地下含水层储能两阶段热量运移数值模型研究

为了简单而准确地预测地下含水层储能情况,考虑了地下含水层储能过程时间跨度大、储能保温分阶段的实际特点,分析了地下含水层流动和换热模型物理参数的对比特点,以热平衡和热扩散原理为基础,建立分成两个连续阶段的地下含水层储能数值计算模型.模型求解中,采用控制容积法,以全隐格式进行热扩散方程的离散化,然后应用Jacobi方法迭代求解,模拟结果和实际观测数据吻合很好.该模型还分析了含水层储能循环采灌过程中抽出储能水的温度变化的一般特点.     

基于EnKF融合地球物理数据刻画含水层非均质性

含水层非均质性的刻画是模拟地下水中污染物运移的关键。以渗透系数为研究对象,构建了综合集合卡尔曼滤波方法、有效电阻率模型与地下水运移模型的同化框架,通过融合地球物理观测数据与污染物浓度观测数据来推估渗透系数的空间分布。基于理想算例,验证了该同化框架刻画含水层非均质渗透系数场的有效性,并针对不同初始参数信息与观测类型对比了耦合与非耦合水文地球物理方法的适用性。研究结果表明:基于集合卡尔曼滤波方法同化多种类型的观测数据,可有效地推估非均质参数空间分布。当初始信息较准确时,耦合方法的参数推估精度更高;初始信息存在偏差时,非耦合方法有更好的同化效果。由于非耦合方法计算成本较低且对初始信息缺失时适用性更强,在实际应用中可先基于非耦合方法初步估计参数,再利用耦合方法进一步提高参数推估精度。融合多种类型观测数据可有效提高参数推估效果。     

三维非稳定流含水层储能的数值模拟研究

本文建立了一个三维含水层储能模型。它是由一个描述地下水运动的水流模型与一个描述含水层中热量运移的热量输运模型耦合而成。为了考察地下水的运动状态对含水层中热量输运的影响，地下水流被处理成三维非稳定流。该模型被应用于上海群井储能试验，储能模型用特征线Ｄｏｕｇｌａｓ－Ｂｒｉａｎ ＡＤＩ法求解。通过本模型与稳定流储能模型的结果相比较，发现本模型的结果较好，诸观测孔各时段的绝对误差均值为０．６５℃，平均相对     

抽水试验和长观水位联合模拟确定含水层参数

为了更加准确地确定含水层参数,提出了利用地下水流数值模拟软件Modflow耦合大型抽水试验和长观孔水位两个模型的方法,对含水层参数进行了识别与校验。该方法求得的含水层参数避免了只利用抽水试验模型校验所带来的不确定性,同时利用抽水实验数据进行抽水与恢复的全过程曲线拟合,水位降深模拟相对误差小于6%,提高了含水层参数的准确性。     

上海利用含水层贮冷水和热水试验与应用效果

早在60年代末,上海利用地下含水层冬季贮存冷水,夏季抽用;夏季贮存热水,冬季抽用。不仅增加地下水的补给量,提高地下水位,控制地面沉降,而且为工业、民用提供了巨大的廉价的冷源和热源。本文介绍了上海地下含水层储能试验,在全市建立十四个储能试验场,布设储冷井25口,储热井9口,观测井58口。试验与工厂生产结合。经过多周期的灌采试验,建立了一整套的灌采条件下地下水动力模型、温度场模型、水质浓度弥散模型。     

地震地下流体观测井水文地质参数的确定

地下流体观测是地震监测预报的一项重要工作。地震地下流体观测井通常为承压单井,需要通过单井试验确定观测含水层的水文地质参数。在湖北省武汉和黄梅地震地下流体观测井分别进行了非稳定流水位恢复试验和微水试验,确定了观测含水层的水文地质参数,取得了较好的效果。鉴于渗透系数K反映了含水岩层的物理状态,建议将其动态变化纳入地震地下流体的监测体系。     

基于数值模拟的含水层参数识别

利用地下水流数值模拟软件Modflow耦合大型抽水试验和长观孔水位两个模型的方法,对含水层参数进行了识别与校验,该方法求得的含水层参数避免了只利用抽水试验模型校验所带来的不确定性。同时利用抽水实验数据进行抽水与恢复的全过程曲线拟合,水位降深模拟相对误差小于6％,并且对均衡水量、泉水的溢出量以及末流场拟合程度进行了分析,均衡水量模拟相对误差最大为2．6％,泉水溢出量模拟相对误差最大为8．14％,末流场拟合程度也较好,从而提高了含水层参数的准确性。实例研究表明,这种求参方法精度高、切实可行,可以推广到其他的含水层参数确定中。     

