熱泵供能行業(yè)水資源論證取用水合理性分析

胡 宇

(萍鄉(xiāng)市河江水利工程咨詢有限公司，江西 萍鄉(xiāng) 337000)

1 項目概況

田湖灣小區(qū)整個項目占地面積34666.68m2，項目總建筑面積122590m2。其中住宅面積90750m2，商業(yè)面積18450m2，配套設施建筑物面積590m2，其他建筑面積12800m2(架空層)。熱泵供能系統(tǒng)主要功能對象為辦公區(qū)域和高層住宅區(qū)域：

辦公區(qū)域：采用水源熱泵主機充分利用周邊的河水資源，集中提供冷、熱源，在冬季系統(tǒng)啟動供暖方式的時候以及個別極端天氣情況下，輔以燃氣鍋爐供暖，效果非常理想，而且成本非常低。

高層住宅區(qū)域：由河水源(冬季采用燃氣鍋爐作為補充)經(jīng)板式換熱器換熱后直接提供至該空調(diào)區(qū)域，每戶由安裝在皇家的末端空調(diào)設備(風機盤管、新風機組及地暖裝置)提供冷、熱源，以解決制冷、制熱、地暖問題?？紤]到少數(shù)極端天氣的情況，采用燃氣熱水鍋爐作為輔助熱源，以確保衛(wèi)生熱水系統(tǒng)全年的運行穩(wěn)定、可靠。

2 項目取用水情況

田湖灣小區(qū)河水源熱泵供能系統(tǒng)設計取水方案：上游取水，下游排水。即由萍水河田中湖段河道攔河壩上游左岸取水，流入蓄水池，由蓄水池中水泵送至機房，經(jīng)過高通道換熱器換熱后，排至攔河壩下游，換熱過程消耗水甚微。

圖1

建設項目用水情況分析：進水口采用潛水泵抽取萍水河水，安裝了4臺潛水泵，三用一備，設備參數(shù)為：抽水流量650m3/h，揚程：22m，N=90KW-360V，P=1.6MP。設計最大取水能力為1950 m3/h，即最大取水流量0.541 m3/s，取水總量按日供能時間下限值和上限值計算，下限值12h供能，取水總量為514.8萬m3；上限值24h供能，取水總量為1029.6萬m3。

建設項目原水預處理攜水量按1%估算。

建設項目蒸發(fā)滲漏和管網(wǎng)漏損按1%估算。

3 項目用水合理性分析

3.1 用水工藝分析

本項目生產(chǎn)工藝主要包括抽水、凈化、輸送供能區(qū)、回水管道、輸送萍水河等，供能區(qū)采用的技術為水源熱泵技術[1]。水源熱泵技術是利用地球表面淺層水源中吸收的太陽能和地熱能而形成的低溫低位熱能資源，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術。水源熱泵機組工作的大致原理是，夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，而冬季，則從水源中提取熱量。水源熱泵是清潔的、再生能源的一種技術，水源熱泵克服了空氣源熱泵冬季室外換熱器結(jié)霜的不足，而且運行可靠性和制熱效率又高，近年來國內(nèi)應用廣泛。

3.2 水量平衡分析

本項目生產(chǎn)用水單元主要通過潛水泵抽取河水，輸送到熱泵供能系統(tǒng)進行物理熱交換。

建設項目進水口采用潛水泵抽取萍水河水，設備三用一備，單臺潛水泵取水流量650m3/h，總?cè)∷髁繛?950 m3/h，即取水流量0.541 m3/s。取水總量按設備運轉(zhuǎn)效率70%計算，則建設項目設計取水流量為0.38m3/s，年取水總量為720萬m3。蓄水池面積為14×14=196m2，多年平均蒸發(fā)量950mm(E601)，年蒸發(fā)、滲漏量按1%計算為7.2萬m3。

