地下水源热泵系统THM耦合机理及模型建立

在分析了地下水源热泵运行中两低问题的基础上,发现导致两低问题的最根本原因是对地下水源热泵系统的基础地质问题和水文地质问题等基础研究的不足,进而提出了进行含水层THM三场耦合分析的观点。然后运用机理分析法分析了地下水源热泵系统中不同物理场的耦合机理,确定了渗流场、热力场和应力场等三场耦合关系图,建立了渗流场、热力场和应力场控制的耦合方程,从而建立了THM三场耦合数学模型。     

山东省德州地区地下水流场动态分析

地下水的开采对于地面沉降影响较大,尤其是对于一些特定含水层,过量的开采会导致形成地面沉降漏斗,存在一定安全隐患。基于三维非稳定渗流模型,以试点法为计算手段对德州市德城区进行地下水不同含水层渗流流场分析。分析不同开采量条件下特定含水层渗流流场特性,揭示了地下水在特定含水层中的运动规律,可为计算地面沉降问题提供参考依据。     

MODELING ON THE CYCLIC OPERATION OF STANDING COLUMN WELLS UNDER REGIONAL GROUNDWATER FLOW

Coupled hydrogeological-thermal simulation of the Standing Column Well(SCW) system is essential to provide an optimized configuration and operation schedule for boreholes on the site.This paper presents numerical investigations and thermo-hydraulic evaluation of standing column well system operating under cyclic flow regime.A three-dimensional numerical model for groundwater flow and heat transport is used to analyze the heat exchange in the ground.The model includes the effects of convective and conductive...     

不完全井渗流近似计算及其应用

本文介绍一种近似计算的解题途径:将定厚土层中的平面渗流看成是轴对称渗流的特例,用等效椭球井代替不完全井,把半无限透水土层渗流看成是定厚土层渗流的特例,结合数值计算和电拟实验成果返推逼近,得出适用于小贯入度的任意井径的轴对称不完全井渗流近似计算表达式。此外,本文将长列不完全井依次分成等阻抗长列完全井和单个轴对称不完全井两部分分别计算,列出长列不完全井的近似计算表达式。针对三维渗流计算和试验中不完全井列的处理以及渗流参数反求等问题,推荐了几种处理方法。     

Simulation Modeling for Efficient Groundwater Management in Balasore Coastal Basin,India

The Balasore coastal groundwater basin in Orissa, India is under a serious threat of overdraft and seawater intrusion. The overexploitation resulted in abandoning many shallow tubewells in the basin. The main intent of this study is the development of a 2-D groundwater flow and transport model of the basin using the Visual MODFLOW package for analyzing the aquifer response to various pumping strategies. The simulation model was calibrated and validated satisfactorily. Using the validated model, the groundwater response to five pumping scenarios under existing cropping conditions was simulated. The results of the sensitivity analysis indicated that the Balasore aquifer system is more susceptible to the river seepage, recharge from rainfall and interflow than the horizontal and vertical hydraulic conductivities and specific storage. Finally, based on the modeling results, salient management strategies are suggested for the long-term sustainability of vital groundwater resources of the Balasore groundwater basin. The most promising management strategy for the Balasore basin could be: a reduction in the pumpage from the second aquifer by 50% in the downstream region and an increase in the pumpage to 150% from the first and second aquifer at potential locations.     

悬挂式止水帷幕圆形基坑承压含水层地下水非稳定流计算

针对悬挂式止水帷幕基坑中复杂的地下水流动,建立了考虑止水帷幕的圆形基坑承压含水层地下水非稳定流动计算模型。通过对地下水流动计算模型的Laplace变换和有限Fourier余弦变换,推导了Laplace空间的水头降深解,采用Stehfest数值逆变换提出了悬挂式止水帷幕圆形基坑承压含水层地下水非稳定流水头降深半解析解。在验证计算方法正确性和数值逆变换计算准确性的基础上,利用工程实例验证了计算方法的工程适用性。分析了悬挂式止水帷幕插入深度对圆形基坑地下水流动的影响规律,阐明了止水帷幕对基坑内外地下水控制的积极作用,为合理开展悬挂式止水帷幕圆形基坑承压含水层的减压降水设计提供了计算方法。     

