摘要:

针对目前应用广泛的基坑降水井群设计方法,利用优化理论和Excel方法,以总排水量最小为目标函数,以控制点水位降深建立约束条件,对基坑降水井群的设计进行优化.并通过实例说明了该方法在基坑设计中的有效性.

摘要:

区域水资源能否可持续开发利用是区域可持续发展的重要制约因素.地下水水流模拟模型在区域水资源开发利用中发挥了重要的决策指导作用.然而,模拟模型在投入运营后,随着开采条件的变化和人为因素影响,预测结果会发生较大变化.监测模型运行的反馈信息,不断调整模型参数,寻求在可持续利用条件下的最优开发方案是需要迫切解决的课题.本文应用实例通过对自然、经济、地质、环境等条件分析,建立了基于地下水系统结构和水流状态的可持续开发利用模型.结果表明,所建模型较好地解决了该区域地下水资源开发过程中出现的问题,增强了模型运行的可操作性,克服了模拟模型只用于预测的缺陷.对区域水资源的可持续开发利用是一次有益的探索和尝试.

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为建立井群换热快速求解模型并研究其热干扰特性,提出了一种基于解析-数值计算的混合解模型,以16井群为研究对象,通过试验和数值模拟的方法研究了井群热干扰特性.研究结果表明:随着换热的进行井群中各井间产生热干扰并逐渐增强,同一运行时刻中井受热干扰程度最大、边井次之、角井则最小;由于井间热干扰的影响,角井换热能力最大、井壁温度最低,边井换热能力和井壁温度居中,中井换热能力最小、井壁温度最高,则运行90 d时角井换热量比边井大6.5％,边井换热量比中井大7.1％;角井对井群换热量的贡献率随换热时间延长逐渐增加,中井对井群换热量的贡献率则逐渐减少,而边井对井群换热量的贡献率基本不变.

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地下水源热泵能否长久高效运行,核心问题在于地下水的回灌问题.我国经过“十一五”期间可再生能源建筑应用示范项目和“十二五”期间可再生能源建筑应用示范城市和农村示范县的组织实施,已完成超过亿平方米的地下水源热泵示范项目.项目实施过程中,不乏有项目运行几年,出现回灌不畅、回灌不彻底甚至无法回灌的现象.本文为“十二五”国家科技支撑计划项目《浅层地热能集成应用技术与评估及示范》(2011BAJ03B09)的研究成果,以中粗砂地层典型地层为例,从回灌系统设计、回灌井及系统施工、系统维护保养、关键工艺技术提出不同的回灌要求,以确保地下水完成回灌,实现地下水源热泵的长期高效运行.

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抽水融冰技术是解决高寒地区引水渠道冰害的重要措施,广泛应用于新疆的红山嘴、金沟河和青年水电站以及青海省的香加水电站.该文根据水流热平衡理论,综合考虑水力、热力、气候等条件对不冻长度影响,从理论上得到了不冻长度的计算公式,并用工程实测资料进行了验证,结果表明:引水渠道不冻长度计算结果与原型实测值符合较好,最小误差6.2%,最大误差29.5%;不冻长度与渠道来水流量、井水注入量、井水水温、大气温度、日太阳辐射量成正比,与风速、大气饱和差、日降雪量成反比;其中,渠道来水流量对不冻长度影响较小,井水注入量、大气温度、风速等对不冻长度影响较显著;且保持其他条件不变,井水注入量每增加0.02 m3/s,不冻长度以400 m递增;大气温度每降低5 ℃,不冻长度减小幅度为16.1%~31.3%;风速从0.5 m/s增加到6.0 m/s,不冻长度减小幅度为4.3%~53.0%;此研究可为解决寒区水电站引水渠道冰灾防治问题提供科学依据.

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为探讨抽水融冰技术解决严寒地区渠道冰害的效果,以新疆玛纳斯河流域红山嘴二级电站引水渠道为研究对象,对多口融冰井同时运行条件下引水渠道水温变化过程进行三维模拟,其模拟结果和原型观测结果平均相对误差为4.61％,验证了数值模拟的可靠性.在此基础上,通过改变井水流量、井前渠水流量和水温、外界大气温度等条件,对混合水温沿程变化过程进行了模拟.结果表明:1)仅将井水流量变为原来的50％和1.5倍时,井水注入量与混合水温成正比,且对混合水温的影响较大;2)仅将井前渠道水温分别降低和升高0.2和0.4℃时,井前渠道水温与混合水温成正比,且对混合水温的影响也较大,因此增大井水流量或者合理布置井群是抽水融冰最有效的方法;3)根据井前渠道水温为0.1℃,井前渠水流量分别为10、15、20和25 m3/s,大气温度分别为-5、-10、-20和-30℃的模拟结果,得到了各井的不冻长度值,且随着井前渠道流量增大和外界大气温度降低,融冰井的不冻长度均随之减小,最后给出了在不同井前渠道流量和不同气温条件下融冰井的不冻长度和井的布置桩号等合理优化布置方案,此研究为解决寒区水电站引水渠道冰灾防治问题提供科学依据.

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针对U型地埋管换热器的特点,在分析单井换热器换热量的基础上,考虑到多井换热器井与井之间传热的相互干扰,提出了一种用于U型地埋管井群换热器数值计算的9井模型,这种模型在数值计算时既能代表一般井群换热的规律,又便于计算机处理,为实际工程中分析井群换热规律提供了很好的理论依据.

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讨论了用遗传算法求解优化问题的基本原理、参数的确定方法及解题的基本步骤.通过对假设疏干井群优化设计管理模型的计算,讨论了遗传算法在地下水疏干井群优化设计中应用的有效性和优越性.

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针对目前应用广泛的基坑降水井群设计方法,利用优化理论和Excel方法,以总排水量最小为目标函数,以控制点水位降深建立约束条件,对基坑降水井群的设计进行优化.并通过实例说明了该方法在基坑设计中的有效性.

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为保证傍河水源地水资源的可持续开发利用,并尽量减少由此对生态环境造成的负面影响,对水源地的开采井群进行优化设计是必要的.本研究以开采量(20×104m3·d-1)和地下水位允许降深(14 m)为目标函数,以袭夺江水比例、地下水位降落漏斗范围、理论单井供水能力为约束条件,以开采井数量、井间距离、井河距离3个设计参数为变量,应用Visual MODFLOW 2010.0软件对地下水流场的演化规律进行了模拟预测,并基于预测结果对设计方案进行了比选,得到了最优参数组合.结果表明:9口开采井、井间距离为100m、井河距离为50m为最优方案;在该方案条件下,傍河水源地的供水能力为2.1×105m3·d-1,其中袭夺的江水量占66％;形成的地下水位降落漏斗面积为2.8×106m2,中心区降深为11.5m,对环境产生的扰动最小,环境负效应也最小.