“井管-含水層”間水量交換砂槽物理模擬研究

發(fā)布時間：2020-03-19 02:36

【摘要】：我國是一個嚴重干旱缺水的國家,水資源匱乏已成為限制區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。因此,合理開發(fā)利用水資源,對保證居民生活和推動經(jīng)濟發(fā)展至關(guān)重要。近年來,滲流井和輻射井等非管井取水建筑物,因其出水量大、受季節(jié)影響較小、方便管理和成本相對較低等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于陜北等干旱半干旱地區(qū),且不乏成功的實例。滲流井和輻射井等取水工程為居民用水、城鎮(zhèn)用水及農(nóng)業(yè)用水提供了保障,較好的緩解了部分干旱地區(qū)缺水的問題,為當?shù)貏?chuàng)造了很好的經(jīng)濟效益。滲流井等非管井取水工程,雖然取得了很多成功的實例,但是由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且對非管井取水建筑物與含水層間的交換量缺乏試驗研究,以至于在取水工程的前期設(shè)計和后期施工中,缺乏合理的理論依據(jù),導(dǎo)致一些取水工程竣工后達不到設(shè)計要求。為此,本文通過砂槽物理模擬試驗,對井管(由豎井、平巷、輻射管組成)取水進行物理模擬,對影響井管取水量的因素進行分析,對井管透水性能C_1(單位水頭差作用下井管與含水層間的交換量)的計算公式進行推導(dǎo),并驗證其正確性。本文共設(shè)計111種試驗方案,用于分析不同輻射管仰角、不同輻射管長度、不同滲漏補給能力河流、不同輻射管末端豎井降深及渾濁河流(模擬含水層淤塞)對井管取水效果的影響。主要得到如下結(jié)論:在其它取水條件不變時,當豎井降深、輻射管仰角、河流的滲漏補給能力及輻射管長度增大時,井管出水量均隨之增大。隨著濁水試驗時間的延續(xù),井管出水量不斷減小。以整個砂槽為研究區(qū),對邊界條件進行合理概化,以含水層與井管間交換量為耦合點,建立井管取水的“滲流—管流耦合模型”,將井管透水性能計算公式應(yīng)用于模型中,利用試驗實測數(shù)據(jù)與模型計算結(jié)果進行擬合。由擬合結(jié)果可知,穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流結(jié)果均擬合良好,說明本次所建模型是合理的、可靠的,井管透水性能C_1的計算公式是正確的。在驗證可靠的模型基礎(chǔ)上,對影響井管取水量的其它因素進行分析,主要結(jié)論如下:(1)對井管出水量影響由大到小的模型參數(shù)依次為:K_z、K_y、井管透水性能C_1、河流滲漏補給性能C_2(單位水頭差作用下的河流滲漏補給量)、K_x。井管應(yīng)布設(shè)在含水層滲透系數(shù)較大且河流滲漏補給能力較強的地段;(2)輻射管外增加合理的過濾措施,可以保證井管的取水效率和使用年限;(3)輻射管仰角不宜過大,建議輻射管仰角不大于30°;(4)弱透水層對井管出水量影響較大,故布設(shè)井管時應(yīng)盡量避開或遠離弱透水地層,無法避開弱透水層時,可人工建造導(dǎo)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,本次模擬研究中,平巷距砂槽底部60cm時,井管出水量最大,取水效果最好。
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