浅层地热能不同开发方案对深层地下淡水咸化效应研究

为了保证浅层地热能可持续开发,同时控制深层承压淡水咸化,需评价浅层地热能开发对深层地下水咸化控制效应。基于地下水渗流、热量运移和溶质运移理论,以江苏省地质工程勘察院(南通分院)地下水源热泵系统为研究对象,建立松散孔隙地下水系统渗流—热量运移—溶质运移多场耦合数值模型,模拟预测了第Ⅰ承压含水层浅层地热能开发过程中地下水系统水位、温度、水化学浓度的演化规律,通过增大利用温差和减小夏季灌采比优化浅层地热能开发利用方案,定量评价增大利用温差和减小夏季灌采比对热贯通和深层地下淡水咸化的控制效应。结果表明：增大利用温差和减小夏季灌采比能有效缓解热贯通和深层淡水咸化的发展趋势,增大利用温差对深层地下淡水咸化的控制效应更为显著,减小夏季灌采比对热贯通的控制效应更为显著。     

北京平原区浅层地下水热泵系统承载能力评价

鉴于目前地下水热泵系统应用的无序性,为了科学合理地评价含水层对热泵系统的能量承载力,本文采用地下热传递数值法、能量均衡法和热量储存法评价了北京平原区单位面积含水层利用地下水热泵系统可承载的能量负荷,评价结果表明：数值法评价以保证热泵系统的运行效率为前提,客观反映了地下水抽灌行为,能够充分发挥热泵系统节能环保的优点,优于均衡法和热储法;热泵系统承载能力与含水层的厚度呈显著的正相关,山前地区含水层易于回灌,但热泵系统的承载力较小,而东南平原区承载力较大,但难以回灌。     

北京平原区浅层地下水热泵系统承载能力评价

鉴于目前地下水热泵系统应用的无序性,为了科学合理地评价含水层对热泵系统的能量承载力,采用地下热传递数值法、能量均衡法和热量储存法评价了北京平原区单位面积含水层利用地下水热泵系统可承载的能量负荷.评价结果表明:数值法评价以保证热泵系统的运行效率为前提,客观反映了地下水抽灌行为,能够充分发挥热泵系统节能环保的优点,优于均衡法和热储法;热泵系统承载能力与含水层的厚度呈显著的正相关;山前地区含水层易于回灌,但热泵系统的承载力较小,而东南平原区承载力较大,但难以回灌.     

垂向入渗与河渠边界影响下潜水非稳定流参数的求解

在受垂向入渗影响及河渠边界控制的半无限含水层中，利用作者已推导出的潜水非稳定渗流模型的新Laplace解，建立不同水文地质条件下的模型参数求解方法。在垂向渗流和河渠水位变幅都不可忽略时，利用潜水位变动速度随时间变化曲线的拐点，给出参数求解的计算公式；在河渠水位变幅可忽略时，提出利用实测曲线与理论曲线进行配线的求解方法，并给出理论曲线的建立方法。以安徽省淮北平原中部的一个河渠-潜水含水层系统为例，阐述上述方法的求解过程与步骤。计算结果表明,关于导压系数计算,依据模型新解所提出的拐点法和配线法，计算结果与实际比较吻合，两方法之间的相对误差为5.3％。     

Influence of Seepage Face Obliquity on Discharge of Groundwater and its Pollutant into Lake from A Typical Unconfined Aquifer

Lab experiment and mathematical simulation Modular three dimensional finite difference groundwater (MODFLOW) were performed in a soil tank to simulate the hydrogeochemical interaction between lake and typical unconfined aquifer. Results show that the velocity decreases exponentially with the transect distance on seepage face. The maximal velocity occurs at the top point of seepage face. The obliquity of seepage face has a great influence on the maximum and distribution of seepage velocity. With the increase of the obliquity of seepage face, the maximal velocity decreases quickly and the velocity distribution becomes much more even. Most of groundwater flow and pollutant flux discharges through a narrow portion near the top of seepage face. The flow and mass concentrated in the narrow portion increase with the decrease of the obliquity of seepage face. These will benefit to design a reasonable and economical scenario to manage lakeshore and to control the pollution of lake water near lakeshore.     

