区域流场对含水层采能区地温场的影响

建立三维水热耦合数值模拟模型,对不同地下水天然流动情况下,含水层采能过程中及采能后地温场的演化进行了模拟和分析。结果表明,对于地下水流动较为显著的地区,地温场的变化幅度不仅受地下水天然流速的影响,还与井位布局方向密切相关。区域地下水的天然流速越大,系统停运期抽水井的温度恢复速度越快;对于相同地下水天然流速,地下水流向沿抽水井指向回灌井比垂直于抽灌井对之间连线方向的情况,抽水井温度变化幅度要小。     

地下水源热泵采能的水-热耦合数值模拟

应用数值模拟方法对北京某地下水源热泵采能条件下地温场的演化进行了研究，并应用校正后的模型对未来5年的温度场演化进行了预测．模拟和预测结果表明：含水层中温度变化较为显著，含水层渗透性越好，温度锋面的运移速度越快，温度影响半径越大；相对而言，黏土层中温度变幅较小，温度变化存在明显的滞后现象；抽水井距离回灌井（群）越近，温度变化越灵敏，变幅越大；按现状强度进行地下含水层采能，抽水井温度在未来5年略呈上升趋势，总上升幅度约0．3～0．7℃．     

地源热泵系统可持续运行地下水热量运移模拟

以成都平原某地下水源热泵系统工程为例,模拟该系统夏季运行期间特定水流和热源条件下地下水流-热量耦合运移过程,分析随各因素变化的地下水热量运移过程对热泵系统可持续运行的影响。基于描述地下水热量运移的对流-弥散数值模型,将热泵系统复杂的井群布设及运行方案简化为对井抽-灌的理想运行模式,选取夏季运行结束时回灌井地下水热量影响范围及抽水井出水温的变幅作为评价依据,定量评价冷负荷设计、抽-灌水井布设方案及系统工作运行模式等因素变化对地下水热量运移过程的影响,为其可持续运行提供理论参考。模拟结果表明,该地下水源热泵系统在夏季运行时抽-灌水井间将发生热贯通现象,其程度强弱受抽-灌循环水量变化的影响相对明显,宜采取大温差、小流量的运行模式.     

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.     

河北水勘院正定基地地下水源热泵系统热平衡问题分析及对策

为了准确模拟预测河北水勘院正定基地地下水源热泵系统运行期间的地下水渗流场与温度场的变化规律,避免未来地下水源热泵系统运行期间出现的冷热贯通现象与冷热堆积问题,通过总结分析地下水源热泵的应用与模拟研究现状,针对浅层地温能开发与地下水环境模拟中存在的问题,建立了相应的地下水渗流与热量运移三维耦合数值模型,并结合未来地下水源热泵系统的运行工况,预测分析了不同条件下未来地下水源热泵系统的热平衡发展趋势.结果表明:该示范工程按设计方案运行,抽、灌井之间存在热贯通现象及冷堆积问题;提出了当浅层地温能开发存在冷堆积时,在不改变冷热负荷和抽灌井间距时,可采用运行一周期后互换抽水井与回灌井的方案,以有效缓解地下水源热泵工程热贯通现象与冷堆积问题.     

回灌水温对水源井抽水量的影响分析

水量充足稳定对于保证深井水源热泵系统正常运行极其重要.根据地下水动力学相关理论.建立了燕储井的地质概念模型,确定了井涌量的计算公式;从回灌水温对渗透系数和贮能井开采量产生影响的角度出发,比较了不同水温下的水源井抽水量随水位降深的变化以及水源井热影响半径随抽水量的变化,分析了回灌水温变化对抽水量的影响,其结论可为实际应用提供参考.     

钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟

钻孔抽放瓦斯是中国利用和治理煤层瓦斯最主要的方法。随着开采深度的加深,地应力场等因素对瓦斯渗流的影响越来越明显。基于对煤层瓦斯一系列的假设的基础上,考虑了地应力、煤层瓦斯压力变化对煤体骨架产生的变形的影响,推导出了孔隙率、渗透率的表达式。运用多孔介质渗流的基本定理和流固耦合的基本理论得出了瓦斯流固耦合控制方程。运用多物理场耦合分析软件对钻孔抽放下的瓦斯渗流场进行了模拟分析。得到了钻孔抽放条件下瓦斯压力的分布、不同的埋藏深度下以及不同的钻孔参数（抽放负压、钻孔半径）对瓦斯渗流场的影响。分析模拟结果可以对现场     

砂卵石地层非稳定流回灌模型试验研究

为研究砂卵石地层回灌渗流场水头时空分布规律,依托济南轨道交通R1线地下车站基坑工程,研制了回灌模型试验系统,分别进行了潜水层和承压水层单井回灌模型试验,建立了适用于砂卵石地层的非稳定渗流单井回灌数学模型。试验结果表明,在承压水工况下,基于Theis非稳定流公式的计算数据和监测数据的水头变化趋势基本一致,皆为凸形曲线,但数值上存在明显的误差。在潜水工况下,Theis公式只能描述其饱和渗流阶段的变化趋势,并不适用非饱和渗流阶段。在定量回灌条件下,距离回灌井越近的地方越先达到饱和渗流。最后,回灌存在井损现象,井损水头占回灌水头的3.2%～52.5%左右。     

不同温度下含瓦斯煤岩体的多场耦合数值模拟

考虑地温变化对煤矿深部开采岩石变形破坏的影响,利用COMSOL软件建立含瓦斯煤岩体热-流-固耦合数值模型,并对掘进面进行数值模拟,研究不同温度条件下瓦斯压力、瓦斯渗流速度、煤岩体位移的变化情况。结果表明:温度变化不大的情况下,掘进工作面的瓦斯浓度随温度变化不明显;煤壁工作面附近的瓦斯压力梯度增大。其他条件不变的情况下,随着温度升高,渗流速度不会发生明显变化。该研究为含瓦斯煤岩体动力灾害预测提供了参考。     

碳酸盐岩裂缝热储回灌水渗流规律影响因素

回灌措施是解决地热水下水位下降,实现地热资源的可持续利用的重要技术措施。然而,目前碳酸盐岩裂缝热储回灌开发中存在回灌水渗流规律不明确,回灌开采模式不清晰、回灌水在碳酸盐岩热储中渗流规律复杂、回灌水如何在裂缝和溶洞中渗流及回灌水的注入方向与裂缝的发育方位之间关系认识不明确等。因此,针对目标碳酸盐岩裂缝热储储层孔隙结构特征,采用微观裂缝刻蚀模型和胶结裂缝平板模型,研究了回灌水的注入速度、注入方向和井网方式对其微观渗流规律影响。回灌微观渗流实验表明：在微观刻蚀模型中,当裂缝方位为90°、注入速度为0.04 mL/min时,回灌水的波及面积最大。提高回灌水的注入速度与增加裂缝方位角度,可以提高碳酸盐岩裂缝热储地层中的回灌水波及面积。在微观刻蚀可视化实验的基础上,利用碳酸盐岩裂缝热储胶结物理模型,研究了回灌水注入的温度场变化情况。温度场显示的波及面积与回灌水的渗流路线与微观刻蚀平板中的基本一致。     

地下水渗流对土壤耦合热泵换热器传热的影响

针对国内外关于土壤耦合热泵的传热模型及其计算方法,未考虑地下水渗流的影响的问题,应用地下水渗流理论和传热学理论,建立了考虑热传导和地下水渗流共同作用的热渗耦合传热模型,分析了地下水渗流对其传热模型的影响,这为土壤耦合热泵换热器的传热计算和分析提供理论支持。     

地下水水源热泵系统中的细菌生长

地下水式水源热泵系统是一种节能的小型商业建筑和民用建筑的制冷取暖方案。为研究其对地下水环境是否污染,分析了北京某开发区水源热泵系统运行后对地下水环境监测资料,建立了该系统运行后地下水微生物生长的数学模型,并与美国地质调查局开发的HST 3D程序相结合,在模型率定和验证的基础上,对地下水式水源热泵系统影响地下水细菌环境的过程进行了数值模拟。计算表明:在地下水环境中温度梯度变化较大的地方,细菌总数和大肠杆菌总数变化也较大,并容易形成一个高浓度的细菌和大肠杆菌微生物圈,其余地方细菌总数和大肠杆菌总数变化较小。     

