水文地質勘察的重要性范文

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1地源熱泵系統(tǒng)介紹

1.1地埋管地源熱泵系統(tǒng)地埋管地源熱泵系統(tǒng)是利用地下巖土中熱量的閉路循環(huán)的熱泵系統(tǒng)，它通過循環(huán)液（水或以水為主的防凍液）在封閉的地下埋管中流動，實現系統(tǒng)與大地之間的傳熱。地埋管地源熱泵主要包括一個由地下埋管組成的地埋管換熱器，分為水平埋管和豎直埋管兩種形式，不同的管溝或豎井中的熱交換器成并聯連接，再通過不同的集管進入建筑中與建筑物內的水環(huán)路相連接。地埋管地源熱泵系統(tǒng)具有綠色環(huán)保、高效節(jié)能、運行成本低等優(yōu)點，但其初投資高、占地面積較大。

1.2地下水地源熱泵系統(tǒng)地下水地源熱泵系統(tǒng)分為兩種，一種通常被稱為開式系統(tǒng)，另一種則為閉式系統(tǒng)。開式地下水地源熱泵系統(tǒng)是將地下水直接供應到每臺熱泵機組，之后將井水回灌到地下。在閉式地下水地源熱泵系統(tǒng)中，地下水和建筑內循環(huán)水之間是用板式換熱器分開的。地下水地源熱泵系統(tǒng)的核心是地下水換熱系統(tǒng)，它是由帶潛水泵的取水井、回灌井、水處理設備和連接管線組成（如圖2）。地下水地源熱泵系統(tǒng)最大的優(yōu)點是非常經濟，占地面積小，但是必須符合水質良好、水量豐富以及回灌可靠等多個條件。

2淺層地溫能普遍性和復雜性的特點

淺層地溫能是蘊藏在地殼淺部變溫層以下一定深度范圍內（一般小于200m）巖土體和地下水中、受太陽輻射的程度較小、溫度相對穩(wěn)定、在當前技術條件下具備開發(fā)利用價值的低溫地熱資源。淺層地溫能是深層地熱能和太陽能共同作用的產物。由于淺層地溫能資源賦存于地球淺表層(<200m)的巨大的恒溫帶中，無論山區(qū)還是平原均廣泛分布。但是，淺層地溫能賦存于地表以下的特性又造就了其“看不見、摸不著”的特性，同時，不同區(qū)域的地質和水文地質條件的復雜性和多變性，導致各區(qū)域巖（土）層的導熱性和水文地質參數差異巨大，在一個地區(qū)能夠成功應用的換熱系統(tǒng)，在其它區(qū)域可能不適用；即使在同一地區(qū)，也因項目位于河流沖洪積扇的不同位置，地下水換熱系統(tǒng)中抽灌井的數量及地埋管換熱系統(tǒng)的埋管數量大有不同。因此，淺層地溫能資源在具有普遍性的同時又具有復雜性。

3工程地質勘察

工程地質勘查評價是淺層地溫能科學合理開發(fā)利用的基礎。由于地質體的富水性及導熱性等都會對淺層地溫能的分布狀態(tài)、運移規(guī)律、品位高低、開發(fā)利用方式及規(guī)模有一定的制約，因此，認識淺層地溫能存在的地質和水文地質條件十分重要，這就需要進行熱泵系統(tǒng)工程前期的工程地質勘察，從宏觀上把握淺層地溫能的地質條件和地溫場分布，以便為開發(fā)利用奠定基礎。

3.1工程地質勘察的內容首先應開展調查、調研工作，初步了解項目所在地的地貌特征和區(qū)域水文地質特征，提出勘察方案。然后更深入的了解項目所在地的地層特征、水源井狀況以及地下水賦存特征等情況，初步制定換熱方式，再編制有側重點的勘察方案。如果項目所在區(qū)域適宜地埋管換熱方式，則應對工程廠區(qū)的巖土層結構、巖土體的熱物性、巖土體溫度、地下水靜水位、水溫、水質及分布、地下水徑流方向和速度等進行勘察；而如果是地下水換熱方式較適宜，則應查明地下水類型、含水層的巖性、分布、埋深及厚度、地下水徑流方向、速度和水力坡度、地下水水溫及分布、地下水水質及水位動態(tài)變化等。

