非达西效应下承压边界含水层不稳定流抽水渗流模型研究

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开展和完善与地下水开采相关的渗流机理模型研究一直是水文地质界的热点,目前关于承压边界含水层井流问题的研究大多基于渗流满足达西定律的背景下展开讨论,而非达西效应对承压边界含水层井流的影响尚未有报告。因此,本文在此基础上,首先建立基于Izbash公式考虑非达西效应下承压无限含水层不稳定抽水渗流数学模型,采用Boltzmann变换法和线性化近似求得其水位降深简化解析解;借助镜像法原理,分别求得半无限补给、半无限阻碍、直角边界含水层的水位降深解析模型,并借助数值模拟软件COMSOL Multiphysics对其进行数值验证。最后,分析了含水层参数、边界效应和井储效应对于水位降深的影响,总结了承压边界含水层附近不稳定渗流运动规律,本文主要结论如下:(1)Izbash公式中的两个系数对于含水层水位降深响应一致,在抽水前期,随着准水力传导系数KI和非达西系数n地增大,含水层内水位降深也越大。而在抽水后期,KI和n越大其水位降深反而越小。(2)借助COMSOL Multiphysics分别构建基于Izbash方程和Forchheimer方程的承压无限含水层中不稳定非达西抽水井流数值模型,通过算例与其对应的解析解对比分析发现:任一边界条件下,解析解与数值解之间的误差控制在15%之内。(3)相比于无限含水层下的水位降深-时间曲线,根据边界属性的不同,不同边界组合效应对于水位降深的影响不同。(4)井储效应对含水层水位降深的影响主要体现在抽水前期。此外,非达西系数n越大,由于井储效应导致的水位降深滞后现象越短。(5)通过对非达西系数n、准水力传导系数KI、储水系数S进行参数敏感性分析,在有、无考虑井储效应下,含水层内水位降深对于非达西系数n最为敏感,对储水系数S敏感性最差。
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