CN111680834A - 一种潜水井降水稳定时间的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种潜水井降水稳定时间的计算方法，包括首先根据公式求得降水漏斗曲线，然后根据降水漏斗围成的体积得到设计降深排出的总水量，最后在由排水总量计算得出潜水井降水稳定时间。本发明的有益效果是：大幅度提高工程降水时间预测的效率，缩短计算时间，减少人工投入，为工程降水方案的选择提供了快捷合理的参考。

Description

一种潜水井降水稳定时间的计算方法
技术领域
本发明涉及一种适用于潜水井降水稳定时间的解析计算方法，具体为一种潜水井降水稳定时间的计算方法，属于工程降水技术领域。
背景技术
为了保障施工安全，使工程在无水条件下施工，地下工程常需要进行工程降水。降水时间作为工程降水的一个重要参数，直接决定了工程降水方案的决策。
目前，国内外针对工程降水时间的研究并不多，且大多集中在降水试验上，成本高，且缺乏普适性，仅能应用于具体工程上。计算方法上，数值计算方法在工程降水上得到了广泛的应用，但是需要耗费大量精力和时间进行建模和计算，还需要考虑合适的本构关系等因素，不利于工程推广应用。解析计算方法则更为快捷，仅需简单设置相应的参数，数分钟即可得到结果。目前已有个别相关研究，但是仍存在许多问题。比如，发明专利《一种潜水完整井或井群动态降水过程中排水量及排水时间的计算方法》和《一种潜水非完整井或井群动态降水过程中排水量及排水时间的计算方法》，首先，在该专利的计算方法中，存在明显的数学错误，如初始的推导，文中“dQ(S)＝Q(S1)·dS”，Q(S1)和dS的乘积意义不明确，形式上应为“dQ(S)＝Q′(S)·dS”，但是内涵上仍然存在意义不明确的问题；其次，按照该专利的推导，得到的结果Q的量纲为m4/d，明显与其想表达的含义不符，且带入有关降水时间计算的公式中：
Figure BDA0002526390470000011
结果的量纲为米，这也有明显问题；再次，在计算思路上，该专利提到“计算得到的Q应是一天内所需要的的排水量，但工程上一般需要一段时间才能降水至目标值，因此，需要将增加的排水量Q分配到每一天”，这一思路也很令人费解，既然得到的是一天所需的排水量，那么应该用此排水量×降水天数，才是增加的排水量，则降水天数才是问题的关键，但是Q是按照“每天需增加的排水量”理解，该方法实际上也无法求得降水时间。综上，这些问题导致该专利整个计算方法的推导均存疑的，将结论带入具体实例中验证，也与现实有较大差异。
由于降水时间的预测直接决定了降水方案的选择，而目前尚未有准确的计算方法。因此，研制一种工程降水稳定时间的解析计算方法已为急需。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述缺乏合理计算工程降水稳定时间的计算方法，而只能依赖工程经验的现状问题而提供一种潜水井降水稳定时间的计算方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种潜水井降水稳定时间的计算方法，包括以下步骤：
步骤一、求得降水漏斗曲线；
步骤二、根据降水漏斗围成的体积计算达到设计降深时排出的总水量；
步骤三、根据排出的总水量计算降水稳定时间。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤一中，降水漏斗曲线计算公式为：
Figure BDA0002526390470000021
其中，Hw为降水井井中水位；H0为含水层厚度；r为降水井半径；R为降水影响半径；rx为隧道至降水井的距离。
其中，降水影响半径R可以按照抽水试验获得；当条件不足时，可按经验公式
Figure BDA0002526390470000022
计算，其中，Sw为降水井降深，当降深小于10m时，取Sw＝10m，k为土体渗透系数，H0为含水层厚度。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤二中，在计算排水量时，从初始水位开始降水后，由于排水井的排水量大于涌水量，因此井壁始终为临空面；另一方面，由于渗透率的存在，导致远处的天然补给存在滞后性。因此，降低的水位线仅能被远侧天然补给向降水井方向补给，而无法由已降低的水位向上补给。同理，降低的水位线也仅能被远侧天然补给向降水井方向补给，而无法由已降低的水位向上补给。
因此，降水漏斗围成的体积即为降水达到设计降深排出的总水量：
Figure BDA0002526390470000031
其中，Hw为降水井井中水位；H0为含水层厚度；r为降水井半径；R为降水影响半径；h为深度。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤三中，潜水井降水稳定时间:
t＝Q总/q
其中，q的计算方法为：
q＝1.1Q
其中，Q为降水井涌水量，对于潜水完整井，Q的计算方法为：
Figure BDA0002526390470000032
对于潜水非完整井，Q的计算方法为：
Figure BDA0002526390470000033
其中，K为土体渗透系数；Sw为降水井降深；为过滤器进水部分长度，即有效过滤器长度；为有效过滤器中部至底部隔水层距离；A可根据相关文献查阅。
其中，降水影响半径R可以按照抽水试验获得；当条件不足时，可按经验公式
Figure BDA0002526390470000034
计算。计算R时，当降深Sw小于10m时，取Sw＝10m。
本发明的有益效果是：该潜水井降水稳定时间的计算方法设计合理，大幅度提高工程降水时间预测的效率，缩短计算时间，减少人工投入，为工程降水方案的选择提供了快捷合理的参考。
附图说明
图1为本发明潜水完整井计算示意图；
图2为本发明潜水非完整井计算示意图；
图3为本发明降水总排水量计算示意图。
