某建設(shè)項目取水水源分析

羅新華

（永城市水利工程技術(shù)服務(wù)中心，河南 永城 476600）

1 水文地質(zhì)條件

1.1 含水層的分布規(guī)律

該建設(shè)項目區(qū)域內(nèi)淺層地下水由第四系沖洪積層組成，由于新構(gòu)造運動和地貌差異，形成東厚西薄，南厚北薄的規(guī)律，含水層的顆粒組成由東向西由粗變細(xì)。含水層底板埋深北西淺，南東深。該含水系統(tǒng)雖由三個時代地層組成，但因含水層互相串通，聯(lián)系密切，構(gòu)成一個統(tǒng)一的潛水含水系統(tǒng)。

1.2 富水性評價

建設(shè)項目位于白河右岸一級階地前緣，該區(qū)屬于某市淺層地下水豐富區(qū)。根據(jù)《河南省某市水資源研究》，淺層地下水單位涌水量15～30（m3/h·m），含水層巖性主要為含卵礫粗砂、含礫中粗砂和中粗砂，含水層厚度24～29 m。

1.3 地下水動態(tài)

項目區(qū)位于白河右岸一級階地前緣，處于白河北淺層地下水位下降漏斗白河補給邊界至漏斗中心之間的過渡地帶，該區(qū)淺層地下水主要接受白河水側(cè)滲補給，向漏斗中心徑流排泄。地下水位受河水位、降水和開采因素影響，地下水動態(tài)呈水文—開采型。

2 取水水源分析

2.1 地下水水資源保證程度分析

區(qū)域淺層地下水系統(tǒng)均源于白河沖洪積過程，其含水層與白河共為一套沖洪積沉積，與現(xiàn)代河床及漫灘及其以下含水層是一個連通的整體，因此淺層地下水與白河地表水聯(lián)系密切，在白河四級橡膠壩蓄水調(diào)節(jié)下，更有利于對該區(qū)淺層地下水的側(cè)向補給。根據(jù)某市節(jié)水辦歷年地下水動態(tài)監(jiān)測資料及編制的《某市城市規(guī)劃區(qū)地下水動態(tài)監(jiān)測研究報告》，某市城市地下水目前總體上處于動平衡循環(huán)狀態(tài)。

建設(shè)項目區(qū)淺層地下水主要來源于白河側(cè)滲補給，補給條件較好，同時，項目為封閉式循環(huán)“抽灌”系統(tǒng)，僅是利用地下水作為熱傳導(dǎo)介質(zhì)，系統(tǒng)的取水全部等量同層回灌，整個系統(tǒng)不消耗水資源，因此不會對該區(qū)地下水資源量造成影響。項目區(qū)地下水滿足建設(shè)項目取水的水量要求。

2.2 熱源井出水能力分析

根據(jù)項目周邊水源井及市規(guī)劃局校場路小區(qū)等地溫空調(diào)系統(tǒng)熱源井的成井資料，項目區(qū)域單井出水量達(dá)到100 m3/h，某建設(shè)項目水源熱泵地溫空調(diào)系統(tǒng)最大取水量40 m3/h，遠(yuǎn)小于熱源井實際出水量，不考慮回灌，取水影響半徑小于50 m。

項目抽水井井深40 m，井徑300 mm，成井管材為高壓水泥管，井內(nèi)下入200 QJ40-39/3型潛水泵，自地溫空調(diào)系統(tǒng)運行以來，水井水量充足、水泵運行正常。

2.3 地下水回灌能力分析

2.3.1 回灌能力分析

回灌，就是將被水源熱泵機組交換熱量后排出的水再注入到地下含水層中。這樣做可以補充地下水源，調(diào)節(jié)水位，維持儲量平衡；可以回灌儲能，提供冷熱源，如冬灌夏用，夏灌冬用；可以保持含水層水頭壓力，防止地面沉降。所以，為保護(hù)地下水源，確保水源熱泵系統(tǒng)長期可靠運行，水源熱泵系統(tǒng)工程中要求采取回灌措施。地下水資源是有限的，對于地下水源熱泵系統(tǒng)開采的地下水應(yīng)要求回灌，即將抽出的地下水，經(jīng)地下水源熱泵機組換熱后再注入到地下，且必須是等量回灌，即抽出的水量應(yīng)與回灌的水量相等，并同層回灌，以防止地面沉降和地下水源污染。

2.3.2 地下水回灌能力分析

根據(jù)項目周邊市規(guī)劃局校場路小區(qū)、某大酒店等地溫空調(diào)系統(tǒng)熱源井的成井資料，項目區(qū)域單井回灌能力60 m3/h，滿足40 m3/h的系統(tǒng)最大回灌水量需求。

2.3.3 地下水回灌方式選擇

地下水回灌的方法有3 種，即真空回灌、重力（自流）回灌和壓力回灌。由于項目區(qū)含水層巖性為中粗砂，地下水回灌能力較強，重力（自流）回灌方式可以滿足回灌要求，但是考慮到系統(tǒng)運行后回灌能力衰減，建議采用全封閉加壓回灌。

