大連金石生態谷水源熱泵項目取水可靠性及影響分析

李曉林

（遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110000）

1 引言

水源熱泵技術具有“高效、節能、環保”的特點，金石生態谷的2號地塊擬采用地下水源熱泵進行冬季供暖及夏季制冷，因而需要進行地下水取水水資源論證。

2 取水水源論證

2.1 地質、水文地質條件分析

①紫紅色含鐵質粉砂巖夾粘土質中細精灰巖結核，黃色粘土質頁巖，鮞粒狀灰巖。②深灰色泥灰巖與鈣質粉砂巖。③由淺黃色白云巖夾灰色鈣質石英砂巖及黃色、紫色、綠色頁巖。④灰白色石英砂巖夾灰綠色頁巖，底部含礫石。⑤灰色、暗紫色含礫屑、砂屑、泥晶灰巖。⑥由灰綠色、黃綠色頁巖、粉砂質頁巖夾粉砂巖。⑦灰白色、灰紫色。

論證區內地下水主要接受地下水徑流側向補給，其次為大氣降水補給。排泄方式主要為地下徑流和人工開采。此外，項目區附近地下水位枯、豐期年變幅1～2 m，地下水水位變幅較小，區域水資源變化不大，對取水影響不大。

2.2 地下水資源量分析

共鉆探8眼井，3井取水，5眼井用于加壓回灌。

2.2.1 取水井、回灌井布置方案

1#井：終孔孔深為510 m，水量49 m3/h，水溫17℃;靜水位8.60 m，穩定動水位48 m（回灌）。2#井：終孔孔深為512 m，水量11 m3/h，水溫18℃;靜水位28.30 m，穩定動水位260.50 m（回灌）。3#井：終孔孔深為467 m，水量60 m3/h，水溫22℃;靜水位10.20 m，動水位22.30 m（回灌）。4#井：終孔孔深為494 m，水量60 m3/h，水溫20℃;靜水位9.30 m，動水位22.30 m（取水）。5#井：終孔孔深為488 m，水量79 m3/h，水溫22℃;靜水位9.50 m，穩定動水位14 m（取水）。6#井：終孔孔深為476 m，水量40 m3/h，水溫17℃；靜水位9.50 m，穩定動水位46 m（回灌）。7#井：終孔孔深為379.50 m，水量82 m3/h，水溫18℃;靜水位6 m，穩定動水位22.50 m（取水）。8#井：終孔孔深為510 m，水量42 m3/h，水溫18℃;靜水位10.80 m，穩定動水位48 m（回灌）。

2.2.2 抽水試驗

勘察抽水試驗采用175QJ50-156-37 型深井潛水泵，利用閥門控制出水量，水位測量采用電測水位計，觀測動水位的時間間距為1、2、3、4、5、7、10、15、20、30 min，以后每隔30 min 觀測一次。在停抽后進行恢復水位觀測，觀測時間間距的順序與開始抽水時間相同。流量測量采用水表計量間隔每1 h觀測1次，水溫測量采用溫度計每2-4 h 觀測1 次。根據場地實際情況，開展抽水試驗1組（1個落程），回灌試驗1組（1個流量），抽水及回灌試驗的穩定時間均滿足規范要求。

試驗表明，3 眼井可開采量分別為82 、60、79 m3/h，合計221 m3/h，合5 304 m3/d，滿足2 790 m3/d最大日取水量要求。

2.2.3 影響半徑估計

計算得項目場地含水層參數，即滲透系數K=36.49 m/d，影響半徑R=87.89 m。項目取水井3 眼，定性分析影響半徑應有增加，但考慮到取水量全部回灌至另5 眼井中，取用水及回灌水同時進行，因此，定性分析其影響半徑應在取水水源論證范圍的半徑500 m內。

2.3 開采后的地下水水位預測

水源熱泵系統主要是提取地下水能量，項目用水之后，取出的地下水又回灌到同一含水層，基本不消耗水資源，故項目地下水資源開采后，水源井周圍第四系淺層地下水水位將保持正常波動，水位影響輕微。

2.4 地下水水質分析

此項目采集水樣進行水質檢測，采樣時間為2019年1月2日，并于4 日將樣品送至大連誠澤檢測有限公司進行檢測。2019年1月11日該單位出具檢測結果。

從評價結果看，除了H2S 和含砂量未進行測試，其余指標均符合水源熱泵水質要求。從鄰區和區域水質資料看，大連市地下水中基本不含H2S。水中含砂量是與成井質量有關的一項指標，因此在建井時應嚴格控制開采井的質量，根據含水層介質情況選擇合適濾料規格，防止含沙量超標。項目長遠考慮，項目水源熱泵系統需要采取以下措施：①采取防泥沙，確保取水水源符合熱泵機組要求。②回灌的地下水應采用除砂等設備，確保回灌水含砂量小于1/20萬，避免回灌時堵塞影響回灌效果等。③需要對地下水采取防腐措施，如采取措施還不達標，可在地下水和機組間加設不銹鋼換熱器或者鈦板換熱器，確保機組正常運行。④雖然地下水鐵含量較低，但還需做好除鐵措施，防止鐵銹堵塞機組及回灌堵塞，造系統壽命縮短。

