淺層地?zé)犴?xiàng)目

唐山市淺層地?zé)豳Y源應(yīng)用與研究設(shè)計項(xiàng)目匯報課題負(fù)責(zé)人：張延軍教授2015年4月匯報提綱：一、項(xiàng)目概況及開展二、完成的工作三、取得的成果四、下一步的工作匯報提綱：一、項(xiàng)目概況及開展二、完成的工作三、取得的成果四、下一步的工作一、項(xiàng)目概況及開展項(xiàng)目名稱：唐山市淺層地?zé)豳Y源應(yīng)用與研究設(shè)計；承擔(dān)單位：河北省地礦局第二地質(zhì)大隊與吉林大學(xué)。一、項(xiàng)目概況及開展1、設(shè)計垂直地埋管換熱的軟件并申請軟件著作權(quán)；2、至少發(fā)表文章1篇；3、項(xiàng)目研究報告1份；4、光盤2張，包括：相關(guān)的數(shù)值模型、軟件代碼以及電子版資料。預(yù)期成果：一、項(xiàng)目概況及開展項(xiàng)目執(zhí)行：2014年1月～5月，野外調(diào)查（鄉(xiāng)居假日現(xiàn)場調(diào)查、唐海場地試抽水試驗(yàn)）、收集相關(guān)資料；2014年6月，建立鄉(xiāng)居假日群井抽灌系統(tǒng)的物理模型；

2014年7月，野外調(diào)查（唐海場地?zé)犴憫?yīng)試驗(yàn)）、收集相關(guān)資料；

2014年8月～9月，設(shè)計地源熱泵（GSHP）模擬設(shè)計軟件并申請軟件著作權(quán)；

2014年10月，野外調(diào)查（韓城場地?zé)犴憫?yīng)試驗(yàn)）、收集相關(guān)資料；

2014年11月～2015年3月，所收集資料的整理與分析、鄉(xiāng)居假日群井抽灌系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究。匯報提綱：一、項(xiàng)目概況及開展二、完成的工作三、取得的成果四、下一步的工作二、完成的工作2.1完成工作綜述2.2野外調(diào)查2.3資料收集分析工作2.4地源熱泵（GSHP）模擬設(shè)計軟件2.5鄉(xiāng)居假日場地的群井抽灌數(shù)值模擬二、完成的工作2.1完成工作綜述完成工作綜述地源熱泵模擬設(shè)計軟件群井抽灌數(shù)值模擬野外調(diào)查資料收集分析工作二、完成的工作2.2野外調(diào)查參與配合河北省地礦局第二地質(zhì)大隊各項(xiàng)野外試驗(yàn)并監(jiān)測記錄地下水水溫，包括：鄉(xiāng)居假日場地調(diào)查、唐海場地的試抽水試驗(yàn)、唐海場地的熱響應(yīng)試驗(yàn)、韓城場地的熱響應(yīng)試驗(yàn)。二、完成的工作2014年1月上旬，野外調(diào)查：鄉(xiāng)居假日場地調(diào)查。二、完成的工作2014年5月下旬，野外調(diào)查：唐海場地試抽水試驗(yàn)，并進(jìn)行slug試驗(yàn)。二、完成的工作2014年7月下旬，野外調(diào)查：唐海場地?zé)犴憫?yīng)試驗(yàn)，并監(jiān)測記錄地下水溫情況。二、完成的工作2014年10月上旬，野外調(diào)查：韓城場地?zé)犴憫?yīng)試驗(yàn)，并監(jiān)測記錄地下水溫情況。二、完成的工作2.3資料收集分析工作通過河北省地礦局第二地質(zhì)大隊收集工作區(qū)各類報告、監(jiān)測數(shù)據(jù)10余份；查閱國內(nèi)外水源熱泵、群井抽灌、熱響應(yīng)試驗(yàn)文獻(xiàn)100余篇。二、完成的工作資料收集：報告河北省唐山市區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合勘察報告；冀北平原農(nóng)田供水水文地質(zhì)勘察報告；唐山大陸地產(chǎn)鄉(xiāng)居假日A3區(qū)空調(diào)井竣工報告；鄉(xiāng)居假日住宅區(qū)A4區(qū)空調(diào)井竣工報告；豐南區(qū)醫(yī)院淺層地?zé)崮茉u估報告；鳳城盛世測試報告；開灤救援隊測試報告；御園小區(qū)測試報告圖件冀東農(nóng)田供水掃描圖件；唐山市供水水文地質(zhì)勘察報告掃描圖件；唐山市水工環(huán)綜合勘查掃描圖件監(jiān)測數(shù)據(jù)大陸物業(yè)鄉(xiāng)居假日項(xiàng)目A1、A3、A4、A5組團(tuán)水源熱泵機(jī)房巡視表；鄉(xiāng)居假日測井?dāng)?shù)據(jù)二、完成的工作二、完成的工作大陸物業(yè)鄉(xiāng)居假日項(xiàng)目A1、A3、A4、A5組團(tuán)水源熱泵機(jī)房巡視表二、完成的工作二、完成的工作鄉(xiāng)居假日測井?dāng)?shù)據(jù)二、完成的工作資料分析：由唐山地區(qū)相關(guān)報告了解了唐山地區(qū)的氣象、水文與地質(zhì)概況。氣象：

