的变化规律,并采用实测数据验证本文解的实用性。结果表明：抽水初期,RcD很小,本文解与全达西流解析解几乎重合;抽水中期,RcD逐渐增大,解析解与数值解的降深曲线差别很明显,而在非达西流区域,本文解与全非达西流解析解的降深曲线斜率差别不大;在抽水后期,地下水流场达到稳定,RcD达到最大值,同时,在非达西流区域中,本文解与全非达西解吻合较好,在达西流区域,本文解与全达西流解吻合较好。RcD对井筒半径和滤水管半径比较敏感。当RcD趋于无穷大时本文解转化为全非达西流解;当RcD趋于0时本文解转化为全达西流解。     

桥渡非恒定流水工模型试验研究

扼要介绍非恒定流模型试验的理论基础(模型水流与原型水流的相似准则),我院为开展非恒定流试验研究而研制的试验设备与仪器,以及针对水库溃坝水流、潮汐水流、涌潮水流、天然河道水流等不同类型非恒定流对桥渡建筑物影响所进行的试验研究特点、研究成果和发展进程。     

基于随机水流网络的土壤水非均匀运动数值模拟

用显色示踪方法通过试验研究了黏土的非均匀流动模式,建立了离散网络模型,根据土体的统计特征描述相互作用的大孔隙和流动通道,构建水流运动的网络系统与小孔隙连续介质的耦合模型。用控制体积有限元法求解两区土壤水分运动的基本方程,采用整体法将土壤基质水流运动方程和不规则水流网络区水流运动方程耦合,解决了网络通道交叉引起的水流相互影响的问题,提高了计算效率。模拟与实验结果对比表明,离散网格模型及方法较好地描述出了优先流运动的特点,比等效连续体模型更为有效的刻画了土壤水流非均性规律。     

一维低渗透介质非达西渗流实验

该文选取黏质粉土、粉质重亚黏土、粉质重黏土1和粉质重黏土2四种细粒土样作为实验介质,开展一维土柱渗流实验,研究了低渗透介质中的渗流规律,并通过调节进出水端的水头差,同时观测出水流量,分析水力梯度和渗透流速之间的关系.实验结果表明:土样粒径的分布对渗流规律起决定性作用,即随着土样介质中黏粒含量的增大,渗流由达西流变为非达西流,且黏粒含量越高,非达西现象越明显,当渗透系数低于10-5 cm/s数量级时,该非达西流中水力梯度和渗透流速满足二次方程关系.此外,对比粉质重亚黏土和粉质重黏土,可以明显发现渗流存在着启动水力梯度,且启动水力梯度会随着黏粒含量的增大而增大.     

土壤非均匀水流运动与溶质运移的两区-两阶段模型

根据优先流发展过程中所表现出来的阶段性特征和分形特征,建立了描述非均匀土壤水流运动和溶质运移过程的两区-两阶段模型。模型认为,研究区域可划分为水流经过的活动流场(即优先流流场)和水流绕过的不活动流场两个区域;优先流流场在发展过程中将先后经历流场扩张和保持两个阶段;处于扩张阶段的优先流流场,其内部土壤水流运动的快速非平衡特征明显,并表现出明显的分形特征;处于保持阶段的优先流流场,其内部的土壤水流运动类似于基质流运动,无明显的分形特征。通过在砂土、壤土和黏土条件下开展的6个示踪试验,检验和评价两区-两阶段模型、活动流场模型和两区模型模拟预测非均匀土壤水流运动和溶质运移的有效性。研究结果表明,两区-两阶段模型可较好地描述各种土质条件下的优先流运动;活动流场模型对壤土和黏土条件下的优先流运动预测精度较好,而对砂土条件下的优先流预测精度较差;两区模型对各种土质条件下的优先流运动预测精度均较差。     

气水两相流模型试验条件与掺气浓度相似律

从气体运动状态方程出发,研究了竖井有压流动模型中气水两相流的运动规律,分析了气泡几何相似、运动相似以及动力相似的条件,指出掺气浓度相似律是研究气水两相流相似问题的又一必要条件,即原、模型的掺气浓度必须相等,前提为大气压强或密度相似。对照公伯峡水电站竖井水平旋流洞原型与常压模型水流中掺气浓度测值的差异,给出了该竖井流态、压强、流量等不相似现象的合理性解释。依据掺气浓度相似律准则进行气水两相流模拟研究,对于发展传统水力学研究理论、创新研究方法、完善工程应用技术等,可以起到有效的推动作用。     