图中：1、降水井，2、初始地下水位线，3、降水后地下水位线，4、降水井降深Sw，5、降水井井中水位Hw，6、降水后任一点位置处水位高度Hx，7、含水层高度H0，8、降水井半径r，9、降水井与任一点距离rx，10、降水影响半径R，11、过滤器进水部分长度，12、有效过滤器中部至底部隔水层距离，13、第一个Δt时的降水漏斗曲线，14、下一个Δ(t+1)时的降水漏斗曲线，15、第一个Δt时降水井降深ΔSw，16、下一个Δ(t+1)时降水井降深Δ(Sw+1)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～3，一种潜水井降水稳定时间的计算方法，包括以下步骤：
步骤一、求得降水漏斗曲线；
步骤二、根据降水漏斗围成的体积计算设计降深排出的总水量；
步骤三、根据排出的总水量计算降水稳定时间。
进一步的，在本发明实施例中，所述步骤一中，降水漏斗曲线计算公式为：
Figure BDA0002526390470000051
其中，Hw为降水井井中水位；H0为含水层厚度；r为降水井半径；R为降水影响半径；rx为隧道至降水井的距离。
其中，降水影响半径R可以按照抽水试验获得；当条件不足时，可按经验公式
Figure BDA0002526390470000052
计算，其中，Sw为降水井降深，当降深小于10m时，取Sw＝10m，k为土体渗透系数，H0为含水层厚度。
进一步的，在本发明实施例中，所述步骤二中，从初始水位开始降水后，经过第一个时间微元Δt，降水井降深达到ΔSw，由于排水井的排水量大于涌水量，因此井壁始终为临空面；另一方面，由于渗透率的存在，导致远处的天然补给存在滞后性。因此，降低的水位线仅能被远侧天然补给向降水井方向补给，而无法由已降低的水位向上补给。同理，经过第二个时间微元Δ(t+1)后，降低的水位线也仅能被远侧天然补给向降水井方向补给，而无法由已降低的水位向上补给。
因此，降水漏斗围成的体积即为降水达到设计降深排出的总水量：
Figure BDA0002526390470000053
其中，Hw为降水井井中水位；H0为含水层厚度；r为降水井半径；R为降水影响半径；h为深度。
进一步的，在本发明实施例中，所述步骤三中，潜水井降水稳定时间:
t＝Q总/q
其中，q的计算方法为：
q＝1.1Q
其中，Q为降水井涌水量，对于潜水完整井，Q的计算方法为：
Figure BDA0002526390470000061
对于潜水非完整井，Q的计算方法为：
Figure BDA0002526390470000062
其中，K为土体渗透系数；Sw为降水井降深；为过滤器进水部分长度，即有效过滤器长度；为有效过滤器中部至底部隔水层距离；A可根据相关文献查阅。
其中，降水影响半径R可以按照抽水试验获得；当条件不足时，可按经验公式
Figure BDA0002526390470000063
计算。计算R时，当降深Sw小于10m时，取Sw＝10m。
工作原理：在使用该潜水井降水稳定时间的计算方法时，首先根据公式求得求得降水漏斗曲线，然后根据降水漏斗围成的体积得到设计降深排出的总水量，最后在由排水总量计算得出潜水井降水稳定时间，大幅度提高工程降水时间预测的效率，缩短计算时间，减少人工投入，为工程降水方案的选择提供了快捷合理的参考。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种潜水井降水稳定时间的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、求得降水漏斗曲线；
步骤二、根据降水漏斗围成的体积计算达到设计降深时排出的总水量；
步骤三、根据排出的总水量计算降水稳定时间。
2.根据权利要求1所述的一种潜水井降水稳定时间的计算方法，其特征在于：所述步骤一中，降水漏斗曲线计算公式为：
Figure FDA0002526390460000011
其中，Hw为降水井井中水位；H0为含水层厚度；r为降水井半径；R为降水影响半径；rx为隧道至降水井的距离；
其中，降水影响半径R可以按照抽水试验获得；当条件不足时，按经验公式
Figure FDA0002526390460000012
计算，其中，Sw为降水井降深，当降深小于10m时，取Sw＝10m，k为土体渗透系数，H0为含水层厚度。
3.根据权利要求1所述的一种潜水井降水稳定时间的计算方法，其特征在于：所述步骤二中，在计算排水量时，从初始水位开始降水后，由于排水井的排水量大于涌水量，因此井壁始终为临空面；另一方面，由于渗透率的存在，导致远处的天然补给存在滞后性；因此，降低的水位线仅能被远侧天然补给向降水井方向补给，而无法由已降低的水位向上补给。同理，降低的水位线也仅能被远侧天然补给向降水井方向补给，而无法由已降低的水位向上补给；
因此，降水漏斗围成的体积即为降水达到设计降深排出的总水量：
Figure FDA0002526390460000013
其中，Hw为降水井井中水位；H0为含水层厚度；r为降水井半径；R为降水影响半径；h为深度。
4.根据权利要求1所述的一种潜水井降水稳定时间的计算方法，其特征在于：所述步骤三中，潜水井降水稳定时间:
t＝Q总/q
其中，q的计算方法为：
q＝1.1Q
其中，Q为降水井涌水量，对于潜水完整井，Q的计算方法为：
Figure FDA0002526390460000021
对于潜水非完整井，Q的计算方法为：
Figure FDA0002526390460000022
其中，K为土体渗透系数；Sw为降水井降深；为过滤器进水部分长度，即有效过滤器长度；为有效过滤器中部至底部隔水层距离；A可根据相关文献查阅；
其中，降水影响半径R可以按照抽水试验获得；当条件不足时，可按经验公式
Figure FDA0002526390460000023
计算。计算R时，当降深Sw小于10m时，取Sw＝10m。
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