地下水流动是影响城市地下空间开发、浅层地热能利用、基坑工程、隧道工程及地下基础设施长期安全的重要因素。随着“双碳”目标推进和城市地下空间高强度开发，能源桩作为兼具承载与换热功能的新型地基基础形式，在绿色建筑和地源热泵系统中得到广泛关注。然而，地下水渗流会显著改变桩周土体传热过程，进而影响能源桩换热效率、热累积效应及长期稳定性。长期以来，传统流速计和示踪试验等水文地质调查方法多以点式测量为主，在空间分辨率、实时性和经济性方面存在不足，难以满足复杂多层含水地层中地下水流场精细表征的需求。
针对这一难题，pg电子官方网站张丹团队基于能源桩热响应过程，提出了一种面向地下水流速原位估算的热响应反演方法。该方法以桩—土界面温度响应为核心指标，引入适用于能源桩系统的移动无限线源理论，并结合无量纲傅里叶数分析和优化反演算法，构建了基于能源桩温度响应的地下水流速反演理论框架。通过桩身温度变化识别地下水流动信息，为能源桩从“换热结构”拓展为“地下水流场感知载体”提供了新的理论基础。
研究团队首先建立了具有可控均匀渗流场的室内能源桩模型箱试验系统，结合分布式光纤传感对能源桩-土系统热响应过程进行精细监测。试验结果表明，地下水渗流会显著改变能源桩—土体系温度分布，使温度场沿渗流方向发生非对称迁移。随着地下水流速增大，桩壁温升降低、热恢复时间缩短。基于渗流场反演理论框架，研究团队实现了地下水流速的定量反演，室内试验相对误差小于3%（图1）。在此基础上，依托长江三角洲地区受潮汐影响的复杂水文地质环境，研究团队开展了能源桩现场热响应试验，利用分布式光纤传感技术对桩壁热响应进行了高分辨率监测。监测结果表明，桩身不同深度处的低温升异常区与砂砾层和强风化裂隙凝灰岩含水层位置高度对应，现场反演得到的地下水流速范围与水文地质勘察结果保持一致，如图2所示。
相关成果以“Groundwater flow estimation from energy pile thermal responses: A case study from laboratory experiments to field testing”为题，发表于工程地质领域权威期刊《Engineering Geology》。论文第一作者为博士生王皓宇，通讯作者为张丹教授。研究得到国家自然科学基金项目（42077233）、江苏省自然科学基金项目（BK20231409）和江苏省前沿技术研发计划项目（BF2025008）资助。
论文信息：Haoyu Wang, Dan Zhang, Bo Yang, Kai Lin, Zhuoqun Xu. Groundwater flow estimation from energy pile thermal responses: A case study from laboratory experiments to field testing. Engineering Geology, 2026, 108782. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2026.108782
图1 能源桩热响应地下水流速反演的室内试验验证
图2 能源桩现场试验布设与地下水流速反演结果
图文：王皓宇
审核：陈天宇
