1、1水文地质勘察中存在问题及解决方法摘要:地下水循环式热泵系统，这种系统由抽水井将地下水抽出，通过板式换热器或直接将水送到热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井回灌入地下，由于地下水的温度相对稳定，且相比地表水，不易受污染，因此，地下水作冷热源的热泵系统性能较为优良。本文结合某工程实例探讨水文地质工程勘察在开发地源热泵中作用。 关键词:水文地质；工程勘察；地源热泵 Abstract: circulating groundwater heat pump system, this system is composed, extract of groundwater pumping well, t
2、hrough the plate heat exchanger, or directly to the water to the heat pump units, after extracting heat or heat release, the recharge well back into the ground, because the underground water temperature relatively stable, and compared with the surface water, susceptible to pollution, therefore, grou
3、ndwater as cold and heat source heat pump system performance is relatively good. This paper, based on hydrogeological engineering survey some engineering examples, role in the development of ground source heat pump. Key words: hydrology; Engineering survey; Ground source heat pump 2中图分类号：F407 文献标识码：
4、A 文章编号：2095-2104(2013) 一、地源热泵水文地质勘察应解决的问题 查明场地下水类型、含水层岩性、分布、埋深及厚度、含水层的富水性和渗透性、地下水径流方向、速度和水力坡度，地下水的水温、水质、含砂量、动态变化;分析评价场地采用地下水换热系统的可行性及地下水换热系统对周边环境的影响;取得热源井的出水量、回灌量，评估地下水可开采量，为地下水换热系统设计提供水文地质依据。下面结合工程实例阐述开发地源热泵水文地质工程勘察具体作法及应解决的问题。 二、地源热泵水文地质工程勘察 分析了场地地层特点，归纳为二个含水层，第一含水层由(1)填中砂、(4)细中砂构成的潜水含水层，层厚平均 13.8
5、2m;第二含水层由(6)细中砂、(10)中细砂、(11)卵石构成的承压含水层，层厚约 25m，两个含水层中间夹有相对隔水层(5)淤泥质土夹细中砂。 针对上述含水层特点，每个含水层布置并完成 2 个抽水试验孔(兼作为回灌试验使用)，3 个水位观测孔，完成抽水试验、回灌试验、量测水位水温及取水样进行水质分析试验，测定地下水流速、流向。 2.1 成井工艺及抽水试验 成井工艺是确保抽水试验成功的前提，抽水试验用以查清含水层的富水性和渗透性，确定渗透系数等水文地质参数。 场地第一含水层布置两个抽水试验井，井深 21m，进入第(5)层淤泥质土夹细砂，成井口径 400mm，下口径 219mm 钢管，钢管在含
6、水层段加3工成过滤器，并包上滤网，成井后，安装井管，填砾，采用机械洗井，充分洗井后进行抽水试验;两个抽水试验孔各带一个水位观测井进行试验，水位观测井井管采用 165 钢管，其它工艺同抽水试验井。潜水完整井抽水试验，计算公式如下: 第二含水层抽水试验难点在于要将第一含水层地下水隔住，具体作法:成井口径 500mm，钻至井深约 21m 处，进入第(5)层淤泥质土夹细砂相对隔水层，下口径 273mm 的钢管，进行隔水，在口径 273mm 管井内再变径为 219mm 口径，一直钻探至中风化岩层面，两口抽水试验主井孔深分别为 59.90m 及 62.00m，最终井径为 165mm。水位观测井隔水方法同抽
7、水井，最终井径为 140mm，其它工艺同抽水试验井。承压完整井抽水试验，计算公式如下: 高 2.332.65m 之间，其渗透系数平均 28.75m/d，说明该含水层渗透系数大，属强透水性含水层，由于含水层厚度大，受大气降水及闽江水的侧向补给，该层富水性好，水量充足。 第二含水层抽水井稳定水位在罗零标高 3.063.47m 之间变化，其渗透系数平均 3.942m/d，说明该含水层渗透系数中等，属中等透水性含水层，由于含水层厚度较大，受闽江水的侧向补给，该层富水性尚好，水量较充足。 42.2 单井出水量的确定 抽水试验井的参数可作为后续地下水换热井设计的依据，单井出水量应考虑多方面的因素，下面有三
