上海地下含水层储能技术与应用研究

本研究包括：开采条件下储能含水层动力特征试验研究；地下水采灌过程中地下水温度场的动态变化规律及含水层储能效率的研究；地下水采灌过程中地下水水质动态变化的研究；含水层储能工艺和管井回灌技术方法试验研究等方面。 通过研究查明了储能试验场的地质结构及含水层分布埋藏规律，取得了灌采前含水层的各项水热参数、土体工程地质参数。在地下水降落漏斗边缘布置了储能试验场，基本查明了单井冬灌、对井灌采、群井灌采试验的水动力场时空变化规律。依据不同灌采比地面沉降效应的试验研究，证明在一定灌采比情况下，可以提高地下水位、增加孔隙压力、减缓土层压缩，从而有利于控制地面沉降。查清了含水层地下水温度场冷、热量传输是以强迫对流为主。建立单井、对井、群井灌采水量与水温关系的三维热运动模型，并应用于四个储能井和三十四个观测井的大型试验场，获得较为理想的结果。基本查明了储能含水层常规离子的时空动态变化规律及水动力弥散作用机制，建立了回采水质与回采量的相关关系。控制一定灌采比，保持一定回灌水质可以局部地改善地下水水质，使其向淡化方向发展。这对沿海和干旱地区开展回灌、改善水质，有一定指导意义。 上海市多年回灌的实践证明，管井储能技术方法是比较成熟的。其中灌井的堵塞分析与处理，最佳灌采流程设计，有推广价值。 该项技术在上海已广泛应用于夏季空调降温，冷却、洗涤和冬季采暖给温、锅炉用水等方面，在国内外居领先地位。 2100433B

内容简介

本书是国家自然科学基金项目“储能地下含水层流动和传热特性的研究”的系统性总结。本书全面阐述了含水层储能的一般原理，建立了含水层储能耦合模型，研究了“冬灌夏用”、“夏灌冬用”的两阶段模型，介绍了避免发生储热井和储冷井间热导通的科学方法，论述了含水层储能系统的切能特性和经济性能，重点分析了储能系统功率和初投资的关系。本书共分10篇25章。第1篇介绍了地下含水层储能技术的起源、发展和现状；第2篇探讨了地下含水层储能原理及其运行系统；第3篇研究了地下水的特征、流动和传热问题；第4篇涉及地下水运动和地下含水层储能的数值模拟；第5篇展示了含水层储能的实验研究；第6篇阐述了储能方案的比较和分析；第7章具体讨论了储能系统的设计方法及优化。附录部分共三篇是相关的水文地质资料。

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岩溶-裂隙含水层地下水重金属污染防治及修复成功与否受岩溶-裂隙含水层高度非均质性的控制。本项目研究采用现场调查、模型研究与室内试验相结合的方法针对岩溶区地下水重金属污染迁移机理及修复技术方面开展研究。研究基于大量野外水文地质调查数据，分析岩溶管道发育分布特征，基于岩溶管道发育分布规律应用分形理论和3D打印技术相结合，建立了典型岩溶管道截面的二维分形几何数学模型，分析了分形维数、尺度系数、采样长度对于粗糙面的关系，使用分形维数反演岩溶管道截面，计算管壁粗糙度与分形维数定量关系；结合西南岩溶区存在大量冶炼废水潜在对地下水造成污染影响，对含高浓度重金属（锌、镉和锰）的模拟废水和实际冶炼废水在电絮凝处理过程中的处理参数优化，同时也对电能消耗、污泥产量和相应的去除机制进行了研究；通过采自西南地区不同灰岩样品进行重金属吸附试验，结果表明，碳酸盐岩基质本身对重金属具有一定的吸附容量，碳酸盐岩对重金属离子的吸附作用及天然吸附去除能力；通过试验研究分析裂隙的相关特征及其对溶质迁移的影响，根据试验设计的不同裂隙物理模型，针对裂隙连通性以及裂隙交角的大小对溶质迁移的规律性研究，根据对不同试验结果进行对比分析，结果显示不同交角对溶质在岩溶裂隙管道中的迁移扩散影响很大。上述研究结果为我国西南岩溶山区地下水污染防治、修复及风险管理提供重要基础数据，同时本次冶炼废水在电絮凝处理过程中的处理参数优化研究成果为电絮凝渗透性反应墙地下水重金属污染修复技术研究奠定理论基础。

岩溶-裂隙含水层的高度非均质性是控制地下水流和污染物迁移的关键因素，岩溶介质中地下水渗流和污染物迁移机理成为岩溶含水层研究的热点和难点。本申请结合我国西南地区岩溶发育特征及地下水重金属污染特点，以云南澜沧铅矿为研究基地，通过对生产矿山进行岩溶裂隙及坑道分布调查，对矿区凝灰岩岩样进行渗透试验、对流弥散和化学吸附解吸附试验，在此基础上对试验岩心进行高分辨率CT扫描，从而获取凝灰岩基质的渗透性特征及凝灰岩细观孔隙变化特征，分析重金属污染物在岩溶-裂隙非均质含水层中的迁移机理。同时对矿区岩溶裂隙分布、裂隙填充情况及其连通性进行专项调查，在此基础上应用分形理论建立不同尺度下的坑道及岩溶裂隙的分形几何模型，最后应用数值模拟方法模拟再现重金属污染物在坑道、凝灰岩基质、岩溶裂隙中的迁移转化过程。为此类含水层重金属矿山污染修复提供理论依据。