• 中国出版政府奖提名奖

    中国百强科技报刊

    湖北出版政府奖

    中国高校百佳科技期刊

    中国最美期刊

    留言板

    尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

    姓名
    邮箱
    手机号码
    标题
    留言内容
    验证码

    地下水观测井井筒效应的多场耦合数值模拟

    徐亚 薛祥山 刘玉强 刘景财 董路

    徐亚, 薛祥山, 刘玉强, 刘景财, 董路, 2014. 地下水观测井井筒效应的多场耦合数值模拟. 地球科学, 39(9): 1349-1356. doi: 10.3799/dqkx.2014.117
    引用本文: 徐亚, 薛祥山, 刘玉强, 刘景财, 董路, 2014. 地下水观测井井筒效应的多场耦合数值模拟. 地球科学, 39(9): 1349-1356. doi: 10.3799/dqkx.2014.117
    Xu Ya, Xue Xiangshan, Liu Yuqiang, Liu Jingcai, Lu Dong, 2014. A Coupled Darcy-Brinkman-NS Simultation Model of Wellbore Effect of an Monitor Well. Earth Science, 39(9): 1349-1356. doi: 10.3799/dqkx.2014.117
    Citation: Xu Ya, Xue Xiangshan, Liu Yuqiang, Liu Jingcai, Lu Dong, 2014. A Coupled Darcy-Brinkman-NS Simultation Model of Wellbore Effect of an Monitor Well. Earth Science, 39(9): 1349-1356. doi: 10.3799/dqkx.2014.117

    地下水观测井井筒效应的多场耦合数值模拟

    doi: 10.3799/dqkx.2014.117
    基金项目: 

    国家环境保护公益性行业科研专项基金 201209022

    2012年度院所基本科研业务专项基金 2012YSKY16

    详细信息
      作者简介:

      徐亚(1985-), 男, 助理研究员, 主要从事地下水数值模拟和地下水污染风险评价研究.E-mail: 104911697@qq.com

      通讯作者:

      刘玉强, E-mail: liuyq@craes.org.cn

    • 中图分类号: P345

    A Coupled Darcy-Brinkman-NS Simultation Model of Wellbore Effect of an Monitor Well

    • 摘要: 利用3种不同水流运移方程分别模拟井管附近不同区域的水流运动, 基于流量守恒原理实现不同流态区域边界的耦合, 建立了有代表性的观测井-含水层系统场景; 利用建立的耦合模型模拟了观测井-含水层系统中水头的分布, 基于模型模拟数据分析了观测井井筒存在对含水层局部水头分布及地下水水质采样和环境监测结果的影响; 还分析了地下水三维水流强度、观测井井径以及含水层介质参数等对井筒效应的影响规律: 井筒效应在粘土等渗透系数和比单位贮水系数相对较小的含水层介质中更为明显, 其影响随着三维水流强度及观测井井径的增加而增大; 进行了上述参数的敏感性分析, 指出对于同一参数其在不同区间的敏感性比例不同, 对于不同参数观测井井径的敏感性比例最大, 因此在地下水环境监测的工程实践中减小观测井井径是相对快速且有效提高监测和采样精度的方法.

       

    • 图  1  概念模型及坐标轴系统

      Fig.  1.  Conception model and the coordinate system

      图  2  不同流态区域及内边界条件

      Fig.  2.  Different flow regimes and the inner boundary conditions

      图  3  耦合模型解与解析解结果的比较

      Fig.  3.  Comparison between results of analytical model and coupled mathematical model

      图  4  降深沿观测井井轴的分布

      Fig.  4.  Vertical distribution of drawdown along axis of monitor well

      图  5  不同层降深畸变沿抽水井-观测井连线的分布

      Fig.  5.  Drawdown difference of different layers

      图  6  考虑达西流和不考虑达西流模拟结果比较

      Fig.  6.  Results with and without the consideration of Non-Darcy flow around the wellbore

