地下水人工回灌过程中生物堵塞研究进展

地下水人工回灌是应对地下水过度开采最有效的方式之一,而回灌堵塞问题导致回灌效率下降,一定程度上制约了地下水回灌的发展。回灌堵塞根据成因分为物理堵塞、生物堵塞和化学堵塞三种类型,其中生物堵塞是造成回灌堵塞的第二大因素。从生物堵塞的形成机制、对介质渗透性能的影响、在介质内部的发展分布及微生物生长代谢的影响因素等角度对现有的研究进行了总结与分析,当前的研究较多基于单因子研究,较少考虑微生物生长繁殖多因子交互作用,此外,对于微生物生长繁殖及群落演变与介质内部的流动模式相互影响机制的研究也不够深入。     

基于人工回灌场地典型含水介质的悬浮物堵塞实验研究

地下水人工回灌过程中含水层堵塞问题是制约地下水回灌效率的关键因素,引起含水层堵塞现象中最主要的类型为悬浮物堵塞。通过室内实验的方法,根据石家庄市藁城区梨园人工回灌场地的垂向介质特征,选取3种不同的典型含水介质作为入渗介质,将悬浊水连续注入3种介质中,刻画悬浮物堵塞在场地介质中的发展规律,量化堵塞深度及堵塞速率。实验结果表明:回灌时介质表层的渗透系数随时间逐渐减小,逐渐向介质内部发展时渗透系数随时间先增大后减小。实验介质均在靠近表层的部位发生严重堵塞,堵塞深度与介质粒径大小呈正相关,且在堵塞影响深度范围内,随时间的延长,介质渗透系数降幅不断减小。粗砂比重大的介质表层堵塞速率为0.91/h,细砂比重大的介质表层堵塞速率为0.66/h,中砂比重大的介质表层堵塞速率为0.58/h。介质内部发生堵塞时堵塞速率与相应层位介质的渗透系数呈负相关。     

地下水源热泵铁锰化学堵塞试验

目的针对在铁锰含量较高地区的水源热泵工程回灌堵塞问题,模拟冬夏季间歇性回灌,分析铁锰化学堵塞影响原因.方法以沈阳理工大学地下水源热泵工程为主要研究对象,通过室内渗流砂柱模拟冬夏季间歇性回灌,在保证渗流砂柱温度为11℃时,用相同回灌水以5℃、24℃两种温度进行回灌,分析水通量、相对渗透系数、渗透系数、孔隙度等变化规律.结果分析表明,冬季回灌水堵塞程度严重,夏季堵塞程度不明显,靠近进水口处的堵塞现象较为明显,说明季节性温度与在渗流途径上溶解氧含量对水源热泵化学堵塞影响较大.结论夏季回灌堵塞程度较冬季回灌发生堵塞程度小,发生时间较晚.锰基本不参与水源热泵的化学堵塞,Fe2+为化学堵塞的主要因素.     

铁细菌对地下水源热泵回灌堵塞的生物化学行为研究

目的探究在地下水源热泵回灌过程中铁细菌的存在对铁锰引起的生物化学行为的影响,进一步发现铁细菌与不同质量浓度的铁锰离子的反应情况,提供解决生化复合堵塞问题的方案.方法以有无铁细菌的含相同质量浓度铁锰回灌水试样进行试验对比,分析铁细菌存在对生化复合堵塞是否有加剧效果,另进一步设置不同质量浓度的铁锰回灌水进行对比试验,观察铁细菌对铁锰离子各自的氧化程度.结果铁细菌的存在明显加剧了纯化学堵塞,随着二价铁离子质量浓度增加,氧化现象更为剧烈,堵塞时间明显提前,而锰离子质量浓度并未过多影响整个生化复合堵塞.结论在地下水源热泵工程中,降低回灌水中铁离子的质量浓度,可以有效防治地下水中铁锰离子质量浓度较高的地区水源热泵回灌堵塞问题.     

