灌区排水中“抽灌-回归-控排”灌溉模式的节水效果分析

“抽灌-回归-控排”灌溉模式是一种节水高效的灌溉方式,通过合理的水量计算和灌溉调度,以及灌溉后的回收利用和控制排水,实现对灌区水资源的有效利用和管理。该灌溉模式可以减少水的浪费、提高水的利用效率和降低排水量,从而达到节水的目的。它在实践中已被证明是一种可行的节水灌溉方法,有助于提高农田灌溉的可持续发展。

地下水源热泵抽灌井优化布置及参数灵敏度

为了确定地下水源热泵的最佳布井方式,探明含水层温度场变化特征以及水文地质参数灵敏性,以石家庄地下水源热泵适宜区肖家营—东兆通为研究区,基于热储层的地热地质条件和热物性参数,利用FEFLOW软件构建了三维水-热耦合数值模拟模型。在2000 m^(3)/d的抽灌量下对不同井间距、不同布井模式-含水层温度场变化进行模拟,探讨发生热突破的可能性,并探讨温度场关于热导率、渗透系数、孔隙率等参数的灵敏度。研究结果表明:1)在单抽双灌模式下,方案C(两眼回灌井连线与地下水流向垂直,一眼回灌井位于抽水井正下游,另一眼回灌井位于沿地下水流向45°方向,即两回灌井与抽水井组成等腰直角三角形,抽水井正下游的回灌井为直角顶点)的布井方案对含水层温度场影响最小,为最优方案;2)单抽双灌模式下,抽灌量为2000 m^(3)/d时,方案C抽灌井间距设置在40~50 m较为合理;3)抽灌过程中,温度场对于渗透系数的改变灵敏度较高,而对孔隙率以及热导率的改变灵敏度较低。

悬挂式止水帷幕下基坑内外抽灌承压水的计算方法

悬挂式止水帷幕下抽取坑内承压水时会对周边环境产生影响,地下水回灌能够有效控制坑外水位降深从而达到保护环境的目的。由于止水帷幕的存在,坑内外抽灌水使得基坑内外形成水位差。帷幕两侧水位差一方面是渗流方向和渗流路径的改变引起的,一方面是渗流面积减少引起的。通过数值模拟回归分析方法获得了基坑外回灌时帷幕两侧水位差的计算公式。将回灌时获得的水位差与笔者以往获得的基坑内抽水时止水帷幕两侧水位差的计算公式进行叠加,获得了基坑内外抽灌承压水时止水帷幕两侧水位差的计算公式。所提出的公式表明,帷幕两侧水位差与止水帷幕宽度及其进入承压含水层的深度、含水层各向异性、含水层的厚度以及无止水帷幕下抽灌承压水在帷幕处产生的水力梯度有关。最后通过工程实例对所提出的算法进行了验证。

地源热泵系统抽灌模式对地下水流场和温度场的影响

通过建立三维水热耦合数值模型,对地下水地源热泵系统井群平行抽灌(即抽水井与回灌井平行布置)以及交叉抽灌(即抽水井与回灌井交错布置)两种调度运行模式下,系统运行后的含水层地下水流场及温度场情况进行了模拟计算、分析。结果表明:平行抽灌模式对含水层地下水流场、温度场的影响范围、程度均大于交叉抽灌模式,从系统运行效率以及对地温场的影响方面考虑,交叉抽灌模式均优于平行抽灌模式。

抽灌模式对地下水地源热泵系统含水层地下水流场和温度场的影响

通过建立三维水热耦合数值模拟模型,对地下水地源热泵系统井群平行抽灌(即抽水井与回灌井平行布置)以及交叉抽灌(即抽水井与回灌井交错布置)两种调度运行模式下,系统运行后的含水层地下水流场及温度场情况进行了模拟计算、分析。计算结果表明,平行抽灌模式对含水层地下水流场、温度场的影响范围、程度均大于交叉抽灌模式,从系统运行效率以及对地温场的影响方面考虑,交叉抽灌模式均优于平行抽灌模式。

水源热泵抽灌井布局及其运行过程中地下温度变化

本文以某水源热泵空调系统为例,建立了抽灌场地及周边地下水动力场与温度场的耦合数学模型,运用数值法求得系统运行过程中地下水的温度变化,分析了场地"热短路"效应和不同含水层中温度场的影响范围,以定量化的手段科学评价了场地抽灌井的布局及其可行性。分析结果表明,由于抽灌井之间的"热短路"程度较轻,场地的抽灌井布局可保证系统的高效运行。

