一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法。其方法包括：定期測(cè)量地下水源熱泵系統(tǒng)抽灌井水位及流量，計(jì)算出不同時(shí)期各回灌井滲透系數(shù)，進(jìn)而擬合出滲透系數(shù)隨時(shí)間變化的衰減方程。然后根據(jù)滲透系數(shù)與井水水位的函數(shù)關(guān)系，聯(lián)立滲透系數(shù)衰減方程預(yù)測(cè)運(yùn)行結(jié)束時(shí)各回灌井水位以及發(fā)生溢井所需的時(shí)間，以此判斷運(yùn)行期內(nèi)各回灌井是否會(huì)發(fā)生溢井現(xiàn)象。最后根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果采取相應(yīng)的措施。該診斷方法結(jié)果可靠、操作簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)，適用于我國(guó)地下水源熱泵系統(tǒng)回灌井堵塞的診斷。
【專利說(shuō)明】一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地下水源熱泵系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地下水源熱泵技術(shù)是一種利用淺層地來(lái)能滿足用戶供熱、供冷的需求的暖通空調(diào)技術(shù)。該技術(shù)的成功應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)科學(xué)用能、解決我國(guó)能源緊缺問(wèn)題的重要舉措?；毓嗑堑叵滤礋岜孟到y(tǒng)水源側(cè)構(gòu)筑物的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)及保障地下水循環(huán)利用的必要設(shè)施。然而回灌井堵塞卻是大多數(shù)地下水源熱泵系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題。堵塞的發(fā)生會(huì)造成回灌井周圍含水層滲透性降低、輸水能力減弱，表現(xiàn)為當(dāng)回灌量保持不變的情況下，回灌井水位持續(xù)升高，當(dāng)回灌井水位超過(guò)井沿時(shí)即發(fā)生了溢井現(xiàn)象。溢井現(xiàn)象一旦發(fā)生將會(huì)對(duì)地下水源熱泵系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、正常的運(yùn)行造成十分惡劣的負(fù)面影響。若對(duì)這種故障不加重視、放任不管，長(zhǎng)期對(duì)地下水只抽不灌還會(huì)導(dǎo)致地面沉降、海水入侵、土壤和地下水鹽堿化等嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，其后果不堪設(shè)想！
[0003]引起回灌井堵塞的因素可歸納為以下六種:懸浮物堵塞、含水層顆粒重組、氣泡堵塞、化學(xué)沉淀堵塞、粘粒膨脹堵塞、生物堵塞。國(guó)外學(xué)者采用一些指標(biāo)參數(shù)，如修正堵塞指數(shù)MF1、可同化有機(jī)碳AOC以及生物膜生長(zhǎng)速率BFR等，對(duì)不同類型的堵塞進(jìn)行預(yù)測(cè)。但是縱觀國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的地下水源熱泵工程實(shí)例，由于考慮到投資費(fèi)用等問(wèn)題，水井中并不安裝能夠獲取上述指標(biāo)參數(shù)的監(jiān) 測(cè)設(shè)施或傳感器，因此這種方法并不適用于我國(guó)現(xiàn)有的地下水源熱泵工程。為應(yīng)對(duì)溢井現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)運(yùn)行管理人員常將回灌管與生活污水排水管聯(lián)通，溢井發(fā)生時(shí)，將難以回灌的地下水直接排掉，之后聯(lián)系相應(yīng)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)回灌井進(jìn)行洗井。顯然這種“先溢井后處理”的措施并非是一種行之有效的處理方法，并且將地下水直接排掉無(wú)疑是對(duì)我國(guó)淡水資源的極大浪費(fèi)。