建設項目熱泵供能系統(tǒng)輸水管道比較多，估算管網(wǎng)漏損按1%計算為7.2萬m3。

圖1 建設項目用水平衡示意圖

根據(jù)建設項目用水平衡示意圖分析，建設項目設計取水流量為0.38m3/s，年取水總量為720萬m3；蒸發(fā)滲漏和管網(wǎng)損耗總耗水量14.4萬m3；建設項目年外排水量705.6萬m3，外排流量0.37m3/s。通過水量平衡分析，建設項目設計取水量為720萬m3，可滿足熱泵供能系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

3.3 用水水平分析

通過建設項目生產(chǎn)產(chǎn)品產(chǎn)量和用水量分析：建設項目生產(chǎn)用水水量較大，用水過程損耗主要是蒸發(fā)滲漏和管網(wǎng)漏損，占總?cè)∷康?%，用水量較少，退水全部重新回歸到萍水河。水源熱泵供能系統(tǒng)與其他能源供能相比較，屬于清潔可再生資源，用水量消耗較少，暫時沒有相關用水定額，住宅建筑面積為90750m2，單位面積用水量為77.7m3/m2，單位面積耗水量為1.58 m3/m2。

4 項目取水合理性分析

4.1 取水水源分析

4.1.1 來水量分析

建設項目所在流域為湘江流域淥水源頭萍水河。取水口斷面處徑流量采用水文比擬法，通過和臨近流域蘆溪水文站面積比的n次方來計算。根據(jù)江西省徑流參數(shù)選取，n值取1。根據(jù)蘆溪水文站1958-2011年實測流量資料，經(jīng)排頻計算，按P-Ⅲ曲線適線，Cv=0.25，Cs/Cv=1.60，Qc=10.9m3/s時，經(jīng)驗點據(jù)與理論曲線吻合較好。

4.1.2 取水口上游用水戶分析

建設項目分析范圍內(nèi)年取新水量>5萬m3的企業(yè)僅有一家：中材萍鄉(xiāng)水泥有限公司。中材萍鄉(xiāng)水泥有限公司主要生產(chǎn)商業(yè)混凝土，取水地點在福田鎮(zhèn)福東橋下，取水水系在萍水河支流泉山河上，年取新水量為138萬m3，折算取水流量為0.048m3/s。

4.1.3 河道內(nèi)生態(tài)流量分析

河道生態(tài)環(huán)境用水流量計算方法采納“Tennant法”計算多年平均流量法，按照下游生態(tài)需水量和該區(qū)域的規(guī)劃需要，建設項目取水口斷面取多年平均流量的10%為生態(tài)流量，即Q平均=9.92 m3/s，經(jīng)計算得生態(tài)環(huán)境用水流量為0.99m3/s。

4.2 可供水量分析

4.2.1 可供水量分析

建設項目可供水量為取水口處來水量扣除下游生態(tài)用水量和河道內(nèi)其他用水戶取水量。建設項目取水口斷面枯水年水量平衡成果表分析，取水口斷面在頻率P=50%時，沒有供水不足的情況；取水口斷面在頻率P=90%時，存在24天供水不足的情況，最大日缺水量7.58萬m3，缺水總量69.8萬m3。

4.2.2 水資源質(zhì)量分析

根據(jù)《萍鄉(xiāng)市地表水功能區(qū)劃》，建設項目上一個水功能區(qū)為淥水源頭水保護區(qū)，目標水質(zhì)II類，水質(zhì)監(jiān)測達標率100%。因此取水口斷面上游來水水質(zhì)總體較好。本工程所在河段位于萍水河上游，水功能區(qū)淥水萍鄉(xiāng)上保留區(qū)，現(xiàn)狀水質(zhì)為II類水，水質(zhì)目標為III類水，取水口水質(zhì)能夠滿足建設項目用水要求。

