昆明地热田岩溶地下热水系统中溶质运移的模拟

通过对昆明地热田深层基岩地下热水系统的地质、水文地质条件和开采现状的分析,建立了考虑温压变化和越流条件的岩溶热储层中地下热水的水流和溶质(污染物)运移的准三维非稳定流数学模型。对开采条件下地热田Ⅱ 块段地下热水系统中水位及F- 、Cl- 、NH+4 、SO2-4 浓度的模拟结果表明,所建立的模型合理、可靠,具有较高的仿真性。模型可预测不同条件下地热田地下热水的流场和溶质浓度的动态变化趋势,为防治地下热水环境的进一步恶化提供参考。      

岩溶区地下水数值模拟研究进展

岩溶含水介质的不均一性导致岩溶地下水流动、溶质运移和热量迁移的数学模拟研究成为地下水模拟的难点。本文综述了岩溶区地下水流模拟的几种方法,重点阐述了等效多孔介质法、双重连续介质法和三重介质法的定义、发展过程和适用范围,并回顾了这几种方法的研究成果。从等效多孔介质法到三重介质法,模拟精度不断提高,适用范围也逐渐由大区域实际问题向小区域理论研究过渡。介绍了溶质运移模拟和热迁移模拟的研究方法及实例。溶质运移模拟以对流弥散方程为基础,其中尺度效应是溶质运移模拟的重点研究问题;热量迁移模拟应考虑地下热水密度变化对地下热水运动的影响。溶质运移模拟和热量迁移模拟往往是将迁移模型和已经调试成功的地下水流动模型相耦合,从而达到模拟溶质及热量迁移的目的。由于溶质运移和热量迁移的复杂性,现阶段水流模型多数处于等效多孔介质模型阶段。综合理论及实际应用,指出精确刻画裂隙及管道和注重基础数学算法是岩溶水数值模拟进步的关键。      

基于CFP的岩溶管道流溶质运移数值模拟研究

多重岩溶含水介质的复杂性导致岩溶地下水流动及溶质运移的数学模拟成为地下水研究难点之一。为了探讨岩溶多重含水介质中地下水流溶质运移特征,文章构建了管道流CFP水流模型和MT3DMS溶质运移三维耦合数值模型。在阐述管道流CFP和MT3DMS基本原理的基础上,通过建立水文地质概念模型算例（1个落水洞、4个直管道）,探讨岩溶管道水流及溶质运移规律,分析讨论不同水文地质参数对浓度穿透曲线的影响。研究结果表明:管道流CFP模型能够刻画岩溶管道与基岩裂隙水流交换特征,MT3DMS模型能够模拟穿透曲线的拖尾现象,符合实际岩溶区特征。随着水力梯度、管道直径及管道渗透系数增大,孔隙度减小,浓度曲线峰值越大,峰值到达时间越快,浓度穿透曲线越对称。得出结论:耦合CFP水流模型和MT3DMS溶质运移模型能够刻画岩溶管道流溶质运移规律,为研究岩溶复杂介质污染物运移特征提供一种思路和途径。     

天津市深层基岩地下热水系统数值模拟中若干问题的处理

天津市基岩地下热水具有密度随温度变化显著、存在水岩之间热交换的特点, 采用适合于描述深层地下热水水流和热量运移的压力场和温度场控制方程, 通过对渗流场、边界条件的合理概化和对初始条件、热储层缺失区域及倾斜断层等的合理处理, 使所建立的三维数值模型变得更为有效和实用.      

天津市深层基岩地下水热水系统数值模拟中若干问题的处理

天津市基岩地下热水具有密度随温度变化显著、存在水岩之间热交换的特点，采用适合于描述深层地下热水水流和热量运移的压力场和温度场控制方程，通过对渗流场、边界条件的合理概化和对初始条件、热储层缺失区域及倾斜断层等的合理处理，使所建立的三维数值模型变得更为有效和实用。     

非达西裂隙流对渗透性基岩中流场及溶质羽的影响

以基岩渗流方向与裂隙轴向呈45度角为例,探讨了当裂隙轴向与基岩水流斜交时,裂隙流的非达西程度对流场及溶质运移的影响.使用Comsol Multiphysics多物理场仿真软件构建了一个在中部包含水平单裂隙的正方形多孔介质模型,裂隙中的非达西流用Izbash方程去刻画,裂隙的上游基岩中存在持续的溶质源.随着裂隙水流的非达西程度逐渐增强,流场及污染物分布表现出如下特征:（1）裂隙中水流流速逐渐增大;流线在裂隙与基岩界面处的折射逐渐偏离折射定律;（2）裂隙水流的流向逐渐偏向基岩水流的渗流方向;（3）溶质羽宽度变宽但对称性逐渐降低;（4）溶质在水平方向上的浓度峰值逐渐降低,右侧浓度逐渐升高;（5）裂隙产生的回弥散对溶质运移作用逐渐增强,使裂隙中更多的溶质运移到了上层基岩中.总体而言,裂隙流的非达西程度对流场及污染物分布有着显著的影响.      

