地下水源热泵是一种清洁、高效的地热能开发形式,主要通过抽取地下水获取热能。采灌区域地下水储量和地面沉降监测是地下水源热泵安全运行监管的重要环节。地下水源热泵运行过程中可能存在的环境风险,制约了该技术的推广发展,而地下水监测站、水准测量等传统监测手段存在初投资大、难以满足大规模监测范围等缺点,使得地下水源热泵长期安全运行中存在监测困难。因此,应用便捷、有效的地下水储量和地面沉降变化监测手段对地下水源热泵的发展至关重要。 本文以陕西省某县地下水源热泵采灌区域为研究对象,联合GRACE卫星与GLDAS水文数据反演区域内地下水储量变化情况,分析地下水储量变化影响因素与地下水储量变化的相关性;基于Sentinel-1A卫星影像,使用PS-InSAR技术监测采灌区域地面沉降情况,评估区域内地面沉降发育情况;采用FEFLOW数值模拟软件建立地下水源热泵群井采灌模型,确定采灌井水头影响半径,并以此辅助PS-InSAR技术监测采灌井周围附近地面沉降。主要研究结果如下: (1)联合GRACE与GLDAS数据反演了地下水源热泵采灌区域2018-2024年地下水储量变化情况,进行降水、河流、水库等影响因素与地下水储量变化相关性分析。结果表明:地下水储量在地下水源热泵供暖后处于恢复状态,2019年11月至2024年3月共恢复52.050 cm;供暖季内的11月与3月表现为地下水亏损状态,分别为-1.052 cm和-1.204 cm;采灌区域内地下水储量变化影响因素的相关性大小为降水>水库>河流,相关系数分别为0.550、0.345、0.166。 (2)利用PS-InSAR技术监测了地下水源热泵采灌区域2017-2024年地面沉降情况,依据《地质灾害危险性评估规范》GB/T 40112-2021评估了区域沉降发育程度,确定采灌井与沉降的位置关系。结果显示:地下水源热泵采灌区域供暖前已形成三个沉降突出区域(A、B、C),供暖后沉降突出区域呈现融合扩展趋势,其中沉降突出区域A持续向深处发展,沉降突出区域B向东北方向拓宽,沉降突出区域C则主要受地下水亏损驱动;截至2024年3月,采灌区域近五年内年均形变速率为-5~-3 mm/a,依据规范评估区域内沉降发育程度为“弱”;采灌井区域并未存在于沉降突出区域内,但监测到开采井C1、C2、C3周边存在沉降现象。 (3)通过FEFLOW模拟了地下水源热泵群井采灌长期运行的水头变化,分析采灌井水头影响半径,并以此进行采灌井周边地面沉降监测及预测。结果表明,采灌井的水头影响半径为325~525 m;地下水源热泵供暖后2019年11月至2024年3月期间回灌井G1、G3平均累计形变1.980 mm、1.014 mm,开采井C1、C2、C3平均累计形变2.191 mm、1.447 mm、1.098 mm;模拟地下水源热泵群井20年运行情况,运行至15年时地下水头趋于稳定,系统运行15至20年期间采灌井附近地下水水头仅下降0.043 m。 综上所述,本文将GRACE反演地下水和PS-InSAR技术应用于地下水源热泵采灌区域内的地下水储量与地面沉降监测,为未来地下水源热泵的运行监管提供了新的方案参考。