机械防砂筛管挡砂介质堵塞机制及堵塞规律试验

针对防砂井由于机械筛管及砾石层等挡砂介质被堵塞而造成低产或停产的情况,开展防砂井挡砂介质堵塞机制研究,提出非充填带的桥架充填堵塞机制和挡砂介质内部桥架堵塞机制。利用机械筛管微观驱替堵塞模拟试验装置对机械筛管多层滤网挡砂层的堵塞过程、堵塞机制及影响规律进行系统的试验模拟,研究影响挡砂筛网堵塞程度的主要因素及其影响规律。结果表明:生产时间、出砂速度、粉细砂含量、泥质含量、原油黏度等是影响挡砂介质堵塞过程及堵塞程度的主要因素;试验结果揭示了挡砂介质堵塞程度与影响因素之间的定性和定量规律;试验数据可以通过拟合用于建立挡砂介质堵塞渗透率比与上述参数之间的定量经验关系模型,进一步预测特定地质与生产条件下防砂井挡砂介质堵塞程度随生产时间的变化规律。     

华北平原典型区不同砂层井灌中水位水量变化差异特征—以滹沱河冲洪积扇藁城段为例

井灌作为地下水超采区治理中应用的一种重要回灌方式,具有占地面积小回灌效率高的优势,但不同砂层中回灌水入渗特征不同。基于华北平原典型区砂层特征,通过研发井灌仿真扇体砂箱模型,开展粗中细3种砂层中不同定水位、定流量条件下的室内井灌实验,综合对比分析井灌过程中水量与水位的时空变化数据。结果表明：定水位稳定井灌条件下,沿水流方向粗中细砂介质中的水位均呈降低趋势,粗砂中降幅最小,细砂中最大;粗中细砂介质中的水位降低过程均可分为快速和慢速两段,分界点距井壁越来越近。定流量井灌条件下,随井内水位增长,粗中砂介质中回灌流量呈二次方增长,细砂介质中呈线性增长,粗砂中回灌流量大小对水位变化的响应最明显。井灌过程包含井周边储水、向远处扩散然后趋于稳定的过程,粗中砂介质中储水和扩散过程较快,达到稳定回灌用时约600 s;细砂介质中储水和扩散过程较慢,达到稳定回灌用时约9 500 s。研究对开展地下水人工回灌工程选址、回灌砂层优选及回灌井布局优化具有一定的指导意义。     

滹沱河冲洪积扇浅部回灌层井灌动态分析及回渗能力探究

随着地下水资源的加剧开采和补给的减少,滹沱河冲洪积扇形成的厚包气带区有着巨大的回灌潜力,但相关回灌试验研究较少。通过在滹沱河冲洪积扇藁城段开展一系列低水位、高水位井灌试验,获得了回灌井与观测井水力联系的强弱及井周边的渗透情况;在连续回灌中回灌井会发生一定程度堵塞,适时回扬能使回渗能力得到一定程度恢复;各回灌井有较大的回灌能力,均大于50 m~3/h;区内三个主要回灌层(饱水带、深层包气带、浅层包气带)在井灌条件下都有较强的渗透能力,但受成井差异和地层结构差异性影响,不同井内的渗透能力不同。新形势下在冲洪积扇厚包气带区适时开展地下水人工回灌是解决水资源储存和相关水文地质问题的一个有效途径。     

回灌溶液盐度变化对浅层储能咸水介质热量运移特性影响

根据地下储能咸水层水文地质特性,以多孔介质传热、传质理论为基础,建立咸水层多场耦合储能模型.以天津市某咸水储能系统为研究对象,探索采用不同盐度溶液回灌模式下含水层热量运移特性及温度场变化规律.经模拟计算得到,采用1∶1混合溶液与去离子水回灌时,粗粉砂层在夏季储热期与次年春季间歇期的热作用半径变化率分别为0.313、-0.016,0.348、-0.04m/d.研究表明,在储能阶段,伴随回灌溶液盐度降低,地下水渗流速度上升,导致对流换热与热弥散效应增强,回灌溶液温度场影响范围、幅度增加;间歇阶段,则由于地下咸水与回灌溶液间盐度梯度变大,在分子扩散作用下含水层渗流溶液热作用半径收缩.     

