對Dupuit穩(wěn)定井流的理解

1、對Dupuit穩(wěn)定井流模型的理解對薛禹群院士和陳崇希教授的分歧的看法Dupuit穩(wěn)定井流模型在地下水動力學中應用廣泛，但是在我國現(xiàn)行的兩本具有代表性的教材中對Dupuit模型的認識依然存在較大分歧。兩種觀點同時存在，對地下水動力學的發(fā)展來說是有利的，但同時存在如此之久卻又讓人不免擔憂。那么，這其中的癥結何在？兩位老師的分歧主要在三個方面：1.Dupuit穩(wěn)定流模型與影響半徑；2.如何獲取影響半徑；3.在均勻流中定流量抽水，能否形成穩(wěn)定流？具體如下：1.Dupuit穩(wěn)定流模型與影響半徑：該問題可理解為兩位老師對“圓島模型”（或“圓形島狀含水層”）的不同認識上。薛老師認為，“可以把在無限含水層中的

2、抽水情況設想為一半徑為R的圓島狀含水層的情況。島邊界的水頭保持不變。如從井中定流量抽水，地下水經過一段時間的非穩(wěn)定運動后，降落漏斗擴展到島的邊界，周圍的補給量等于抽水量，則地下水運動出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)”。“式中：，R是影響半徑”?！按颂嶳即圓形島的半徑，該處降深為零。在實際應用中，考慮到隨著抽水時間的延長會出現(xiàn)似穩(wěn)定狀態(tài)，距離R應看作是從抽水井起到實際上觀測不出（或可忽略）水位降深處的徑向距離。原圖如下： 在陳老師看來，Dupuit穩(wěn)定井流模型是在下列假設條件下建立的：均質、各同向性、隔水底板水平的圓柱型含水層，外側面保持定水頭，中心一口完整抽水井簡稱圓島模型，沒有垂向入滲補給和蒸發(fā)排泄，且滲流服從

3、線性定律的穩(wěn)定流動。原圖如下：從這兩張圖上即可一目了然的看到兩位老師對Dupuit穩(wěn)定井流模型理解的差異。如果撇開實際應用不談（理論在建立之初并不考慮實際應用），那么薛老師對Dupuit穩(wěn)定井流模型的理解就值得商榷了。Dupuit穩(wěn)定井流模型是陳老師所理解的“圓島模型”。而非薛老師所說的“圓形島狀含水層”。薛老師認為“可以把在無限含水層中的抽水情況設想為一半徑為R的圓島狀含水層的情況?！辈⑶摇皪u邊界的水頭保持不變。”這并不合理。而圖3-3也不可能實現(xiàn)“島邊界的水頭保持不變?！睂Υ?，薛老師在辯解中多提到“實際應用”和“Bear教授也是這么認為的”。但是，作為科學研究者，更應注重科學本身的是否科學

4、，而不是急于把他們應用到實踐中去。此外，既然是“Dupuit穩(wěn)定井流模型”而非“Bear穩(wěn)定井流模型”無論是從尊重科學的角度還是從尊重科學家的角度，都應更注重“Dupuit穩(wěn)定井流模型”的真實性而不是后人對他的理解上，同時，作為一個科學研究者，自己的想法更重要，不應一味的說“某某也是這么認為的”。對于薛老師所說的“影響半徑穩(wěn)定井流模型”，其在實際問題中的應用不可忽略，但這一模型存在其缺點，薛老師在其著作中提出“這樣求得的R值，可作為設計合理井距的依據(jù)”，陳老師將其理解為“平均布井法”，薛老師直言這是無中生有，那么此處“可作為設計合理井距的依據(jù)”又作何理解？我們也無從得知了。至于薛老師為何不解釋

5、清楚，其中的原因大概也只有自己知道了。總之，我們并不能因為一個理論在實際應用中有貢獻就不去研究其是否合理，因為只有更好的研究才會有更好的應用。2.如何獲取影響半徑：薛老師認為：“R即圓形島的半徑，該處降深為零，在實際應用中，考慮到隨抽水時間的延長，會出現(xiàn)似穩(wěn)定狀態(tài)，距離R應看作是從抽水井到實際觀測不出水位降深（或可忽略）的徑向距離”。“R是影響半徑”。這段話是合理的，前提是“圓形島”指的是陳教授提到的“圓島模型”。即圖4-1-1。對此陳老師的觀點是：“影響半徑穩(wěn)定井流”方程是在自然潛水位/承壓水頭水平且無入滲補給和無蒸發(fā)排泄的無界含水層條件下獲得的 ，如果在無入滲補給和無蒸發(fā)排泄的條件下能形成

6、穩(wěn)定井流，那么在降落漏斗的各個r斷面上的流量就相等，并等于抽水井的流量，這是從質量守恒原理引出的結論。如此就出現(xiàn)一個矛盾，在至R的范圍內r處的流量（包括R處的流量）等于抽水井的流量，而比R稍遠一點點的斷面r=R+的流量卻為零（因為在影響半徑之外應保持自然潛水位/承壓水頭面水平狀態(tài)，即水力梯度為零），這怎么能形成穩(wěn)定井流？！R斷面上的流量從何而來？陳老師的反駁無疑是犀利的。但是我們也不難看出陳老師一直局限于自己的“圓島模型”，而“圓島模型”在實際應用中必須遷就，因為自然界不存在真正意義上的“圓島模型”。所以，如薛老師所言“在實際應用中，考慮到隨抽水時間的延長，會出現(xiàn)似穩(wěn)定狀態(tài)，距離R應看作是從抽

7、水井到實際觀測不出水位降深（或可忽略）的徑向距離”也未嘗不可。3. 在均勻流中定流量抽水，能否形成穩(wěn)定流？關于能否形成穩(wěn)定流的問題，陳老師認為：只有當開采量等于補給增量與排泄減量之和時，才可能形成地下水的穩(wěn)定流。這時的開采量才是可持續(xù)開采量。并給出了地下水開采量組成的普遍形式：式中：為某時間段內的抽水總量；為同期內補給量的增量；為同期內排泄量的增量；為同期內儲存量（包括彈性存儲）的增量。當抽水已使地下水達到穩(wěn)定流動，即=0時，則要求即，“只有當補給的增加量與排泄的減少量之和等于抽水量時，才可形成地下水流的穩(wěn)定狀態(tài)”。薛老師認為：無限含水層中抽水，無其它補給，就不可能形成穩(wěn)定流。在此方面，二位老師的觀點無直接沖突，但是陳老師的觀點更有實際應用意義。小結：我認為兩位老師的主要分歧是在“圓島模型”與“圓形島狀含水層”的區(qū)別上。即對Dupuit穩(wěn)定井流模