地下水人工回灌过程中多孔介质悬浮物堵塞实验

地下水人工回灌技术的发展与推广常因其回灌过程中物理、化学及生物作用产生的入渗介质堵塞现象而受到严重制约。针对堵塞现象中最常见且最主要的悬浮物堵塞问题,采用室内模拟实验方法,通过将悬浊水连续注入均质的石英砂柱中,来刻画多孔介质中悬浮物堵塞的现象及发生的过程,并分析其发展规律,同时量化计算了堵塞速率。实验结果表明：回灌15 h左右表层介质渗透系数开始降低,即堵塞在表层开始发生,并随时间增加不断向深部发展;连续回灌100 h后表层渗透系数趋于稳定,进入介质内部悬浮物的量减少,内部堵塞发展也趋于稳定,此时堵塞主要在入渗深度10 cm左右的范围内。计算不同堵塞层的堵塞速率λ:表层0～1 cm的λ最大,为0.038 3 h^-1,λ随入渗深度增加而减小。对于介质整体的渗透性而言,其降低明显滞后于表层介质,但随时间发展主要受堵塞层的控制。     

地下水位抬升对人工回灌中悬浮物堵塞的影响

为了研究人工回灌条件下地下水位抬升对悬浮颗粒在含水层中的迁移-沉积的影响机理,在室内模拟实验中,采用100 mg/L的金刚砂悬浊水回灌中粒石英砂介质,分别研究了不同抬升速率(0、2、4cm/h)条件下人工回灌过程中的悬浮物堵塞规律。实验结果表明:地下水位抬升速率对堵塞位置和堵塞位置处悬浮物的级配影响不大,悬浮物主要淤积在0~2cm深度处;在26h前地下水位抬升引起的入渗量比地下水位固定的入渗量小,在26h后二者相反;水位抬升使介质表层堵塞发展速度减慢,非堵塞层渗流状态出现非饱和时刻滞后;在堵塞层0~2cm处地下水位抬升使堵塞速率小于地下水位固定的堵塞速率。     

砂岩热储地热尾水回灌悬浮物堵塞研究

砂岩热储人工回灌过程中介质堵塞问题严重影响到回灌效率,为查明回灌过程中悬浮物堵塞对回灌效率的影响.试验依据德城区鲁北院内回灌井现场尾水中悬浮物粒径分布特征,并以市政自来水为水源,粘性土颗粒为入渗介质,配制0.038 mm和0.050 mm的不同悬浮物粒径和0 mg/L、20 mg/L、50 mg/L、60 mg/L、1...     

利用城市雨水回灌地下水防治地面沉降技术方法探讨

阐述城市化快速发展日益突显的城市雨水问题与地下水超采引起地面沉降危害,在对城市雨水收集处理进行水质分析基础上,探讨城市雨水直接回灌浅层含水层在地面沉降防治中的利用潜力和意义.     

地热对井运行系统中回灌井堵塞原因浅析及预防措施

人工回灌做为提高地热资源利用率、防止地面沉降、减少尾水排放、实现地热资源的可持续利用的最有效手段,已在地学界达成共识。基岩岩溶裂隙型热储对井回灌取得的良好效果使人们看到了回灌技术的广阔应用前景,但有些热储尤其是孔隙型热储回灌量的衰减问题一直未能得到彻底解决,各种因素引起的堵塞是主要原因。本文根据天津市历年的回灌试验,就造成地热回灌堵塞的多种原因进行了分析,并提出了可能的解决办法。     

地下热水回灌过程中渗透系数研究

地下热水回灌是处理地热开发利用中所引发的热储层压力降低和弃水污染环境等问题的有效方法。第三系热储层的回灌过程中，由于物理阻塞和化学阻塞，导致热储层的渗透性下降。回扬可在短时间内消除或缓解堵塞问题，提高回灌效率。将利用回灌试验数据求得的渗透系数进行回归，得到渗透系数衰减方程。用数值方法模拟渗透系数对回灌的影响，对比渗透系数为常数与渗透系数变化两种情况，结果表明渗透系数衰减是第三系回灌能力下降的主要原因，渗透系数是影响回灌的重要因素。     

城市雨水在地下水回灌中的利用分析

通过分析城市雨水回灌利用的发展和现状,指出了城市雨洪产生速度快和渗透回灌缓慢、降雨间隙性和雨水资源利用持续性之间的矛盾是城市雨水回灌利用中存在的主要问题。从城市整体规划出发,以生态城市建设为导引,提出点线面相结合的雨水回灌方式,并结合石家庄市的实际情况,说明城市雨水回灌利用在城市水资源发展中存在的巨大效益。     

