一种地下水循环井影响范围的预测方法技术

本发明专利技术公开了一种地下水循环井影响范围的预测方法，涉及地下水污染修复技术领域，包括以下步骤：测定研究区循环井未运行时的地下水背景流速；运行循环井，得到循环井的地下水循环流速；根据地下水所在介质状况选择渗透系数；获得循环井运行时的地下水流量；根据渗透系数、流量、时间、监测井位点和循环流速进行多元非线性拟合，得到拟合方程；利用边界条件式确定最小循环速度，得出循环井最大影响半径；建立研究区循环井有限元数值模型，根据循环井最大影响半径，估算循环井最大影响面积和最大影响体积。本发明专利技术的测定方法方便检测不同时间不同位点的循环流速变化情况，适用于地下水渗流过程中的野外和模拟研究。流过程中的野外和模拟研究。流过程中的野外和模拟研究。

【技术实现步骤摘要】
一种地下水循环井影响范围的预测方法


[0001]本专利技术涉及地下水污染修复
，特别是涉及一种地下水循环井影响范围的预测方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国工农业生产以及城市化的发展，各种有机、无机污染物和病原微生物进入地下水，地下水资源也受到了不同程度的污染，部分城市的地下水甚至还检出了致癌、致突变、致畸污染物。一旦地下水资源受到污染，一方面制约工农业安全生产，另一方面严重威胁人体健康，甚至会导致癌症的发生。因此开展地下水污染治理工作迫在眉睫。
[0003]地下水循环井技术(Groundwater Circulation Wells)作为新兴的原位修复技术，通过为地下水创造三维环流模式形成压差扰动，在增大地下水影响半径的同时加速污染物质传递，使注水井注入的修复剂快速抵达目标位置从而提高污染物的去除效果，实现对地下水的原位修复。随着GCW修复技术的发展，其修复功能由单一驱动逐渐与原位化学氧化、电化学修复、生物修复等新型修复技术耦合，可以有效缩短修复时间，提高修复效率，实现对地下水的综合治理。
[0004]如图1所示，循环井包括循环井主井、若干排监测井。循环井主井主要包括5个部分：内井、外井、曝气泵、上筛管和下筛管，循环井通过内外井管组合嵌套而成。我国的地下水循环井修复技术目前仍然处于探索阶段，相关的研究工作大多限于室内实验和数值模拟阶段，尚没有成熟的GCW修复技术应用案例。而循环井应用于实际修复工程时，往往涉及循环效率及降解效率等工艺参数的优化设计，其待解决的技术问题主要集中在：三维流场计算与精细刻画、指示修复影响半径计算、修复区域的预测等，而这些问题的关键是厘清各类地下水循环参数对循环井原位修复范围的影响机制。
[0005]目前大多数地下水流场模拟研究依托循环井渗流模型，通过数值计算得出水头降深解析，或者利用模拟软件采用传统的有限差分法、有限元法、边界元法以及粒子追踪法建立GCW流场数值模型，以获得准确的循环井影响半径。此外，由于循环井可以驱动溶质在含水层中运移的特性，且井筒中采集浓度数据也较为便捷，循环井示踪试验在对实际场地含水层溶质运移范围的刻画方面具备不可替代的优势。基于对流
‑
弥散方程理论，许多学者建立了大量解析以及数值模型来研究径向溶质运移规律。首次提出循环井示踪试验(DFTT)概念的Sutton et al.(2000)在循环井稳定流情况下求解溶质运移模型，将三维径向轴对称溶质运移转化为沿着流管运移的一维对流弥散情形。此后越来越多的学者考虑了不同的水文地质约束条件建立新的反应迁移模型，实现对DFTT的延伸，提高了溶质运移模型的精度。
[0006]由于循环井流场的发散性和汇聚性而具有多相流特征，以上提及的数值模型也受到巨大的挑战，例如数值弥散、数值震荡以及收敛等问题。目前已经存在的地下水循环井运移模型往往忽略实际的诸多影响因素，仅依靠渗流模型无法明确的反馈含水层因素和井体工艺参数等诸多因素共同作用下的循环井影响范围的变化。另外，在野外进行循环井示踪试验时，由于仪器检测所需示踪剂浓度较高，为保证精度需投加大量的示踪剂，一方面增加
了经济成本，另一方面由于浓度过大会影响该地区地下水水质变化。
[0007]综上所述，现有技术还没有提供一种不额外向地下水循环井中投加示踪剂，且能在考虑不同含水层因素影响的条件下预测地下水循环井影响范围的方法。因此有必要通过理论结合实际应用的角度合理解决循环井影响半径预测的难题。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种地下水循环井影响范围的预测方法，可以解决现有技术中存在的问题。