地源热泵系统地下水热量运移模拟参数敏感性分析

基于敏感性分析理论,以某地下水源热泵系统夏季运行为例,选取典型观测点温度值及回灌水热量影响范围作为模型输出结果,从局部和全局定性、定量地讨论了热泵系统特定水流和热源条件下地下水热量运移模拟中参数的敏感性问题。结果表明:模型输出结果对所选参数的局部敏感性程度和趋势差别明显;全局敏感性分析中其他参数不同取值对待分析参数敏感性各参数间共同作用对模型均存在影响,各参数组合全局敏感性趋势变化基本一致,模型稳定性较好。     

Response of an Unconfined Sloping Aquifer to Constant Recharge and Seepage from the Stream of Varying Water Level

This paper presents analytical solution of one-dimensional linearized Boussinesq equation characterizing unsteady groundwater flow in an unconfined aquifer, overlying an impervious downward sloping bed. At one end, the aquifer is in contact with a constant water level and at the other end; water level is rising exponentially from an adjoining stream. The aquifer also receives constant or cycle of time-varying vertical recharge. Analytical expressions for hydraulic head and flow rate in the aquifer are obtained by solving the seepage model using Laplace transform. The expressions derived here can explain sudden rise or very slow rise in the stream water related to sloping or horizontal beds and are represented under asymptotic case. Response of a short and long aquifer to the variation in bed slope, recharge rate and rise rate of the stream water is illustrated with the help of numerical examples. The sensitivity of the flow rate is also analyzed with respect to various parameters.     

地铁建设对岩溶水渗流场影响的修复效果模拟

地铁工程因穿越岩溶含水层,易引起地下水渗流场发生变化,从而诱发工程及地质问题,为保护地下水环境,迫切需要一种简易且安全的疏导方案。为探讨地铁建设对地下水渗流场的影响,在总结研究区岩性结构及其水文地质特征的基础上,采用数值模拟方法模拟地铁车站建设前后及增加导流措施后地下水渗流场的变化,分析不同地质条件下地铁建设对地下水渗流场的影响并验证导流措施的修复能力。结果表明：研究区地铁车站地下水渗流结构可划分为土层夹卵砾石-岩浆岩孔隙-裂隙渗流双层结构(车站A)、土层夹卵砾石-灰岩孔隙-岩溶渗流结构(车站B)、土层夹碎石厚层单层孔隙渗流结构(车站C)3大类,地铁基坑建设对周边原有渗流场水动力条件的影响程度与地层结构密切相关。地铁车站的建设导致迎水面水位上升,背水面水位下降,车站A、车站B和车站C迎水面水位最大壅高分别为0.40、0.32和0.62 m;对地下水渗流场的影响范围与地质条件、车站数量以及车站建设方向与水流方向的夹角密切相关,总体上迎水面影响范围大于背水面。导流措施能最大程度恢复地下水渗流场,各车站地下水回落后的水位与天然水位的欧式贴近度均大于0.98。但导流措施布设的数量与位置同时受水...     

岩溶地下水系统演化的数值模拟

为了研究岩溶地区泉域系统演化过程及对泉流量进行预测,耦合了渗流模型和岩溶动力模型,对均质和非均质2种条件下泉域系统进行了溶蚀演化模拟。从模拟结果上可以看出,均质含水系统初期水位变化较小,中后期下降明显,而非均质含水系统初期下降明显,中后期水位稳定;在张开度方面,非均质模型在相同时段内张开度的最在值却比均质系统要大4~5 cm。2个泉域系统的泉流量都经过了初期较小,中后期迅速增大的过程,只是增大的时间和每个时间点的泉流量不同,非均质系统增大时间更早,流量更大,分别用指数函数和多项式函数来拟合了均质和非均质系统泉流量过程曲线。研究结果为岩溶地下水系统演化模拟提供了一个新方法,同时也为岩溶地区地下水资源评价研究提供了科学依据。     

多含水层渗流系统电导示踪模型

在利用钻孔测定含水层水文地质参数时,如遇到多含水层情况,需使用栓塞系统对各含水层进行隔离探测,由于现场操作较为不便且钻孔条件要求高,故提出多含水层渗流系统电导示踪模型。在不使用栓塞系统的情况下,考虑含水层涌水或吸水等不同情况,通过测定抽水条件下各含水层的电导率,建立多含水层渗流系统电导示踪模型确定含水层渗透性参数。当钻孔中只存在涌水层时,直接利用电导率曲线面积与溶质质量的比例关系求解出流量;当钻孔中同时出现涌水层和吸水层时,根据溶质质量曲线的斜率可较准确地确定吸水层的位置,再由斜率的变化计算出含水层的流量。基于某工程实例采取3种方法求解各含水层的渗透系数、静水头、渗流速度、导水系数等水文地质参数,结果表明,采用电导示踪模型计算结果与同位素示踪测试及注水试验测试结果吻合较好,且电导示踪模型方法现场操作更为简便,可极大地提高含水层水文地质参数的测定效率。     