      图  7  不同抽水井滤管长度条件下的降深畸变沿x轴的分布

      Fig.  7.  Drawdown difference along x axis with different lengths of pump well

      图  8  不同观测井内径条件下的降深畸变沿x轴的分布

      Fig.  8.  Drawdown difference along x axis with different diameters of monitor well

      图  9  不同含水层介质条件下的降深畸变沿x轴的分布

      Fig.  9.  Drawdown difference along x axis with different aquifer media

      表  1  含水层和井孔参数

      Table  1.   Main parameters of aquifer and wells

      基本参数
      含水层参数 介质类型 粗砂
      渗透系数(m/d) 30
      含水层厚度(m) 50
      单位储水量(m-1) 0.000 1
      抽水井参数 抽水井内径(m) 0.2
      抽水流量(m3/d) 8 640
      抽水时间(d) 10.289
      抽水井位置 (x, y, z)=(0, 0, 0)
      抽水井滤管长度(%)
      观测井参数 观测井内径(m) 0.2
      观测井位置 (x, y)=(2.18, 0)
      观测井类型 完整井
      下载: 导出CSV

      表  2  不同组介质的渗流参数取值

      Table  2.   Hydrological conductivity and Specific storativity of different aquifer media

      类型1 类型2 类型3 类型4
      含水层介质 细砂 中砂 粗砂 沙砾石
      渗透系数(m/d) 7.5 15 30 60
      比弹性储水系数(m-1) 7.5e-7 5e-6 1e-5 2e-5
      下载: 导出CSV