大区域地下水流数值模拟研究现状及存在问题

在分析大区域地下水流数值模型构建缘起的前提下,系统论述了近年来地下水流数值模拟在大区域地下水资源评价、水文地质参数确定、地面沉降、溶质运移、海水入侵、盐渍化、风险评估、地下水管理及地表水与地下水的联合开发利用等方面的国内外研究应用现状;归纳、总结了目前大区域地下水流数值模型在灵敏度分析、裂隙和岩溶介质中模型建立、基于地下水流数值模拟的溶质运移模型建立、地下水流数值模型构建所需工作量等理论和方法研究及实际建模过程中存在的一些问题;展望了今后大区域地下水流数值拟在研究范围、模拟技术与方法以及与其它模型耦合等方面的发展趋势。      

青岛大沽河下游地下咸水体变化的数值模拟

采用Visual-MODFLOW软件中SEAWAT模块建立变密度地下水流与溶质运移数值模型,对青岛大沽河地下水库南端残留咸水运移情况进行模拟。采用2001-2002年的降雨、蒸发、开采等资料,识别和验证模型,并在现有的开采条件下模拟研究区地下咸水未来10年的运移情况进行预测。研究发现,研究区内地下咸水总面积略有减小,靠近大沽河一侧咸水浓度降低,而魏家屯附近咸水浓度升高。     

胶东典型花岗岩热储地下热水水化学特征及热储研究

招远地热田位于胶东隆起区,元古代蚀变花岗岩分布广泛,地下热水微量元素丰富。为查明地下热水微量组分的赋存条件、花岗岩热储环境与地热资源量,利用地下热水水化学分析、热储分析及有效能源换算法,建立Gibbs模型,进行PHREEQC模拟并开展热储估算。研究结果显示：（1）地下热水水化学类型为Cl—Na型,与海水水化学类型一致,...     

潍河下游地区海咸水入侵动态三维数值模拟分析

文中以潍河下游的莱洲湾南岸地区为研究区 ,阐述了海咸水分布规律。针对海咸水运移过程中的水动力学特征和化学动力学特征 ,推导了水动力化学动力耦合的盐分运移对流弥散方程 ,水动力过程考虑了浓度变化对水流运动的影响 ,化学动力学过程考虑了含水介质表面吸附 (解吸 )作用对盐分运移的影响。采用改进的非线性特征有限元法 ,求解高浓度溶质运移三维模型。计算结果表明 ,该模型更真实地刻画了海咸水入侵系统。通过对海咸水入侵规律进行模拟 ,指出海咸水入侵的根本原因是过量开采地下淡水资源 ,要防止海咸水入侵 ,必须科学开采地下淡水资源。     

盆地地热场模拟在地热资源勘探中的应用

地热资源是一种新型无污染能源,具有极高的开采价值,已经受到世界各国的关注.盆地因其特殊的地质条件,内部往往蕴涵着丰富的地热资源,且具有易开采、利用的特点.但目前地热资源勘探的手段和研究方法单一,制约着地热资源的开采与开发.而盆地地热场模拟技术已经较为成熟,并在油气成藏模拟中广泛应用.我们可以在已有的技术手段下结合盆地地热模拟技术来提高勘探的精度.本文还探讨了以地温控制方程与地下热水水流方程相结合来建立模型,模拟盆地地热资源.     

冰岛北部Hamar地热田开采模型

冰岛北部Ｈａｍａｒ地热田是一低温地热田，１９６６年以来，已完成１１口钻井，根据地热田温度，压力的观测数据，通过模拟方法，了解地热系统的物理状态和参数，可以为制定合理的长期开采，管理方案提供科学依据，本文采用一种集总参数模型模拟计算了地热系统的物理状态和参数，进一步预测了不同开采量条件下该地热系统的压力变化，提出了比较合理的开采方案。     

苏北沿海三市三维地下水流数值模拟

20世纪80年代以来,苏北沿海三市（连云港、盐城和南通）地下水过量开采导致部分地区水位持续大幅下降,引发地面沉降、水质咸化等问题。本文基于研究区大量地质、水文地质资料,以及2005—2013年地下水开采和水位观测数据,经过模型识别、验证,建立了能刻画苏北沿海三市地下水流场演化的三维非均质各向异性地下水流数值模型,模拟了研究区2005—2013年开采量由约2.03亿m³逐渐减少到1.56亿m³条件下深部地下水系统流场（包括第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ承压含水层）的动态演化过程。结果表明,各观测孔的水位实测值与模拟值吻合良好,水位及水均衡模拟结果显示各含水层水位下降得到有效控制,但是该区域地下水仍处于超采状态。为进一步控制水位下降,防治咸水扩散、地面沉降等地质环境灾害,模型预测并比较了现状开采和限制开采2种不同开采方案下2014—2020年苏北沿海三市深层地下水流场的变化趋势。预报结果显示,2种开采方案下,各含水层水位下降速率均减小,尤其是限制开采方案下,第Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ承压含水层的区域水位平均下降速率依次为0.15、0.16和0.15 m/a,分别比模拟期减小了46.43%、65.21%和48.28%,在开采强度降至最低的条件下储存量变化速率仍为负值,说明需要进一步加强地下水限制开采的力度。     

