考虑表皮效应的单井循环系统地下水流场检测方法和装置制造方法及图纸

本说明书一个或多个实施例提供考虑表皮效应的单井循环系统地下水流场检测方法和装置，涉及新能源、可再生能源及水文地质技术领域，通过建立承压含水层中考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统中地下水流动的数学模型，对控制方程、初始条件及边界条件分别利用拉普拉斯变换和有限傅里叶余弦变换两种积分变换方法，得出拉普拉斯域上的考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统的地下水流场的解析解，以检测考虑表皮效应的所述地下水流场的降深分布，用来刻画含水层中地下水流场特征，揭示单井循环浅层地热系统中含水层的地下水流场在表皮效应影响下的变化和分布规律。

【技术实现步骤摘要】
考虑表皮效应的单井循环系统地下水流场检测方法和装置
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
，尤其涉及考虑表皮效应的单井循环系统地下水流场检测方法和装置。
技术介绍
随着现代化建设和人民生活水平的提高，全国对供暖需求的愿望不断增加，供暖市场有巨大的增长空间，但传统的采暖方式是利用燃烧煤和天然气等高品位的能源来为建筑物供暖，这些传统的采暖方式不仅大量消耗重要的高品位能源，同时也带来严重的环境污染，对调整能源结构、大气污染防治及生态文明建设等带来巨大的压力。然而，蕴藏在地球内部的地热能，具有清洁、储量大、分布广、稳定连续等特点，是一种安全、持续稳定的能源，相较于风能、太阳能、潮汐能等可再生清洁能源，在稳定性供给方面有其独特优势。近年来，浅层地热能供暖技术日益成熟，给浅层地热能的开发利用赋予了新的活力，将在我国采暖市场中占据重要地位，具有重要的经济效益和环境效益，是改善我国能源消费结构、减少二氧化碳排放、改善生态环境的重要举措之一。相比于传统的对井水源热泵地热系统，单井循环浅层地热系统作为一种利用浅层地热能为建筑物采暖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑表皮效应的单井循环系统地下水流场检测方法，其特征在于，包括步骤：/n建立承压含水层中考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统中地下水流动的数学模型；/n确定考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统中地下水流动的控制方程、初始条件及边界条件；/n对控制方程、初始条件及边界条件分别做拉普拉斯变换，获得变换后的控制方程、初始条件及边界条件；/n对经过拉普拉斯变换的控制方程、初始条件及边界条件分别做有限傅里叶余弦变换，获得变换后的偏微分方程；/n求解经上述变换后的偏微分方程，通过拉普拉斯逆变换，得出考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统的地下水流场在拉普拉斯域上的解析解；/n利用Stehfest数值反演方法，...

【技术特征摘要】
1.考虑表皮效应的单井循环系统地下水流场检测方法，其特征在于，包括步骤：
建立承压含水层中考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统中地下水流动的数学模型；
确定考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统中地下水流动的控制方程、初始条件及边界条件；
对控制方程、初始条件及边界条件分别做拉普拉斯变换，获得变换后的控制方程、初始条件及边界条件；
对经过拉普拉斯变换的控制方程、初始条件及边界条件分别做有限傅里叶余弦变换，获得变换后的偏微分方程；
求解经上述变换后的偏微分方程，通过拉普拉斯逆变换，得出考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统的地下水流场在拉普拉斯域上的解析解；
利用Stehfest数值反演方法，求出考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统的地下水流场的解析解所对应的时域上的解，以检测考虑表皮效应的所述地下水流场的降深分布。


2.根据权利要求1所述的考虑表皮效应的单井循环系统地下水流场检测方法，其特征在于，所述建立承压含水层中考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统中地下水流动的数学模型，包括：
建立二维的柱坐标系，将井轴线与承压含水层底板上表面的交点设为坐标原点，把井轴设为z轴，方向竖直向上为正向，承压层水平向右的方向作为r坐标的正向，所述数学模型中的已知参数包括抽水量、回灌水量、含水层厚度、抽水井的长度、隔水段的长度和回灌井的长度，所述数学模型中的未知参数包括径向承压含水层至井中心的距离、竖直方向承压含水层的高度和时间。