[0004]回灌井堵塞的成因多種多樣，但是無(wú)論發(fā)生哪一種堵塞，其結(jié)果都會(huì)導(dǎo)致回灌井周圍含水層的滲透系數(shù)減小，因此為避免在運(yùn)行期內(nèi)發(fā)生溢井現(xiàn)象，針對(duì)上述技術(shù)方案的不足之處，本發(fā)明以實(shí)際工程中較易獲取的滲透系數(shù)為基礎(chǔ)提出一種適用于我國(guó)地下水源熱泵工程的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法。該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中診斷成本高、可實(shí)現(xiàn)性差、診斷延遲等缺點(diǎn)。它通過(guò)定期測(cè)量實(shí)際工程中較易測(cè)得的抽灌井水位及流量，給出回灌井水位預(yù)測(cè)方程并預(yù)測(cè)回灌井溢井發(fā)生所需時(shí)間。以此判斷運(yùn)行期內(nèi)是會(huì)否發(fā)生溢井現(xiàn)象，很大程度上避免了溢井發(fā)生的可能性，為運(yùn)行管理策略的制定提供了參考。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法，該方法包括下述步驟:[0008]步驟1:根據(jù)地下水源熱泵系統(tǒng)所使用的抽灌井類別，定期對(duì)各井在運(yùn)行期間的水位進(jìn)行測(cè)量；
[0009]步驟2:根據(jù)水位測(cè)量值，計(jì)算運(yùn)行期內(nèi)不同時(shí)刻各井水位降深；
[0010]步驟3:確定各井的井間距、井半徑及流量；根據(jù)該參數(shù)和步驟2獲得的各井不同時(shí)刻各井水位降深，通過(guò)地下水向井群流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，求解出不同時(shí)刻各回灌井滲透系數(shù)；
[0011]步驟4:擬合各回灌井滲透系數(shù)衰減方程；
[0012]步驟5:判斷運(yùn)行期內(nèi)是否會(huì)發(fā)生溢井，若某井滲透系數(shù)衰減系數(shù)λ i ( 0，則該井在運(yùn)行期內(nèi)不會(huì)發(fā)生溢井，預(yù)測(cè)診斷結(jié)束；若某井滲透系數(shù)衰減系數(shù)λ >0，則需要進(jìn)一步判斷，繼續(xù)以下步驟；
[0013]步驟6:給出各回灌井水位預(yù)測(cè)方程；
[0014]步驟7:確定各回灌井溢井時(shí)的水位及降深；
[0015]步驟8:根據(jù)各回灌井水位預(yù)測(cè)方程及溢井時(shí)的降深計(jì)算溢井發(fā)生所需時(shí)間并再次判斷運(yùn)行期內(nèi)是否發(fā)生溢井；若大于運(yùn)行期，則運(yùn)行期內(nèi)不會(huì)發(fā)生溢井小于等于運(yùn)行期，則運(yùn)行期內(nèi)會(huì)發(fā)生溢井；
[0016]步驟9:根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)運(yùn)行期內(nèi)會(huì)發(fā)生溢井的回灌井進(jìn)行定期回?fù)P或進(jìn)行洗井。
[0017]優(yōu)選地，所述各井在運(yùn)行期間的水位為水井液位至測(cè)量參考點(diǎn)的距離。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟I中，水井類別包括在運(yùn)行期內(nèi)該井被用作抽水井還是回灌井，定期對(duì)各井在運(yùn)行期間的水位進(jìn)行測(cè)量包括:運(yùn)行期開(kāi)始前各井初始水位的測(cè)量，運(yùn)行首日各井水位的測(cè)量以及在運(yùn)行期內(nèi)每隔一段時(shí)間對(duì)各井水位的測(cè)量；對(duì)各井水位的測(cè)量測(cè)量?jī)x器選用鋼尺水位計(jì)或壓力變送器，為使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確應(yīng)選擇平直的參照物作為基準(zhǔn)點(diǎn)。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟2中，運(yùn)行期內(nèi)不同時(shí)刻各井水位降深通過(guò)Si(t) = H01-H(t)計(jì)
笪
ο
[0020]優(yōu)選地，所述步驟3中，井間距通過(guò)該工程的平面設(shè)計(jì)圖中獲取，井半徑通過(guò)卷尺量取，流量通過(guò)安裝于抽灌管上的水表讀??；得到潛水井和承壓井的地下水向井群流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。
[0021]優(yōu)選地，所述步驟4中，擬合各回灌井滲透系數(shù)衰減方程，滲透系數(shù)的衰減滿足衰減方程:κ々)=Kf(oye.卻，根據(jù)各井不同時(shí)刻的滲透系數(shù)擬合出各井滲透系數(shù)衰減系數(shù)λ i0
[0022]優(yōu)選地，所述步驟6中，得到各回灌井水位預(yù)測(cè)方程通過(guò)將擬合得出的滲透系數(shù)衰減方程代入地下水向井群流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型中，即得到各回灌井水位預(yù)測(cè)方程。
