浅层地热项目

唐山市浅层地热资源应用与研究设计项目汇报课题负责人：张延军教授2015年4月汇报提纲：一、项目概况及开展二、完成的工作三、取得的成果四、下一步的工作汇报提纲：一、项目概况及开展二、完成的工作三、取得的成果四、下一步的工作一、项目概况及开展项目名称：唐山市浅层地热资源应用与研究设计；承担单位：河北省地矿局第二地质大队与吉林大学。一、项目概况及开展1、设计垂直地埋管换热的软件并申请软件著作权；2、至少发表文章1篇；3、项目研究报告1份；4、光盘2张，包括：相关的数值模型、软件代码以及电子版资料。预期成果：一、项目概况及开展项目执行：2014年1月～5月，野外调查（乡居假日现场调查、唐海场地试抽水试验）、收集相关资料；2014年6月，建立乡居假日群井抽灌系统的物理模型；

2014年7月，野外调查（唐海场地热响应试验）、收集相关资料；

2014年8月～9月，设计地源热泵（GSHP）模拟设计软件并申请软件著作权；

2014年10月，野外调查（韩城场地热响应试验）、收集相关资料；

2014年11月～2015年3月，所收集资料的整理与分析、乡居假日群井抽灌系统的数值模拟研究。汇报提纲：一、项目概况及开展二、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完成工作综述2.2野外调查2.3资料收集分析工作2.4地源热泵（GSHP）模拟设计软件2.5乡居假日场地的群井抽灌数值模拟二、完成的工作2.1完成工作综述完成工作综述地源热泵模拟设计软件群井抽灌数值模拟野外调查资料收集分析工作二、完成的工作2.2野外调查参与配合河北省地矿局第二地质大队各项野外试验并监测记录地下水水温，包括：乡居假日场地调查、唐海场地的试抽水试验、唐海场地的热响应试验、韩城场地的热响应试验。二、完成的工作2014年1月上旬，野外调查：乡居假日场地调查。二、完成的工作2014年5月下旬，野外调查：唐海场地试抽水试验，并进行slug试验。二、完成的工作2014年7月下旬，野外调查：唐海场地热响应试验，并监测记录地下水温情况。二、完成的工作2014年10月上旬，野外调查：韩城场地热响应试验，并监测记录地下水温情况。二、完成的工作2.3资料收集分析工作通过河北省地矿局第二地质大队收集工作区各类报告、监测数据10余份；查阅国内外水源热泵、群井抽灌、热响应试验文献100余篇。二、完成的工作资料收集：报告河北省唐山市区水文地质工程地质环境地质综合勘察报告；冀北平原农田供水水文地质勘察报告；唐山大陆地产乡居假日A3区空调井竣工报告；乡居假日住宅区A4区空调井竣工报告；丰南区医院浅层地热能评估报告；凤城盛世测试报告；开滦救援队测试报告；御园小区测试报告图件冀东农田供水扫描图件；唐山市供水水文地质勘察报告扫描图件；唐山市水工环综合勘查扫描图件监测数据大陆物业乡居假日项目A1、A3、A4、A5组团水源热泵机房巡视表；乡居假日测井数据二、完成的工作二、完成的工作大陆物业乡居假日项目A1、A3、A4、A5组团水源热泵机房巡视表二、完成的工作二、完成的工作乡居假日测井数据二、完成的工作资料分析：由唐山地区相关报告了解了唐山地区的气象、水文与地质概况。气象：

唐山属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明。气候具有春季干燥、夏季炎热、秋季凉爽、冬季寒冷的特点。恒温层深度35m，恒温层温度12.6℃，多年平均地面温度12～13.2℃(1959～1970气象局资料)。二、完成的工作水文：

