地温空调井布局方式对地下水流场和温度场的影响分析

作为一种新能源利用技术,地温空调系统近年来得到了快速发展和应用,然而其大规模的开发利用容易造成局部地下水系统动态平衡被打破,并由此引发一系列的负面影响.为了评估不同布局方式对地下水造成的影响程度,笔者以安阳市某地温空调井为研究对象,建立了地下水数值模型,在地下水地温空调井"1抽1回"、"1抽2回"和"2抽3回"三种布局方式下,对地温空调系统运行后的地下水流场和温度场进行了模拟计算分析.模拟结果表明,抽水井与回灌井的合理配比和布局对地下水流场和温度场有较大的影响,1抽2回的布局方式是最适合该地区的布局方式.

五种过闸流量计算方法在槐店闸的适用性及改进的杜屿公式精度分析

根据淮河流域沙颍河上的槐店闸2003～2012年观测资料,采用传统水力学公式、亨利公式、杜屿公式、儒可夫斯基公式、考虑下沿形式等五种公式计算了该闸过闸流量,比较了各公式的适用性,发现杜屿公式适用性最好。为进一步提高杜屿公式的计算精度,调整了杜屿公式中流量系数μ0与闸门开度e/闸孔水头H之间的关系,采用最小二乘法原理,利用Matlab软件实现对μ0的三阶多项式拟合,从而获得了改进的杜屿公式。用改进后的杜屿公式重新计算过闸流量值,并与传统水力学公式、亨利公式、儒可夫斯基公式、考虑下沿形式公式进行比较,结果发现改进后的杜屿公式的相对误差均有所减少;与改进前的杜屿公式相比,改进后的杜屿公式相对误差、平均相对误差、变差系数有所减小。实践证明,改进后的杜屿公式精度有所提高,对槐店闸过闸流量调度有重要借鉴作用。

地温空调井群运行对地下水影响的实验与模型研究

为了探析地温空调开发利用对地下水系统的影响,以安阳市第五人民医院地温空调项目为研究对象,设计了2抽4回和2抽2回两种模式进行实验,构建了地下水动力学模型和水热耦合数学模型,然后对两种抽回灌模式下地温空调项目运行对地下水流场和温度场的影响进行了模拟;分析了不同抽回灌模式对地下水水位、水温的影响,并探索其变化过程和影响机理.研究结果表明:在不同抽回灌模式下,地温空调项目对地下含水层流场和温度场的影响存在差异,且单井回灌量越大,影响范围和幅度越大;另外在不同的运行时段,地下水传热的主导方式也有所不同.

地温空调成井工艺参数对地下水系统的影响

在对成井环节分析的基础上,识别了对地下水系统影响较为显著的成井工艺参数(即井径和滤水管孔隙率),基于地下水水热运移基本原理,建立了地下水流动和热量输运耦合模型。选取典型地温空调项目,通过设计不同成井工艺参数,模拟地温空调运行对地下水流场和温度场的影响。结果显示:不同井径和孔隙率在地温空调运行中,对地下水系统影响程度差别较大,井径对抽水井、回水井的影响比较明显,孔隙率对抽水井的影响大于对回水井的影响,适合安阳市地温空调的井径为30 cm、滤水管孔隙率为30%。

闸控河段水质多相转化模型

针对闸控河段水质转化机理复杂的特点,提出在"水体-悬浮物-底泥-生物体"界面内开展水质多相转化研究的总体思路,推导了描述各种相态水质之间传质过程的数学表达式,构建了具有一定物理机制的闸控河段水质多相转化模型.结合槐店闸调度影响实验数据,对水质多相转化模型进行了参数识别和验证,进而模拟了不同相态水质成分的时空变化过程.结果发现:来水流量和闸门调度方式使闸上和闸下断面各相水质浓度发生变化,同时影响到藻类的生长和富集状态;闸门调度会改变闸上、闸下河段的水质主导反应机制;由于闸门调度增加了对水体的扰动,水体与外界的物质交换效果增强;在实验前期蓝藻数量的变化主要受水流的迁移作用影响,在后期闸上断面主要受闸门阻隔的影响,闸下断面主要受流速、流量和营养物质浓度改变等作用综合影响.

