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来源:Water 发布时间:2022/1/26 18:24:24
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对抽水井影响半径的进一步探讨:一个没有科学和实践意义而且容易误导人的参数 | MDPI Water

论文标题:Further Discussion on the Influence Radius of a Pumping Well: A Parameter with Little Scientific and Practical Significance That Can Easily Be Misleading (对抽水井影响半径的进一步探讨:一个没有科学和实践意义而且容易误导人的参数)

期刊:Water

作者:Yuanzheng Zhai, Xinyi Cao, Ya Jiang*, Kangning Sun, Litang Hu, Yanguo Teng, Jinsheng Wang and Jie Li

发表时间:28 July 2021

DOI:10.3390/w13152050

期刊链接:https://www.mdpi.com/journal/water

微信链接:

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1MzEzNjgxMQ==&mid=2650042337&idx=4&sn=

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文章导读

为了便于理解和计算,水文地质学家提出了“影响半径”的概念。该概念不仅被广泛应用于井流动力学理论计算和推理,而且还被广泛应用于指导地下水资源开发利用和污染防治等生产实践,从而成为水文地质学的一个基本参数。但是该参数的合理性一直存有争议,容易对人们产生误导,尤其是非专业人员。

来自北京师范大学的翟远征副教授及其团队在Water期刊发表了综述论文,回顾了地下水抽水井“影响半径”这一概念的起源,并结合理论研究和实践应用的需要,以“非专业”语言通过数学推理和类比法对“影响半径”这一概念存在的问题做了进一步讨论。该讨论对于相关理论研究以及地下水可持续开发利用和保护等具有重要意义。

研究过程与结果

本文从Dupuit公式和Thiem公式出发,基于数学推理和类比,对影响半径的本质及其在应用中出现的问题进行了探讨。影响半径本质上是物理学中“时间-路程”问题中的路程,因此既是时间的函数,还受流线上的流速及其分布的控制,所以它受水文地质条件和抽水条件的双重影响,是一个变量,与空隙度、给水度、渗透系数等反映含水层天然属性的水文地质参数有着本质区别。参数化后的影响半径违反了“水流连续性原理”,现实中不存在水平方向上无限的含水层,且多有外源补给,与理论存在很大差别。生产实践中出现的地下水位稳定或“似稳定”,只是各种实际因素影响下出现的“巧合”,并不能用于说明在生产计算中应用该参数的合理性。因此,影响半径不能用于指导含水层可持续供水能力的评价、傍河水源地的规划及地下水水源保护区的划分,一些由于地下水开采导致的生态环境问题与影响半径理论的误导不无关系。总的来说,影响半径并没有科学和实践意义。并且不宜出现在地下水资源的可持续利用和保护实践中,更不应该出现在理论模型中,人们应从区域统筹的角度出发,以系统的思想寻求地下水资源可持续开发利用的计算评估理论。

a. 俯视图;b. 侧视图

(1) Dupuit模型

a. 俯视图;b. 侧视图

(2) Thiem模型

a. 俯视图;b. 侧视图

图为抽水过程中地下水位降落漏斗的形成过程示意图。

(1) 从没有补给的水杯 (含水层) 中抽水 (比作在侧向有界且无垂向补给的含水层中抽水)。

(2) 从侧向水头恒定的水杯 (含水层) 中抽水 (比作Dupuit圆岛模型)。

图为从水杯中抽水 (比作从侧向有界的含水层中抽水)。

研究总结和展望

Dupuit模型的提出使人们开始聚焦于井流的定量计算,为了解决实际含水层的计算问题,Thiem引入了“降落漏斗范围”的概念,随后Todd将其改称为了“影响半径”。人们在后来的生产实践中混淆了圆岛半径和影响半径,将影响半径参数化后并使其在含水层可持续供水能力评价和地下水水源地规划等方面得到了广泛应用,从而导致了一系列生态环境问题。

影响半径本是用于一些水文地质参数的计算中,但是由于实际中出现的各种巧合使人们认为参数化后的影响半径是合理的,并且便于实际生产问题的计算,从而将错就错。但是,水流连续性原理证明了参数化后的影响半径是不存在的。

过去的井流模型只是用来解决局部的供水问题,由于经济、技术等方面的限制,人们只关注到了局部地下水问题。然而,影响半径理论在地下水污染源解析、地下水饮用水水源地划分和傍河水源地规划等方面提供了错误指导。随着当今社会经济和科学技术的发展,人们的眼光逐渐转移到区域乃至全球尺度的地下水流系统,以可持续发展的理念处理问题,且日益注重生态环境的保护。由于地下水是一种地方性、区域性和日益全球化的资源,地下水资源的评价和合理开发利用应像地表水的流域管理那样,以含水层单元作为整体进行统筹考虑,由以往的解决局部性生产实际问题,转向长期性的、全面系统的可持续发展课题,以系统的思想及方法从整体角度处理资源-生态-环境-灾害问题。

此外,本文提出了适用于不同行业的“环境影响范围”的概念,并且在原有理论模型的基础上对其进行适当的改进,从而使其能够应用于现阶段的含水层计算。同时,本文认为,数值模拟与遥感、大数据等新兴技术结合,能够提高模型的精确度,这些手段或许可以成为地下水资源评价中行之有效的方法。

本文出自特刊

River Ecological Restoration and Groundwater Artificial Recharge

Edited by Yuanzheng Zhai, Jin Wu and Huaqing Wang

Submission Deadline: 31 March 2022

https://www.mdpi.com/journal/water/special_issues/artificial_recharge

期刊介绍

主编:Jean-Luc Probst, University of Toulouse, France

期刊涵盖所有水资源领域相关的科学技术,主要包括全球和区域水循环的可持续管理,水资源及其与粮食、能源、生物多样性、生态系统功能和人类健康的互联。期刊鼓励领域内研究人员发表实验、理论、建模和大数据等相关研究成果。

2020 Impact Factor

3.103

2020 CiteScore

3.7

Time to First Decision

16.9 Days

Time to Publication

41 Days

 
 
 
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