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水源热泵回灌技术对地质结构的影响研究

作　者: 吴舒畅
导　师: 唐红
学　校: 武汉科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 地质结构回灌技术地面沉降优化设计
分类号: TU83
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 25次
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内容摘要

能源和环保是人类生存和发展的两大主题，是全球关注的问题。热泵技术作为可再生能源的高效节能技术，得到了广泛的应用。而水源热泵技术作为热泵技术的分支，因其成本相对低廉，更是得以迅速推广。然而，部分工程对所应用地区的水文地质条件欠分析，取水及回灌方式简单，对地下水资源的有效利用和地质结构造成不可逆转的破坏。为此，本文针对武汉地区典型工程案例，应用数值分析软件模拟的方式分析研究其回灌技术，探讨抽取地下水引起地质破坏的工作机理，及其对地下水的合理使用及回灌方式，以便于更好地指导水源热泵工程的推广应用。论文重点做了以下几方面的工作：(1)对武汉地区某30万平方米综合体项目在分析其水文地质条件基础上，完成了三次降深的稳定流抽水及回灌试验研究，完成了成井、抽水试验、回灌试验、水质取样等工作，形成了抽水试验综合成果图。分析了水位地质参数的变化对沉降量的影响，同时为解决同层回灌问题提供试验基础资料。(2)用Modflow软件对井群系统进行了数值模拟分析，将含水层-15m~-47m之间的岩土层依据地质概化为3个水平层，对比系统持续运行24h、120h、216h、720h的井群水流场变化，总结井群系统运行时地下水流动的一般规律。在假定水不可压缩的情况下，利用已有的相关公式推导了单位弹性释水系数与土层压缩模量、变形模量之间的关系，多角度动态显示地面沉降漏斗、水位漏斗的形成过程，联合分析城市地下水位降深与地面沉降的关系。(3)在模拟分析结果与试验实测推算比较的基础上，针对典型工程，分析探讨现有回灌技术情况，及影响回灌的各个因素，对抽取地下水（尤其是第四系水）及回灌方式提出有效的优化措施。本文所得结论和方法对水源热泵系统的抽取及回灌水技术设计、性能分析具有一定参考价值，也为水源热泵系统的推广应用提供了借鉴意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 引言  9-11
    1.1.1 课题研究的背景  9
    1.1.2 课题研究的意义  9-11
  1.2 国内外研究现状及研究成果  11-12
    1.2.1 国外研究现状  11
    1.2.2 国内研究现状  11-12
  1.3 目前国内水源热泵技术推广应用存在的主要问题  12-13
  1.4 武汉市推广水源热泵技术应用的基础条件  13-14
    1.4.1 国家产业政策  13
    1.4.2 武汉地区基础优势  13-14
  1.5 本文的主要研究内容及创新点  14-16
    1.5.1 主要研究内容  14-15
    1.5.2 技术特点与创新点  15-16
第二章地下水数值分析理论基础及地面沉降机理  16-30
  2.1 MODFLOW 程序简介  16-17
    2.1.1 MODFLOW 的发展及应用范围  16
    2.1.2 MODFLOW 的特点  16-17
  2.2 多孔介质中地下水流动的数学模型及其理论基础  17-27
    2.2.1 单元离散化  17-19
    2.2.2 地下水有限差分公式  19-25
    2.2.3 有限差分模型的迭代求解  25-26
    2.2.4 单元的划分及边界条件的处理  26-27
  2.3 地面沉降机理  27-29
    2.3.1 土的有效应力原理  27
    2.3.2 承压含水层应力变化分析  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章抽水及回灌试验研究  30-43
  3.1 工程概况  30-32
    3.1.1 工程概况  30
    3.1.2 工程环境概况分析  30-32
  3.2 试验目的及主要内容  32
  3.3 抽水试验  32-38
    3.3.1 试验方案  32-33
    3.3.2 试验井成井施工  33
    3.3.3 水文地质参数计算  33-34
    3.3.4 抽水试验数据  34-38
  3.4 回灌试验  38-40
    3.4.1 试验方案  38
    3.4.2 水文地质参数计算  38-39
    3.4.3 回灌试验数据  39-40
  3.5 试验结果分析  40-41
    3.5.1 地质评价  40-41
    3.5.2 水样分析  41
  3.6 本章小结  41-43
第四章地面沉降的研究分析  43-56
  4.1 模型的建立与分析  43-44
  4.2 井群系统渗流场的模拟分析  44-54
    4.2.1 不同含水层土质的取水回灌效率分析  44-51
    4.2.2 地下水流贯通的模拟分析  51-54
  4.3 地面沉降与地下水位变化关系的监测与分析  54-55
  4.4 本章小结  55-56
第五章回灌技术的优化探讨  56-61
  5.1 水源井回灌量主要因素的分析  56-57
    5.1.1 结构地质因素  56
    5.1.2 井径及井距因素  56
    5.1.3 回灌压力因素  56-57
    5.1.5 水源井状况因素  57
  5.2 提高水源井回灌效率的措施  57-58
  5.3 水源井的设计优化  58-59
  5.4 井群施工工艺设计优化  59
  5.5 本章小结  59-61
第六章结论与展望  61-63
  6.1 本文主要工作与成果  61-62
  6.2 有待进一步探讨的问题  62-63
参考文献  63-67
攻读硕士学位期间发表论文情况  67-68
致谢  68

水源热泵回灌技术对地质结构的影响研究

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