自流井喷涌的稳定流解析模型与涌势分析OA

针对自流井喷涌问题(包括自流量和喷射高度)尚无成熟分析模型,开展了系统的研究工作。首先,基于井流、射流和水流连续性原理,建立了喷涌问题的稳定流解析模型,得到了其闭合解,并讨论了其实践意义。其次,针对自流井工作状态定量评价问题,提出了自流井的涌势概念,包括表观涌势与实质涌势,尤其是推导出了针对实质涌势量化分析的喷涌功率表达式。再次,就3个基本水力学因素(自流水头、单位涌水量与井口面积)对自流井涌势的影响进行了深入分析。最后,进行了实际案例应用分析。研究表明:(1)喷涌问题完全由3个基本水力学因素确定;(2)表观涌势既直观地表征了自流井自身工作状态,又是自流井外在使用功能指标,而实质涌势更能从机理上真实表征自流井的工作状态;(3)3个基本水力学因素是形成喷涌的充分必要条件,其中自流水头是能量与补给的来源,对涌势的影响呈正相关性,且其影响程度无界,单位涌水量反映径流通道,对涌势的影响呈正相关,但其影响程度有界,而井口面积反映了自流井排泄能力,也是控制喷涌的“总开关”与“调节器”,对涌势的影响具有“双向性”,理论上存在“最大喷涌功率井口面积”;(4)案例研究表明,本次研究成果可以较高精度进行正、反演分析工作(自流量计算的相对误差在1%以内,喷射高度绝对误差仅0.03 m,单位涌水量相对误差在1%以内),同时也从计算分析角度说明了3个基本水力学因素对自流井涌势特征的形成以及工作状态有着重要影响。系统的理论推导与案例应用,充分表明了本次研究成果不仅在理论上揭示了喷涌问题的水力学实质,同时在实践上对于提高自流井的设计与运维水平、以及利用喷涌数据反演水文地质参数均具有重要指导意义。