水闸调控对河流水质—水生态过程影响研究

为探求水闸调度对河流水质-水生态过程的驱动作用和浓度变化规律,以沙颍河干流槐店闸为例,基于MIKE 11模型平台构建了闸控河段水质-水生态数学模型,模拟分析了不同水闸调度情景下水体中化学需氧量、溶解氧、总磷(TP)、总氮(TN)和藻类(PCY)的变化,对比分析了水闸上游Ⅳ断面和下游Ⅴ断面TP、TN和藻类的模拟结果。结果表明,在不同水闸调度情景下,河流的水位、流量等水动力条件发生变化,使得水体中营养物质的浓度也发生变化,从而影响藻类生长,使其呈现不同的变化趋势,说明可通过改变水闸调度方式对河流水质—水生态过程产生影响。

闸控河段水质多相转化机理与模型研究

由于修建闸坝等水利工程对河道内水流、悬浮物、底泥等具有强烈的扰动作用,闸控河段水质转化过程呈现出多介质、多相态、多形式的特点。基于水质多相转化机理,分析了不同调度方式下闸控河段的水质迁移转化特点;提出在"水体-悬浮物-底泥-生物体"界面内开展水质多相转化研究的总体思路,推导了能有效描述各种相态水质之间传质过程的数学表达式,进而构建了具有一定物理机制的闸控河段水质多相转化模型,为客观认识水闸调度在水资源保护中所起的作用提供科学依据。

基于MIKE21的万宝湖二维水环境数值模拟

以大庆市万宝湖为研究区域,应用MIKE21软件,建立万宝湖水动力和水质二维耦合模型,以实测资料为依据,进行模型参数的率定和验证。结合模拟结果,分析了万宝湖的水动力条件变化特征及其对于水环境中各种污染物迁移转化机制的影响。结果表明,万宝湖各主要污染物在靠近湖岸和排口附近浓度较大,并由湖岸向湖心呈梯度递减,形成岸边污染带,各污染物在不同的排口浓度分布具有差异性。最后,针对万宝湖的污染状况和污染物分布特点提出了相应的治理建议。

闸控河段水质转化机制研究Ⅰ:模型研制

从闸控河段水环境系统的复杂作用机理出发,提出在"水体-悬浮物-底泥-生物体"界面内开展水质多相转化研究的总体思路。综合运用环境水力学、吸附-解吸动力学、水生生物生长动力学等理论,推导了描述各种相态水质成分之间传质过程的数学表达式。以MIKE 11模型为基础,建立了具有一定物理机制的闸控河段水质多相转化模型。结合2013年4月和2014年11月两次槐店闸调度影响实验数据,对水动力学模型和水质多相转化模型进行了参数识别和验证,并对实验期间溶解相和悬浮相物质的转化规律进行了分析。结果发现:水流流速和闸门调度方式对闸上和闸下断面各相水质浓度变化均有显著的影响,且闸门调度方式变化越频繁,水质多相转化越复杂。

闸控河段水质转化机制研究Ⅱ:主导反应机制

根据前文提出的闸控河段水质多相转化模型,设置不同的水闸调度情景,进一步开展在不同水闸调度情景下的水质浓度数值模拟;引入"贡献率"的概念,定量评估水闸调度在水质多相转化过程中所起的作用大小,分析水闸调度对水体中各种反应机制的驱动作用,识别其中的主导反应机制。通过分析发现:水闸调控对水质多相转化的贡献率随着闸门调度方式的改变而变化,且水质转化表现出不同的主导反应机制;当闸门维持小开度放水时,吸附、沉降等作用的主导性显著增强,而闸门维持大开度放水时,解吸、再悬浮等作用主导性显著增强;不同反应之间的主导性强弱在闸门调控方式的改变下交替变化。