水源熱泵集中供暖項目水資源論證分析

郭乙霏 王明明

摘 要：本文通過對大唐名村小區(qū)用水現狀進行調查分析，對取水規(guī)模、取水水源及取水地點進行論證，分析本建設項目實施后取水和排水對論證區(qū)水資源利用情況和水環(huán)境影響，以期為建設項目取水許可申請和審批提供科學依據。

關鍵詞：水源熱泵;地下水;水資源論證

中圖分類號：TU831.6文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2019）11-0076-03

Abstract： Based on the investigation and analysis of the present situation of water use in Datang Mingcun District， this paper demonstrated the scale， source and location of water intake， and analysed the impact of water intake and drainage on the utilization of water resources and water environment in the demonstration area after the implementation of this construction project， so as to provide a scientific basis for the application and approval of water intake permit for construction projects.

Keywords： water source heat pump;groundwater;water resources demonstration

1 建設項目概況

大唐名村小區(qū)位于孟州市城區(qū)西北部河雍辦事處，合歡北路與西河雍大街交叉口（孟州一中對面），位置優(yōu)越，總建筑面積40萬m2，分四期開發(fā)。其中，一期工程共計8棟高層，每棟21層，占地2.67萬m2，南北長250m、東西寬130m，建筑面積9萬m2，居住戶數800戶，工程于2014年全部竣工投入使用。其配套供暖設施設計水源為淺層地下水，采用1臺水源熱泵供熱機組，末端為地板輻射采暖，配置循環(huán)水泵、定壓補水裝置及配電柜等輔助設備及系統(tǒng)，以解決小區(qū)冬季采暖問題。設計取水井4眼，回水井8眼，備用井2眼，取水井與回灌井比例為1∶2，取、回水井井深均為100m，年最大取水量為35×104m3，年回水量最低不少于34.3×104m3（灌采比不低于98%），主機選用1臺“翰藝”專利型雙系統(tǒng)四回路高能效水源熱泵供熱機組，單臺機組制熱量為1 949kW，制熱功率為364.8kW，供暖期為每年11月15日至次年3月15日[1]。

2 水資源論證目的和任務

孟州市水資源總量0.94億m3，人均水資源量246m3，低于全國人均平均水平，是全國水資源比較短缺的地區(qū)之一。因此，本項目水資源論證的主要任務是通過對項目用水工藝、取水方案中擬采取水源、水量、水質、取水合理性、可靠性以及取、退水對周圍水環(huán)境影響等方面進行分析論證，為有關部門對該項目實施提供依據。

3 工作等級與范圍

該項目取水水源為淺層地下水，項目用水為取暖用水。根據《建設項目水資源論證導則》（GB/T 35580—2017）的要求，結合項目區(qū)現狀地下水資源開發(fā)利用程度、工業(yè)和生活取水量、水文地質條件、用水合理性、取水及退水影響等，確定本項目水資源論證工作為三級。

根據項目業(yè)主提出的取水方案，其建設項目用水主要取水水源為當地地下水，同時現狀水資源狀況及開發(fā)利用所涉及的區(qū)域均位于孟州市內，項目分析范圍為孟州全市，總面積541.6km2。

項目區(qū)位于蟒河沖積平原區(qū)，根據建設項目取水和退水特點，以項目取水形成的地下水降落漏斗及其影響范圍范圍外擴700m為論證范圍，論證范圍面積為2.52km2。由于該項目退水通過供水管道直接注入回灌井，項目沒有直接設置入河排污口，因此不再單獨劃定退水影響范圍。

4 水資源開發(fā)利用現狀力及存在的主要問題

孟州市當地多年平均水資源量0.94億m3，其中地表水資源量0.67億m3，地下水資源量0.46億m3，地表與地下重復計算量0.19億m3;多年平均可利用量0.74億m3，其中地表水資源可利用量0.37億m3，地下水資源可利用量0.44億m3，地表與地下重復計算量0.07億m3;平水年份水資源總量0.88億m3，可利用量0.69億m3，其中地表水資源可利用量0.33億m3，地下水資源可利用量0.43億m3，地表與地下重復計算量0.07億m3;偏枯水年份水資源總量0.63億m3，可利用量為0.52億m3，其中地表水資源可利用量0.22億m3，地下水資源可利用量0.38億m3，地表與地下重復計算量0.08億m3。