新近系砂岩地热回灌堵塞问题的探讨

结合目前国内外普遍存在的砂岩地层回灌效率低的问题,文章剖析砂岩地层容易发生堵塞的地质构造特性,以及在回灌中由于水敏、速敏等作用引起储层物性变化,固体颗粒逐渐沉淀或被捕获,堵塞孔隙,渗流阻力增大,渗透率降低,使地热流体回灌能力减弱;分析当热储层的孔隙度一定时,不同基质颗粒的粒径成为影响地热流体产能和回灌的主要因素。总结目前在砂岩地层中常见堵塞的类型、成因分析以及解决各类堵塞的方法。     

超深层孔隙型热储地热尾水回灌堵塞机理

超深层孔隙型地下热水回灌难的问题已成为制约关中盆地地下热水可持续开发利用的瓶颈.本文以超深层孔隙型地热流体为载体,以热储原水-回灌尾水-热储介质-堵塞垢物之间水岩作用下矿物组分溶解沉淀规律为基础,以咸阳回灌1号井为例,应用室内堵塞实验模拟及水文地球化学模拟耦合方法,展开超深层孔隙型地热尾水回灌堵塞机理研究.结果表明:造成堵塞的主要因素有物理、化学、气体、微生物等,其中物理堵塞形式主要为颗粒运移和悬浮物堵塞,颗粒运移受回灌流速和储层物性影响明显,温度、压力是悬浮物堵塞的主控因素,而粘土膨胀影响甚微;化学堵塞程度随温度升高而加剧,主要化学沉淀为碳酸盐垢,且在回灌初期-中期达到沉淀量最大值;气体堵塞在回灌初期影响较大,之后随温度升高而减小;微生物堵塞的主要细菌类型为腐生菌,其堵塞程度与环境开放程度有关.     

地下水人工回灌堵塞问题研究进展

地下水人工回灌堵塞问题的产生与回灌水质、入渗介质的矿物成分及颗粒组成特征等多种因素有关,通常根据成因将堵塞分为物理堵塞、化学堵塞和生物堵塞3种类型。大颗粒悬浮物的物理堵塞效应与机理的研究比较成熟,但对于中间颗粒,尤其是胶体颗粒物的堵塞作用机制的研究还相对比较薄弱;化学堵塞的机理复杂,影响因素众多,水文地球化学模拟技术在化学堵塞机理的研究中显示了良好的应用前景;生物堵塞主要由回灌水中细菌和藻类等微生物的繁殖和代谢导致,大量的研究集中在细菌方面,对藻类引起的堵塞问题研究尚不深入;多种堵塞的相互作用过程和作用机理是目前研究的难点问题。堵塞预测的方法主要包括3种:①指标法(如MFI、悬浮物浓度、浊度、AOC、BFR等),简单实用,但不能对堵塞演化过程进行描述或对堵塞程度进行定量表达;②经验公式法,受特定场地的条件限制,难以直接推广和利用;③解析公式法,对堵塞机理的表达更加科学、合理,但模型的建立与求解难度较大。通过合理的水质预处理技术和合理的回灌工艺,可以有效延迟堵塞发生的时间、减缓堵塞累积的程度。开发快速、高效、简单的堵塞处理技术对于延长工程使用寿命和降低经济成本具有重要的现实意义。     

人工回灌物理堵塞特征试验及渗滤经验公式推导

人工回灌是提高水资源利用水平的重要工程措施,然而回灌过程中的堵塞问题会影响入渗效率和入渗工程的使用寿命。为了深入研究堵塞的机理,以控制堵塞问题,通过砂柱试验模拟了地下水人工回灌物理堵塞过程,通过测定含水率的变化分析了由堵塞引起的砂柱饱和-非饱和状态的转化。试验中出流速率经过了迅速增大到一峰值后快速减小,然后又缓慢变小的过程,即：仅经过72 h的回灌,砂柱的出流速率减小为2.18 m/d;72 h后砂样出流速率的减小明显放缓;192 h时,砂样出流速率为0.81 m/d,约为出流速率最大值的1/10。试验结果表明：回灌水悬浮物颗粒进入砂样空隙中引起渗透性减弱,和逐渐沉积在砂柱顶部形成的淤泥层是造成堵塞的直接原因,而淤泥层的形成是造成渗滤速率迅速下降的关键因素;淤泥层的弱透水性使砂样由上至下含水率发生了变化,导致了砂样导水率和水力梯度都降低,促使回灌渗滤速率迅速减小;回灌时间越长,淤泥层厚度越大,出流速率越小。由10组对比试验的结果,综合考虑引起雨洪渗滤系统堵塞的各种因素,建立了无砾石滤料雨洪水回灌过程计算渗滤速率变化的经验模型,拟合结果决定性系数为0.932。     