地下水源热泵定压差取水方式对含水层渗透性的影响

针对地下水源热泵取水引起含水层颗粒迁移问题建立数学模型,并通过案例计算分析地下水源热泵定压差取水方式对含水层渗透性的影响。研究结果表明,地下水源热泵运行5 a后含水层厚度为20,25和30 m时的孔隙率依次增大到初始值的2.57,1.86和1.59倍,渗透系数依次增大到初始值的156,16和7倍;考虑颗粒迁移时,地下水源热泵定压差取水方式对含水层渗透性影响显著。     

地下水渗流对单U形地埋管埋深的影响

为解决因埋深过大而引起的竖直地埋管换热器换热效果不佳的问题,根据黄土高原地区的地质条件,建立轴向岩土分层的单U形地埋管换热器数值模型.通过数值模拟,分别研究了改变含水层厚度、地下水渗流速度和地下水位线高度对地埋管换热性能的影响,并提出了以典型含水层厚度来确定地埋管最佳埋深的方法.结果 表明:当实际含水层的厚度不超过典型含水层厚度时,地埋管最佳埋深的位置为实际含水层底部;反之,地埋管最佳埋深的位置为典型含水层底部;随着渗流速度的减小,典型含水层厚度先增大后趋于不变,在渗流速度为1×10-6 m/s时达到最大值30 m;地下水位线的提高对典型含水层厚度没有影响,但提高了典型含水层的位置,使得最佳埋深变小.     

安阳地下水超采评价

由于缺乏对地下水的统筹规划及科学开发利用,安阳市地下水超采问题日渐突出,依据中华人民共和国水利行业标准 SL286—2003《地下水超采区评价导则》的规定,进行安阳市浅层地下水超采评价,得出安阳已形成浅层地下水水位下降漏斗,地下水超采区面积为221 km2,属中型超采区。     

基于GIS的地下水资源评价

为模拟地下水动态特征和进行资源评价,开发了基于地理信息系统(GIS)、具有地下水模拟功能的地下水信息系统。将集成系统应用于北京市密(云)怀(柔)顺(义)盆地的地下水评价中,并对不同开采条件下地下水资源变化情况进行预测。计算表明,该区地下水调蓄能力强,可以作为备用水源地。将GIS与地下水模型集成,在改进建模方式、提高建模效率、改进模型可操作性等方面十分有效。     

可视化的地下水数值模拟

首先简述了DOS环境下,地下水数值模拟面对的问题,随后以地下水模拟系统GMS4.0为例介绍了图形用户环境下地下水数值模拟专业软件的特点。在图形用户环境下,借助于面向对象编程的概念及地理信息系统空间分析技术,地下水数值模拟从模型建立、数据准备到结果输出实现了图形化和可视化,建模过程是面向对象的。这大大有助于人们对地下水数值模拟这一有力分析工具的掌握与应用。同时文中也从一个侧面反映了目前地下水数值模拟专业软件的主流趋势及发展方向。     

地下水资源利用的经济分析

地下水是一种十分重要的可再生资源 ,但对其开采利用必须限制在一定范围内 ,否则将导致地下水储量减少甚至枯竭 ,造成环境危害和经济损失 .通过对地下水物理模型及开采成本收益的分析 ,揭示了中国北方普遍存在的地下水超采的原因 ,并提出了有关地下水资源管理的公共政策 .     

基于GIS的地下水质量可拓评价模型

为分析地下水水质的时空变化规律,研究基于GIS技术与动态监测数据库的地下水质量可拓评价模型.采用可拓分析方法,将地下水水质级别、评价指标及其特征值作为物元,根据地下水环境质量分级标准建立关联函数,通过计算综合关联度判断地下水环境质量级别,用克立格插值方法生成地下水质量分区图.在MS VC 6.0环境下,利用MapGIS6.5二次开发函数库,开发了地下水质量可拓评价模型.模型界面易于用户操作,可用于区域地下水质量的综合评价,有助于地下水资源的管理.