“井管-含水层”间水量交换砂槽物理模拟研究

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1、分类号:P64110710-2015229034专业硕士学位论文“井管-含水层”间水量交换砂槽物理模拟研究柯贤敏导师姓名职称王玮教授专业学位类别工学硕士申请学位类别硕士及领域名称水利工程论文提交日期2018年5月3日论文答辩日期2018年6月2日学位授予单位长安大学Studyonsandtankphysicalsimulationofwaterexchangebetweenthewell-pipeandtheaquiferAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：KeXianminSupervisor：Prof.W

2、angWeiChang’anUniversity,Xi’an,China摘要我国是一个严重干旱缺水的国家，水资源匮乏已成为限制区域经济发展的重要因素。因此，合理开发利用水资源，对保证居民生活和推动经济发展至关重要。近年来，渗流井和辐射井等非管井取水建筑物，因其出水量大、受季节影响较小、方便管理和成本相对较低等优势被广泛应用于陕北等干旱半干旱地区，且不乏成功的实例。渗流井和辐射井等取水工程为居民用水、城镇用水及农业用水提供了保障，较好的缓解了部分干旱地区缺水的问题，为当地创造了很好的经济效益。渗流井等非管井取水工程，虽然取得了很多成功的实例，但是由于其结构复杂且对非

3、管井取水建筑物与含水层间的交换量缺乏试验研究，以至于在取水工程的前期设计和后期施工中，缺乏合理的理论依据，导致一些取水工程竣工后达不到设计要求。为此，本文通过砂槽物理模拟试验，对井管（由竖井、平巷、辐射管组成）取水进行物理模拟，对影响井管取水量的因素进行分析，对井管透水性能C1（单位水头差作用下井管与含水层间的交换量）的计算公式进行推导，并验证其正确性。本文共设计111种试验方案，用于分析不同辐射管仰角、不同辐射管长度、不同渗漏补给能力河流、不同辐射管末端竖井降深及浑浊河流（模拟含水层淤塞）对井管取水效果的影响。主要得到如下结论：在其它取水条件不变时，当竖井降深、

4、辐射管仰角、河流的渗漏补给能力及辐射管长度增大时，井管出水量均随之增大。随着浊水试验时间的延续，井管出水量不断减小。以整个砂槽为研究区，对边界条件进行合理概化，以含水层与井管间交换量为耦合点，建立井管取水的“渗流—管流耦合模型”，将井管透水性能计算公式应用于模型中，利用试验实测数据与模型计算结果进行拟合。由拟合结果可知，稳定流和非稳定流结果均拟合良好，说明本次所建模型是合理的、可靠的，井管透水性能C1的计算公式是正确的。在验证可靠的模型基础上，对影响井管取水量的其它因素进行分析，主要结论如下：①对井管出水量影响由大到小的模型参数依次为：Kz、Ky、井管透水性能C1

5、、河流渗漏补给性能C2（单位水头差作用下的河流渗漏补给量）、Kx。井管应布设在含水层渗透系数较大且河流渗漏补给能力较强的地段；②辐射管外增加合理的过滤措施，可以保证井管的取水效率和使用年限；③辐射管仰角不宜过大，建议辐射管仰角不大于30°；④弱透水层对井管出水量影响较大，故布设井管时应尽量避开或远离弱透水地层，无法避开弱透水层时，可人工建造导水通道，增加井管出水量；⑤合理的平巷位置有利于增加井管的出水量，本次模拟研究中，平巷距砂槽底部60cm时，井管出水量最大，取水效果i最好。关键词：井管，“井管—含水层间交换量”，物理模拟试验，“渗流—管流耦合模型”，井管透水性

6、能iiAbstractChinaisacountrywithseveredroughtandwatershortage.Thelackofwaterresourceshasbecomeanimportantfactorrestrictingthedevelopmentofregionaleconomy.Therefore,therationalexploitationandutilizationofwaterresourcesareveryimportantforensuringresidents'lifeandpromotingeconomicdevelopme

7、nt.Inrecentyears,non-casting-wellgroundwater-collectingstructures,suchasseepagewellsandradiationwells,havebeenwidelyusedinaridandsemi-aridareassuchasNorthernShaanxibecauseoflargewateryield,littleaffectedbyseason,convenientmanagementandrelativelylowcost,andtherehavebeennolackofsuccessf

8、ulexa