[0023]優(yōu)選地，所述步驟7中，確定各回灌井溢井時(shí)的水位及降深，回灌井中的液位上升至井沿時(shí)，即發(fā)生了溢井現(xiàn)象；故通過(guò)測(cè)量參考點(diǎn)至井沿的距離可得到回灌井溢井時(shí)的水位；再根據(jù)步驟2中的水位降深計(jì)算公式(I)得出回灌井溢井時(shí)的降深。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]I)本發(fā)明涉及的流量測(cè)量可通過(guò)工程中已有的水表直接讀取，不增加額外的造價(jià)，水位的測(cè)量選用鋼尺水位計(jì)，其造價(jià)僅為1500~2500元。與現(xiàn)有技術(shù)相比大大降低了診斷的成本。
[0026]2)本發(fā)明更側(cè)重于故障的預(yù)測(cè)。與現(xiàn)有技術(shù)“先溢井后治理”的方法相比，本發(fā)明提倡“未溢井先治理”，這樣可以大大降低故障發(fā)生的可能，防患于未然，保證機(jī)組在運(yùn)行期內(nèi)安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行。
[0027]3)本發(fā)明簡(jiǎn)單可靠、可現(xiàn)性強(qiáng)，便于在實(shí)際工程中應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0030]一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法，參見(jiàn)圖1所示，包括以下步驟:
[0031]步驟1:對(duì)地下水源熱泵系統(tǒng)所使用的抽灌井進(jìn)行調(diào)研，確定各井的類別，將其編號(hào)并且在運(yùn)行期間定期對(duì)各井水位(水井液位至測(cè)量參考點(diǎn)的距離)進(jìn)行測(cè)量。
[0032]水井的類別是指在運(yùn)行期內(nèi)該井被用作抽水井還是回灌井。編號(hào)是為了將各井相互區(qū)別。水位的定期測(cè)量應(yīng)包括:運(yùn)行期開(kāi)始前各井初始水位的測(cè)量，運(yùn)行首日各井水位的測(cè)量以及在運(yùn)行期內(nèi)每隔一段時(shí)間對(duì)各井水位的測(cè)量。測(cè)量?jī)x器可選用鋼尺水位計(jì)或壓力變送器，為使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確應(yīng)選擇平直的參照物作為基準(zhǔn)點(diǎn)，如位于抽灌管上的固定支架等。[0033]步驟2:根據(jù)水位測(cè)量值，計(jì)算運(yùn)行期內(nèi)不同時(shí)刻各井水位降深。
[0034]運(yùn)行期內(nèi)不同時(shí)刻各井水位降深為:
[0035]Si (t) = Htl1-H (t), i = 1，2，3...。 (I)
[0036]式中:Ημ為第i 口井的初始時(shí)刻水位、H(t)為第i 口井t時(shí)刻水位。
[0037]步驟3:確定各井的井間距、井半徑及流量。將這些參數(shù)連同各井不同時(shí)刻的水位降深代入地下水向井群流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型中，求解出不同時(shí)刻各回灌井滲透系數(shù)。
[0038]井間距可以通過(guò)該工程的平面設(shè)計(jì)圖中獲取，井半徑可通過(guò)卷尺量取，流量可通過(guò)安裝于抽灌管上的水表讀取。對(duì)于潛水井，地下水向井群流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法，其特征在于:該方法包括下述步驟: 步驟1:根據(jù)地下水源熱泵系統(tǒng)所使用的抽灌井類別，定期對(duì)各井在運(yùn)行期間的水位進(jìn)行測(cè)量； 步驟2:根據(jù)水位測(cè)量值，計(jì)算運(yùn)行期內(nèi)不同時(shí)刻各井水位降深； 步驟3:確定各井的井間距、井半徑及流量；根據(jù)該參數(shù)和步驟2獲得的各井不同時(shí)刻各井水位降深，通過(guò)地下水向井群流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，求解出不同時(shí)刻各回灌井滲透系數(shù)； 步驟4:擬合各回灌井滲透系數(shù)衰減方程； 步驟5:判斷運(yùn)行期內(nèi)是否會(huì)發(fā)生溢井，若某井滲透系數(shù)衰減系數(shù)λ i ( O，則該井在運(yùn)行期內(nèi)不會(huì)發(fā)生溢井，預(yù)測(cè)診斷結(jié)束；若某井滲透系數(shù)衰減系數(shù)λ >0，則需要進(jìn)一步判斷，繼續(xù)以下步驟； 