真空井点降水试验分析与数值模拟

基于某真空井点降水综合试验,建立了三维地下水流数值模拟模型,将模型模拟预测数据与试验观测数据进行对比,研究真空负压和井点间距对真空井点降水效果的影响,得出了真空井点周围渗流场的变化性状,提出了真空井点周围真空及重力场耦合区、耦合场与重力场过渡区和重力场区3个区的概念。得出了不同负压在不同井点深度条件下对地下水渗流场的影响变化。对比结果表明,建立的真空井点降水模拟分析方法,能够较好的模拟真空井点周围观测井水位与出水量的相关关系;分析方法可用于真空井点降水试验分析,且为真空井点降水设计提供了依据。     

热泵耦合含水层储能技术应用研究

本文结合实际工程项目,对对井抽灌模式的热泵耦合地下含水层反季节储能效果进行研究。结果表明对井采灌热泵耦合储能系统能够实现冬灌夏用和夏灌冬用的反季节储能作用,能充分利用浅层地能资源,节约了常规能源。在冷热负荷不平衡的情况下,若系统长期运行可造成采井或者灌井周围一定区域内温度场的降低或者升高,因此在利用对井储能水源热泵空调系统时,要尽量使系统在冷热负荷均衡的工况下运行,以保护地下生态平衡。     

陈崇希教授的学术思想和成就综述

在地下水资源评价理论方面, 陈崇希教授分析了"平均布井法"不符合质量守衡原理的实质, 纠正了以"地下水补给量计算可持续开采量"的错误, 提出了基于"质量守衡"的地下水资源评价原则, 强调分析"补给的增加量与排泄的减少量"在评价地下水可持续开采量时的重要意义.在地下水动力学领域, 陈崇希教授纠正了稳定井流"影响半径"模型的错误, 恢复了Dupuit"圆岛模型"的原貌, 拓展了Theis公式和Hantush公式的应用条件, 改进了地下水非稳定井流理论, 完善了其中的某些基本概念.在水文地质模拟仿真技术方面, 陈崇希教授提出确定滨海承压含水层海底边界的理论和方法; 提出地下水混合井流的模型和模拟方法, 解决了混合抽水试验确定分层水文地质参数的难题; 提出岩溶管道-裂隙-孔隙三重介质的地下水线性-非线性流动的模型; 建立了考虑井管水流雷诺数对滤管入流量分布的水平井-含水层系统的地下水流模型; 完成了"渗流-管流耦合模型"的砂槽物理模拟, 并用数值方法仿真了地下水流的规律; 最近向观测孔水位形成的传统观念———常规观测孔中的水头降深反映该孔滤水管中各点的平均降深———提出质疑.陈崇希教授建立的"渗流-管流耦合模型"使传统的基于线汇/线源的井孔-含水系统模型提高到新的水平.陈崇希教授积极倡导"防止模拟失真, 提高仿真性", 强调精细地分析水文地质条件、合理地概化模型和采用正确的仿真技术的重要性.      

利用高密度电阻率法进行盐渍土含水率的测定

盐渍土中含有较多的可溶盐,其工程性质对含水率很敏感。将室内试验与现场试验相结合探索了电阻率法间接测定盐渍土含水率的可行性。采用高密度电阻率法对盐渍土浸水试验后的影响范围进行测试,通过在室内恒定温度下测定的盐渍土电阻率与含水率的关系,建立特定土体结构下的电阻率与含水率的数学模型。现场实测高密度电阻率值,利用现场观测的土层温度,计算出浸水范围的含水率,与现场分层实测含水率进行对比,验证了数学模型的可靠性。     

福州地区地震地下流体观测井水位映震能力分析

福州地区目前有9口地震地下流体数字化综合观测井,主要测项有水位、水温;辅助测项有气压、降雨量。几年来,仪器运行正常,观测资料连续可靠,尤其是水位测项对于省内及其沿海4级以上地震以及远震有明显的震后效应本文着重探讨这些观测井对智利8．8级地震的反应能力。     

青藏高原气温序列的均一性研究

气象观测资料是气候变化研究的基础, 对气象资料进行均一性检验与订正能够提高气候变化研究的精度和准确性. 利用青藏高原及周边地区1961-2010年65个气象站的逐月平均气温资料, 运用PMFT方法对资料进行均一性检验与订正. 结果表明: 高原平均气温资料均一性状况较差, 有32个站被检测出存在间断点, 占总数的49%. 用订正后均一的气温数据分析得出, 高原1961-2010年年平均气温的升温率为0.32 ℃·(10a)^-1, 春、夏、秋、冬季的升温率依次为0.24 ℃·(10a)^-1、0.26 ℃·(10a)^-1、0.32 ℃·(10a)^-1及0.48 ℃·(10a)^-1, 略小于用原始数据分析得到的结果. 研究还发现, 数据均一与否对高原整体气候变化分析结果影响不大, 但对局地尺度的气候变化分析结果影响较大. 鉴于高原的气候变化具有显著的区域差异性特征, 因此, 未来在对高原进行气候变化的差异性进行研究时, 气象数据均一性的检验与订正工作就显得尤为重要. 为提高数据均一性检验的精度, 未来应加强气候资料均一性检验技术的研究并尽可能详尽地收集台站的元数据信息.     

