[发明专利]单井循环浅层地热系统中地下水流场的检测方法及装置

权利要求书

1.一种单井循环浅层地热系统中地下水流场的检测方法，其特征在于，包括：

建立承压含水层中单井循环浅层地热系统中地下水流动的数学模型，所述数学模型中的已知参数包括：抽水量、回灌量、含水层厚度、抽水井长度、隔水段长度、回灌井长度，所述数学模型中的未知参数包括：水平方向承压含水层至抽水井中心线的距离变化、竖直方向承压含水层的高度变化和时间；

建立基于所述水平方向承压含水层至抽水井中心线的距离变化、竖直方向承压含水层的高度变化和时间的单井循环浅层地热系统中地下水流动的控制方程，确定所述控制方程的初始条件，基于所述抽水量、回灌量、含水层厚度、抽水井长度、隔水段长度、回灌井长度建立所述控制方程的边界条件，包括：

控制方程为：

式中，s-地下水降深；r-水平方向承压含水层至抽水井中心线的距离变化；z-竖直方向承压含水层的高度变化；t-时间；S-含水层的释水系数；K_r-承压层径向的水力传导系数；K_z-竖直方向的水力传导系数；

初始条件表示为：

s(r,z,0)＝0

在含水层的无穷远处、顶部和底部的降深变化分别表示为：

s(∞,z,t)＝0

和

和

边界条件表示为：

式中，d₁-抽水井长度；d₂-隔水段长度；d₃-回灌段长度；d-含水层的厚度；Q-抽水量或者回灌水量；

对所述控制方程、初始条件及边界条件做拉普拉斯变换，获得变换后的控制方程、初始条件及边界条件；

对所述变换后的控制方程、初始条件及边界条件做有限傅里叶余弦变换，获得变换后的偏微分方程；

求解变换后的偏微分方程，并通过拉普拉斯逆变换，得出单井循环浅层地热系统地下水流动在拉普拉斯域上的半解析解；

利用Stehfest数值反演方法，求出所述半解析解所对应的时域上的解，以检测所述地下水流场的降深分布。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述单井循环浅层地热系统地下水流动在拉普拉斯域上的半解析解为：

式中，K₀(x)-零阶的第二类修正贝塞尔函数；表示有限傅里叶余弦变换的变量；K_r-承压层径向的水力传导系数；K_z-竖直方向的水力传导系数；-地下水降深的拉普拉斯变换，r-水平方向承压含水层至抽水井中心线的距离变化；z-竖直方向承压含水层的高度变化；p-拉普拉斯变量；d₁-抽水井长度；d₂-隔水段长度；d₃-回灌段长度；d-含水层的厚度；Q-抽水量或者回灌水量。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述建立承压含水层中单井循环浅层地热系统中地下水流动的数学模型，包括

承压含水层，所述承压含水层的顶端和底端均设置有阻水层，在所述承压含水层中竖直方向自下而上分别设置抽水井和回灌井，在所述抽水井和所述回灌井之间设置隔水段。