王 弛

(遼寧省湯河水庫管理局，遼寧遼陽 111000)

1 概述

為實現(xiàn)“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會的戰(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召，認(rèn)真貫徹落實遼陽市建設(shè)節(jié)水型社會的總體要求。遼陽市政府對市健身大廈采用水源熱泵供曖和制冷項目進(jìn)行改造，項目總建筑面積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。

項目擬在所在地提取地下水做為地溫空調(diào)機組水源，共擬建5眼抽水井、9眼回灌井。該系統(tǒng)運行最大負(fù)荷時，游泳館需水量為204 m3/h，項目年用水量90.79萬m3;訓(xùn)練館需水量為78.5 m3/h，項目年用水量31.89萬m3。而遼陽市區(qū)多年平均地下水資源量21 939萬m3，地下水資源可開采量為18 540萬 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渡。含水層的滲透系數(shù)、導(dǎo)水能力、貯水能力很強。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給量較大，加之河流上游段側(cè)向補給和兩側(cè)丘陵區(qū)地表徑流補給，使得本區(qū)賦存著極豐富的地下水。

項目區(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隆中部的太子河—渾江臺陷西緣，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給作用下形成了含水層。該含水層滲透性較強，出水量較豐富。

3 地下水動態(tài)分析

項目區(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局遼陽分局對該區(qū)附近地下水位進(jìn)行的歷史監(jiān)測，繪出歷史埋深數(shù)動態(tài)圖見圖1。項目區(qū)域近年埋深數(shù)值見表1。

表1 項目區(qū)域近年地下水埋深動態(tài)表

4 地下水可開采量計算

4.1 參數(shù)分析確定

4.1.1 抽水試驗及其參數(shù)計算

2012年5月，在工作區(qū)鉆成兩眼試驗井，對采探結(jié)合井進(jìn)行了抽水和回灌試驗。抽水工具采用潛水泵，水位觀測采用電測水位計，流量觀測采用水表。計算公式為:

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)定動水位降深，m。

計算地質(zhì)參數(shù)成果見表2，S—Q關(guān)系曲線見圖2。

4.1.2 回灌試驗及參數(shù)計算

回灌試驗采用自然滲透方法注水試驗，抽灌同時進(jìn)行[1]。對回灌水量及水位升高值同時觀測。采用裘布依公式進(jìn)行回灌滲透參數(shù)計算。

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)及計算結(jié)果列入表3。

圖2 抽水試驗S—Q曲線圖

表2 抽水試驗成果表

表3 回灌試驗及參數(shù)計算表

以上計算結(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 地下水可開采量計算

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

疏干水水量采用如下公式進(jìn)行計算:

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)行計算:

式中:A為評價區(qū)面積。

降水影響半徑通過公式(3)進(jìn)行計算，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，場區(qū)路北公共綠地長約180 m，寬50 m，面積9 000 m2，按疏干降水4 m計算，等效半徑 ro=53.5 m，涌水量 Q=661 m3/h。

5 地下水均衡計算

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為過水?dāng)嗝婧畬悠骄穸龋琺;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)抽水試驗當(dāng)降深為2.16 m時，影響半徑為144 m，得到項目區(qū)域內(nèi)水力坡度為15‰。計算成果見表4。

表4 地下水徑流量計算表

5.2 地下水均衡計算

地下水均衡關(guān)系按下式計算:

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

對論證范圍內(nèi)地下水進(jìn)行均衡分析，計算結(jié)果見表5。

表5 地下水均衡計算表

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

6 取水可靠性與可行性分析

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

項目建設(shè)符合國家及地方的產(chǎn)業(yè)政策，項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)計用水工藝及節(jié)水措施處于國內(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)實行封閉式等量取水還水，實現(xiàn)最大程度的節(jié)水。另外采用微機調(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剩消耗，節(jié)約電能，還可避免提取過多的水量造成水資源浪費，以便盡可能地保護(hù)地下水資源環(huán)境，減少對區(qū)域水環(huán)境的影響[5－6]。

7 結(jié)語

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

[1]王麗晶，張紅艷.建設(shè)項目地下取水的可靠性與可行性分析[J].吉林水利，2010(01):37－38.

[2]王敏敏，朱琦.永康市南山水廠二期工程取水可行性分析[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報，2012，24(01):71－73.

[3]張吉利，馬良棟.污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)污水側(cè)取水、除污和換熱技術(shù)研究進(jìn)展[J].暖通空調(diào)，2009，39(07):41 －47.

[4]范思源.水源熱泵空調(diào)應(yīng)用對地下水系統(tǒng)影響及對策[J].河南水利與南水北調(diào)，2013(22):19 －20.

[5]胡松濤，張莉，王剛.海水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的工程應(yīng)用[J].資源與發(fā)展，2005(03):26 －30.

[6]王宏，劉嶸，成紅之.地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與地下水環(huán)境問題的分析[J].工程勘察，2009(08):38－42.