回灌条件下生物反应器填埋场液气耦合运移规律

为研究生物反应器填埋场渗滤液回灌对填埋气运移以及抽气压力对渗滤液回灌效果的影响,基于非饱和两相渗流理论和垃圾体一阶动力学生化降解模型,借助Open FOAM开源软件平台,采用改进的Picard迭代方法,建立了填埋场液气耦合运移数值计算模型,并与前人计算结果对比,验证了计算模型的正确性.采用建立的模型对生物反应器填埋场液气运移规律进行研究,发现:渗滤液回灌改变了填埋气的运移路径,加速了填埋气的运移,提高了填埋场的抽气效率;渗滤液的回灌效果受是否有抽气井及抽气压力的影响,抽气条件下渗滤液回灌效果远优于不抽气条件下的渗滤液回灌效果,而抽气压力大小对渗滤液回灌效果影响甚微,但总体上仍是抽气压力越小,渗滤液回灌效果越好.     

乳状液在多孔介质中的微观渗流特征

通过自制的微观孔隙模型做乳状液渗流实验,观察、分析了乳状液在多孔介质中的渗流特性。结果表明：乳状液在多孔介质中的流动特性非常复杂,堵塞十分明显,堵塞的机理主要有单个乳状液分散相液滴引起的堵塞、分散液滴无序拥挤引起的堵塞和细小液滴在管壁吸附引起的堵塞3种;流速较高时,乳状液在孔隙介质中的流变性表现为剪切变稀非牛顿型,与进入模型前乳状液的流变性一致。该研究对乳状液堵水方案设计、三元复合驱技术及乳状液驱油技术具有指导意义。     

瓦斯抽采钻孔堵塞段力学模型及其应用

建立瓦斯抽采钻孔堵塞段力学模型,基于施工地点的供风压力极值pmax ,求解相应临界堵塞段长度L0,当L＞L0时,钻孔将发生堵塞;研究了钻孔堵塞段退钻阻力的计算方法,分析了堵塞段长度和堵塞段内部气体压力对退钻阻力的影响规律。分析结果表明,在钻孔工程中,钻孔堵塞段内存在较高的气体压力是造成钻孔发生堵塞、难以退钻的主要原因,退钻阻力对堵塞段孔内气体压力变化非常敏感,采取降压退钻是减小退钻阻力的有效方法。应用钻孔堵塞段力学模型,分析了九里山矿钻孔施工现状,提出增大排渣空间、降低排渣阻力、提高钻杆强度技术措施,通过工业性试验,未出现断钻现象,钻进效率提高17％。     

浑水引起迷宫灌水器物理堵塞因素实验研究

对浑水通过薄壁滴灌带和模型迷宫灌水器时的流量变化过程及堵塞进行了测试,分析了泥沙颗粒粒径、浑水含沙量及迷宫灌水器进口压力等因素对迷宫式灌水器堵塞的影响程度。结果表明,所用灌水器的堵塞是一个很快的过程,泥沙颗粒粒径是灌水器堵塞的主要因素,对灌水器的堵塞起着决定性作用;灌水器进口压力对灌水器的堵塞会产生一定的影响;而浑水含沙量的高低只是在堵塞发生后,影响灌水器被堵死的速度。     

