地下水源热泵复合回灌堵塞物脱离机理及对地层环境的影响

Recharge clogging is universal in groundwater source heat pump engineering, and the clogging and repeated pump lifting can affect the operational efficiency markedly, and can also lead to seriously negative effect on groundwater and stratum environmental. Based on typical groundwater source heat pump engineering, dynamic detachment mechanism of compound stemming is the key and difficult points in research. Firstly, based on detachment tests and field monitoring, detachment mechanism of compound stemming is revealed, and the interaction mechanism between compound stemming and pore surface. After that, mathematical model of detach-transport-deposit process for compound stemming will be built on the basis of modified transport-deposit model, and redistribution law of compound stemming will be studied. Finally, upon on the above results, numerical analysis method of compound stemming detach-transport-deposit process will be developed, and quantitative calculation method of stratum parameter will be founded in the dredging process. Research achievements are expected to provide theoretical guidance for the recharge clogging analysis, dredging process and stratum environmental disaster prediction and control in GSHP.

地下水源热泵工程运行中普遍存在着回灌困难的问题，回灌堵塞和为清除堵塞而进行的反复回扬一方面会严重影响热泵系统的运行效率，另一方面也会对地下水及地层环境造成显著的负面影响。本项目以典型地下水源热泵工程为依托，以复合回灌堵塞物动态脱离机理为重点开展研究。首先，基于复合堵塞物脱离特性试验及现场监测成果，考虑井群抽回灌THM耦合条件下复合堵塞物与砂层孔隙壁面相互作用机制，揭示复合堵塞物脱离机理；随后基于改进的颗粒迁移-沉积模型建立复合堵塞物脱离-再迁移动态过程数学模型，并分析复合堵塞物重分布演化规律；在此基础上发展复合堵塞物脱离-再迁移过程数值分析方法，形成井群系统清淤过程中地层参数定量计算方法，进而预测洗井清淤效果并对地层环境变化进行评估。预期研究成果将为地下水源热泵工程回灌堵塞分析、回扬洗井和地层环境灾变预测及防控等提供理论支撑。

地下水源热泵工程运行中普遍存在着回灌困难的问题，回灌堵塞和为清除堵塞而进行的反复回扬一方面会严重影响热泵系统的运行效率，另一方面也会对地下水及地层环境造成显著的负面影响。本项目以典型地下水源热泵工程为依托，以复合回灌堵塞物动态脱离机理为重点开展研究。主要开展复合堵塞物与砂层孔隙壁面相互作用过程及脱离机理、复合堵塞物脱离-再迁移过程数学模型及沉积物重分布演化规律、清淤效果模拟分析及地层环境变化评估方法三个方面的研究工作。.通过项目研究，取得了系列研究成果。通过反映堵塞物质脱离及迁移特性的三维砂箱试验，获得了物理、化学及生物作用形成的回灌堵塞物在不同温度和渗流条件下的脱离特性及分布规律；通过分析复合堵塞物与砂层孔隙壁面相互作用机制，研究不同类型回灌堵塞物在脱离过程中的相互耦合过程，揭示了复合堵塞物在井群抽灌条件下的脱离机理；提出了复合堵塞物脱离-再迁移动态过程分析方法，建立了基于颗粒脱离理论的复合堵塞物脱离-再迁移动态过程数学模型；通过研究复合堵塞物脱离-再迁移后在地层中的重分布规律，揭示了堵塞物脱离-再迁移过程对地下水文地质参数的影响规律；根据建立的复合堵塞物脱离-再迁移动态过程数学模型和地下水源热泵抽回灌过程多场耦合研究成果，建立了清淤效果数值计算方法；提出了井群系统清淤过程中地层参数定量计算方法，提出回灌淤堵区判定准则、预测方法及井群布置优化方法。研究成果为地下水源热泵工程回灌堵塞分析、回扬洗井和地层环境灾变预测及防控等提供了理论支撑。