2.4 合理取用水量分析

項目區(qū)地下水水溫為17.20 ℃，冬季地下水回灌水的溫度設(shè)計為不低于7 ℃，夏季回灌水的溫度不高于28 ℃，則夏季抽灌水的溫差為10.80 ℃，冬季抽灌水的溫差為10.20 ℃。根據(jù)制冷量、制熱量與熱源水循環(huán)量及溫差的相關(guān)關(guān)系，即：夏季制冷最大井水量：0.86×（機組制冷量+輸入功率）÷溫差；冬季制熱最大井水量：0.86×（機組制熱量－輸入功率）÷溫差。

夏季，水源熱泵機組的制冷量為533.60 kW，機組輸入功率100.80 kW，則抽灌水的溫差為10.80 ℃時，系統(tǒng)最大取用水量（井水循環(huán)量）為50.52 m3/h。冬季，機組的制熱量為566.40 kW，機組輸入功率120.10 kW，則抽灌水的溫差為10.20 ℃時，系統(tǒng)最大取用水量（井水循環(huán)量）為37.63 m3/h。

根據(jù)建設(shè)項目實際冷、熱負(fù)荷（夏季取機組額定負(fù)荷的75%，冬季取機組額定負(fù)荷的50%），分析確定夏季系統(tǒng)最大井水循環(huán)量為40 m3/h，冬季最大井水循環(huán)量為20 m3/h。

建設(shè)項目最大需水量確定為40 m3/h，既充分提取了地下水能量，盡量減少取水規(guī)模，又把回灌水溫控制在合理范圍內(nèi)（行業(yè)認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)是地下水冬季回灌水的溫度不能低于5℃，夏季回灌水的溫度不高于30 ℃，系統(tǒng)冬季回灌水溫設(shè)計為7 ℃，夏季設(shè)計為28 ℃，冬季的回灌水溫高于標(biāo)準(zhǔn)要求），該取水量是合理的。

建設(shè)項目水源熱泵機組設(shè)計夏季工況最大取水量為40 m3/h，冬季工況最大取水量為20 m3/h。水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)夏季運行5 個月，共153 d，冬季運行1 個月，共31 d，每天運行12.50 h（8：30-21：00）。該建設(shè)項目年取水總量為19 萬m3，月度最大取水量為1.55萬m3。

2.5 地下水水質(zhì)分析

《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)是以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù)，主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農(nóng)業(yè)用水。

根據(jù)水源井水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，項目區(qū)域地下水水質(zhì)達(dá)到《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。目前，由于水源熱泵在中國應(yīng)用的時間不長，對水質(zhì)無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，根據(jù)克萊門特水源熱泵機組對地下水（井水）水質(zhì)的基本要求，結(jié)合行業(yè)認(rèn)同標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)項目水源熱泵評價標(biāo)準(zhǔn)確定為：含砂量﹤5 g/m3，渾濁度﹤20 mg/L，水中顆?！?.50 mm，PH 值在6.50～8.50 之間，CaO 含量≤200 mg/L，礦化度≤3 g/L，Cl-≤100 mg/L，SO32-≤200 mg/L，F(xiàn)e2+﹤1 mg/L，H2S≤0.50 mg/L 等，以上評價因子，項目區(qū)地下水中不含或含量低于標(biāo)準(zhǔn)要求，綜合評價表明該區(qū)域地下水水質(zhì)完全符合地溫空調(diào)系統(tǒng)用水要求。

2.6 項目已建熱源井布設(shè)合理性分析

建設(shè)項目井水循環(huán)系統(tǒng)已建熱源井2 眼，井深均為40 m，井徑300 mm，成井管材為高壓水泥管，熱源井井內(nèi)下入200QJ40-39/3 型潛水泵，在取水及回灌管路上安裝有計量水表。

2.7 熱源井布設(shè)合理性分析

建設(shè)項目熱源井井深均為40 m，熱源井井間距9 m，熱源井與商住樓裙樓的最近距離3.90～4.50 m，距離較近，存在安全隱患。根據(jù)建設(shè)項目地溫空調(diào)系統(tǒng)實際運行情況，熱源井最大取水、回灌量40 m3/h，遠(yuǎn)小于熱源井單井出水量和回灌能力，地下水開采規(guī)模及強度低，取水、回灌對商住樓主體建筑的影響較小。同時，項目已經(jīng)建成，涉及建設(shè)單位的切身利益，在建設(shè)單位作出對熱源井運行可能對商住樓安全影響自負(fù)其責(zé)的承諾后，該水源熱泵系統(tǒng)可以繼續(xù)維持運行。

3 結(jié)語

該建設(shè)項目水源熱泵工程項目區(qū)取用淺層地下水，采用“水源熱泵”技術(shù)，水源熱泵機組供水水源為獨立的“抽灌”循環(huán)系統(tǒng)，地下水通過潛水泵進(jìn)入機組并進(jìn)行能量提取后回灌入井內(nèi)。水僅作為熱傳導(dǎo)介質(zhì)采集和利用地下熱能，不消耗水，不污染環(huán)境，該項目取水不影響區(qū)域水資源的配置。確定的取用水量既充分提取了地下水能量，盡量減少取水規(guī)模，又把回灌水溫控制在合理范圍內(nèi)，建設(shè)項目取水量是合理的。