1.泰斯公式反映的降深變化規律
將式(4-1)改為無量綱降深形式:
地下水動力學
並繪如圖4-3所示曲線。
圖4-3 無量綱降深與u函數關系曲線
1)圖4-3表明,同壹時刻(t固定)隨r增大s變小。當r→∞時s→0,與假設條件相符。
2)當r固定時,t增加s增大,當t為0時,s為0,符合實際情況。隨t增加漏鬥逐漸向外擴展,這恰恰反映了當含水層無外界補給時抽水完全消耗的是儲存量。
3)從式(4-1)或式(4-4)中看出,同壹時刻,r相同的地點其水位降低(s)相同。這說明抽水後形成的等水頭線是壹些以井軸為圓心的同心圓。當u=0.05時,由式(4-4)得方程:
地下水動力學
2.泰斯公式反映的水頭下降速度的變化規律
將式(4-1)對t求導數得:
地下水動力學
式(4-6)表明:①當t不變時r↑,u↑,e-u↓, ↓;②當r壹定時t↑,u→0,e-u→1, ↓。也就是抽水初期,隨r增加,u增加,e-u減小。因此,近處水頭下降速度大,而遠處水頭下降速度 小。而當r壹定時,由式(4-7)可看出,不同時刻的 (水頭下降速度)由 和e-u兩個因素起作用,所以水頭下降速度不是t的單調函數,如圖4-4所示。
圖4-4 承壓含水層中的降深
s-t曲線不是沿同壹斜率變化而是存在拐點,拐點的位置可利用 求得。
由上式知 ,拐點出現的時間為:
地下水動力學
式(4-8)表明不同斷面處拐點出現的時間不同。
圖4-4表明,每個斷面的水頭下降速度初期由小到最大,然後由大變小最後趨於等速下降。
拐點處的降深(si)計算:將式(4-8)代入式(4-1)得:
地下水動力學
由式(4-9)可看出,si與r無關,說明任壹斷面都經歷著壹個相同過程,當s=si時,出現最大降速,即
地下水動力學
當抽水時間足夠長時, (即u<0.0,e-u=0.99≈1)時,式(4-7)可改為:
地下水動力學
即當抽水時間足夠長時下降速度與r無關,在壹定的範圍內產生的降幅大致相同。
3.泰斯公式所表達的流量與滲流速度變化規律
(1)流量變化規律
將式(4-1)對r求導數得:
地下水動力學
地下水動力學
r處過水斷面流量為:
地下水動力學
將式(4-11)代入得:
地下水動力學
式(4-12)表明,通常抽水井的流量(Q)>r斷面處的流量Qr,當r→0時,Q=Qr
從式(4-12)看出,當r不同時其流量(Qr)也不同,r減小流量增加,這與穩定流不同。它反映出地下水流向抽水井的過程中得到儲存量的補給。
當 時,Q=Qr
(2)滲流速度變化規律
由式(4-11)可知抽水時地下水的滲流速度(V)為:
地下水動力學
式中負號表明速度與r的正方向相反。
抽水達穩定時,上式中 為抽水達到穩定時的滲透速度。隨著時間增加u值逐漸趨於1。
地下水動力學
(3)相對穩定(似穩定)狀態(當u=0.01時)
這時r處穩定出現的時間為:
地下水動力學
4.關於“影響半徑”的問題
泰斯公式不包含“影響半徑”(R)的概念。在無限延伸的無越流補給的承壓含水層中是不存在“影響半徑”的。
1)將式(4-4)改為: ,與裘布依公式相比,可將影響半徑定義為:
地下水動力學
2)經長時間抽水後,當 時,由式(4-4)可得某時刻與r1和r2對應的s1和s2:
地下水動力學
將兩式相減得 ,與式(3-6)所示穩定流的公式相同。
3)當r1=rw,r2=r時得式(3-5),說明在無越流補給且側向無限延伸的承壓含水層中抽水時隨抽水時間的延長,在井的周圍地下水側壓水頭變化趨於緩慢,接近穩定狀態,其降落漏鬥形態與穩定流時相同,但這並不意味著水頭降落已達穩定。
5.關於假設井半徑rw→0和天然水力坡度為零的問題
1)關於rw→0的問題:當rw→0時井可視為匯點或源點,不必考慮井筒中的水量。由式(4-11)看出, ,將兩端同取極限,並記為limrw→0。 ,這與單井定流量承壓完整井流的數學模型中的內邊界條件相壹致。
2)關於J=0的問題:在推導泰斯公式時曾假設抽水前的地下水位為水平的,而事實上J值很小,在平原地區,J=n/1000~n/10000。因此泰斯公式是可信的。