区域流场作用下地下水地源热泵系统抽灌模式对地温场的影响

通过建立三维水热耦合数值模型,对区域流场作用下,地下水地源热泵系统运行一个采暖、制冷周期后,不同的抽灌井布局以及交替方式下,地下水地源热泵系统地温场的演变趋势进行模拟分析。结果表明,地下水的天然流速越大,越有利于热量的运移,有助于抽灌井连线垂直于地下水流方向的垂直布局以及地下水流向由抽水井指向回灌井的平行布局下的地温场演化,但不利于地下水流向由回灌井指向抽水井的平行布局下的地温场演化和温度恢复。一般的天然地下水流速条件下,由于含水层储能效应,进行抽灌井季节性交替模式的系统运行效率较高。     

地源热泵系统抽灌模式对地下水流场和温度场的影响

通过建立三维水热耦合数值模型,对地下水地源热泵系统井群平行抽灌(即抽水井与回灌井平行布置)以及交叉抽灌(即抽水井与回灌井交错布置)两种调度运行模式下,系统运行后的含水层地下水流场及温度场情况进行了模拟计算、分析。结果表明:平行抽灌模式对含水层地下水流场、温度场的影响范围、程度均大于交叉抽灌模式,从系统运行效率以及对地温场的影响方面考虑,交叉抽灌模式均优于平行抽灌模式。     

应用水热运移数值模拟优化地下水源热泵系统抽灌井布局

合理布局抽水井和回灌井是地下水源热泵系统长期有效运行的关键因素。以郑州市郑东新区为例,利用HST3D软件建立水热运移数值模型,优化设计地下水源热泵系统抽灌水井布局,预测地下水源热泵系统长期运行后对含水层的水热影响。结果表明:介质比热容及渗透率分别对含水层温度及水位影响显著,是较敏感的参数。方案3(3个回灌井垂直天然流向分布且位于抽水井下游)为最佳布井方式。抽灌量900,1 200,1 500及2 000m3/d所对应的合理布井间距分别为50,65,70及75m。相应布井方案的水源热泵系统运行20a,对含水层温度场的影响仅限于200m×200m的范围,抽水井温度变化小于1℃。     

基于FEFLOW的水源热泵水热耦合数值模拟研究

以西安市北郊经济开发区某水源热泵系统为例,采用基于有限元的FEFLOW软件,建立三维水热耦合数值模型,对该区域渗流场和温度场的演变进行模拟。结果表明:水源热泵运行之初,抽灌井水位变化明显,1.5 h后趋于稳定;随着系统的运行,回灌井冷热锋面到达抽水井后,抽水井温度变化显著;含水层渗透系数越大,温度锋面的移动速度越快;抽灌井连线上渗透速度最大,温度变化最明显,随着热泵系统的运行,温度场的影响范围逐渐增大。     

含水层采能区热渗耦合三维数值模型研究

以西安市某水源热泵系统为例,建立三维热渗耦合数值模型,对研究区渗流场和温度场的演化进行模拟研究。结果表明:水源热泵系统运行初期,抽灌井水位变化明显,1. 5 h后趋于稳定;随着热泵系统的运行,在水动力的驱动下,回灌井冷热锋面逐渐到达抽水井,发生热贯通后抽水井温度变化显著;含水层渗透系数越大,温度锋面的移动速度越快;抽灌井连线上渗透速度最大,温度变化最明显,随着热泵系统的运行,温度场的影响范围逐渐增大。     

热屏障井对地下水源热泵换热影响模拟

对于场地受限的地下水源热泵项目,随着系统运行时间的增加易引发热贯通现象进而降低机组运行效率。地下水源热泵设计中,在抽灌水井连线间布设热屏障井可改变地下水流场,降低热量在抽灌井间的运移速度,有利于延长热贯通发生时间并缓解热贯通程度。通过构建地下水换热模型,模拟计算夏季制冷工况条件下36组热泵运行场景,分析了热屏障井的位置,过滤管长度及回灌量对热贯通和含水层温度场的影响规律。结果表明:热屏障井回灌量的增加有利于提升热屏障效果,但提升幅度随回灌量的增加逐渐减弱;最大水位降深值随着热屏障井回灌量的增加呈线性增长;增加热屏障井滤管长度可提升热屏障效果,提升效果随屏障井回灌量的增加逐渐增强。通过模型多周期、长时间模拟计算发现,热屏障井的运行可促使回灌的冷热量集中在回灌井一侧,对于采用冬夏季抽灌井交换运行模式的热泵系统,可充分利用含水层储能,提升机组运行效率。     