通過分析孟州市2016年用水水平可知，孟州市工業(yè)用水和灌溉用水指標均低于焦作市平均水平，但灌溉用水指標高于河南省平均水平;萬元GDP用水量低于焦作市和河南省平均水平，農業(yè)灌溉用水占總用水量的59.23%左右，工業(yè)用水量占總用水量的23.81%，農業(yè)還有較大節(jié)水空間。應盡量挖掘地表水以及引沁水和黃河水的開發(fā)利用潛力，同時加大孟州城市水系建設的力度，補充地下水，遏制地下水位下降的趨勢，有效緩解水資源供需矛盾。

5 取水水源論證及用水合理性分析

5.1 取水水源分析

項目所在區(qū)域的河流均屬季節(jié)性河流，且河道水質污染嚴重，常年水質為劣V類。因此，地表水不適宜作為項目供水水源。孟州市污水處理廠位于城區(qū)東南部，處理后中水作為城區(qū)河道生態(tài)及綠化等用水，水質達到V類標準，也不能滿足本項目要求。項目區(qū)位于孟州市城區(qū)北部，淺層地下水富水性較好，是區(qū)內用水的主要水源之一，水質較好，適宜作為熱泵供水水源，因此選擇淺層地下水作為熱泵供水水源。水源熱泵集中供暖系統(tǒng)具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，不會對自然環(huán)境造成污染，也不會對周邊地區(qū)造成局部地質災害。項目建設符合國家鼓勵的建筑節(jié)能技術政策。

本工程同層取水、同層回水，供水井靜水位23m、動水位28m，水位降深5m，供水井與回水井最近距離為18m，供水井距離小區(qū)房屋最近距離為15m，回水井距小區(qū)房屋最近距離為18m。項目區(qū)含水層主要為中細砂，夾有薄層砂礫石，含水層巖土粒徑大，孔隙率大，有利于取水和回灌。取用地下水經熱泵機組置換熱能后98%回灌。在停抽時，地下水降落漏斗可基本恢復，取水不會對地下水水位產生不良影響。在嚴格控制取水量和回水量均衡及反滲透控制下，本項目取用地下水不會造成地面沉降等地質災害。

大唐名村小區(qū)一期水源熱泵機組每小時用水量為181.47m3/h，日最大取水量為2 910m3/d。根據供水井探測資料知，18～100m含水層累計厚度32m，含水層巖性主要為中細砂，夾有薄層砂礫石，滲透系數5.0～15m/d，根據井位布設，近似為矩形，長約250m，寬約130m。將抽水井群概化為一個大井，則大井半徑約120m。結合當地施工實踐可知，單井抽水影響半徑為300～500m，因此引用半徑按700m計算。經計算，在抽水影響范圍內（按700m考慮），當地地下水彈性儲存量和降落漏斗周邊徑流補給量之和可以滿足項目正常取水要求。該項目經冷熱泵交換循環(huán)后，除管網系統(tǒng)的跑、冒、滴、漏外，抽取的地下水98.8%經過管網又回灌到地下。因此，當地地下水資源量完全可以滿足機組用水需求，而且抽水影響范圍極小。

5.2 用水合理性分析

本項目采用的水源熱泵機組以水為載體，在冬季采集來自湖水、河水、地下水的低品位熱能，取得能量供給室內取暖;在夏季把室內的熱量取出，釋放到水中，以達到夏季空調供冷的目的。工程取水只用于熱泵機組正常運行，不作為其他項目取水。

本項目按供暖面積9萬m2（入住率100%）計算，冬季供暖期內年用水量35×104m3/a，供暖期內月平均用水量1.0m3/m2。參考河北省地方標準《用水定額 第2部分 工業(yè)取水》（DB 13/T 1161.2—2016），該用水定額針對水源熱泵居民住宅地板取暖而言，月用水量準入值3.15m3/m2，考核值4.05m3/m2。經比較，本項目月用水量小于定額值，用水合理，屬于節(jié)水型項目。

6 取水及退水影響分析

6.1 取水影響分析

6.1.1 對區(qū)域水資源的影響。通過對小區(qū)周圍取水井進行調查可知，在其周圍500m范圍內沒有井深100m左右的水源井，抽灌水在小區(qū)250m×130m范圍內完成，并且用于機組換熱的井水從取水井抽取，又經回水井回灌入地下水，且取水98%均回灌地下含水層中，整個過程基本不消耗地下水資源，不會造成地下水量的減少，因此不會對區(qū)域地下水資源造成影響，也不會對其他取水用戶造成影響;水質亦不會影響周邊地質環(huán)境及生態(tài)。

