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     

基于GMS的三维TOUGH2模型及模拟

GMS和TOUGH2均是应用广泛的地下流动系统数值模拟软件,其中,GMS界面友好,功能强大;而TOUGH2虽具有强大的数值计算能力,但缺乏友好的可视化前后处理界面。本文借助GMS强大的前处理能力,基于概念模型建立了三维复杂模型,把GMS/MODFLOW三维数值模型(包括网格数据、岩性数据、初始和边界数据等)转化为TOUGH2数值模型进行数值计算。通过两个计算实例(含水层水平没有起伏和有起伏)对比分析了GMS/MODFLOW和TOUGH2计算结果的差异。结果显示,该方法可以快速地建立刻画复杂地质条件的TOUGH2模型,计算结果与GMS/MODFLOW差异很小,说明两个软件均有很高的可信度;同时,该方法发挥了两个软件各自的优势,为进行更为复杂的多相流动数值模拟提供了可行性。     

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.     

含水层贮热能研究—上海贮能试验数值模拟

本文提出了一个承压含水层的三维对流-热弥散模型。该模型的控制方程中不仅包含传统的对流和传导项,还有热弥散项,后者在许多著作中常被忽略掉。模型用来描述上海贮能试验场的一系列含水层贮能试验(单井灌水试验,对井灌水-回采试验,群井灌水-回采试验)。温度计算值和野外观测资料拟合得很好(相对误差2.8—4.5％)。文中描述了使用的模型,并对温度分布的计算值和观测值进行详细比较。     

井孔-含水层系统数值模拟方法研究进展

目前"井孔-含水层"系统处理的三种主要方法:基于线汇理论的井孔模拟、高渗透系数法和渗流-管流耦合模型,评述了各种方法的优缺点,重点指出了传统线源(汇)法理论上的缺陷及实际应用中的局限性。概括了MODFLOW,TOUGH2,FEFLOW等地下水数值模拟软件对井孔含水层模拟的方法;应加强井周小尺度水流水质的精细研究,并研究井周水流运动对水质的作用,以及对大尺度地下水模拟的影响。     

河流-含水层系统数值模拟方法探讨

地表水与地下水转化量的模拟预测一直是区域水资源评价和管理中的难题。提出了一种基于河流越流系数的处理方法,即将转化量计算模型同三维地下水数值模型完全耦合,能够预测在有人工干预条件下,地表水与地下水转化量的变化趋势。提出的方法适合多含水层系统的情形。实例研究表明,提出的河流-含水层系统模拟方法原理简单,易于实现,可以推广应用。     

应用TOUGH模拟二氧化碳地质储存过程的复杂地质体建模技术与实现

基于TOUGH2数值模拟器中存在处理复杂地质条件难的问题,提出了将三维地质模型与TOUGH2数值模型耦合的具体思路和方法,并在Windows平台上编制了相应的程序,利用该程序可以直接将地质模型（如GMS和Petrel建立）与TOUGH2的数值模型进行有机融合,并进行了算法验证。通过CO₂地质储存的实例,可以看出地层构造对CO₂的空间运移起着控制作用,模拟结果显示CO₂会沿着背斜面地层进行运移扩散。因此通过此转换程序,能够增强TOUGH2模拟器处理地层起伏、断层、褶被等常见地质构造,以及地质属性随空间变化的地质体,提高了模拟器的使用效率。     

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。     

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。     

含水层热量运移中自然热对流作用的数值模拟

较严密地推导了能够描述含水层热量运移中自然热对流作用的水流方程和热量运移方程,并在此基础上建立了一个三维非线性模型.根据模型的特点,提出综合采用Douglas Brian ADI差分法、特征线法返回技术及改进Picard迭代法求解,并给出了计算步骤.模型及数值方法用于模拟上海第二承压含水层中的一个群井储能试验.试验中的自然热对流作用得到了较好的体现,反映出模型合理可靠,方法有效,结果令人满意.     