辽东湾红沿河附近海域2017—2018年冬季气温-水温-冰情关系研究

辽东湾是我国冰情最严重海域,每年冬季都会受到海冰的显著影响,冰情预测评估可为辽东湾涉海活动提供防冰抗冰的技术依据。建立气温-水温-冰情的相关性,结合便于获取的现场高精度连续气象数据和高精度冰情预测模型,可实现局地小尺度的冰情快速预测评估。基于2017—2018年冬季辽东湾东岸红沿河附近海域实测气象-水温-冰情同步观测数据,结合辽东湾大尺度整体冰情（浮冰面积）,推演局地气温、水温与不同尺度冰情评价参数（浮冰范围与冰厚）的相关关系,提出基于不同气温区间的气温变化规律的冰底热通量选取方法,进而建立适用于辽东湾的气温-水温-冰情评估方法。相关性分析结果显示：观测点气温与水温存在明显相关性;浮冰范围与气象数据存在明显相关性,临界温度为 -5 ℃的累计负气温能很好拟合本年度盛冰期浮冰范围。基于HIGHTSI进行数值模拟后发现：水温与块体积法计算冰底热通量时,冰水间的热传递系数取2.2×10^-5是可行的;水温对冰情的影响表现在海冰冰厚最大值与冰期长短。为弥补辽东湾其他海域因缺少实测海水温度观测数据欠缺、冰底热通量选取不准选取导致的冰情模拟预测评估困难的问题,本文依据水温与气温的相关性,将水温随气温变化划分为结冰区（气温小于-10 ℃时水温维持冰点附近）、过渡区（气温为-10~-5 ℃时水温处于-1.4~-0.4 ℃）、融冰区（气温高于-5 ℃时水温随气温的增大逐渐增大）,进而提出适用于辽东湾所有海域的冰底热通量计算方法和冰情评估方法。     

Coupled thermo-hydro-mechanical modelling of bentonite buffer material

Mechanistic model development and numerical analyses were carried out on coupled thermo-hydraulic-mechanical processes in bentonite-based buffer material for the geological disposal of high-level radioactive waste with small-scale laboratory experiments and a full-scale test. The mechanism of water movement in compacted bentonite was identified by applying theoretical equations to the experimental results. The application clearly explained the observed results of the temperature dependence of the hydraulic conductivity in the saturated state and the water diffusivity in the unsaturated state for the compacted bentonite and the dry density dependence of the diffusivity. The full-scale coupled test, BIG-BEN, was conducted at PNC (Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corporation) Tokai Works. The results of the numerical analyses for the full-scale test which are based on the present knowledge of coupled processes and our small-scale experiments were in good agreement with the measured results except for mechanical phenomena. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

ATLAS III in situ heating test in boom clay: Field data,observation and interpretation

The ATLAS III small scale in situ heating test aimed at assessing the thermo-hydro-mechanical (THM) effects on the Boom clay of the significant temperature gradients generated in this host rock as a consequence of the geological disposal of radioactive, heat-emitting wastes. This paper presents data on temperature, pore water pressure and total stress measured during the experiment and highlights several interesting observations regarding the thermal anisotropy and THM coupling in the Boom clay. The test has a simple geometry and well defined boundary conditions, which facilitates the comparison between measurement and numerical modeling studies. These studies included three dimensional coupled THM modeling of the test. The good agreement between measurement and numerical modeling of temperature and pore water pressure yields a set of THM parameters and confirms the thermo-mechanical anisotropy of the Boom clay.     

评估两类模式对陆面状态的模拟和估算

针对夏季土壤变干过程,利用观测系统模拟试验,比较离线的陆面模式(LSM)和耦合大气边界层的陆面模式(SCM)对土壤温度、湿度和地表热通量等陆面状态的模拟,然后借助数据同化方法,评估2类模式对陆面状态的估算能力.结果显示:2类模式除对地表长波辐射和感热通量的模拟差别较大外,对其余量则较小;只同化表层土壤湿度观测时,LSM对土壤湿度和感热通量的估算好于SCM,对土壤温度的估算则相反,而对潜热通量估算的差距很小;同时同化表层土壤温度、湿度观测会使地表热通量的估算差距增大;最后对2类模式不同表现的可能原因进行分析讨论.上述数值模拟和同化结果:当用某一类模式的模拟结果或同化产品为另一类不同模式提供初边界条件时必须注意它们之间的差异,避免出现输入量引起的模式状态量间的动力不协调现象.