水源熱泵空調(diào)項(xiàng)目取水可靠性與可行性分析

王 弛

(遼寧省湯河水庫(kù)管理局，遼寧遼陽(yáng) 111000)

1 概述

為實(shí)現(xiàn)“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)的戰(zhàn)略目標(biāo)，響應(yīng)省、市政府關(guān)于推廣地源熱泵可再生能源技術(shù)，充分利用地下水熱能資源，提高供暖的科技含量的號(hào)召，認(rèn)真貫徹落實(shí)遼陽(yáng)市建設(shè)節(jié)水型社會(huì)的總體要求。遼陽(yáng)市政府對(duì)市健身大廈采用水源熱泵供曖和制冷項(xiàng)目進(jìn)行改造，項(xiàng)目總建筑面積12 659.0 7m2，其中地下面積996.15 m2，地上建筑面積11 494.26 m2。在地上11 494.26 m2面積中:游泳館和健身館面積為8 604.46 m2，訓(xùn)練館面積為2 234.42 m2，其他建筑面積為設(shè)備用房。

項(xiàng)目擬在所在地提取地下水做為地溫空調(diào)機(jī)組水源，共擬建5眼抽水井、9眼回灌井。該系統(tǒng)運(yùn)行最大負(fù)荷時(shí)，游泳館需水量為204 m3/h，項(xiàng)目年用水量90.79萬(wàn)m3;訓(xùn)練館需水量為78.5 m3/h，項(xiàng)目年用水量31.89萬(wàn)m3。而遼陽(yáng)市區(qū)多年平均地下水資源量21 939萬(wàn)m3，地下水資源可開(kāi)采量為18 540萬(wàn) m3。

2 水文地質(zhì)條件

太子河沖洪積扇地處山前出口處，基底地形為一由東向西開(kāi)放的簸箕狀，東高西低，東窄西寬，面積大約650 km2，含水層由粒徑粗大的卵石、礫石、砂含礫石由東向西過(guò)渡。含水層的滲透系數(shù)、導(dǎo)水能力、貯水能力很強(qiáng)。地表為薄層亞砂土，亞黏土，上游局部或漫灘區(qū)為細(xì)砂，或砂含礫。該區(qū)多年平均降水量豐沛垂向滲入補(bǔ)給量較大，加之河流上游段側(cè)向補(bǔ)給和兩側(cè)丘陵區(qū)地表徑流補(bǔ)給，使得本區(qū)賦存著極豐富的地下水。

項(xiàng)目區(qū)地貌單元屬于下遼河—太子河沖積平原東緣;在大地構(gòu)造單元上屬于膠遼臺(tái)隆中部的太子河—渾江臺(tái)陷西緣，基巖埋藏較深，第四系覆蓋層厚度較大，上覆第四系黏性土及砂層，下伏較大厚度的卵石層。

項(xiàng)目區(qū)第四系地層主要堆積物自上而下為:

2.1 填土

灰黑色、褐色，上以建筑垃圾為主混合少量黏性土，下以黏性土為主，含少許磚、碳屑、植物根須等，層厚約1 m。

2.2 粉質(zhì)黏土

黃褐色、灰褐色，厚度約3 m。

2.3 細(xì)砂

黃褐色，以石英、長(zhǎng)石為主，含少量暗色礦物及白云母碎片，厚度近1 m。

2.4 卵石

黃褐色，粒徑＞20 mm的含量占質(zhì)量的50%以上，厚度直達(dá)潛水基巖，約24 m。

以上卵石及圓礫石具有厚度較大、分布廣、層位穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)松散等特性，因此在大氣降水和上游地下徑流的補(bǔ)給作用下形成了含水層。該含水層滲透性較強(qiáng)，出水量較豐富。

3 地下水動(dòng)態(tài)分析

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)地下水埋深較淺，地下水位受太子河影響較明顯。根據(jù)遼寧省水文水資源勘測(cè)局遼陽(yáng)分局對(duì)該區(qū)附近地下水位進(jìn)行的歷史監(jiān)測(cè)，繪出歷史埋深數(shù)動(dòng)態(tài)圖見(jiàn)圖1。項(xiàng)目區(qū)域近年埋深數(shù)值見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)域近年地下水埋深動(dòng)態(tài)表

4 地下水可開(kāi)采量計(jì)算

4.1 參數(shù)分析確定

4.1.1 抽水試驗(yàn)及其參數(shù)計(jì)算

2012年5月，在工作區(qū)鉆成兩眼試驗(yàn)井，對(duì)采探結(jié)合井進(jìn)行了抽水和回灌試驗(yàn)。抽水工具采用潛水泵，水位觀(guān)測(cè)采用電測(cè)水位計(jì)，流量觀(guān)測(cè)采用水表。計(jì)算公式為:

式中:K為滲透系數(shù)，m/d;R為影響半徑，m;H為含水層厚度，m;Q為抽水井出水量，m3/d;r為抽水井半徑，m;S為穩(wěn)定動(dòng)水位降深，m。

計(jì)算地質(zhì)參數(shù)成果見(jiàn)表2，S—Q關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