多层建筑物排水（污）系统非恒定流数学模型

建筑物污水排放系统中的水流为非恒定流，研究其系统中的非恒定流波的传播现象不但对预估管道中的各种水流现象，进行最优设计有着紧密的联系，同时对进一步研究管道中固体物的运动机理及水气两相流问题也有着重要的意义。本文通过应用特征差分方法，数值求解圣维南方程组，对管道中非恒定流进行了分析并建立了相应的计算机程序；对建筑物排污系统常见的边界情况进行了研究，并建立了无量纲的经验公式，这些公式作为边界条件与计算机程序相结合，可直接用于多层建筑物排水系统的模拟及预估     

裂隙网络非达西渗流REV及非达西系数张量研究

裂隙网络渗流理论最初建立在裂隙渗流服从立方定律的基础上,而裂隙中非达西渗流更为广泛存在,因此,裂隙网络非达西渗流特性研究更具工程应用前景。本文首先对基于单裂隙立方定律的线素法模型进行改进,用以实现裂隙网络非达西渗流的计算,进而将其应用于实测裂隙数据生成的裂隙网络非达西渗流特性的研究。研究结果表明:根据改进线素法模型和Forchheimer定律计算得到的等效渗透系数张量与线素法模型和达西定律计算得到的具有一致性。对于同一裂隙网络而言,等效非达西系数张量确定的渗流REV要比等效渗透系数张量确定的大,且等效渗透系数张量与等效非达西系数张量的主轴方向一致,但两者之间的长轴互相垂直。     

Delineating Capture Zone of a Pumping Well in a Slanting Regional Groundwater Flow to a Stream with a Leaky Layer

In this study, analytical and semi-analytical solutions are derived to delineate capture zone of a pumping well near a stream where a leaky layer exists between the aquifer and the stream. A groundwater regional flow is considered in the aquifer and allowed to have different angles with respect to the stream axis. Three critical pumping rates are introduced. At the first pumping rate, capture zone boundary tangents the interface between the aquifer and the leaky layer; called the in-homogeneity boundary. At the second pumping rate, capture zone boundary tangents the stream boundary and if the rate is increased, a part of pumped water would be withdrawn from the stream. The third pumping rate, which may be smaller or larger than the other two, is defined as the rate at which stream water begins to enter the leaky layer; it may or may not be captured by the pumping well. Four different capture zone configurations (cases) are analyzed for different values of pumping rates, groundwater flow directions, and leaky layer’s thickness and hydraulic conductivity. The first three cases analyze hydraulic situations whereby capture zone does not reach the stream, and hence, no pumped water is withdrawn from the stream. With the lowest pumping rate in the first case, no stream water enters the leaky layer. It enters the leaky layer but not the aquifer in the second, and enters the leaky layer and the aquifer in the third case. In the fourth case, where capture zone boundary intersects the stream, the fraction of pumped stream water to total pumped water is delineated.     

Groundwater Response to Tidal Fluctuation in an Inhomogeneous Coastal Aquifer-Aquitard System

This paper investigates tide-induced groundwater fluctuation and submarine groundwater discharge (SGD) in a leaky inhomogeneous coastal aquifer system with an upper unconfined aquifer, a lower confined aquifer, and an aquitard between them. The upper left aquifer is formed due to land reclamation. The SGD defined as the groundwater flow from land into the sea is controlled mainly by the hydraulic gradient between land and sea. An analytical expression is developed to discuss and assess the effect of inhomogeneity on the groundwater head fluctuation in the leaky aquifer system. Joint effects of aquifers’ parameters such as leakage and hydraulic diffusivity on the groundwater head fluctuation and SGD are investigated. The predicted results from the analytical expression indicate that the groundwater head fluctuation in both unconfined and confined aquifers is dependent on dimensionless leakages and increases with dimensionless hydraulic diffusivity.     