6.1.2 對水功能區(qū)及生態(tài)系統(tǒng)的影響。該項目主要是取水經冷熱泵交換循環(huán)后，除管網系統(tǒng)的跑、冒、滴、漏外，抽取的地下水全部經過管網又回灌到地下。因此，該項目取水對水功能區(qū)無影響，水質亦不會影響周邊地質環(huán)境及生態(tài)。

6.1.3 對區(qū)域地下水位影響。孟州市水利局從20世紀80年代初開始，在全市共布置17眼水位觀測井（其中，嶺區(qū)3眼、城區(qū)2眼、黃河灘區(qū)4眼、蟒河沖洪積平原8眼）。通過分析城區(qū)許村觀測井（該觀測井位于項目區(qū)南1km）的長期觀測資料可知，城區(qū)在地下水開采量增加情況下，2017年比1992年區(qū)域平均地下水埋深下降5.25m，25年間平均降幅為0.21m。隨著孟州市城區(qū)水系的建設，地下水會得到及時補充，城區(qū)地下水位會逐步得到回升。因此，對區(qū)域地下水位不會產生大的影響。

6.1.4 對周圍建筑物的影響。項目建設區(qū)域含水層主要為第四系中細砂，夾有薄層砂礫石含水層。建設項目是抽取淺層地下水作為熱泵機組用水，并實施不低于98%的回灌，取水不會對周邊地下水水位及富水性產生不良影響。同時，根據小區(qū)巖土工程勘察報告可知，本小區(qū)建筑結構采用混凝土樁復合地基，該項目鑿井取水層取在自然地面以下30～80m處。根據地質資料及取水對地質構造的影響分析，建議嚴格控制取水、回水量的均衡及反滲透控制。在運行過程中，水層不波動，不會造成地質構造的波動塌陷，對項目及項目四周地質環(huán)境不會造成影響，不會危及項目及周邊地質安全，也不會對項目建設區(qū)的巖土層性質造成破壞。

6.2 退水影響

項目退水為回灌水。該項目退水系統(tǒng)由空調機組和回灌井構成循環(huán)回水系統(tǒng)，年最大取水量為35×104m3，年回水量最低不少于34.3×104m3（灌采比不低于98%），年目標回水量35×104m3（灌采比達100%時），極少量回揚水流入小區(qū)污水管網或用于小區(qū)內清潔及綠化用水。因本項目呈全封閉式循環(huán)運行，所以無需設置排污口。

7 水資源節(jié)約保護措施

該項目水源熱泵空調系統(tǒng)采用“抽灌”循環(huán)封閉方式，整個系統(tǒng)幾乎不消耗水資源。對于該項目，主要采用以下水資源節(jié)約保護措施。

①實行最嚴格的水資源管理。在取水井加裝在線監(jiān)測設備，制定用水管理制度。對小區(qū)各項用水進行統(tǒng)一管理，并對各項用水進行優(yōu)化配置。同時，還應不斷加強對小區(qū)居民的節(jié)水宣傳教育，提高小區(qū)居民的用水、節(jié)水意識。

②嚴格取水管線沿線的管理。針對本小區(qū)人流較大的特點，制訂相應的管理方案，保護管道輸水安全，對輸水管道沿線實行有效監(jiān)控，減少輸水損失，防止污染物的進入，保證管道的穩(wěn)定運行，保障供水安全。

③定期開展水平衡測試，摸清小區(qū)用水現狀，挖掘節(jié)水潛力，合理配備用水計量儀器儀表，減少“跑、冒、滴、漏”現象。

④取、回水井口安裝標準計量水表，取水和回水定時計量，隨時注意抽水和回水是否平衡，找出漏水原因，并采取措施，防止水量流失。

⑤嚴格控制回灌水溫度，冬季大于4～7℃，避免大溫差回灌對地下水水質造成影響。

⑥增設水質、水位監(jiān)測，達到實時監(jiān)測地下水水質變化的目的。針對本建設項目用水過程，為保護本區(qū)地下水資源，提出工程節(jié)約、保護和管理措施。

⑦抽、回水井要定期交換使用，嚴格按照地溫空調規(guī)范進行操作，確保成井質量及周邊建筑物安全。

⑧建立取水井、回灌井及空調主機等設備管理檔案，詳細記錄各井的利用情況和運行中出現的問題，及時掌握空調系統(tǒng)運行狀況，發(fā)現問題及時解決，以保護地下水資源。

參考文獻：

[1]河南東方水利勘察設計有限責任公司.孟州市河雍辦事處大唐名村小區(qū)一期工程水源熱泵集中供暖項目水資源論證報告書[R].濟源：河南東方水利勘察設計有限責任公司，2019.