      表  3  不同参数的敏感性比例计算

      Table  3.   Sensitivity ratio of different parameters

      参数 变化区间
      区间1 区间2 区间3 区间4
      抽水井滤管长度 0.020 0.280 0.480 1.350
      观测井井径 4.760 1.140 0.530 /
      介质类型 0.003 0.006 0.011 /
      注: 区间1、2、3和4对于抽水井滤管长度指1%、10%、25%、50%、75%;对于观测井井径指0.02 m、0.05 m、0.10 m、0.20 m;对于介质类型指介质1、2、3、4.
      下载: 导出CSV
    • Bennett, G.D., Patten, E.P., 1962. Constant-Head Pumping Test of a Multi-Aquifer Well to Determine Characteristics of Individual Aquifers. U.S. Geological Survey Water-Supply Paper 1536-G, 181-203.
      Chen, C.X., 2003. Formation Mechanism of Water Level and Its Determination Method in Conventional Observation Wells for Three-Dimensional Groundwater Flow. Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 28(5): 483-491 (in Chinese with English abstract). http://www.researchgate.net/publication/290799751_Formation_mechanism_of_water_level_and_its_determination_method_in_conventional_observation_wells_for_three-dimensional_groundwater_flow
      Chen, C.X., Hu, L.T., 2008. A Review of the Seepage-Pipe Coupling Model and Its Application. Hydrogeology Engineering Geology, 3: 70-75 (in Chinese with English abstract). http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTOTAL-SWDG200803016.htm
      Chen, C.X., Jiao, J.J., 1999. Numerical Simulation of Pumping Test in Multilayer Wells with Non-Darcian Flow in the Wellbore. Ground Water, 37(3): 465-474. doi: 10.1111/j.1745-6584.1999.tb01126.x
      Cheng, J.M., Chen, C.X., 2005. An Integrated Linear/Non-Linear Flow Model for the Conduit-Fissure-Pore Media in the Karst Triple Void Aquifer System. Environmental Geology, 47(2): 163-174. doi: 10.1007/s00254-004-1128-7
      Cheng, Y., McVay, D.A., Lee, W.J., 2005. BEM for 3D Unsteady-State Flow Problems in Porous Media with a Finite-Conductivity Horizontal Wellbore. Applied Numerical Mathematics, 53(1): 19-37. doi: 10.1016/j.apnum.2004.08.039
      Church, P.E., Granato, E., 1996. Bias in Groundwater Data Caused by Well-Bore Flow in Long-Screen Wells. Groundwater, 34(2): 262-273. doi: 10.1111/j.1745-6584.1996.tb01886.x
      Eduard, M., Igor, P., Sanja, M., 2012. Comparison between Darcy and Brinkman Laws in a Fracture. Applied Mathematics and Computation, 218(14): 7538-7545. doi: 10.1016/j.amc.2012.01.021
      Eungyu, P., Zhan, H.B., 2002. Hydraulics of a Finite-Diameter Horizontal Well with Wellbore Storage and Skin Effect. Advances in Water Resources, 25(4): 389-400. doi: 10.1016/S0309-1708(02)00011-8
      Eungyu, P., Zhan, H.B., 2003. Horizontal Well Hydraulics in Leaky Aquifers. Journal of Hydrology, 281(1-2): 129-146. doi: 10.1016/S0022-1694(03)00205-1
      Giddings, T., 1987. What is an Adequate Screen Length for Monitoring Wells? Opinion I. Ground Water Monitoring Review, 7(2): 96-97. doi: 10.1111/j.1745-6592.1987.tb01049.x/abstract
      Piquet, J., Queutey, P., 1992. Navier-Stokes Computations Past a Prolate Spheroid at Incidence-I. Low Incidence Case. Computers & Fluids, 21(4): 599-625. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/004579309290009K
      Rosa, C., Riccardo, B., Luca, F., 2009. Impact of Past Mining Activity on the Quality of Groundwater in SW Sardinia (Italy). Journal of Geochemical Exploration, 100(2-3): 125-132. doi: 10.1016/j.gexplo.2008.02.003
      Wen, Z., Huang, G.H., Li, J., et al., 2008. Approximate Analytical Solution of Non-Darcian Flow towards the Well in Confined Aquifer. Journal of Hydraulic Engineering, 39(7), 815-821 (in Chinese with English abstract). http://www.researchgate.net/publication/287550717_Approximate_analytical_solution_of_non-Darcian_flow_towards_the_well_in_confined_aquifer
      Wen, Z., Huang, G.H., Li, J., et al., 2009. A Numerical Solution of Non-Darcian Flow toward an Extended Well in a Confined Aquifer. Journal of Hydraulic Engineering, 40(4): 398-402 (in Chinese with English abstract). http://www.researchgate.net/publication/288716016_Numerical_solution_of_non-Darcian_flow_toward_an_extended_well_in_a_confined_aquifer
      Xu, Y., Hu, L.T., Yi, B.Q., 2011. Advances in Numerical Simulation Methods of a "Well-Aquifer" System. Hydrogeology & Engineering Geology, 38(4): 26-31 (in Chinese with English abstract). http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTOTAL-SWDG201104006.htm
      陈崇希, 2003. 三维地下水流中常规观测孔水位的形成机理及确定方法. 地球科学—中国地质大学学报, 28(5): 483-491. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQKX200305002.htm
      陈崇希, 胡立堂, 2008. 渗流-管流耦合模型及其应用综述. 水文地质工程地质, 3: 70-75. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SWDG200803016.htm
      文章, 黄冠华, 李健, 等, 2008. 承压含水层中抽水井附近非达西流的近似解析解. 水利学报, 39(7): 815-821. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SLXB200807007.htm
      文章, 黄冠华, 李健, 等, 2009. 承压含水层中扩展井附近非达西流数值解. 水利学报, 40(4): 398-402. doi: 10.3321/j.issn:0559-9350.2009.04.003
      徐亚, 胡立堂, 仪彪奇, 2011. 井孔-含水层系统数值模拟方法研究进展. 水文地质工程地质, 38(4): 26-31. doi: 10.3969/j.issn.1000-3665.2011.04.005
    • 加载中
    图(9) / 表(3)
    计量
    • 文章访问数:  3299
    • HTML全文浏览量:  599
    • PDF下载量:  615
    • 被引次数: 0
    出版历程
    • 收稿日期:  2014-01-05
    • 刊出日期:  2014-09-01

    目录

      /

      返回文章
      返回