3.2工程地質勘察的重要性無論采取何種熱泵技術開發(fā)利用淺層地溫能，均應進行前期的工程地質勘察，若盲目的開發(fā)利用，則會出現如下幾方面的問題：（1）地下水不能完全回灌地下水源熱泵僅僅以地下水作為能量傳導介質,潛水泵抽取地下水進入熱泵機組，經過熱交換后通過回水系統(tǒng)又重新回灌到地下含水層中，整個過程只提取水中的能量，而不消耗地下水資源。然而，我國一些地下水源熱泵系統(tǒng)工程由于沒有對項目所在區(qū)域的基礎地質和水文地質條件進行認真勘察分析，在本來不適宜建設熱泵系統(tǒng)工程的區(qū)域或適宜建設地埋管地源熱泵系統(tǒng)工程的區(qū)域建設了地下水源熱泵系統(tǒng)，最終導致地下水不能完全回灌，造成水資源浪費，更甚者引起回灌井堵塞、整個系統(tǒng)癱瘓以及地面沉降等一系列問題。位于大廠回族自治縣的某地下水源熱泵系統(tǒng)工程，工程建筑面積38000m2。根據項目所在區(qū)域的水文地質條件，其屬于泃河、潮白河沖洪積平原水文地質區(qū)，為新近紀沉積層、第四系全新統(tǒng)河湖相沉積-上更新統(tǒng)陸相沉積，巖性以粉土，粘性土、細砂為主，沉積物顆粒較細。本工程采用5抽11灌的地下水換熱方式，抽水井中置入潛水泵，抽水量能夠達到工程需要，而地下水回灌采取重力回灌方式，起初勉強能夠回灌，但是運行一段時間后，單井回灌能力隨懸浮物和氣泡堵塞及含水層細顆粒重組等原因明顯下降，到目前為止，整個回灌井失去回灌能力，系統(tǒng)被迫停止運行。這一方面造成地下水嚴重浪費，另一方面給使用方帶來極大的不便和巨大的經濟損失。（2）熱貫通問題在應用地下水源熱泵系統(tǒng)時，抽水井周圍地下水溫度的穩(wěn)定性是維持其效能的關鍵，然而，由于回灌水通常與原始含水層的溫度存在一定溫差，故在導熱和對流等作用下，造成抽水井溫度不同程度的升高或降低，這種現象稱為“熱貫通”。含水層構造、地下水徑流條件、抽灌井間距以及抽灌量的大小等均對地下溫度場的變化起著至關重要的作用。通常情況下，含水介質顆粒粒徑越大，分布越均勻，地下水徑流速度越緩慢，越容易發(fā)生“熱貫通”現象；另外，抽灌井的井間距越小，抽灌量越大，抽水井在短時間內越容易發(fā)生“熱貫通”事件，其后果是降低熱泵機組的工作效率，增加熱泵系統(tǒng)的運行成本。因此，在實際工程應加大水文地質的勘查、評價和設計，合理規(guī)劃地下水開采布局中各井的配置，選擇適宜的運行方案，最大限度地避免熱貫通的影響，這樣有利于地下水的合理開采利用，提高能源利用效率。位于北京市海淀區(qū)某大廈的地下水源熱泵系統(tǒng)工程，總建筑面積35000m2，位于永定河沖洪積扇的中上部，水文地質條件優(yōu)越，單井出水量可達200m³/h，采用一抽一灌或一抽兩灌即可滿足項目需求，但該項目采用了同井抽灌，在運行一段時間后，項目出現了“熱貫通”現象，最終導致夏季空調系統(tǒng)無法運行，不得不重新改造地下換熱系統(tǒng)。（3）地下水污染對于地下水源熱泵系統(tǒng)，首先應該確保地下水的取水量和回灌量，然而，在一些區(qū)域，由于水文地質條件較差，缺乏具有可觀厚度和良好滲透性的含水層，通常需要同時利用多個薄層含水層才能達到系統(tǒng)設計的取水量和回灌量，但是我國許多城市局部地區(qū)埋深較淺的含水層中地下水已遭受到不同程度的污染，水質相對較差，若在這些區(qū)域建設水源熱泵系統(tǒng)工程，則會加速下部含水層的污染。