回灌与回扬物理过程的解析推导及灌压变化规律

以回灌过程中渗透系数衰减模型为基础,推导了不同回扬次数的渗透系数解析表达式;将其应用于Theis公式,获得了考虑渗透系数衰减以及暂时性堵塞率条件下回灌与回扬物理过程中含水层压强的解析表达式,更准确地刻画了回灌与回扬的物理机制。计算结果表明：在连续回灌不回扬过程中,井内灌压增长符合指数曲线特征,而采取回扬措施后,由指数连续上升转变为间断式阶梯上升;回扬次数越多,灌压下降越明显,但灌压变化幅度随回扬次数的递增而减小。根据解析解定义的两种堵塞率的结果,可以实现利用实验判断不同成分回灌水源对含水层堵塞机理的分析,从而达到科学制定回灌水源标准的目的。     

人工回灌过程中地下水微生物群落变化

人工回灌过程中,回灌水的注入使目的含水层地下水环境发生变化,微生物条件也会随之改变,从而影响地下水环境质量及水文地球化学作用。以上海市某人工回灌试验场为例,在分析人工回灌过程中水化学演化特点的基础上,应用DGGE技术对场地回灌过程中地下水中的微生物群落结构变化进行研究,为评价人工回灌对地下水水质安全的影响提供科学的理论依据。结果表明:人工回灌作用使目的含水层地下水中的Eh值及DO质量浓度升高,分别由64.0 mV、1.12 mg/L升至534.4 mV、1.44 mg/L;同一位置处微生物群落结构与原始地下水状态的相似性随时间降低;同一时刻距离回灌井越远的监测井的微生物群落结构越接近于原始地下水状态。随着回灌的进行,目的含水层地下水中优势菌属(种)共有7种,其中Rubrivivax gelatinosus和Candidatus Accumulibacter phosphatis clade IIA str.的反硝化能力以及Rhodoferax ferrireducens对Fe³⁺的还原能力,对地下水水化学组分产生影响。     

人工回灌对地下水水质影响的室内模拟实验

人工回灌过程中的水岩相互作用机制较为复杂,目前有关评价人工回灌过程对地下水化学场影响范围和影响程度的研究还十分缺乏。以上海市某人工回灌试验场为例,采用室内模拟实验手段,对人工回灌过程中地下水主要溶质组分的变化趋势及其相关水岩反应进行分析。实验结果表明:回灌过程中,地下水的主要离子成分主要受混合作用、阳离子交换吸附作用及含水层矿物相(方解石、白云石、钾长石)溶解作用的影响;受回灌过程中地下厌氧环境向好氧环境发展的影响,含水介质中的As、Cr、Fe等元素存在溶出趋势,回灌后As-Fe元素的变化量表现出较好的相关性;随着回灌时间的增加,地下水水质的影响范围逐渐扩大,其水化学类型由初始的Cl-HCO3-Na型逐步向Cl-HCO3-Na-Ca型转变。     

人工补给对含水层水质的影响

为了研究人工补给对含水层水质的影响问题,通过反向地球化学模拟方法对大庆西部地下水水质演化规律进行了分析。结果表明,地下水化学成分主要受含水层矿物相的溶解-沉淀作用、阳离子交换吸附作用以及氧化还原作用的影响,并确定方解石、白云石、盐岩、萤石、石膏、赤铁矿、菱铁矿、软锰矿、二氧化碳、阳离子交换剂等为影响地下水化学成分的控制性（矿）物相。在此基础上,采用正向地球化学模拟方法,以大庆市西水源地下水人工补给为例,模拟了地表水进入到地下后与含水层中原有的地下水以及含水层介质发生的水-岩相互作用。模拟结果表明,注入水与含水层中的水混合后,使地下水的矿化度有所降低,且混合水中地表水所占比例越大,地下水的矿化度越低;注入水与含水层中的地下水混合后,不会导致地下水水质的突变和水质级别的降低,还可在一定程度上改善含水层水质。     

深层地下水人工补给研究分析

随着社会经济的飞速发展和城市规模的不断扩大,西安市需水量迅猛增长,导致了地下水严重超采,地下水位持续下降,引发了一系列的环境地质问题.本文对西安市的水文地质条件,设计出对深层承压含水层进行人工补给的方案,并通过实验室模拟,进行了可行性论证,提出了对地下水资源进行调节和防止含水层枯竭的的技术措施.     

城市化对地下水补给的影响 ——以石家庄市为例

城市化对地下水补给的影响对研究城市水循环、水资源供需平衡及地下水超采、防治地下水水质恶化,以及揭示两大主要地下水环境问题(地下水超采与水质恶化)之间的有机联系都具有重要意义。石家庄城市化与地下水之间的相互作用机理研究具有典型示范性。本文以石家庄市为例,在分析地下水在城市供水中的作用及其开发利用基础上,通过研究城市化影响地下水补给的变化规律,进一步探讨了城市化对地下水补给的影响机理,最终建立城市化影响下地下水补给增量的诱发机理框图。研究结果表明,城市化会导致地下水补给量的增加;地下水开采诱发产生对城市周围井场和地表水的袭夺以及城市供、排水系统渗漏所造成的新补给源的引入是城市化诱发产生地下水补给增量的重要机理。