地源热泵系统地下水热量运移阶段特性模拟研究

含水介质中地下水热量运移过程模拟是地源热泵系统这类新型浅层地温能利用工程科学论证的重要内容。通过建立饱和含水介质中热量运移对流-弥散数学模型,模拟了拟建地源热泵系统理想的对井抽-灌运行特定水流及热源条件下地下水热量运移过程。结果表明热泵系统完整运行周期(一年)内地下水热量运移过程具有显著的"阶段性"特征,"夏、冬抽-灌输运"和"春、秋停运蓄存"两阶段取决于不同的作用因素。从数学和概念模型两方面讨论了地下水流作用对热量输运过程的决定性影响,说明不同时期抽、灌井互换运行是解决拟定工作模式下热(冷)能浪费问题的理想途径。     

水源热泵抽灌井布局及其运行过程中地下温度变化

本文以某水源热泵空调系统为例,建立了抽灌场地及周边地下水动力场与温度场的耦合数学模型,运用数值法求得系统运行过程中地下水的温度变化,分析了场地"热短路"效应和不同含水层中温度场的影响范围,以定量化的手段科学评价了场地抽灌井的布局及其可行性。分析结果表明,由于抽灌井之间的"热短路"程度较轻,场地的抽灌井布局可保证系统的高效运行。     

廊坊地区浅层地热能开发前景及地下水回灌试验研究

本文在对廊坊市万庄镇的浅层地热资源量进行概算的基础上,对水源热泵在该区的推广可行性做了评价;并且通过野外场地试验,对该区地下水供给能力及回灌能力进行了研究。得出如下主要结论:(1)该区域浅层地热能储量丰富,总储量约为18 075.0×1010KJ,相当于标准煤616.8×104t,具备推广水源热泵的基础条件。(2)研究区浅层含水层富水性较好,水质较好、供水能力较强,满足水源热泵的运行,也利于地下水回灌,不引起水资源的浪费。(3)在不引起次生环境地质问题前提下,建议在水源热泵系统运行时单井抽水量控制在80 m3/h左右,单井回灌量不超过40 m3/h,采用一抽两灌的原则配置抽、灌井数量,抽水井和回灌井的井间距控制在70~80 m,这样能够使得被抽取的地下水基本得到回灌补给,也可合理的利用浅层地热资源。     

数值模拟计算方法在沈阳城区地源热泵系统中的应用

地源热泵系统是地下水热能资源开发利用的一种新型形式。在地源热泵运行过程中,当水温变化在0. 1℃的情况下,会发生热贯通,水的热泵会运转,热泵运行效率将受到影响。本文以沈阳城区为例,采用数值模拟和数学统计方法,计算部分热贯通问题,以期对开采指导回灌井设计,以及地下水源热泵应用提供科学依据。     

北京地区地下水源热泵利用现状及存在问题

本文综合国内外地下水源热泵研究现状,通过对北京地区地下水源热泵利用现状调查分析,重点分析了地下水水源热泵利用过程中存在的不能完全回灌、回灌水温差过大、水井布设不合理等问题。结合北京平原区第四系水文地质条件,分析了不同含水层结构下如何合理布设地下水源热泵系统的用水井,尽量避免水源热泵系统的使用对地下水的影响。     

水源热泵系统对地下水水质及微生物的影响

为了解地下水源热泵运行对地下水环境（地下水化学、水质及微生物）的影响,本文利用沈阳市已建地下水源热泵工程场地,对回灌井定期（2013年7月至2015年10月）监测水质及微生物,并对监测数据进行分析.结果表明：水源热泵系统运行对地下水化学类型（由HCO₃·SO₄-Ca·Mg型变化为监测早期的HCO₃·SO₄·Cl-Na·Ca及监测后期的HCO3_{·SO4-Na·Ca·Mg型）及微生物的生长速率（温度变高或变低均抑制微生物的数量）产生了一定的影响;对地下水中稳定化学组分的浓度影响不大,对"三氮"及Fe、Mn浓度产生波动,导致地下水质量等级略有变化.因而今后工作还需进一步加强热泵系统运行对地下水环境影响监测.}     