地下水源热泵对井抽灌系统回灌能力研究

以西安市某水源热泵系统为例,建立对井抽灌渗流场模型,反演计算抽水过程与回灌过程的渗透系数,模拟分析含水层参数与井参数对热泵系统回灌能力的影响。结果表明:渗透系数是影响回灌能力的重要因素;相同含水层厚度条件下,应优先选择完整井地下水源热泵系统;减小抽灌井距对提高井的回灌能力效果不明显,但会提高发生热贯通的可能性;增大井径可减小抽水和回灌的压力,但会增加井的投资。回扬可显著提高回灌能力,越是回灌困难的系统,回扬效果越明显。

地能利用过程抽灌井区热贯通及其定量分析

在地下水源热利用过程中,抽、灌井区热贯通导致地能利用的衰减已经成为逐步显现的工程问题.针对几种典型井群布置模式下的热贯通问题,利用模拟计算手段,比较了抽、灌井区的热贯通时间差异和程度.通过衡量井群区域温度的扩散传输范围和速率,定量分析判断能量利用过程中的热贯通效应,为控制热贯通提供衡量参数和控制依据.研究表明,在一定的抽、灌热流动条件下,井群布置方式决定着热贯通的影响范围和程度,以及对抽灌井区能量的有效利用程度有着明显影响.

热渗耦合的地下水源热泵抽灌井传热数值模拟

基于达西定律,分析了饱和区土壤中地下水源热泵抽灌井传热机制,构建了热渗耦合共同作用下的数学模型,研究了有无地下水渗流及渗流速度对抽灌井周围温度场变化的影响,使用COMSOL Multiphysics软件对建立的模型进行了分析模拟。实例结果表明,该模型具有较好的适用性,为系统的优化设计与参数合理匹配提供了理论支持。

细颗粒沉积物分布区地下水源热泵抽灌井施工工艺探讨

郑州市广泛分布着第四系松散堆积物,其特点是颗粒细,厚度大,含水介质主要为细颗粒的砂层。由于地下水富水性好,目前郑州市浅层地温能开发利用主要以地下水地源热泵工程为主。传统正循环泥浆钻探工艺施工的地温空调井,普遍存在洗井困难、涌水量和回灌量偏小的问题,在很大程度上限制了地下水地源热泵工程的推广使用。针对这一问题,本次采用泵吸反循环工艺施工地温空调井。施工过程及试验数据对比分析表明,在细颗粒松散沉积物分布区,采用泵吸反循环钻探工艺施工地温空调井,对提高施工进度、增大出水量和回灌量等方面具有显著优势,可以为类似地区地温空调井的施工提供借鉴。

含水层构造对抽灌水温变特性的影响

针对不同含水层构造抽灌井群地下温度场的演化规律进行实验研究,分析相同井群抽灌量和几何参数条件下,不同含水层介质的热湿运移规律及热交互影响。研究表明:含水层岩性的变化对井场热贯通时间的影响较大,对后期的热交互影响相对略小。粒块体结构较大的砂砾含水层,其井场热贯通时间明显缩短。含水层介质的分布状态对热交互影响较大,对热贯通时间的影响有大有小。对于均匀分布含水介质,各井抽灌量应尽量均匀分配,推迟热贯通发生和减弱热交互影响。对于非均匀分布含水介质,采用各井配置流量调整,可改善热湿均衡性,避免非均匀含水介质的不利影响。

应用水热运移数值模拟优化地下水源热泵系统抽灌井布局

合理布局抽水井和回灌井是地下水源热泵系统长期有效运行的关键因素。以郑州市郑东新区为例,利用HST3D软件建立水热运移数值模型,优化设计地下水源热泵系统抽灌水井布局,预测地下水源热泵系统长期运行后对含水层的水热影响。结果表明:介质比热容及渗透率分别对含水层温度及水位影响显著,是较敏感的参数。方案3(3个回灌井垂直天然流向分布且位于抽水井下游)为最佳布井方式。抽灌量900,1 200,1 500及2 000m3/d所对应的合理布井间距分别为50,65,70及75m。相应布井方案的水源热泵系统运行20a,对含水层温度场的影响仅限于200m×200m的范围,抽水井温度变化小于1℃。

抽灌同井季节性储能分析

为了探究抽灌同井季节性储能的可能性和潜力,采用经过现场试验验证过的数学模型对抽灌同井常年运行工况进行了数值模拟,并以抽回水温度为基础建立了季节性储能的定量分析模型.结果表明,由于热贯通的存在,前一个运行周期会对后面运行周期的抽水温度产生重大的影响,证实抽灌同井出现了明显的季节性储能现象.当负荷基本平衡时,逐年的抽水平均温度和储能比基本保持不变.对于北京地区夏冬运行模式,此时季节性储能提供了约73%的低位热量和24%的热汇.而当累积负荷不平衡时,热源井的抽水温度出现明显升高或降低,严重时使热源井失效.