另外，回灌水的水質和水溫對確保地下水不受污染起到至關重要的作用。回灌水應遵循其水質好于或等于地下水水質、回灌后不引起區(qū)域性地下水質污染和回灌水與儲水層相混不發(fā)生沉淀等原則。然而，在一些區(qū)域，儲水層水質本身較差，而在回灌過程中又未對水質進行處理，加之回灌水溫度變化引起地下含水層溫度場的變化，從而在地下水回灌后出現生物結垢、無機物沉淀等一系列物理、化學和生物變化，造成系統(tǒng)效率降低和井的堵塞，同時對地下水水質產生不利影響。因此，在建設地下水源熱泵系統(tǒng)工程前，應對地下水水質進行檢測，同時嚴格控制地下水回灌溫度,分析研究地下水的化學成分對整個水源熱泵系統(tǒng)的影響以及溫度場的變化對地下水水質的影響，從而確保地下水源熱泵系統(tǒng)的正常運行。（4）地埋管換熱系統(tǒng)與建筑物負荷需求不匹配地埋管地源熱泵系統(tǒng)工程成功的關鍵是地下地埋管換熱系統(tǒng)，而影響地埋管換熱系統(tǒng)的主要因素是土壤的熱物性，土壤熱物性又和地層結構、含水層分布、地下水流速及土壤初始溫度等地質和水文地質條件有關，因此，在實際工程中，應該首先進行土壤熱物性測試，計算項目所在區(qū)域土壤導熱系數和每延米換熱量，同時勘查區(qū)域地層結構、地下水賦存狀況等情況，分析影響地埋管換熱性能的因素，從而使得整個地源熱泵系統(tǒng)的設計更合理有效。然而，目前，許多單位在建設地埋管地源熱泵系統(tǒng)時，并未進行前期的工程地質勘察，而是根據以往經驗進行設計，造成地埋管總換熱量與建筑物負荷需求不匹配，運行效率降低，同時也達不到很好的供暖制冷效果。北京市朝陽區(qū)某娛樂城地埋管地源熱泵系統(tǒng)工程原設計鉆鑿80眼地埋孔即可滿足建筑物負荷需求，但是經過實際運行一段時間后，發(fā)現地埋孔換熱能力不足，不得不再增加60眼地埋孔，但是增加后又與地埋側循環(huán)泵功率不匹配，水力平衡也存在問題，最終導致整個系統(tǒng)運行一直不夠穩(wěn)定，運行效率也明顯降低。（5）初投資增加無論是建設地下水源熱泵系統(tǒng)還是地埋管地源熱泵系統(tǒng)，不進行項目所在區(qū)域的地質勘查，評價項目適宜性，而盲目的建設，還可能會導致初投資增加。北京市海淀區(qū)某地源熱泵項目，總建筑面積25578.67m2。項目所在地第四系厚度在120-150m之間，沉積物主要由粘土、砂、砂礫石、砂卵石呈層狀產出，局部地區(qū)含有較大顆粒卵石，構成多層地下水，其中115米以上卵礫石含水層厚度超過60米，富水性很好，在降深5米時，單井出水量達125m³/h，比較適宜建設地下水源熱泵系統(tǒng)，然而，本項目采用了地埋管式地源熱泵系統(tǒng)，共鉆鑿343眼換熱孔，由于地層中含有砂礫石和砂卵石等大顆粒的沉積物，不易鉆鑿，這就大大增加了鉆鑿成本，同時增加了初投資。

4結論

地源熱泵系統(tǒng)作為一種環(huán)保、節(jié)能的新型空調系統(tǒng)，有著較為廣闊的使用前景，但是作為地源熱泵系統(tǒng)所利用的熱源—淺層地溫能，又具有普遍性和復雜性的特點，故不能盲目的開發(fā)利用，應進行必要的工程地質勘察，避免出現地下水不能回灌、熱貫通、地下水污染、地埋管換熱系統(tǒng)與建筑物負荷不匹配以及初投資顯著增加等諸多問題，影響地源熱泵系統(tǒng)的正常合理運行。

作者：魏靜文曹瑞堂單位：北京市地質礦產勘查開發(fā)總公司