綜上所述，建設項目取水水量和水質(zhì)比較有保障。

4.3 取水可靠性分析

4.3.1 取水口河段穩(wěn)定性分析

建設項目取水口位于田中水庫攔河壩上游約100m處，攔河壩布置三田橋上游約0.3km處，通過攔河壩抬高河道水位，以集中水資源。取水口所在河段地質(zhì)條件穩(wěn)定，壩址上游河道已基本達到?jīng)_淤平衡，河床區(qū)域穩(wěn)定。河道內(nèi)沒有明顯的深槽，河床較平坦，沒有明顯主流和深泓線。

4.3.2 取水口位置合理性分析

取水口河段河岸、河床基本穩(wěn)定，取水口斷面位于田中水庫攔河壩上游，通過壩體抬高水位汛期至92m，非汛期抬高水位至94m，保證取水水深。

4.3.3 取水口可靠性分析

建設項目取水用途為熱泵供能系統(tǒng)載體，設計工程取水量為720m3/a，根據(jù)可供水量計算章節(jié)可知，在保障河道生態(tài)用水、優(yōu)先用水戶用水的情況下，本項目取水口平水年情況下能夠滿足水量要求。

綜上所述，取水口的選址基本合理，充分考慮了利用現(xiàn)有取水建筑物，不會在河道內(nèi)新增阻水建筑。

5 項目取水影響分析

5.1 對水資源的影響

根據(jù)《萍鄉(xiāng)市水功能區(qū)劃》報告，萍水河流域多年平均水資源總量為8.84億m3，本項目設計年取水量720萬m3，占該流域水資源總量比例為0.81%。項目取水口斷面多年平均流量為9.92m3/s，90%頻率典型年平均流量為7.09m3/s，項目設計最大取水流量為0.38m3/s，占取水口斷面多年平均徑流量的3.8%，占取水口斷面90%頻率平均徑流量的5.4%。由此可知，建設項目取水條件滿足。

項目取水對區(qū)域水資源的影響主要是對田中湖攔河壩下游河段水資源總量和河段水文情勢的影響。建設項目設計取水量720萬m3，設計最大日取水流量0.38m3/s，占萍鄉(xiāng)市水資源總量比例為0.81%，占取水口斷面多年平均流量的3.8%，占取水口斷面90%頻率平均流量的5.4%，占取水口斷面以上徑流量比例較小，對區(qū)域水資源總量的影響較小，影響范圍較小。

5.2 對水功能區(qū)的影響

本項目設計年取水量為720萬m3。工程取水后減少了攔河壩上游徑流量，年用水量14.4萬m3，年退水量為705.6萬m3，退水排向攔河壩下游，回歸萍水河。

因此建設項目取水對萍水河段納污能力的影響甚微。

5.3 對生態(tài)系統(tǒng)的影響

萍水河流域氣候溫和，光照充足，降雨豐沛，水質(zhì)良好，光、熱、水條件比較好，河道內(nèi)水生生物和魚類繁殖具有良好的天然條件。建設項目從淥水水系萍水河田中湖攔河壩上游取水，取水水量占來水量的比例較小，建設項目取水后對下游的生態(tài)環(huán)境用水影響較小，所以建設項目取水對河道內(nèi)的水生生物影響較小。

5.4 對其他用戶的影響

建設項目取水自萍水河田中湖攔河壩上游，取水優(yōu)先保證壩址上游用水戶及下游河道生態(tài)用水。設計取水量為720萬m3，取水量占萍鄉(xiāng)市水資源總量比例為0.81%，占取水口斷面多年平均流量的3.8%，占取水口斷面90%頻率平均流量的5.4%。取水口斷面和退水口斷面區(qū)間沒有其他用水戶，故建設項目取水對其他用水戶取水影響甚微。