3.根据权利要求2所述的考虑表皮效应的单井循环系统地下水流场检测方法，其特征在于，所述确定考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统中地下水流动的控制方程、初始条件及边界条件，包括：
考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统中地下水在表皮效应区域和未受扰动地层区域中的流动的控制方程表示为：



和



式中：s1为地下水在表皮效应区域的降深，s2为地下水在未受扰动地层区域的降深；r为径向承压含水层至井中心的距离，z为竖直方向承压含水层的高度；t表示时间；S1为表皮效应区域的释水系数，S2为未受扰动地层区域的释水系数；Kr1为表皮效应区域的径向水力传导系数，Kr2为未受扰动地层区域的径向水力传导系数；Kz1为表皮效应区域在竖直方向上的水力传导系数，Kz2为未受扰动地层区域在竖直方向上的水力传导系数；rw为井的半径；rs为表皮效应区域的厚度；
数学模型的初始条件表示为：
s1(r,z,0)＝s2(r,z,0)＝0(3)
数学模型在承压含水层的顶部和底部的降深变化分别表示为：
s2(∞,z,t)＝0(4)
和



和



数学模型在井附近的井边界条件表示为：



此处的d1、d2、d3分别表示抽水井、隔水段和回灌井的长度；d为含水层的厚度；Q表示抽水量或回灌水量；
在表皮效应区域与未受扰动地层区域界面的边界条件表示为：
s1(rs,z,t)＝s2(rs,z,t)(8)
和





4.根据权利要求3所述的考虑表皮效应的单井循环系统地下水流场检测方法，其特征在于，所述对所述控制方程、初始条件及边界条件分别做拉普拉斯变换，获得变换后的控制方程、初始条件及边界条件，包括：分别对表皮效应区域和未受扰动地层区域中的流动的控制方程式(1)和(2)中的时间做拉普拉斯变化，则有：



和



方程中的和为降深的拉普拉斯变换；p为拉普拉斯变量；
对数学模型的初始条件和边界条件，即式(3)、(8)、和(9)分别做拉普拉斯变换，则有：



和



和



对井边界条件式(7)做拉普拉斯变换变换，有：





5.根据权利要求4所述的考虑表皮效应的单井循环系统地下水流场检测方法，其特征在于，所述对经过拉普拉斯变换的控制方程、初始条件及边界条件分别做有限傅里叶余弦变换，获得变换后的偏微分方程，包括：
对方程(13)中的关于z的二阶偏导数做傅里叶余弦变换，则有：



和



此处的和为降深的傅里叶变换；n(n＝1,2,3,……)表示有限傅里叶余弦变换的变量；
分别将式(16)和式(17)代入方程(10)和式(11)化简为：



和



在方程(18)和(19)中：分别令和则方程(18)和(19)化简为：



和



方程(18)和(19)都为二阶微分方程，其通解分别表示为：



和



在式(22)和(23)中，C1、C2、C3、C4分别为积分常数；I0(·)和K0(·)分别为零阶的第一类和第二类修正贝塞尔函数；
对式(12)做有限傅里叶余弦变换，有：



同理对式(13)、(14)和(15)分别做有限傅里叶余弦变换，有：



和



和



在式(27)中分别令和则式(27)简化为：





6.根据权利要求5所述的考虑表皮效应的单井循环系统地下水流场检测方法，其特征在于，所述求解经上述变换后的偏微分方程，通过拉普拉斯逆变换，得出考虑表皮效应的单井循环浅层地热系统的地下水流场在拉普拉斯域上的解析解，包括：
联立式(22)、(23)、(24)、(25)、(26)和(28)，求得积...

【专利技术属性】
技术研发人员：武强，涂坤，曾一凡，徐生恒，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，恒有源科技发展集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11