2.5 取水可靠性分析

2.5.1 地下水可開采量計算

2.5.1.1 地下水儲存資源量

經計算：項目區內地水下貯存資源量V=V貯=92.48萬m3。

2.5.1.2 年調節儲量計算

計算公式為：Wr=u×F×△H

其中：△H為年水位變幅，取△H=2 m；F為論證范圍面積，取F=0.17 km2；u為論證范圍含水層的給水度，取u=0.20。

計算結果，年調節儲量Wr=0.2×0.17×106×2=6.80 萬m3。

2.5.1.3 側向補給量

地下水徑流補給量采用達西過水斷面法計算，即Qj=KIMB。其中：K滲透系數，m/d；I地下水徑流水力坡度；M含水層厚度，m；B地下水徑流補給寬度，m。

根據論證范圍地下水徑流水力坡度I=0.0015，地下側向徑流補給寬度B=1 000 m。評價區含水層平均厚度為H=27.20 m，滲透系數K=36.49 m/d。地下水側向徑流補給量為1 488.792 m3/d，折合年資源量54.34 萬m3/a。

2.5.1.4 側向排泄量

論證范圍地下水徑流排泄水力坡度0.000 7，計算地下水排泄量為694.77 m3/d，折合年資源量為25.35萬m3/a。

論證范圍地下水側向均衡量為54.34-25.35=28.98 萬m3/a。

2.5.2 地下水資源量計算

項目區域地下水年資源量為92.48 萬m3+6.8 萬m3+28.98萬m3/a=128.26 萬m3。

2.5.3 地下水資源量可靠性分析

項目年用水量57.20 萬m3，遠小于論證區128.26 萬m3，因此項目取水量是有保障的。

2.5.4 水質、水溫的可靠性分析

水源熱泵用水評價中，地下水各項指標均符合規范要求，地下水水質是可靠的。1#樓需求地下水量為53 m3/h，7#井出水量82 m3/h，水溫18℃，滿足1#樓需水量53 m3/h 需求，根據溫差設計7℃，回灌溫度約為10℃，大于5℃沒有結冰風險，滿足使用需求。3#井和6#井為回灌井，3#井20 m3/h，6#井33 m3/h。兩口回灌井水量根據實際回灌效果調整，保證滿足全部回灌。39#樓需求地下水量為102 m3/h，4#井和5#井，最大水量：4#井水量60 m3/h，水溫20℃，5#井水量79 m3/h，水溫22℃；取水量分別是51 m3/h，4#井和5#井均大于51 m3/h滿足取水要求。根據溫差設計10℃，回灌溫度約為10℃，滿足使用需求。設計三口回灌井，分別為1#井、2#井和8#井，回灌量分別為34 m3/h。三口回灌井水量根據實際回灌效果調整，保證全部回灌。故取水是可靠的。

3 取水影響論證

3.1 對水功能區的影響分析

項目不涉及水功能區，故對水功能區無影響。

3.2 對生態系統的影響分析

水源熱泵空調項目取水基本不會對水生態造成影響。

3.3 對周邊溫度場的影響分析

制熱時回水井與取水井水溫相比，一般下降5～6 K；回水溫度會達到5℃左右，制冷時回水井與取水井水溫相比，一般上升7 K；回水溫度會達到19℃左右。

預測采暖期末擬建地下水源熱泵工程抽水井地下水溫在取水換熱5 K后水溫仍然在5.00℃左右。回灌形成的水溫影響半徑在規劃紅線內。預測制冷期末擬建地下水源熱泵工程抽水井地下水溫在取水換熱7K 后水溫不超過19.00℃要求。回灌形成的水溫最大影響半徑在規劃紅線內。綜上分析表明金石生態谷水源熱泵項目對區域地下水溫影響較小。

3.4 對其他用水戶的影響分析

項目取水影響范圍內無其他取用水戶，取水、退水水質、水量及水溫對其他用水戶不產生影響。

4 退水影響分析

退水水質、水量無變化，退水水溫影響不涉及第三方，因此，項目退水對第三方無影響。

5 結語

①區域水質、水溫、水量等參數均滿足要求，取水是可靠的。②工程實施對周邊環境、用戶影響較小。③退水水質、水量無變化，退水水溫影響不涉及第三方。