[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

说明书

本说明书一个或多个实施例提供一种单井循环浅层地热系统中地下水流场的检测方法及装置，所述方法包括：建立数学模型，建立控制方程，确定所述控制方程的初始条件，建立所述控制方程的边界条件；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。

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及新能源、可再生能源及水文地质领域技术领域，尤其涉及一种单井循环浅层地热系统中地下水流场的检测方法及装置。

背景技术

地热能作为一种清洁可再生能源，具有储量大、稳定及绿色等优点。在当前我国雾霾天气频发、空气环境质量形势严峻的情况下，利用地热能为建筑物清洁供暖受到越来越多关注。

单井循环浅层地热系统作为地热能开发与利用的一种新技术，具有系统稳定、占地面积少、效率高等优点，在我国北方地区应用广泛，市场潜力巨大，发展空间开阔，是当前的重要研究方向和发展领域。

单井循环浅层地热系统中含水层中的传热主要是以地下水为介质，在与含水层骨架及顶底板的直接接触中获取热量，通过地下水在含水层中的流动实现能量的运移，但由于单井循环浅层地热系统井结构的特殊性，导致含水层中的地下水流场相比于传统的单个完整井或者非完整井更为复杂，使其渗流场和温度场在时间和空间上的耦合更复杂。因此，要厘清单井循环浅层地热系统的含水层中复杂的传热机理，首先需要深入认识和刻画含水层中地下水的流态问题。

但是，发明人发现，目前缺乏关于单井循环浅层地热系统的含水层中地下水流场的研究，同时没有研究相关的含水层参数和井结构参数等对地下水流场的影响，对单井循环地热中地下水的流态问题的认知还很缺乏。

发明内容

有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种单井循环浅层地热系统中地下水流场的检测方法及装置，对单井循环浅层地热系统的含水层中地下水流场进行分析，揭示含水层中地下水降深的变化和分布规律，有助于厘清单井循环浅层地热系统的含水层中复杂的传热机理。

基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种单井循环浅层地热系统中地下水流场的检测方法，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；

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。