260- 地下水群井抽灌井间距取值分析.pdfVIP

地下水群井抽灌井间距取值分析 中信建筑设计研究总院有限公司 於仲义 陈焰华 雷建平 胡磊 摘要：基于武汉市第四系全新统孔隙承压水含水层的水文地质条件，利用建立的地下水 渗流和热迁移耦合数学模型，在保持抽水井之间的间距不变的情况下，变换抽灌井数比和不 同布井方式，对在制冷期内的不同热源井布局进行运行模拟，分析不同抽灌井之间的井间距 时抽水井温度变化规律，获取地下水源热泵抽水井周围存在多口能直接影响抽水的回灌井时 存在33m~66m 的最小井间距值，为相关的实际工程应用提供设计参考和优化依据。 关键词：孔隙承压水含水层 地下水渗流 热迁移 布井方式 抽灌井间距 1 引言 地下水地源热泵以其水温相对恒定、运行稳定和节能环保的优势，已成为可再生能源利 用的主要技术之一。依托地下含水层，构筑抽水、回灌井群提取地下水中的冷热量，通过热 泵主机解决冬季供暖、夏季制冷的需求。目前，国内外对热泵制冷制热性能的研究和开发利 用已达到较为成熟的水平，研究焦点逐渐转向地下水资源科学利用，但大多集中在同井及对 井抽灌系统[1] 。在实际工程中，常涉及到群井的抽灌系统，井群附近的热量迁移和水动力循 环更加活跃，含水层热流变也更加复杂，导致热泵运行期间发生热贯通现象，降低了运行效 果，影响运行稳定性[2] 。 群井之间的间距大小是直接影响着地下水地源热泵热贯通程度的重要因素，应合理确定 抽、灌井间的井距，调整抽、灌井间的相对位置，以利于地下水地源热泵节能安全运行。本 文通过建立地下水渗流和热迁移耦合的数学模型，针对武汉市第四系全新统孔隙承压水含水 层的水文地质条件，在其他条件相同的情况下变换抽灌井数比和不同布井方式，对在制冷期 内的不同热源井布局进行运行模拟，分析不同井间距时抽水井温度变化结果以获取地下水源 热泵较为合适的最小井间距范围值，为相关的工程应用提供理论参考依据。 2 地下水热运移模型 2.1 数学模型 地下水地源热泵供冷供热用地下水抽灌过程是水在多孔介质中的流动和传热过程。根据 典型单元体内流体和多孔介质的能量守恒定律，主要考虑固、液体、两相介质中热传导、热 [3] 对流和热弥散过程以及源项的作用，推导出地下水渗流和热迁移耦合数学模型 。 对于地下水渗流过程： ∂P ∂T ∂P ρk  * nρ βp +nρ βT +ραb ∇ (∇P +ρg ) +qρ （1） 0 0   ∂t ∂t ∂t  µ  对于热迁移过程： ∂P ∂T ∂P ∂T ∂P ∂T ( ) 1 n c n c T n c T c T n c − c T + − ρ β + ρ β +ρα + ρ ρ α ρ 0 p f 0 T f b f f s s b f f ∂t ∂t ∂t ∂t ∂t ∂t [( ( ) ) ] [ ] ( ) * * n n I T nD T n c T q q c T