热源井抽灌同井连续取/放热特性试验

针对抽灌同井连续运行特性的研究不足,利用单井循环地下换热系统砂箱试验台,以沈阳和上海2地采暖期和空调期的时间尺度为依据,分别开展了连续取热和连续放热2种运行模式下抽灌同井运行特性的试验研究。结果表明,抽灌同井在该试验条件下对取热工况更加敏感,取热比放热更为困难。在连续取热工况下,含水层在受到外界初次干扰的影响更为明显,第2个运行周期的累计取热量降幅为6个运行周期累计取热量降幅的57.1%。在热/冷负荷占优的地区,应根据建筑负荷采取辅助手段及时对含水层进行热量/冷量补给,保证热泵机组高效运行。

抽灌模式对含水层采能区热渗场的影响

以西安市御品轩食品工业园试验场为研究区,建立三维水热耦合数值模型,模拟预测不同抽灌井布局方案下地下水渗流场和温度场的演化规律。结果表明,含水层地温场的变化不仅与地下水的天然流场有关,而且受抽灌井布局的影响,直线型异侧回灌模式对地温场的影响大于直线型同侧回灌模式。井距越大,抽水井发生热贯通的时间越长。从利于回灌角度看,直线型异侧回灌优于直线型同侧回灌;从控制热贯通效果看,直线型同侧回灌优于直线型异侧回灌。针对试验场地的具体条件,两种井群布置方案均突破了热贯通现象,仅考虑渗流场的影响,最优布井模式为直线型异侧回灌。

热-渗耦合的井抽灌系统对地温场的影响

针对水源热泵抽灌对地温场的影响,运用Comsol Multiphysics多物理场全耦合软件建立热-渗耦合的数值计算三维模型。对比分析不同回灌量下地温场分布云图和不同回灌量下地温场的分布规律,得出单井回灌量越大热影响半径越大、同时热峰面向抽水井方向运移速度越快,达到热贯通时间越短;前期系统运行回灌井附近区域温度变化明显,后期系统运行对回灌井周边较远区域温度变化较影响明显;不同位置热运移规律均与渗流速度相关,影响半径基本与渗流速度呈正比。

长周期抽灌井群地下热状态分析

地下水源热利用存在诸多问题,其中抽灌井区热贯通导致地能利用的衰减失效已成为逐步显现的问题。针对抽灌井群地能利用长期过程的地下热贯通问题,利用模拟计算手段,分析井群不同抽灌温差作用的抽水温度变化、热贯通差异及热交互影响。结果表明,小温差大流量工况的抽水平均温度在供暖期较高,制冷期较低,具有无可比拟的优势。此外,热贯通发生时间早不意味着热交互程度就严重,反之亦然,须同时对系统运行时间内的抽水平均温度进行实时监测。

地下水源热泵抽灌系统优化布置

为研究地下水源热泵系统抽灌井的合理布置形式,避免在抽水及回灌过程中发生热贯通,进行抽水与回灌试验取得涌水量、回灌率及含水层渗透系数等,以三维地下水渗流和地下多孔介质传热为基本理论,建立地下水源热泵抽灌系统的三维模型,模拟不同抽灌井布置条件下地温场及抽水井温度的变化情况,依据热贯通发生的时间和程度,选取抽灌井的最优布置形式,结果表明,在运行期内抽灌井采用直线型布置时,抽水井温度升高最少,热贯通发生时间最晚,抽灌井间距以取48m为宜。

群井抽灌系统空间布置对水源热泵系统影响研究

应用TOUGH2软件模拟群井抽灌系统条件下,通过改变含水层在抽水量大小,抽灌井在不同空间方位上的间距、不同水文地质条件以及在地下水流动方向等因素,对含水层温度场的影响演化进行研究,尤其针对含水层发生热突破以及井群发生干扰等实际水源热泵工程中遇到的问题进行分析研究。

井群抽灌量的地能利用热流变研究

利用含水层抽灌水运移实验,系统研究了抽灌量对地下水地源热泵抽灌井群区域含水层热运移过程及其井场热流变的影响,分析了井群抽灌过程含水层温度场演变、水位场及渗流场变化特性,并依此比较了抽灌井区热贯通差异和热交互影响程度。研究表明,在抽灌一致条件下,抽灌量增加,含水层水位水力坡度迅速加大,导致回灌水运移速度加快,热贯通明显,同时抽水温度变化加剧,热交互的温度变化率增加。因此,选择适宜的井群抽灌量尤为必要。