6 項目退水影響分析

6.1 退水方案

退水系統(tǒng)及組成

建設項目退水主要為水源熱泵供能系統(tǒng)退水，河水源熱泵供能系統(tǒng)退水經(jīng)過處理后直接排向萍水河，取、退水水質(zhì)基本上一致。

1)退水總量、主要污染物排放濃度和排放方式：

建設項目生產(chǎn)廢水主要是河水源熱泵供能系統(tǒng)退水。建設項目原水取自萍水河，萍水河水作為機房的熱交換介質(zhì)，夏季冷水機組制冷，介質(zhì)水帶走熱量，因此取水水溫<退水水溫；冬季水源熱泵機組制熱，介質(zhì)水提供熱量， 因此取水水溫>退水水溫。本項目水源熱泵取水使用后未添加其他化學藥劑，水量、水質(zhì)與原水相同，主要是溫排水、冷排水，水質(zhì)與取水一致，無污染物，年排水量為705.6萬t。

2)退水處理方案及達標情況：

建設項目退水主要為河水源熱泵退水，退水量為705.6萬t，直接排入萍水河，主要污染因子為水溫。

參考建設項目環(huán)境影響評價報告結(jié)論：項目取排水溫度按以萍水河溫度為基準相差5℃設計，夏季制冷時冷卻水的供回水溫度按30/35℃設計；冬季考慮到水源熱泵對河水的溫度影響(暫按1℃考慮)，冬季河水取水溫度取12℃，考慮到回水溫度過低，不僅會降低主機效率，同時存在主機蒸發(fā)器側(cè)結(jié)冰的風險，因此冬季取排水溫度差取5℃，因此，冬季制熱時熱源側(cè)供回水溫度按10/5℃設計。預測結(jié)果表明，項目的退水僅在排水口區(qū)域局部小范圍、短時期內(nèi)造成輕微影響，隨著河水來水量的變化和時間的推移，這種影響將逐漸減弱，甚至消除，同時，采取將排水口設置成散水模式進行散熱等措施。因此，項目退水不會對萍水河水溫造成明顯影響。

6.2 對水功能區(qū)影響

通過建設萍鄉(xiāng)市田湖灣小區(qū)河水源熱泵供能系統(tǒng)，經(jīng)過建設項目環(huán)境影響評價論證后，運行取、退水水質(zhì)一致，對萍水河影響甚微。退水正常排放情況下，各段面COD和NH3-N預測濃度均能滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)III類標準，萍水河建設項目退水口下游相鄰的下一個水功能區(qū)為淥水萍鄉(xiāng)工業(yè)用水區(qū)，該水功能區(qū)起點為上栗縣三田，終止位置是萍鄉(xiāng)市南坑河匯入口，全長11.5km，目標水質(zhì)IV類。因此，退水正常排放滿足水功能區(qū)水質(zhì)要求，對萍水河水功能區(qū)納污能力的影響甚微。

6.3 對水生態(tài)的影響

建設項目通過對排水口水溫因子進行預測，萍水河夏季萍水河夏季100～1000m范圍內(nèi)水溫在28.6413～28.6399℃之間，冬季100～1000m范圍內(nèi)水溫在12.4950～12.4946℃之間，在夏、冬季工況條件下，項目退水對萍水河造成的溫差均<1.0℃，滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)的要求(人為造成的環(huán)境水溫變化應限制在周平均最大降差≤2℃)。因此，項目退水不會對萍水河水生態(tài)造成明顯影響。

6.4 對其他用水戶的影響

建設項目為擬定新建工程，取水口位于田中湖攔河壩上游，退水口位于田中湖攔河壩下游，取水量和退水量一致，消耗甚微，對萍水河徑流量影響甚微。因此，工程前后，項目退水對下游其他用水戶影響甚微。

7 結(jié) 語

天湖灣小區(qū)熱泵供能系統(tǒng)取水符合國家宏觀產(chǎn)業(yè)政策，符合區(qū)域規(guī)劃及區(qū)域節(jié)水型社會建設要求，在取水水源選擇上符合國家相關規(guī)定要求，屬于國家和地方鼓勵發(fā)展的建設項目，建設項目取水對區(qū)域水資源狀況影響甚微，因此該項目的取用水是合理的。