本书针对天津市基岩热水的特点,着重研究埋藏较深(1000~4000m)、温度较高(50~<100℃)的沉积盆地型地下热水运移的数值模拟问题。深层地下热水由于埋深大、温度高,渗流场中水位不仅随空间、时间而变化,而且随水温的变化而改变,致使水动力场变化十分复杂,因而模拟深层地下热水比模拟常温地下水或浅层地下热水更为困难。在地下水-热系统中,既存在热传导,又存在热对流,还存在水-岩之间的热交换,致使温度场的模拟变得极为复杂。可见,研究深层地下热水运移的关键在于建立符合实际的数学模型。
为此,本书首先建立描述深层地下热水水流和热量运移的三维非稳定流数学模型,并探讨其数值解法;然后阐述天津市区域地质背景和天津市区的构造和地层概况,了解地温场的基本特点,通过合理概化得到地热模型,并且比较详细地讨论了天津市基岩地下热水储集层的特征、地下热水开采动态特征、水化学特征和同位素特点,分析了地下热水的成因。在此基础上对基岩地下热水系统进行合理概化,最后对天津市基岩地下热水近年来的开采过程进行模拟,并对若干钻井热水开采动态(压力场和温度场的变化)进行预测。本书的着重点在于:①在水流方程中充分考虑热水密度随温度、矿化度及压力的变化;②在热流方程中反映水、岩之间的热交换;③探讨热水钻井动水位升高的原因并进行相应的理论计算;④提供一个同时描述地下热水水流和热量运移的三维非稳定流研究的完整实例。
考虑到深层地下热水运移的模型及研究实例较少,本书在建立三维数学模型过程中,除了借鉴已有地热资源评价的理论方法以外,还借鉴了比较成熟的地下水溶质运移数学模型的思想方法。因此,这项研究可以看成是同类内容的研究的一次有益的探索。