唐山市区地表水体主要由河流、水库和塌陷坑组成。城区主要河流为陡河、青龙河。陡河：自城区东部由北向南流过，全长120km，流域面积为1340km2；城区内长约21km，流域面积170km2，为常年淡水河。青龙河：自城区西部由北向南流过，属雨水、污水混排河道，也是唐山市区西部唯一排水河道，平水期平均流量2.47m3/s，境内全长10km，流域面积52km2。

二、完成的工作综合水文地质图二、完成的工作地质：唐山地处燕山南麓，地势北高南低，北部为低山丘陵区，地势较高较陡，侵蚀较强，冲沟发育，南部为冲洪积倾斜平原区，由滦河、陡河、沙河的多起冲洪积扇构成，地势平坦。西南角地势低洼，为冲湖积平原。唐山城区构造位置地处燕山台褶带东段南缘与华北坳陷区黄骅坳陷的交界地带，基底构造活动强烈，燕山运动奠定了构造格局，塑造了主要构造骨架。褶皱构造主要为开平向斜和碑子院背斜，断裂构造主要有北北东向的陡河断裂、唐山断层、东西向的大八里庄断层以及北西向的大城山北坡断层等。二、完成的工作工程地质图环境地质图二、完成的工作所收集的监测资料经过整理分析得到了乡居假日各组团水源热泵机房进出水温变化情况。二、完成的工作所收集的监测资料经过整理分析得到了供水井水温温度变化情况。二、完成的工作所收集的监测数据经过整理分析得到了热响应试验场地地下水温度变化情况。二、完成的工作2.4地源热泵（GSHP）模拟设计软件二、完成的工作地源热泵（GSHP）模拟设计软件界面的编写。二、完成的工作本次项目使用TOUGH软件进行数值模拟研究。TOUGH(TransportofUnsaturatedGroundwaterandHeat)是非饱和地下水流及热流传输的英文缩写，它是可以模拟多相流、多组分及非等温的水流及热量在一维、二维和三维孔隙或裂隙介质中运移情况的数值模拟软件。2.5乡居假日群井抽灌系统的数值模拟二、完成的工作由河北省地矿局第二地质大队所提供的乡居假日场地资料建立了群井抽灌系统的基本物理模型。二、完成的工作模型三维示意图二、完成的工作模型三维示意图二、完成的工作模型三维示意图二、完成的工作模型正面图二、完成的工作A1A3A4A5合计供水井376218回水井91411640合计122117858以及未用井9口，饮用井3口。根据资料对模型中的供水井与回水井数量设置如下：二、完成的工作模型边界条件为：模型边界为恒温边界；地下水方向为北东向向南西向流动，水温为13℃。

模型初始条件为：1、每口供水井的抽水量为80m3/h即22.2kg/s；2、回水井的回水温度为6℃；3、供水井与回水井的抽灌深度为65～85m；4、整个模型模拟时间为10年。二、完成的工作根据乡居假日场地区域地下水分层，场地可分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三个含水组，第Ⅱ含水组为潜水，其余为承压水，其中第Ⅲ含水组又可分为Ⅲ1、Ⅲ2两个亚组。由于前期施工A1、A3、A4、A5组团，地源热泵热泵井均同时开采Ⅲ1、Ⅲ2两层水现以为同一水位。二、完成的工作1地表0～13粉质粘土～粉细砂2潜水含水层13～30中细～中粗砂3隔水层30～35粘性土层4承压含水层35～100中细砂～砾卵石5隔水层100～105粘性土层6含水层及基岩裂隙含水组105～150中细～中粗砂二、完成的工作由勘察报告设置模型中岩土体的各项参数。地层密度kg/m3孔隙比渗透系数m/d导热系数W/(m﹒K)比热容KJ/(kg﹒K)1地表2.10.621.51.42潜水含水层2.00.4572.871.453隔水层1.950.30.51.751.64承压含水层2.20.41002.471.355隔水层1.950.30.51.751.66含水层及基岩裂隙含水组2.00.45302.871.45二、完成的工作软件的参数设置二、完成的工作软件运行示意图汇报提纲：一、项目概况及开展二、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地源热泵（GSHP）模拟设计软件的软件著作权2.2乡居假日场地的群井抽灌数值模拟三、取得的成果2.1申请了地源热泵（GSHP）模拟设计软件的软件著作权三、取得的成果三、取得的成果2.2乡居假日群井抽灌系统的数值模拟研究由于乡居假日水源热泵系统是由2011年开始逐步投入运行，目前运行时间为3个供暖期。将第3年模拟结果与2014年实测数据进行对比，从而验证模型的可靠性。三、取得的成果第1年第2年第3年温度模型正面剖面图（75m）三、取得的成果第3年温度模型三维立体图三、取得的成果第3年温度模型三维立体图三、取得的成果实测模拟A1组团1号井三、取得的成果实测模拟A1组团4号井三、取得的成果模拟实测A3组团8号井三、取得的成果模拟实测A3组团15号井三、取得的成果模拟实测A3组团15号井三、取得的成果A4组团18号井模拟实测三、取得的成果模拟实测A5组团6号井三、取得的成果将第3年模拟结果与2014年实测数据进行对比之后，可得出如下结论：