神东矿区地下水变化观测与分析研究

针对西部大规模高强度煤炭开采对地下水的影响,利用神东矿区约1 500 km2区域的200余个钻孔的长期观测结果,研究了超大综采工作面开采工艺对地下水系统的影响规律,地下水流场变化与基岩和含水层空间分布的关系。研究表明,超大综采工作面开采形成了地下水"汇聚带",开采对基岩和含水层厚度较薄区的地下水系统影响较大,研究区采后含水介质厚度稳定且较厚区域含水层含水厚度损失大部分在30%左右,且逐步趋于稳定。      

基于FEFLOW的地下水热源渗流温度研究

为研究地下水"热"源对于渗流场的影响,选取某水库水源地辐射取水区及部分扩张区为研究范围,使用地下水通用软件FEFLOW对单一地下水热源作用下的Y型河道的渗流场和温度场进行研究,得出地下水热源对渗流场和温度场的影响规律,结果显示:地下水位受水源的影响,在不同位置水位不同,含水层内随着到水源点距离的增加,水位逐渐降低,到达某个位置时会保持稳定不变;靠近地表的地下水温会随着到水源点距离的增加逐渐降低,在垂向上,含水层内地下水温随着高程的降低逐渐降低,而在库水区,受库水的影响垂向水温变化规律则刚好相反,研究结论可为实际工程提供理论指导。     

Modeling the effects of the variability of temperature-related dynamic viscosity on the thermal-affected zone of groundwater heat-pump systems

Thermal perturbation in the subsurface produced in an open-loop groundwater heat pump (GWHP) plant is a complex transport phenomenon affected by several factors, including the exploited aquifer’s hydrogeological and thermal characteristics, well construction features, and the temporal dynamics of the plant’s groundwater abstraction and reinjection system. Hydraulic conductivity has a major influence on heat transport because plume propagation, which occurs primarily through advection, tends to degrade following conductive heat transport and convection within moving water. Hydraulic conductivity is, in turn, influenced by water reinjection because the dynamic viscosity of groundwater varies with temperature. This paper reports on a computational analysis conducted using FEFLOW software to quantify how the thermal-affected zone (TAZ) is influenced by the variation in dynamic viscosity due to reinjected groundwater in a well-doublet scheme. The modeling results demonstrate non-negligible groundwater dynamic-viscosity variation that affects thermal plume propagation in the aquifer. This influence on TAZ calculation was enhanced for aquifers with high intrinsic permeability and/or substantial temperature differences between abstracted and post-heat-pump-reinjected groundwater.

     

傍河水源地地下水资源评价方法述评

当前傍河水源地地下水资源评价的方法主要是水动力学方法和地下水管理模型,包括平面二维流模式、饱和三维流模式、饱和-非饱和流模式以及以这些水流模式为基础的地下水管理模型,其中以完整河流假设的平面二维流模式和非完整河流(实际河流)的三维流模式应用较为广泛。但平面二维流模式计算的开采量偏大,容易引起不良的环境影响,应推行使用饱和三维流甚或饱和-非饱和流模式预测傍河水源地地下水开采量。     

线性工程建设对地下水流场的影响分析

出于降低高速公路坡度的目的, 团结桥连接线高速公路路基开挖在Ⅱ级阶地前缘处排水盲沟最大开挖段基本将原来连续的天然含水层切穿, 导致地下水排泄基准面下降, 使得地下水流场发生改变, 部分民井出现水位下降或干涸现象. 得出路基开挖排水是导致工程区附近地下水含水层结构及流场改变、 水位下降或局部疏干的主要原因.     

滹滏平原地下水系统脆弱性最佳地下水水位埋深探讨

笔者以滹滏平原为研究区, 采用统计分析的方法, 分析了地下水防污性与地下水资源脆弱性随地下水位埋深之间的变化关系。结果表明, 当地下水位埋深增大时, 地下水防污性增强的地区, 地下水资源脆弱性也增高;通过二者之间变化关系, 认为受地下水位埋深制约及地下水位埋深对二者的不同影响, 存在使地下水系统脆弱性最佳的地下水位埋深区间;通过地下水位埋深对地下水防污性与地下水资源脆弱性影响及其制约关系, 确定滹滏平原淡水区和咸水区地下水系统脆弱性最佳地下水位埋深分别为27~30 m和15~19 m。