深部含水层储热系统的数值模拟研究

深部含水层储热系统, 是一种以深部含水层介质为载体的“地热+”多能互补储/供能系统。该系统可将各种形式的能量储存于地下并按需求取出加以利用, 能够弥补能源供需的时空分布的不平衡, 是综合利用多种可再生能源, 实现节能减排的有效途径。深部含水层储热是一种水热型地热资源开发利用的新方式。传统的水热型地热资源开采, 受限于地热尾水回灌导致的热突破, 热田寿命有限。而利用深部含水层储能, 不但可以增强热储能力, 而且能够延长热田寿命。本研究通过数值模拟研究表明, 与传统的水热型地热系统相比, 通过采取深部含水层储热技术, 在相同开采流量下, 可以提升单井供热能力20%。其储热效率可以达到60%~90%, 能够保证更高的地热能提取率; 同时, 与传统水热型地热井寿命受限于热突破时间的情况不同, 深部含水层储热系统可以延长地热井寿命, 实现可持续开采。通过参数敏感性分析的方法进一步评估了不同参数对深部含水层储热性能的影响。通过参数研究发现, 储层渗透率和储热温度等是影响储热能力和效率的关键参数。本研究为后续开展深部含水层储热系统工程的设计与优化提供科学参考。     

基于TOUGH2数值模拟软件的延津地区热储采灌研究

本文采用TOUGH2数值模拟软件,根据研究区对井在预设情景下运转30年的模拟结果,对河南省延津县下新近系热储层压力场、温度场进行模拟,在模型验证的基础上,对不同回灌率及不同采灌井间距工况进行模拟研究,结果显示:回灌井的回灌过程会使地下水水温降低,回灌时间越长水温降低幅度越大,影响范围也越大,根据模拟抽水井和回灌井不同间距条件下(55 m、150 m、250 m、300 m)温度场变化情况,建议区域下新近系地层地热回灌项目抽水井和回灌井间距应大于等于250m,以保证抽水井出水温度;而不同回灌率工况下分析化学场和压力场的模拟数据可以看出,回灌率越大,地热水水质、压力影响越大,基本呈线性关系。为区域地热资源回灌-开采提供示范和指导。     

考虑温度变化的地下水运动方程及其在储能模型中的应用

从建立一般条件下的多孔介质液相动量守恒方程出发,较严密地堆导了考虑温度变化的地下水运动方程,并在此基础上了一个新的含水层储能模型,该模型用于上海第二承压含水层群井储能试验,取得了令人满意的结果,从而证明了高温差条件下对地下水运动方程进行修正是必要的,具有重要的理论和现实意义。     

2D Coupled 3D:A New Numerical Model for Dual - Structured - Aquifer System

２Ｄ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　３Ｄ：Ａ　Ｎｅｗ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒＤｕａｌ－Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ－Ａｑｕｉｆｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ￥ＣｈｅｎＣｈｏｎｇｘｉ；ＦａｎｇＳｈｕｚｈｅｎ；ＬｉｎＭｉｎ（ＦａｃｕｌｔｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃ...     

含水层结构变异对区域地下水循环影响数值模拟

煤炭开采对地下水资源的破坏是限制煤矿区经济与环境可持续发展的主要瓶颈, 煤炭资源开采与水资源保护的矛盾将日益加剧。我国富煤地区主要分布在华北和西北, 仅山西、内蒙古、陕西和新疆四省自治区煤炭查明资源储量就占全国的73.1%, 这些富煤地区多是地下水资源相对贫乏的地区, 全国86个重点矿区缺水的占71%, 严重缺水的占40%, 而煤矿开采对地下水资源的严重破坏加剧了矿区的水资源短缺矛盾, 这一问题在能源大省山西尤为突出。究其根本原因, 在于采煤引起含水层结构变化, 造成地下水资源的破坏, 使地下水资源由原来可供开采的优质水源变为被污染的矿坑水而排走, 破坏了地下水的补径排, 破坏了水文下垫面条件, 破坏了地表水循环, 进而影响了区域地下水循环态势。