大降深渗流井的变饱和管流耦合模型与试验研究

云计算-大降深条件下渗流井计算模型研究是针对传统取水工程中渗流井的独特优势及其在特定环境下的复杂渗流现象展开的深入探讨。渗流井作为一种环保、经济的取水方式，其出水量大、水质优良且管理简便，特别是在干旱半干旱地区如陕北，其应用更为广泛。然而，当抽水量超过河水的自然补给能力时，会形成饱和非饱和流共存的复杂渗流场景，此时，仅依赖饱和渗流模型已不再适用。 研究者依托国家自然科学基金项目，利用物理模拟手段，构建了"变饱和渗流-管流耦合模型"。这一模型考虑了大降深条件下的非饱和渗流，通过渗流砂槽模拟实验，对不同竖井深度和渗漏补给能力的河流下渗流井的取水效果进行了深入研究。实验中，通过测量出水量、竖井降深和砂槽内水位变化，以及通过颗粒分析法和竖管法对砂土渗透性能的测定，验证了模型参数的有效性。 模型的建立过程中，采用了砂芯漏斗法来确定土壤水分特征曲线，以确保模型参数的准确性。研究发现，随着竖井深度的增加，渗流井出水量整体上有所增长；而河流渗漏补给能力越强，渗流井的出水量也会相应提升。然而，当进入大降深非饱和渗流阶段，虽然总出水量依然随竖井深度上升，但单位深度的出水量呈现下降趋势。 通过三维有限差分网格技术，模型精细地模拟了井管与含水层之间的水量交换过程，能够准确预测和解释不同降深条件下渗流井的实际取水效果。这一研究成果对于优化渗流井设计、提高取水效率以及更好地理解复杂地下水资源动态具有重要的理论和实际意义。