步驟6:給出各回灌井水位預(yù)測(cè)方程； 步驟7:確定各回灌井&井時(shí)的水位及降深； 步驟8:根據(jù)各回灌井水位預(yù)測(cè)方程及溢井時(shí)的降深計(jì)算溢井發(fā)生所需時(shí)間并再次判斷運(yùn)行期內(nèi)是否發(fā)生溢井；若大于運(yùn)行期，則運(yùn)行期內(nèi)不會(huì)發(fā)生溢井小于等于運(yùn)行期，則運(yùn)行期內(nèi)會(huì)發(fā)生溢井； 步驟9:根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)運(yùn)行期內(nèi)會(huì)發(fā)生溢井的回灌井進(jìn)行定期回?fù)P或進(jìn)行洗井。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法，其特征在于，所述各井在運(yùn)行期間的水位為水井液位至測(cè)量參考點(diǎn)的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法，其特征在于，所述步驟I中，水井類別包括在運(yùn)行期內(nèi)該井被用作抽水井還是回灌井。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法，其特征在于，所述步驟I中，定期對(duì)各井在運(yùn)行期間的水位進(jìn)行測(cè)量包括:運(yùn)行期開(kāi)始前各井初始水位的測(cè)量，運(yùn)行首日各井水位的測(cè)量以及在運(yùn)行期內(nèi)每隔一段時(shí)間對(duì)各井水位的測(cè)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法，其特征在于，所述步驟I中，對(duì)各井水位的測(cè)量測(cè)量?jī)x器選用鋼尺水位計(jì)或壓力變送器，為使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確應(yīng)選擇平直的參照物作為基準(zhǔn)點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井預(yù)測(cè)診斷方法，其特征在于，所述步驟2中，運(yùn)行期內(nèi)不同時(shí)刻各井水位降深通過(guò)下式計(jì)算:
Si (t) = H01-H (t) (I) 式中:i = 1,2,3...；H0i為第i 口井的初始時(shí)刻水位、H(t)為第i 口井t時(shí)刻水位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法，其特征在于，所述步驟3中，井間距通過(guò)該工程的平面設(shè)計(jì)圖中獲取，井半徑通過(guò)卷尺量取，流量通過(guò)安裝于抽灌管上的水表讀??； a)對(duì)于潛水井，地下水向井群流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型為:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法，其特征在于，所述步驟4中，擬合各回灌井滲透系數(shù)衰減方程，通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn): 1)滲透系數(shù)的衰減滿足衰減方程:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法，其特征在于，所述步驟6中，得到各回灌井水位預(yù)測(cè)方程通過(guò)將擬合得出的滲透系數(shù)衰減方程代入地下水向井群流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型中，即得到各回灌井水位預(yù)測(cè)方程: 對(duì)于潛水井，
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滲透系數(shù)模型的回灌井堵塞預(yù)測(cè)診斷方法，其特征在于，所述步驟7中，確定各回灌井溢井時(shí)的水位及降深，回灌井中的液位上升至井沿時(shí)，即發(fā)生了溢井現(xiàn)象；故通過(guò)測(cè)量參考點(diǎn)至井沿的距離可得到回灌井溢井時(shí)的水位；再根據(jù)步驟2中的水位降深計(jì)算公式(I)得出回灌井溢井時(shí)的降深。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103995976SQ201410235568
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】王智偉, 惠一峰, 楊鋒斌, 閆清, 張?jiān)讫? 閆增峰 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)