地源熱泵在水文地質(zhì)勘察中的開發(fā)應(yīng)用研究

摘 要：作為一種蘊(yùn)含在大地土壤、地表水、地下水中的能量，地源熱泵通過熱泵機(jī)，為人們提供熱源和冷源。其中地下水是地源熱泵的重要熱源和冷源，通過水文地質(zhì)勘察，收集地下水溫度、水位、流速、出水量、流向等資料，以及評估開采量，為地源熱泵的開發(fā)應(yīng)用提供良好條件。

關(guān)鍵詞：地源熱泵 水文地質(zhì) 勘察 開發(fā)

中圖分類號：TU833文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0014-01

1 工程案例

某位于天津市的商業(yè)中心，其空調(diào)系統(tǒng)擬利用地下水源熱泵，經(jīng)勘察后，發(fā)現(xiàn)其底層含有中細(xì)砂、細(xì)中砂、填中砂、淤泥質(zhì)土夾細(xì)粉粒、卵石、花崗石等，并分為第一含水層和第二含水層，前者以填中砂和細(xì)中砂為主，潛水含水層平均厚度為14.91 m，由細(xì)中砂構(gòu)成；后者則以細(xì)中砂、中細(xì)砂、卵石為主，承壓含水層平均厚度為27 m，由卵石構(gòu)成，而且兩個含水層中間有一層由淤泥質(zhì)土夾細(xì)中砂構(gòu)成的相對隔水層。工程結(jié)合含水層的基本特點，將2個抽水試驗孔、3個水位觀測孔分別布置在第一含水層和第二含水層上，其中抽水試驗孔也可以作為回灌試驗使用，通過抽水、回灌、水溫量測、水質(zhì)分析、流速測定等試驗，勘察處水文地質(zhì)中的地源熱泵。

2 地源熱泵的開發(fā)應(yīng)用流程

2.1 成井工藝

工程需要進(jìn)行抽水試驗，以確定含水層的富水性、滲透性的水文地質(zhì)基本參數(shù)。在試驗之前，需要在兩層含水層上布置抽水的試驗井，其工藝手段分別為。

（1）第一含水層，試驗井?dāng)?shù)量2個，井深19 m，直徑400 mm，為了方便試驗井過濾，在下口布置220 mm的鋼管，并將濾網(wǎng)覆蓋管口。成井之后，需要進(jìn)行填礫和洗井，然后才可以抽水試驗，通過水位觀測管，潛水完成整個抽水試驗，其中滲透系數(shù)可根據(jù)公式K=0.732Q計算，而影響半徑為R=2S。

試驗結(jié)果：抽水井平均滲透系數(shù)28.69 m/d，證明該含水層透水性強(qiáng)，而且本地區(qū)雨水充沛，能夠充足補(bǔ)給地下水，因此該層的富水性好。

2.2 單井出水量

根據(jù)沉井工藝的抽水試驗結(jié)果，設(shè)計后續(xù)地下水換熱井，并結(jié)合多方面因素，對單井出水量進(jìn)行確定，其方法是利用沉井的平面范圍，根據(jù)井距確定抽水影響半徑，一般前者小于后者的時候，各個井抽水存在互相干擾現(xiàn)象，這時候通過計算，根據(jù)群井水位干擾影響最大的井，得出最大的出水量，該公式中，表示淹沒過濾器的長度大小，表示含水層的經(jīng)驗系數(shù)。另外，單井出水量的設(shè)計，需要綜合考慮供水井的數(shù)量、干擾狀況、洪水期水位、枯水期水位等，并綜合考慮開采區(qū)域的最大涌水量，進(jìn)而確定合理的降深。

2.3 回灌試驗

2.4 分析試驗水質(zhì)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，進(jìn)入水源熱泵機(jī)組的地下水水質(zhì)，需要進(jìn)行分析試驗，以便確定下水水質(zhì)的具體情況。通過試驗，可以判斷第一層的地下水水質(zhì)含砂量不影響水源熱泵機(jī)組的要求，而第二層水質(zhì)含有CaO等礦物質(zhì)，而且含量超標(biāo)，也就是說，第二層的地下水必須經(jīng)過處理，直到滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入水源熱泵機(jī)組。

2.5 測定地下水水溫

作為地下水源熱泵冷源和熱源交換值的重要參數(shù)，地下水水溫要保持在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，為此，要對地下水水溫進(jìn)行測定，以防止脫離標(biāo)準(zhǔn)的范圍。案例工程的第一個含水層井口出水水溫為19.04～20.5 ℃，可以采用井溫儀測定，測試后確定平均水溫為21.8 ℃，而且在深度增加變化之后，會呈現(xiàn)下降狀態(tài)，直到深度大于9 m，才開始恒定，溫度在20.1～23.2 ℃范圍內(nèi)徘徊。第二含水層井口出水水溫為20.9～23.1 ℃，井溫儀測定平均水溫為22.9 ℃，而且在深度增加變化之后，會呈現(xiàn)急劇下降狀態(tài)，直到深度大于19 m，才開始恒定，溫度在22.4.1～24.5 ℃范圍內(nèi)徘徊。通過以上地下水水溫的測定，基本可以斷定第一含水層水溫在9～11 m之后，才保持穩(wěn)定，可以作為冷熱源含水層，而第二含水層埋藏深度越深，溫度越穩(wěn)定，可以作為冷熱源含水層。

2.6 測定地下水流速和流向

地下水流速和流向，可以用三點法測定，而地下水水位可以用電測水位儀測定。經(jīng)測定，確定第一含水層地下水位標(biāo)高為2.34～2.89 m，第二含水層地下水位標(biāo)高為2.99～3.55 m，而且地下水水位出現(xiàn)波動起伏的狀態(tài)，這一點與地下水周圍的湖泊有關(guān)。另外從測定的地下水位來看，基本可以判斷第一含水層和第二含水層的水源補(bǔ)給于周圍的湖泊，而且第一含水層相比于第二含水層，前者的補(bǔ)給速度更快。

3 評估地下水的資源開采

通過以上流程研究，對地下水資源開采進(jìn)行評估：第一含水層的水位在2.29～2.89 m之間，平均厚度為12.85 m，不僅厚度大，而且富水性好，有利于地下水換熱系統(tǒng)的供水。筆者利用“大井法”進(jìn)行估算，基本可以判斷該層的地下水能夠開采，允許的最大開采量為689 m3/h。第二含水層水位標(biāo)高在3.00～3.65 m之間，平均厚度為20 n，富水性不強(qiáng)，而且水質(zhì)也比較差，開采成本將超標(biāo)，因此建議不對其開采。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧海燕，莫然.用地源熱泵技術(shù)打開淺層地下熱能寶庫—訪國務(wù)院參事、中國工程勘察大師王秉忱[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2007（9）：1-3.

[2]裘棟.地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在浙江LNG項目中的應(yīng)用[J].供熱制冷，2013（2）：56-58.