4.1.2 回灌試驗(yàn)及參數(shù)計(jì)算

回灌試驗(yàn)采用自然滲透方法注水試驗(yàn)，抽灌同時(shí)進(jìn)行[1]。對(duì)回灌水量及水位升高值同時(shí)觀(guān)測(cè)。采用裘布依公式進(jìn)行回灌滲透參數(shù)計(jì)算。

式中:K'為回灌滲透系數(shù)，m/d;R為影響半徑，m;H為含水層厚度，m;Q'為回灌水量，m3/d;r為回灌井半徑，m;S'為水位壅高值，m。

采用的數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果列入表3。

圖2 抽水試驗(yàn)S—Q曲線(xiàn)圖

表2 抽水試驗(yàn)成果表

表3 回灌試驗(yàn)及參數(shù)計(jì)算表

以上計(jì)算結(jié)果表明，工作區(qū)含水層滲透系數(shù)K=71.06 m/d，回灌滲透系數(shù)K'=33.24 m/d。

4.2 地下水可開(kāi)采量計(jì)算

通過(guò)對(duì)水源地的實(shí)地勘察，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件及采探結(jié)合孔抽水試驗(yàn)成果進(jìn)行綜合分析，確定影響范圍內(nèi)地下水的補(bǔ)給量和排泄量之間的數(shù)量對(duì)比關(guān)系，結(jié)合開(kāi)采方案，本區(qū)域地下水資源論證采用疏干降水法[2]。場(chǎng)區(qū)面積10 450 m2，按疏干降水4.0 m計(jì)算。

疏干水水量采用如下公式進(jìn)行計(jì)算:

式中:Q為涌水量;K為滲透系數(shù);H為含水層厚度;R為降水影響半徑;ro為等效半徑。其中，等效半徑可采用如下公式進(jìn)行計(jì)算:

式中:A為評(píng)價(jià)區(qū)面積。

降水影響半徑通過(guò)公式(3)進(jìn)行計(jì)算，得R=290.1 m;代入(6)式得，ro=57.7 m;代入(5)式，求出涌水量Q=684 m3/h。

同理，場(chǎng)區(qū)路北公共綠地長(zhǎng)約180 m，寬50 m，面積9 000 m2，按疏干降水4 m計(jì)算，等效半徑 ro=53.5 m，涌水量 Q=661 m3/h。

5 地下水均衡計(jì)算

5.1 地下水徑流量

根據(jù)公式為:式中:Q流為地下水逕流量，m3/d;H為過(guò)水?dāng)嗝婧畬悠骄穸?，m;B為含水層斷面寬度，1000m;I為地下水水力坡度;K為滲透系數(shù)，m/d。

地下水水力坡度，根據(jù)抽水試驗(yàn)當(dāng)降深為2.16 m時(shí)，影響半徑為144 m，得到項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)水力坡度為15‰。計(jì)算成果見(jiàn)表4。

表4 地下水徑流量計(jì)算表

5.2 地下水均衡計(jì)算

地下水均衡關(guān)系按下式計(jì)算:

式中:ΔQi為年地下水補(bǔ)給量與地下水消耗量均衡差，m3/a;K為開(kāi)采系數(shù)，取0.9;Q排為年地下水綜合排泄量，m3/a;Q耗為地下水開(kāi)采量，m3/a。

對(duì)論證范圍內(nèi)地下水進(jìn)行均衡分析，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 地下水均衡計(jì)算表

從表5可以看出，項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)地下水開(kāi)采為正均衡關(guān)系。因此，該區(qū)域地下水資源量能夠滿(mǎn)足項(xiàng)目用水需求。

6 取水可靠性與可行性分析

本項(xiàng)目游泳館和訓(xùn)練館最大需水量分別為204 m3/h和78.5 m3/h，而場(chǎng)地范圍可提供地下水涌水量為684 m3/h和661 m3/h，完全可滿(mǎn)足項(xiàng)目需水量要求。而且，地溫空調(diào)用水后全部回灌到原來(lái)的含水層中[3－4]。因此，項(xiàng)目取水不會(huì)對(duì)項(xiàng)目區(qū)的資源使用產(chǎn)生大的影響。

項(xiàng)目建設(shè)符合國(guó)家及地方的產(chǎn)業(yè)政策，項(xiàng)目取水符合所在地區(qū)的水資源條件，促進(jìn)區(qū)域水資源的合理配置與高效利用，其設(shè)計(jì)用水工藝及節(jié)水措施處于國(guó)內(nèi)和同行業(yè)較先進(jìn)水平。

該水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)采用氣水分離技術(shù)實(shí)行封閉式等量取水還水，實(shí)現(xiàn)最大程度的節(jié)水。另外采用微機(jī)調(diào)頻供水技術(shù)，根據(jù)所需溫度控制水量。這樣，不僅可減少潛水泵的過(guò)剩消耗，節(jié)約電能，還可避免提取過(guò)多的水量造成水資源浪費(fèi)，以便盡可能地保護(hù)地下水資源環(huán)境，減少對(duì)區(qū)域水環(huán)境的影響[5－6]。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，健身大廈采用水源熱泵供曖和制冷項(xiàng)目設(shè)計(jì)取用水方案可靠合理，生產(chǎn)用水工藝、節(jié)水措施切實(shí)可行。

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