A1、A3以及A5组团模拟结果与实测数据比较接近，误差比较小；

A4组团模拟结果与实测数据存在一定偏差，模拟结果比较稳定而实测温度呈上升趋势，但最终的温度比较接近。

三、取得的成果4年6年温度模型正面剖面图（75m）三、取得的成果8年10年温度模型正面剖面图（75m）三、取得的成果第10年温度模型三维立体图三、取得的成果第10年温度模型三维立体图三、取得的成果由第10年模拟结果可知：A1和A5组团温度下降较少，主要原因是由于A1和A5组团在冬季供暖的同时进行了夏季供冷运行模式，使得地下水温度在一定程度上得到了平衡。

而A3、A4组团由于只采用了冬季供暖单相运行模式，所以地下水温度下降相对较明显。三、取得的成果A3组团8号供水井模拟温度曲线三、取得的成果A4组团18号供水井模拟温度曲线三、取得的成果A3组团7口供水井平均下降温度约4℃，其中下降最多的是8号供水井，下降约6℃。A4组团6口供水井平均下降温度约4.5℃，其中下降最多的是18号供水井，下降约7℃。三、取得的成果优化方案一

通过交替A3和A4组团抽灌井的位置以达到恢复地下水水温的目的。

A3组团具体的交替方案为7口供水井替换为回水井而5号、6号、9号、10号、18号、20号、22号回水井替换为供水井。A4组团具体的交替方案为6口供水井替换为回水井而1号、3号、4号、6号、11号、14号回水井替换为供水井。

该优化方案一年交替一次。三、取得的成果4年6年温度模型正面剖面图（75m）三、取得的成果8年10年温度模型正面剖面图（75m）三、取得的成果第10年温度模型三维立体图三、取得的成果第10年温度模型三维立体图三、取得的成果由之前的模拟结果可知A3和A4组团温度下降最多的分别为8号和18号井，现通过观察优化之后的A3组团8号井和A4组团18号井的温度变化以判断优化方案的优化效果。三、取得的成果

A3组团8号供水井模拟温度曲线三、取得的成果图为优化前后A3组团8号井的温度对比图，由图可以看出优化之后8号井的地下水水温的下降程度得到了一定的缓解，预计在第10年的温度将比优化前提高0.8℃。三、取得的成果

A4组团18号供水井模拟温度曲线三、取得的成果图为优化前后A4组团18号井的温度对比图，由图可以看出优化之后18号井的地下水水温的下降程度得到了一定的缓解，预计在第10年的温度将比优化前提高0.7℃。三、取得的成果优化方案二

对整个场地的群井抽灌系统进行调整，由同层抽灌改变为异层抽灌。

由于目前乡居假日场地地下含水层的Ⅲ1、Ⅲ2两层现以为同一水位。所以异层