潜水——微承压含水层给水参数确定方法的研究

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1、潜水——微承压含水层给水参数确定方法的研究陈庆秋（华南理工大学南方水政策研究中心）摘要：基于考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流的解析解,讨论了布尔顿给水强度公式中给水度的物理内涵，指出布尔顿给水强度公式中的给水度是“动态稳定给水度”；探讨了布尔顿潜水井流模型中延迟指数的物理意义，得出了如下猜想性的定义：布尔顿延迟指数1/a表征潜水含水层在完整单井定流量抽水时，重力疏干迟后性的一个水文地质参数；对于确定的含水层，该参数是抽水流量和抽水时间函数，当抽水流量一定时，在抽水过程中的某一时刻t的1/a值等于潜水面从埋深为h(t’)外下降一个单位深度后，在埋深为h(t’

2、)－1［h(t)坐标向下为正］的单位面积上获得给水度m大小的水量所需。该文在探讨了布尔顿给水强度公式中的给水度及延迟指数的物理意义后，还提出了一种考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流参数的确定方法。考虑到所提出的潜水——微承压含水层完整单井非稳定流参数的确定方法借鉴布尔顿的第二潜水井模型的参数确定方法，该文还讨论了布尔顿潜水井流模型适应性。关键词：潜水——微承压含水层；含水层参数；方法1考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流参数确定方法的理论基础1.1考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流的数学描述潜

3、水层：18微承压层：上式中：1.2微承压含水层非稳定井流的解析解微承压含水层完整单井非稳定流的运动方程：18式中：潜水——微承压含水层的微承压层水头降深的解析解：式中：x为积分变量。181.3潜水含水层非稳定井流的解析解潜水含水层非稳定井流的解析表达式为：计算出上式积分项，即可得到潜水层水位降深的解析解：式中井函数为：2关于布尔顿给水强度公式中给水度的讨论2.1给水度的一个新概念——“动态稳定给水度”笔者在《关于布尔顿给水强度公式中给水度的新概念》一文中提出了一个新概念——“动态稳定给水度”。他认为，当地下水水位以一不为零的速度匀速下降时，给水度不会达到完全给水度，而是在地下水水位下降一定时

4、间后，稳定于小于完全给水度的某一常数，该常数即是“动态稳定给水度”。18“动态稳定给水度”具有如下性质：不同的地下水水位匀速下降速度，有不同的“动态稳定给水度”值；当下降速度越小时，“动态稳定给水度”越大；当下降速度趋于零时，“动态稳定给水度”趋于完全给水度。图2为地下水水位速度匀速下降时土壤含水量分布变化图。从该图可以看出：当地下水水位下降到一定深度后，土壤含水率剖面将随水位下降而平行下移，水位下降单位深度时，排出的水量为常数，含水层给水度在水位动态下移过程中达到相对稳定状态。水位下降速度越小，土壤含水率剖面平行下移收敛处的含水率越小，下降单位深度释放的水量越大，即“动态稳定给水度”越大。

5、2.2布尔顿给水强度公式中的给水度是“动态稳定给水度”承压井抽出的水量来源于含水层的弹性释水，18对于潜水井，其抽出的水量则主要来源于含水层的重力疏干。弹性释水一般视为瞬时完成，而重力疏干释水则不可视为瞬时完成。当含水层给水位下降较快时，由于饱水带中水分运动滞后于地下水水位下降速度，因而被疏干部分所含的水不是随着地下水位的下降而同时排出，具有明显的滞后疏干现象。在目前有关潜水完整井非稳定流的计算方法中，考虑了重力疏干延迟释水特性的方法，主要是布尔顿的第二潜水井模型。该模型的核心是布尔顿引入了经验给水强度公式：对于该经验给水强度公式中的给水度的物理内涵的理解，在一般文献中认为：其一是按“饱和容

6、水量与最大分子容水量的差值”来定义给水度；其二是完全给水度。我们认为对布尔顿给水强度公式中给水度的上述理解欠妥，布尔顿给水强度公式中的给水度应是“动态稳定给水度”。一般潜水完整井抽水时的s~t曲线可明显地分为三个阶段（如下图所示）。要说明布尔顿给水强度公式中的给水度的内涵，有必要先分析一下潜水完整井抽水时的s~t曲线三个阶段的特性。第一个阶段：出现在抽水早期，其s~t18曲线与承压水完整井抽水时的泰斯曲线相一致，主要表现为潜水水位下降了，但含水介质不能立即通过重力排水把其中的水排出，而只是由于压力降低引起水的瞬时弹性释放，即弹性释水。在这一阶段α的值接近于零，即：含水层的反应和一个储水系数较

7、小的承压含水层相似，此时潜水完整井非稳定流的运动方程近似为：式中μ（T）为潜水含水层的储水系数。第二个阶段：s~t曲线的斜率减小，明显地偏离泰斯曲线，有的甚至出现短时间的假稳定，它反映潜水含水层开始疏干排水，含水层的反应类似于一个受到越流补给的承压含水层。第三个阶段：s~t曲线又与承压水完整井抽水时的泰斯曲线相一致，这说明重力排水已跟得上水位下降，而只是由于压力降低引起水的瞬时弹性释放，即弹性释水。在这一阶段