凝析气藏考虑高速流动效应的油气渗流动态研究

近期的大量理论和实验研究发现。高速流动导致的毛管数和非达西效应对近井油气相对渗透率有显著影响，而目前仅仅考虑非达西效应无法准确描述油气真实渗流状态。如何准确理解并考虑这两种效应的影响对于凝析气藏渗流动态分析以及生产动态预测有很重要的意义。本文建立了油气两相渗流的定解问题，得到了拟稳态形式的流入动态方程。在三区渗流机理上．首次综合考虑了毛管数和非达西效应对相对渗透率的影响。实例分析揭示了高速流动下油气相对渗透率变化及油气分布状态新特征。对不同流入动态模型的对比分析表明。本文方法较之现有方法更有助于正确预测生产动态。评估气井产能。     

基于剖面数值模拟的地下水流系统结构控制因素——以鄂尔多斯白垩系盆地北部典型剖面为例

针对解析法计算难度大,且难以描述水流系统复杂边界条件和含水层结构的问题,利用GMS软件建立水流系统的剖面二维数值模型,通过软件自动生成流网图,并以鄂尔多斯白垩系盆地北部典型剖面为例,分析影响水流系统结构的各种控制因素。结果表明,水流系统的水平发育规模主要受地形(边界条件)控制,而垂向循环深度主要受控于含水层各向异性,水平渗透系数和垂向渗透系数的比值与含水层的结构有关,并且依赖于模型剖分单元格尺寸的变化,具有一定的尺度效应。     

THE STRUCTURAL FLOW IN PIPE CONTAINING POROUS MEDIUM SATURATED WITH POWER-LAW FLUID

In this article,the method of volume averaging of flow in porous media and averaging theorem was employed to the Navier-Stokes equations.The total drag force per unit volume was considered as the bulk damping resistance due to the porous structure(i.e.,the Darcy resistance)and the resistance due to the inertia force(i.e.,the Forchheimer resistance),then the Brinkman-Forchheimer extended Darcy model was obtained from average momentum equation.The structural flow in a pipe containing porous medium saturated with power law fluid was applied in the present study.A new theoretical analysis of fully developed non-Darcy flow in a pipe containing a fibrous medium saturated with power law fluid was conducted.Using the integration method,the boundary layer solutions were obtained for flow core velocity and its radius.These theoretical solutions were used to analyze the effects of the Darcy number and inertia parameter on the axial velocity profile in the porous medium pipe.     

天山北坡经济带东段浅层地下水固有脆弱性评价

基于改进的DRASTIC方法,选择地下水埋深、含水层净补给量、含水层岩性、土壤介质类型、地面坡度、浅层地下水水质、包气带介质类型、含水层渗透系数和潜水蒸发量9项评价指标,分别确定其评分体系和权重体系,并利用Arc Gis 10.2中的图层空间叠加分析功能,对天山北坡经济带东段地区的浅层地下水固有脆弱性进行评价。结果表明:脆弱性较高区和中等区占研究区总面积的80.17%,地下水整体脆弱性偏高,而导致研究区浅层地下水脆弱性偏高的主要因素为地下水埋深较小、含水层渗透性较强、浅层地下水水质差。     

多含水层渗流系统电导示踪模型

在利用钻孔测定含水层水文地质参数时,如遇到多含水层情况,需使用栓塞系统对各含水层进行隔离探测,由于现场操作较为不便且钻孔条件要求高,故提出多含水层渗流系统电导示踪模型。在不使用栓塞系统的情况下,考虑含水层涌水或吸水等不同情况,通过测定抽水条件下各含水层的电导率,建立多含水层渗流系统电导示踪模型确定含水层渗透性参数。当钻孔中只存在涌水层时,直接利用电导率曲线面积与溶质质量的比例关系求解出流量;当钻孔中同时出现涌水层和吸水层时,根据溶质质量曲线的斜率可较准确地确定吸水层的位置,再由斜率的变化计算出含水层的流量。基于某工程实例采取3种方法求解各含水层的渗透系数、静水头、渗流速度、导水系数等水文地质参数,结果表明,采用电导示踪模型计算结果与同位素示踪测试及注水试验测试结果吻合较好,且电导示踪模型方法现场操作更为简便,可极大地提高含水层水文地质参数的测定效率。     

变形介质油藏渗流规律和压力特征分析

本文基于渗透率随压力呈分段的指数变化规律，建立并求解了平面径向稳定渗流方程和非线性不稳定渗流方程。研究了不可压缩液体的稳定渗流规律和弱可压缩液体的不稳定渗流规律。推导出无限大油藏非线性不稳定渗流基本微分方程的解析线源解。建立了各种边界条件下考虑井筒储存效应和表皮效应的非线性不稳定渗流数学模型，并用数值法对其求解。绘制了相应的压力及其导数典型曲数，分析了渗透率变异系数对这些典型曲线形态的影响。