浅、薄含水层中地热能开发利用方法研究

【摘要】：为保证系统的高效安全运行，地下水源热泵多应用于含水层较厚、水位埋深较大的地区，而在浅、薄含水层地区一般少有应用，相应的研究文献也少见。 以浅、薄含水层为目的层，往往需要对开采层实施回灌，以满足热泵系统的需水量；这类含水层，地下水水位与水温天然动态变化较大，回灌又将比较明显地影响地下水水温，而水温又关系到热泵系统的需水量；因此，在一特定地段范围内，开采~回灌方案的合理布置，是热泵系统高效安全运行的基础。 安徽省泾县县城，位于青弋江出山口，区内沿青弋江两侧松散堆积物分布宽度为0.5~3.0km、厚度多小于15m；松散沉积物呈典型的二元结构，上部为厚度小于3m的粉砂质黏土、下部为卵砾石层，下伏基岩为泥砾岩；主要由卵砾石组成的含水层，单井出水能力与回灌能力可达20~30m~3/h。泾县医院热泵系统，设计最大需水量为230m~3/h，建设占地面积为6.8万m~2；根据实例所处地段的水文地质条件，建立地下水流场与温度场耦合的数值模拟模型；结合热泵系统建设要求，开展开采~回灌方案合理布置的研究。利用tough2软件，针对不同的开采~回灌方案，研究地下水流场和温度的变化规律，评价水源热泵系统应用效率。研究表明： 1、研究区含水层富水性好、单井出水能力较强，但可开采总量有限；为了满足热泵系统的需水量，需要对开采层实施回灌。在地下水流向的下游布置开采井群、在上游实施回灌，当井群距离达110m时，为最优抽水~回灌方案，但仍难以维持热泵系统的高效运行。 2、系统运行，对项目地段范围内的地下水温度场影响较大，开采井附近始终有一定程度的热贯通现象；应该增加辅助冷、热源，以保证系统的正常需求。 3、间歇期，地下水流场和温度场可以获得较快恢复。流场一般在30天可恢复到天然状态；温度场恢复相对较慢，在抽水~回灌最优方案中，到间歇期末，基本可恢复到天然状态。 【关键词】：一级阶地 浅薄含水层 潜水 抽水与回灌 地热能
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P641.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 致谢8-13
• 第一章 绪论13-16
• 1.1 研究背景13
• 1.2 研究内容及目的13-14
• 1.3 技术路线14-16
• 第二章 地下水源热泵系统工作原理16-22
• 2.1 地下水源热泵的工作原理及研究现状16-19
• 2.2 地下水源热泵所面临的问题和解决建议19-20
• 2.3 地下水热运移理论及实验研究现状20-22
• 第三章 地下水热运移原理22-37
• 3.1 土壤特性分析22-25
• 3.2 水文地质试验25-28
• 3.3 地下水源热泵设计28-31
• 3.4 地下水热运移模拟软件31-33
• 3.5 地下水渗流与热运移理论基础33-37
• 第四章 浅薄含水层中井群合理布局研究37-59
• 4.1 研究区水文地质条件37-41
• 4.2 数值模拟模型建立41-46
• 4.3 井群布局对地下水流场和温度场的影响分析46-59
• 第五章 结论及建议59-61
• 5.1 结论59
• 5.2 展望59-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65-66

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