唐山屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。氣候具有春季干燥、夏季炎熱、秋季涼爽、冬季寒冷的特點(diǎn)。恒溫層深度35m，恒溫層溫度12.6℃，多年平均地面溫度12～13.2℃(1959～1970氣象局資料)。二、完成的工作水文：

唐山市區(qū)地表水體主要由河流、水庫和塌陷坑組成。城區(qū)主要河流為陡河、青龍河。陡河：自城區(qū)東部由北向南流過，全長120km，流域面積為1340km2；城區(qū)內(nèi)長約21km，流域面積170km2，為常年淡水河。青龍河：自城區(qū)西部由北向南流過，屬雨水、污水混排河道，也是唐山市區(qū)西部唯一排水河道，平水期平均流量2.47m3/s，境內(nèi)全長10km，流域面積52km2。

二、完成的工作綜合水文地質(zhì)圖二、完成的工作地質(zhì)：唐山地處燕山南麓，地勢北高南低，北部為低山丘陵區(qū)，地勢較高較陡，侵蝕較強(qiáng)，沖溝發(fā)育，南部為沖洪積傾斜平原區(qū)，由灤河、陡河、沙河的多起沖洪積扇構(gòu)成，地勢平坦。西南角地勢低洼，為沖湖積平原。唐山城區(qū)構(gòu)造位置地處燕山臺褶帶東段南緣與華北坳陷區(qū)黃驊坳陷的交界地帶，基底構(gòu)造活動強(qiáng)烈，燕山運(yùn)動奠定了構(gòu)造格局，塑造了主要構(gòu)造骨架。褶皺構(gòu)造主要為開平向斜和碑子院背斜，斷裂構(gòu)造主要有北北東向的陡河斷裂、唐山斷層、東西向的大八里莊斷層以及北西向的大城山北坡斷層等。二、完成的工作工程地質(zhì)圖環(huán)境地質(zhì)圖二、完成的工作所收集的監(jiān)測資料經(jīng)過整理分析得到了鄉(xiāng)居假日各組團(tuán)水源熱泵機(jī)房進(jìn)出水溫變化情況。二、完成的工作所收集的監(jiān)測資料經(jīng)過整理分析得到了供水井水溫溫度變化情況。二、完成的工作所收集的監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過整理分析得到了熱響應(yīng)試驗(yàn)場地地下水溫度變化情況。二、完成的工作2.4地源熱泵（GSHP）模擬設(shè)計軟件二、完成的工作地源熱泵（GSHP）模擬設(shè)計軟件界面的編寫。二、完成的工作本次項(xiàng)目使用TOUGH軟件進(jìn)行數(shù)值模擬研究。TOUGH(TransportofUnsaturatedGroundwaterandHeat)是非飽和地下水流及熱流傳輸?shù)挠⑽目s寫，它是可以模擬多相流、多組分及非等溫的水流及熱量在一維、二維和三維孔隙或裂隙介質(zhì)中運(yùn)移情況的數(shù)值模擬軟件。2.5鄉(xiāng)居假日群井抽灌系統(tǒng)的數(shù)值模擬二、完成的工作由河北省地礦局第二地質(zhì)大隊所提供的鄉(xiāng)居假日場地資料建立了群井抽灌系統(tǒng)的基本物理模型。二、完成的工作模型三維示意圖二、完成的工作模型三維示意圖二、完成的工作模型三維示意圖二、完成的工作模型正面圖二、完成的工作A1A3A4A5合計供水井376218回水井91411640合計122117858以及未用井9口，飲用井3口。根據(jù)資料對模型中的供水井與回水井?dāng)?shù)量設(shè)置如下：二、完成的工作模型邊界條件為：模型邊界為恒溫邊界；地下水方向?yàn)楸睎|向向南西向流動，水溫為13℃。