超硬砂轮的堵塞及修整

为使超硬砂轮能发挥其优异的性能,应避免堵塞和重视修整。用单颗粒金刚石修整工具是不适宜的。作者对磨削修整法和制动修整法进行了研究,取得了好的效果。     

悬浮颗粒在孔喉中的微观运移模拟研究

悬浮颗粒多孔介质微观运移模拟正逐渐成为颗粒堵塞机理研究和地层伤害评价的一种快速而有效的研究方法,基于颗粒离散元方法建立了一种悬浮颗粒在多孔介质中运移的微观孔隙模拟方法。通过拟合宏观力学参数生成了Antler天然砂岩骨架颗粒模型,建立了骨架颗粒流体耦合孔隙网络模拟方法,通过达西线性流验证了骨架颗粒流体耦合模型的正确性。之后在分析悬浮颗粒受力基础上,建立了耦合的悬浮颗粒侵入模型,模型考虑了侵入颗粒与流体、侵入颗粒与骨架颗粒的相互作用。模拟结果表明,在发生贯穿性堵塞时粒径小的悬浮颗粒造成更大地层伤害,初始孔隙度大的岩芯的渗透率降低幅度较大,因此在防止地层伤害注水方案设计时要针对具体地层的孔隙度和渗透率情况严格控制悬浮颗粒的粒径和浓度。     

基于支持向量机的矿浆管道堵塞信号识别方法

针对传统统计学理论的局限性,提出一种基于支持向量机的矿浆管道堵塞信号识别方法.该方法可以有效地识别矿浆管道中压力信号、流量信号的异常,通过分析压力信号、流量信号的异常从而准确识别堵塞信号.对于矿浆管道堵塞发生的早期发现起到一个很好的预警效果.研究结果表明,该方法分类效果好,泛化能力强,在识别正确率上优于径向基核函数人工神经网络方法,为矿浆管道安全生产监测提供了可靠的理论支持.     

排水管道堵塞试验及影响因素分析

随着智慧城市信息集成化的发展应用,对排水管道内水位、流量等主要运行参数的实时监控与自动采集需求越来越强,利用参数采集系统对排水管道堵塞进行定位监测,基于水力相似原理,建立变态相似模型,按照原型长度比例缩小20倍建立试验装置,并针对排水管道试验模型重力流、压力流不同工况进行堵塞试验及堵塞影响因素研究,结果表明:在重力流中,堵塞前水位和堵塞强度呈正相关分布,堰上水头最低点出现在堵塞高度为管径的50%时,且过流损失均随着坡度的增加而增加;堵塞强度在0.5时,过流损失减少值最小;在压力流中,堵塞程度越大,堵塞点前后管道水位高度变化越大;在同一堵塞强度条件下,过流损失随着堵塞长度的增加而增加;随着坡度增加,过流损失增加差额减少;堵塞长度越大,坡度对过流损失的影响越小。试验研究分析了排水管道堵塞状况的变化规律,为排水堵塞故障识别提供了基本依据。     

采煤机滚筒装煤极限转速的探讨

本文通过对采煤机滚筒落煤与装煤的研究,提出了滚筒装煤不发生堵塞时的临界最低滚筒转速.同时从控制螺旋叶片抛煤距离在极限范围推导了滚筒的最高极限转速.这一数学模型的导出,将会对采煤机工作机构运动参数合理选择起到参考性的作用.     

SF6断路器灭弧室内电弧与气流间的相互作用

采用将一维电弧模型与二维气流场相结合的计算方法，对ＳＦ６断路器灭弧室内大电流稳态燃弧期间电弧与气流间的相互作用进行了计算分析，着重研究了电弧阻塞效应及其应用，并对不同灭弧室结构对热气流场的影响进行了探讨，最后给出了更适合于混合型ＳＦ６断路器的灭弧室结构。     

利用脉冲电流控制水口堵塞的研究

控制水口堵塞不仅有利于提高生产效率,而且有利于降低生产成本和改善钢材产品质量。通过在浸入式水口与塞棒间施加低密度脉冲电流,浇注实验后发现脉冲电流处理水口的内壁平滑,夹杂物附着程度明显低于无脉冲处理水口。因此,利用脉冲电流处理控制水口堵塞是一项提高水口使用寿命的有效方法。