Use of mathematical modeling to investigate inter-aquifer contamination by organic-rich water through an unplugged well (central Wielkopolska, Poland)

Hydrogeological research was performed to establish the origin of organic-rich water in a Quaternary aquifer (Wielkopolska Buried Valley aquifer, Poland). The spatial distribution of such water was determined by means of multilevel sampling with a packer. The nature, spatial distribution and chemistry of the organic-rich water suggest hydraulic connection between the Quaternary aquifer and the underlying Neogene aquifer. This connection may be enabled by an old abandoned, improperly plugged well, and must therefore be considered as an artificial hydraulic connection between hydrogeologically separated aquifers. For the verification of this hypothesis, a groundwater contaminant transport model was constructed. The results of contaminant transport modeling allow the contaminant transport parameters (transverse and longitudinal dispersivity) to be identified in the field. The numerical groundwater model was used for the prognosis of organic-rich water remediation, and for specification of water-resource management principles in the region where organic-rich water occurs. The results of this research enable the verification of assumptions regarding complex groundwater flow conditions in the boundary zone of a buried valley.     

天津地区深层地下热水开采动态分析

深层地下热水由于多年长期开采致使水位持续下降,同时由于每年采暖期和非采暖期的交替开采,水位在下降过程中又呈现周期性的波动。另一方面受温度差异的影响,钻井井口水位并不能反映深层地下热水的实际水位,应对实测水位进行校正,校正后的水位具有复杂的周期性变化和趋势性变化。本研究通过对天津地区深层地下热水开采动态分析,建立趋势项与周期项之和的数学模型来描述水位变化。用线性函数拟合其趋势项,用傅立叶级数拟合其周期项,用Welch法对周期项进行频谱分析,利用最小二乘法确定周期项函数。用校正水位和计算水位的均方差检验拟合结果,结果表明拟合效果好。所建立的数学模型可以用来预测深层地下热水动态变化,预测水位能较好地反映水位变化特点。     

武山温泉地热资源状况及开发利用前景分析

武山温泉热流体主要赋存于F1、F2断裂交汇部位的碎裂状斑状花岗岩体中,热水水温56.2℃,富含锂、锶、氟、偏硅酸等多种微量元素,主要用于浴疗治病和保健。本文通过对温泉地热资源形成的地质背景分析,初步论证了地热田的热储和控热构造,评价了地热资源储量,并对温泉开发利用前景作了分析。     

Hybrid analytical and finite element numerical modeling of mass and heat transport in fractured rocks with matrix diffusion

Quantification of mass and heat transport in fractured porous rocks is important to areas such as contaminant transport, storage and release in fractured rock aquifers, the migration and sorption of radioactive nuclides from waste depositories, and the characterization of engineered heat exchangers in the context of enhanced geothermal systems. The large difference between flow and transport characteristics in fractures and in the surrounding matrix rock means models of such systems are forced to make a number of simplifications. Analytical approaches assume a homogeneous system, numerical approaches address the scale at which a process is operating, but may lose individual important processes due to averaging considerations. Numerical stability criteria limit the contrasts possible in defining material properties. Here, a hybrid analytical–numerical method for transport modeling in fractured media is presented. This method combines a numerical model for flow and transport in a heterogeneous fracture and an analytical solution for matrix diffusion. By linking the two types of model, the advantages of both methods can be combined. The methodology as well as the mathematical background are developed, verified for simple geometries, and applied to fractures representing experimental field conditions in the Grimsel rock laboratory.     

北京城区地热田某地热井热水地球化学研究

地热的开采会引起热储压力的降低 ,从而引起热流场的改变。热储压力的降低可能导致温度较低的地下水的流入 ,也可能导致深部更高温度热流体的补充 ,从而引起地热流体化学特征的变化。地热流体中一些组分的浓度依赖于热流体温度的高低。不同温度的水发生混合会破坏地热系统的化学平衡 ,从而改变地热流体的化学成分。因此 ,地热流体的化学监测可以提供许多有关地热系统变化的宝贵信息。由于长期开采 ,北京城区地热田的压力明显下降 ,并引起了地热水化学成分的细微变化。根据 1984年以来一眼地热井的地热水化学监测资料 ,研究了地热水的化学成分、地球化学温标的变化规律以及地热活动的总体强度和水 /岩平衡矿物中的示温矿物的变化趋势 ,说明地热的开采既引起了地热田水补给的加强 ,又导致了地热田热补给的加强     

溪洛渡水电站坝址岩层渗透性的温度场效应研究

对溪洛渡水电站坝址温度场330m和360m高程平切温度等值线图中高温区展布形态和渗流场360m高程至下伏灰岩顶板平均吕荣（Lu)值等值线图中高值区展布形态进行了对比研究，认为二者在分布形态、延展方向及高温－高值点位置都极其相近，其原因是由该区特定的地热水文地质条件决定的；并认为在具有如溪洛渡坝址这样类似地热水文地质条件的地区，可以通过对地热温度场的研究，从另一侧面来论证同一区内岩层渗透性分布特性；利用温度场效应亦可对渗流场参数进行验证研究，以用于水利水电工程设计。