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        地源熱泵在水文地質(zhì)勘察中的開發(fā)應用研究

        2013-12-31 00:00:00劉芳存
        科技創(chuàng)新導報 2013年12期

        摘 要:作為一種蘊含在大地土壤、地表水、地下水中的能量,地源熱泵通過熱泵機,為人們提供熱源和冷源。其中地下水是地源熱泵的重要熱源和冷源,通過水文地質(zhì)勘察,收集地下水溫度、水位、流速、出水量、流向等資料,以及評估開采量,為地源熱泵的開發(fā)應用提供良好條件。

        關(guān)鍵詞:地源熱泵 水文地質(zhì) 勘察 開發(fā)

        中圖分類號:TU833文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2013)04(c)-0014-01

        1 工程案例

        某位于天津市的商業(yè)中心,其空調(diào)系統(tǒng)擬利用地下水源熱泵,經(jīng)勘察后,發(fā)現(xiàn)其底層含有中細砂、細中砂、填中砂、淤泥質(zhì)土夾細粉粒、卵石、花崗石等,并分為第一含水層和第二含水層,前者以填中砂和細中砂為主,潛水含水層平均厚度為14.91 m,由細中砂構(gòu)成;后者則以細中砂、中細砂、卵石為主,承壓含水層平均厚度為27 m,由卵石構(gòu)成,而且兩個含水層中間有一層由淤泥質(zhì)土夾細中砂構(gòu)成的相對隔水層。工程結(jié)合含水層的基本特點,將2個抽水試驗孔、3個水位觀測孔分別布置在第一含水層和第二含水層上,其中抽水試驗孔也可以作為回灌試驗使用,通過抽水、回灌、水溫量測、水質(zhì)分析、流速測定等試驗,勘察處水文地質(zhì)中的地源熱泵。

        2 地源熱泵的開發(fā)應用流程

        2.1 成井工藝

        工程需要進行抽水試驗,以確定含水層的富水性、滲透性的水文地質(zhì)基本參數(shù)。在試驗之前,需要在兩層含水層上布置抽水的試驗井,其工藝手段分別為。

        (1)第一含水層,試驗井數(shù)量2個,井深19 m,直徑400 mm,為了方便試驗井過濾,在下口布置220 mm的鋼管,并將濾網(wǎng)覆蓋管口。成井之后,需要進行填礫和洗井,然后才可以抽水試驗,通過水位觀測管,潛水完成整個抽水試驗,其中滲透系數(shù)可根據(jù)公式K=0.732Q計算,而影響半徑為R=2S。

        試驗結(jié)果:抽水井平均滲透系數(shù)28.69 m/d,證明該含水層透水性強,而且本地區(qū)雨水充沛,能夠充足補給地下水,因此該層的富水性好。

        2.2 單井出水量

        根據(jù)沉井工藝的抽水試驗結(jié)果,設計后續(xù)地下水換熱井,并結(jié)合多方面因素,對單井出水量進行確定,其方法是利用沉井的平面范圍,根據(jù)井距確定抽水影響半徑,一般前者小于后者的時候,各個井抽水存在互相干擾現(xiàn)象,這時候通過計算,根據(jù)群井水位干擾影響最大的井,得出最大的出水量,該公式中,表示淹沒過濾器的長度大小,表示含水層的經(jīng)驗系數(shù)。另外,單井出水量的設計,需要綜合考慮供水井的數(shù)量、干擾狀況、洪水期水位、枯水期水位等,并綜合考慮開采區(qū)域的最大涌水量,進而確定合理的降深。

        2.3 回灌試驗

        2.4 分析試驗水質(zhì)

        根據(jù)相關(guān)規(guī)范,進入水源熱泵機組的地下水水質(zhì),需要進行分析試驗,以便確定下水水質(zhì)的具體情況。通過試驗,可以判斷第一層的地下水水質(zhì)含砂量不影響水源熱泵機組的要求,而第二層水質(zhì)含有CaO等礦物質(zhì),而且含量超標,也就是說,第二層的地下水必須經(jīng)過處理,直到滿足規(guī)范標準,才能夠進入水源熱泵機組。

        2.5 測定地下水水溫

        作為地下水源熱泵冷源和熱源交換值的重要參數(shù),地下水水溫要保持在標準值范圍內(nèi),為此,要對地下水水溫進行測定,以防止脫離標準的范圍。案例工程的第一個含水層井口出水水溫為19.04~20.5 ℃,可以采用井溫儀測定,測試后確定平均水溫為21.8 ℃,而且在深度增加變化之后,會呈現(xiàn)下降狀態(tài),直到深度大于9 m,才開始恒定,溫度在20.1~23.2 ℃范圍內(nèi)徘徊。第二含水層井口出水水溫為20.9~23.1 ℃,井溫儀測定平均水溫為22.9 ℃,而且在深度增加變化之后,會呈現(xiàn)急劇下降狀態(tài),直到深度大于19 m,才開始恒定,溫度在22.4.1~24.5 ℃范圍內(nèi)徘徊。通過以上地下水水溫的測定,基本可以斷定第一含水層水溫在9~11 m之后,才保持穩(wěn)定,可以作為冷熱源含水層,而第二含水層埋藏深度越深,溫度越穩(wěn)定,可以作為冷熱源含水層。

        2.6 測定地下水流速和流向

        地下水流速和流向,可以用三點法測定,而地下水水位可以用電測水位儀測定。經(jīng)測定,確定第一含水層地下水位標高為2.34~2.89 m,第二含水層地下水位標高為2.99~3.55 m,而且地下水水位出現(xiàn)波動起伏的狀態(tài),這一點與地下水周圍的湖泊有關(guān)。另外從測定的地下水位來看,基本可以判斷第一含水層和第二含水層的水源補給于周圍的湖泊,而且第一含水層相比于第二含水層,前者的補給速度更快。

        3 評估地下水的資源開采

        通過以上流程研究,對地下水資源開采進行評估:第一含水層的水位在2.29~2.89 m之間,平均厚度為12.85 m,不僅厚度大,而且富水性好,有利于地下水換熱系統(tǒng)的供水。筆者利用“大井法”進行估算,基本可以判斷該層的地下水能夠開采,允許的最大開采量為689 m3/h。第二含水層水位標高在3.00~3.65 m之間,平均厚度為20 n,富水性不強,而且水質(zhì)也比較差,開采成本將超標,因此建議不對其開采。

        參考文獻

        [1]鄧海燕,莫然.用地源熱泵技術(shù)打開淺層地下熱能寶庫—訪國務院參事、中國工程勘察大師王秉忱[J].工程建設與設計,2007(9):1-3.

        [2]裘棟.地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在浙江LNG項目中的應用[J].供熱制冷,2013(2):56-58.

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