模型初始條件為：1、每口供水井的抽水量為80m3/h即22.2kg/s；2、回水井的回水溫度為6℃；3、供水井與回水井的抽灌深度為65～85m；4、整個模型模擬時間為10年。二、完成的工作根據(jù)鄉(xiāng)居假日場地區(qū)域地下水分層，場地可分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三個含水組，第Ⅱ含水組為潛水，其余為承壓水，其中第Ⅲ含水組又可分為Ⅲ1、Ⅲ2兩個亞組。由于前期施工A1、A3、A4、A5組團(tuán)，地源熱泵熱泵井均同時開采Ⅲ1、Ⅲ2兩層水現(xiàn)以為同一水位。二、完成的工作1地表0～13粉質(zhì)粘土～粉細(xì)砂2潛水含水層13～30中細(xì)～中粗砂3隔水層30～35粘性土層4承壓含水層35～100中細(xì)砂～礫卵石5隔水層100～105粘性土層6含水層及基巖裂隙含水組105～150中細(xì)～中粗砂二、完成的工作由勘察報告設(shè)置模型中巖土體的各項(xiàng)參數(shù)。地層密度kg/m3孔隙比滲透系數(shù)m/d導(dǎo)熱系數(shù)W/(m﹒K)比熱容KJ/(kg﹒K)1地表2.10.621.51.42潛水含水層2.00.4572.871.453隔水層1.950.30.51.751.64承壓含水層2.20.41002.471.355隔水層1.950.30.51.751.66含水層及基巖裂隙含水組2.00.45302.871.45二、完成的工作軟件的參數(shù)設(shè)置二、完成的工作軟件運(yùn)行示意圖匯報提綱：一、項(xiàng)目概況及開展二、完成的工作三、取得的成果四、下一步的工作三、取得的成果2.1地源熱泵（GSHP）模擬設(shè)計軟件的軟件著作權(quán)2.2鄉(xiāng)居假日場地的群井抽灌數(shù)值模擬三、取得的成果2.1申請了地源熱泵（GSHP）模擬設(shè)計軟件的軟件著作權(quán)三、取得的成果三、取得的成果2.2鄉(xiāng)居假日群井抽灌系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究由于鄉(xiāng)居假日水源熱泵系統(tǒng)是由2011年開始逐步投入運(yùn)行，目前運(yùn)行時間為3個供暖期。將第3年模擬結(jié)果與2014年實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而驗(yàn)證模型的可靠性。三、取得的成果第1年第2年第3年溫度模型正面剖面圖（75m）三、取得的成果第3年溫度模型三維立體圖三、取得的成果第3年溫度模型三維立體圖三、取得的成果實(shí)測模擬A1組團(tuán)1號井三、取得的成果實(shí)測模擬A1組團(tuán)4號井三、取得的成果模擬實(shí)測A3組團(tuán)8號井三、取得的成果模擬實(shí)測A3組團(tuán)15號井三、取得的成果模擬實(shí)測A3組團(tuán)15號井三、取得的成果A4組團(tuán)18號井模擬實(shí)測三、取得的成果模擬實(shí)測A5組團(tuán)6號井三、取得的成果將第3年模擬結(jié)果與2014年實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比之后，可得出如下結(jié)論：