8、种方法用以确定单井出水量。 方法一:利用抽水试验成果估算单井降深及涌水量:根据抽水试验成果表绘制单井 Q=f(s)关系曲线，经曲线拟合，两组 Q=f(s)呈型曲线，判定涌水量方程为抛物线方程，当降深 S=0.5H(m)单井涌水量最大，根据抛物线方程对应的推导公式，单井最大涌水量计算公式如下: 式中:Q推算最大涌水量;S推算最大降深 方法二:为了延长水源换热井的寿命，避免大降深大流量的取水造成出水的含砂量偏高，也避免水位降深过大，造成上伏或下卧含水层越流补给，影响水质，且由于场地分布有软土层，应避免水位降深过大，造成大面积的地面沉降，根据已有的文献，水源换热井取水降深不宜超过5m。单井降深 5m
9、 时，可根据下列公式计算单井出水量: 方法三:为了充分利用场地平面范围，当设计群井抽水时，由于井距通常会小于抽水影响半径，群井抽水会存在互相干扰，计算单井出水量时，应选择群井中水位干扰影响最大的井，考虑群井干扰影响下最大出水量: L:过滤器淹没段长度，:含水层的经验系数，第一含水层取 70，5第二含水层取 130 表 1 单井出水量(m3/d)计算表 因此，设计单井出水量时，要综合考虑供水井的平面布置、井数、是否存在群井抽水干扰作用、洪水期与枯水期水位，还有考虑井径、设备出水能力、井距以及区域的可开采资源的最大涌水量，确定合理的降深，防止因取水造成地面沉降等地质灾害。 建议以上述三种方法计算最
10、小值作为单井出水量设计依据。 23 回灌试验 为了节约水资源，将已换热过的地下水由回灌井回灌入地下，是地下水源热泵系统突出的特点。查清场地土层可灌性，用以确定后续地源热泵设计时，确定抽水井与回灌井的比例。利用抽水试验井回灌试验，测定渗透系数。 第一含水层两个主井的回灌试验渗透系数分别为14.04m/d、19.82m/d，单位回灌量分别为 223.04m3/m.d、314.91m3/m.d;第二含水层两个主孔的注水试验渗透系数分别为 2.382m/d、2.578m/d，单位回灌量分别为 68.22m3/m.d、73.85m3/m.d。 现有场地地面标高约为 8.009.00m，第一、二含水层场地
11、地下水位标高分别为 2.48m、3.16m，考虑到洪水期地下水位上升及群井回灌水头叠加影响(考虑水位上升 2m)，在后续地源热泵设计时，第一、二含水层6抽水井与回灌井的比例分别不宜小于 12 及 13。 2.4 水质分析试验 地下水换热系统对直接进入水源热泵机组的地下水水质要求满足有关规范规定，为了查清地下水水质情况，分别在第二含水层进行水质分析试验。 本场地第一含水层的水质及含砂量能满足直接进入水源热泵机组要求;第二含水层的水质有多项指标不能满足规范要求，矿化度、CaO 均超过规范规定的允许值，Cl更是远超过规范规定的允许值，部分孔的Fe2+及含砂量也超过规范规定，因此，该含水层地下水不能满
12、足直接直接进入水源热泵机组要求，若要使用，应进行水处理，处理后地下水指标满足规范要求，方可使用。 25 地下水水温测定 场地第一含水层井口出水水温值一般在 20.521.4，(对应的气温8.516.9)，采用井温仪测定地下水温随井深变化情况，测得井内平均水温为 22.7，根据地下水深度水温关系曲线，井内水温随着深度变化是一个分段函数，在地表以下约 9m 或 11m 内，地下水温随着深度增加而降低，且降低幅度较大，当深度大于 9m 或 11m 后，地下水温随着深度增加基本保持不变，整个含水层井内水温一般在 21.124.3内变化。 第二含水层井口出水水温值一般在 21.822.2，测得井内平均水
13、温为 22.7，由测定成果可看出，井内水温随着深度变化是一个分段函数，在地表以下一定深度内(约在井深 611m)，地下水水温随深度增加7急剧下降，随后水温随深度增加较快回升，到一定深度后(约在井深 19m)，地下水温随着深度增加而增大，但增加幅度不大，井深约每增加 7m，水温约增加 0.1。整个含水层井内水温一般在 22.324.3范围内变动。气温虽然变化大，但地下水温较稳定;第一含水层虽然埋藏浅，但深度在地表下 911m 以后，水温趋于稳定，可作为冷热源含水层使用;第二含水层埋藏深，水温稳定，是理想的冷热源含水层。 26 地下水可开采资源评估 场地第一含水层属潜水含水层，水位一般在 2332
14、98m 之间，含水层厚，平均厚达 1386m，富水性好，水量大，水质及含砂量符合规范要求，埋藏浅，开采成本低，是较理想的供水含水层，可作为地下水换热系统供水水源。采用“大井法“估算该含水层场地地下水可开采资源，估算稳定出水量 669m3/h，由于采用了回灌技术，开采的水量经利用后可作为回灌水源，实际的允许开采量可大于 669m3/h。 第二含水层属承压含水层，水位标高一般在罗零 300366m 之间，含水层厚，平均厚约达 20m，渗透系数中等，富水性一般，水质较差，需经处理方可使用，且含水层埋藏深，开采成本高，不是理想的供水含水层，不建议采用。采用“大井法“估算该含水层地下水可开采资源，稳定出水量为 493m3/h。 三、结束语 综上所述；为了节省成本，提高水源井利用效率，地下水换热系统设计时，抽水井和回灌井结构要一致，在地下水换热系统投入使用时，8抽水井和回灌井要同时具有抽水及回灌功能，并定期互换角色，对于水源井也需要定期维护，确保其正常运行。 参考文献 1BG50019，采暖通风与空气调节设计规范S 2某会展中心三期岩土工程勘察报告Z 3JGJ/T11198，建筑与市政降水工程技术规范S 4冉伟彦，丁连靖工程勘察在地源热泵系统工程中的重要性J