[0009]本专利技术提供一种地下水循环井影响范围的预测方法，包括以下步骤：
[0010]利用测速探头测定研究区循环井未运行时的地下水背景流速u0；
[0011]运行循环井，记录不同时间T不同监测井位点L的地下水循环流速，得到循环井的地下水循环流速u；
[0012]根据地下水所在介质状况选择渗透系数K；
[0013]利用流量计获得循环井运行时的地下水流量Q；
[0014]根据渗透系数K、流量Q、时间T、监测井位点L和循环流速u进行多元非线性拟合，得到拟合方程；
[0015]确定地下水循环流速u的临界值，利用边界条件式确定最小循环速度u
min
，根据最小循环速度u
min
和拟合方程得出循环井最大影响半径L
max
；
[0016]模拟研究区地下水渗流过程，建立研究区循环井有限元数值模型，在循环井有限元数值模型中根据循环井最大影响半径L
max
，估算循环井最大影响面积S和最大影响体积V。
[0017]优选的，所述拟合方程如下式所示：
[0018][0019]式中，a，b，c，d均为常数项，u(x，0)为初始时刻t＝0时x处的循环流速，u(0，t)为边界x＝0上t时刻的循环流速，u(l，t)为在x＝l处t时刻循环流速。
[0020]所述边界条件式如下式所示：
[0021]u
min
＝2u0。
[0022]优选的，根据面积估算公式估算循环井最大影响面积S，面积估算公式如下式所示：
[0023][0024]式中，S为循环井最大影响面积，V为循环井最大影响体积，L
max
为循环井最大影响半径，h为上筛管筛口至下筛管筛口之间的距离。
[0025]优选的，根据体积估算公式估算循环井最大影响体积V，体积估算公式如下式所示：
[0026][0027]优选的，所述测速探头安装在监测井内部，通过变送器将温差信号转变为电信号，得出监测井位点地下水循环流速。
[0028]优选的，通过水位计测量循环井主井水位。
[0029]优选的，通过曝气泵运行循环井。
[0030]优选的，所述流量计安装在循环井主井内部。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0032](1)本专利技术提出的测定方法不额外向地下水循环井中投加示踪剂，方便检测不同时间不同位点的循环流速变化情况，适用于地下水渗流过程中的野外和模拟研究。
[0033](2)本专利技术提出的预测方法操作简单，只需记录渗透系数K、流量Q、时间T、监测井位点L和循环流速u，将这些参数进行非线性拟合，根据简单的计算公式即可对地下水循环井影响范围进行预测，不涉及复杂的数据处理过程，便于求解。
[0034](3)本专利技术能够有效处理多种流动状况下的溶质运移情况，为合理的预测循环井最大影响半径提供参考。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为循环井技术的结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下水循环井影响范围的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：利用测速探头测定研究区循环井未运行时的地下水背景流速u0；运行循环井，记录不同时间T不同监测井位点L的地下水循环流速，得到循环井的地下水循环流速u；根据地下水所在介质状况选择渗透系数K；利用流量计获得循环井运行时的地下水流量Q；根据渗透系数K、流量Q、时间T、监测井位点L和循环流速u进行多元非线性拟合，得到拟合方程；确定地下水循环流速u的临界值，利用边界条件式确定最小循环速度u
min
，根据最小循环速度u
min
和拟合方程得出循环井最大影响半径L
max
；模拟研究区地下水渗流过程，建立研究区循环井有限元数值模型，在循环井有限元数值模型中根据循环井最大影响半径L
max
，估算循环井最大影响面积S和最大影响体积V。2.如权利要求1所述的一种地下水循环井影响范围的预测方法，其特征在于，所述拟合方程如下式所示：式中，a，b，c，d均为常数项，u(x，0)为初始时刻t＝0时x处的循环流速，u(0，t)为边界x＝0上t时...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯如意，杨胜科，刘亮，王杰，朱欢，刘宏伟，王文科，王雪丽，孙永昌，贾洋，刘俸嘉，
申请(专利权)人：中圣环境科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：