A1、A3以及A5組團(tuán)模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)比較接近，誤差比較??；

A4組團(tuán)模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)存在一定偏差，模擬結(jié)果比較穩(wěn)定而實(shí)測溫度呈上升趨勢，但最終的溫度比較接近。

三、取得的成果4年6年溫度模型正面剖面圖（75m）三、取得的成果8年10年溫度模型正面剖面圖（75m）三、取得的成果第10年溫度模型三維立體圖三、取得的成果第10年溫度模型三維立體圖三、取得的成果由第10年模擬結(jié)果可知：A1和A5組團(tuán)溫度下降較少，主要原因是由于A1和A5組團(tuán)在冬季供暖的同時進(jìn)行了夏季供冷運(yùn)行模式，使得地下水溫度在一定程度上得到了平衡。

而A3、A4組團(tuán)由于只采用了冬季供暖單相運(yùn)行模式，所以地下水溫度下降相對較明顯。三、取得的成果A3組團(tuán)8號供水井模擬溫度曲線三、取得的成果A4組團(tuán)18號供水井模擬溫度曲線三、取得的成果A3組團(tuán)7口供水井平均下降溫度約4℃，其中下降最多的是8號供水井，下降約6℃。A4組團(tuán)6口供水井平均下降溫度約4.5℃，其中下降最多的是18號供水井，下降約7℃。三、取得的成果優(yōu)化方案一

通過交替A3和A4組團(tuán)抽灌井的位置以達(dá)到恢復(fù)地下水水溫的目的。

A3組團(tuán)具體的交替方案為7口供水井替換為回水井而5號、6號、9號、10號、18號、20號、22號回水井替換為供水井。A4組團(tuán)具體的交替方案為6口供水井替換為回水井而1號、3號、4號、6號、11號、14號回水井替換為供水井。

該優(yōu)化方案一年交替一次。三、取得的成果4年6年溫度模型正面剖面圖（75m）三、取得的成果8年10年溫度模型正面剖面圖（75m）三、取得的成果第10年溫度模型三維立體圖三、取得的成果第10年溫度模型三維立體圖三、取得的成果由之前的模擬結(jié)果可知A3和A4組團(tuán)溫度下降最多的分別為8號和18號井，現(xiàn)通過觀察優(yōu)化之后的A3組團(tuán)8號井和A4組團(tuán)18號井的溫度變化以判斷優(yōu)化方案的優(yōu)化效果。三、取得的成果

A3組團(tuán)8號供水井模擬溫度曲線三、取得的成果圖為優(yōu)化前后A3組團(tuán)8號井的溫度對比圖，由圖可以看出優(yōu)化之后8號井的地下水水溫的下降程度得到了一定的緩解，預(yù)計在第10年的溫度將比優(yōu)化前提高0.8℃。三、取得的成果

A4組團(tuán)18號供水井模擬溫度曲線三、取得的成果圖為優(yōu)化前后A4組團(tuán)18號井的溫度對比圖，由圖可以看出優(yōu)化之后18號井的地下水水溫的下降程度得到了一定的緩解，預(yù)計在第10年的溫度將比優(yōu)化前提高0.7℃。三、取得的成果優(yōu)化方案二

對整個場地的群井抽灌系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，由同層抽灌改變?yōu)楫悓映楣唷?/p>

由于目前鄉(xiāng)居假日場地地下含水層的Ⅲ1、Ⅲ2兩層現(xiàn)以為同一水位。所以異層