Water quality as an indicator of hydrogeological conditions: a case study of the Belgrade Groundwater Source (Sava/Danube confluence area)

The City of Belgrade receives most of its drinking water supply from the alluvial aquifer of the Sava River. The wells are radial, placed in the lower part of the aquifer, so they partly run below the Sava riverbed. However, the groundwater quality of the wells in one part of the source (near the confluence of the Sava and Danube rivers) is found to differ somewhat from the groundwater quality of the other wells. The finding gave rise to additional investigations. The results revealed the existence of a deeper, limestone aquifer which is isolated from upper alluvial sediments by a thick layer of clay in most of the terrain. The naturally potential hydraulic contact of the two aquifers was additionally maintained by well operation in this part of the source. According to multiple analyses of groundwater flow using a hydrodynamic mathematical model, a hydrogeological and hydraulic system of groundwater flow was defined. Although the wells are situated adjacent to the river, and some well laterals are below the riverbed, most of the groundwater that flows to the wells is partly from the wider zone of the alluvial aquifer, and partly from the deeper aquifer. The initial results of hydrochemical investigations also showed an unexpected, inverse oxic character of the groundwater in these two aquifers.     

李官堡水源地地下水流场数值模拟及预测

随着工业规模的发展,各城市都面临着地下水资源如何科学利用的难题,北方缺水城市沈阳李官堡水源地就面临着新增工业造成的用水压力,如何对该水源地的水资源进行科学评价是合理取用水的前提。在对模拟区范围、边界条件和孔隙水介质进行概化和对水文地质参数及其他参数确定的基础上,将该区域地下水流系统概化为均质、各向同性、二维、潜水非稳定地下水流系统,运用GMS模型软件对研究区的地下水流场进行了数值模拟预测。通过模型识别和可靠性分析认为,所率定的模型参数符合实际且模型边界条件合理;预测认为该区域地下水资源量不能满足新增企业用水量9.8万m3/d的需求。该评价方法不仅具有应用和推广价值,而且具有为地下水资源科学规划提供科学依据的重要作用。     

分布式光纤温度示踪识别裂隙地下水流动研究进展

识别地下水渗流通道和流动状态,是预测裂隙介质中地下水流动行为的基本前提,也是目前裂隙地下水研究的热点问题之一。由于具备较强时空连续性、高分辨率、监测便捷、成本低廉等优点,基于分布式光纤测温(DTS)的温度示踪正逐渐成为裂隙地下水流动特征识别的重要手段,在识别地下水流动状态、钻孔间连通裂隙分布甚至裂隙水力性质等方面取得了许多新的进展。在阐述DTS原理的基础上,综述了基于DTS的温度示踪试验方法及其在裂隙地下水特征识别研究中的应用进展,重点归纳了该方法的各种试验手段、应用方式与适用范围,并指出了钻孔中的垂向流动是研究人员应用温度示踪试验时需重点关注的因素。将基于DTS温度示踪的多种试验手段结合运用及其与其他示踪方法协同运用,是未来需要进一步研究的重点方向。基于DTS的温度示踪方法有助于提升对裂隙介质中地下水渗流及热运移机理的认识,在涉及裂隙地下水的深部地质工程如高放核废物地质处置选址评价、增强型地热资源开发等研究中具有广阔的应用前景。     

基坑开挖工程中渗流场的三维有限元分析

很多工程施工时需要开挖基坑.基坑降水是施工中一个难点.在地下水位较高的地区开挖基坑时,地下水会不断渗入基坑,容易造成流砂和边坡失稳.另外,当遇到承压含水层时,由于上部土体的卸荷,坑底有被顶破而发生涌砂、隆起的危险.因此,如何控制好地下水,减小其对基坑开挖和周围环境的负面影响,是基坑工程特别是深基坑工程设计与施工的一个难题,通过计算分析,给出了基坑开挖中地下水渗流的有效解决方法.