地温空调水资源论证

XX职业技术学院地下水源热泵空调项目水资源论证报告书二一二年七月目 录1 总论11.1项目来源11.2水资源论证的目的和任务21.3编制依据31.4取回水规模、取水回水层位与取回水地点51.5工作等级61.6分析范围与论证范围71.7论证委托书、委托单位与承担单位82 地下水源热泵项目概况82.1 项目名称及项目性质92.2 建设地点、占地面积和土地利用情况92.3 地源热泵项目规模及实施意见92.4业主提出的取用水方案102.5 业主提出的回灌水方案113地下水资源状况及其开发利用分析113.1 基本概况123.2 目的含水层地下水资源状况及其开发利用分析123.2.1目的含水层水资源及开发利用分析123.2.2区域地源热泵系统的利用及分析133.3 目的含水层水资源开发利用应注意的问题134 地下水源热泵项目取、回水合理性分析144.1 取水合理性分析154.2 回灌合理性分析174.3 建设项目的合理取、回水量184.4 取、回水井布设建议215 地下水源热泵项目取、回水可行性分析215.1 水源论证方案215.2 地下取水水源论证225.2.1区域地质、水文地质条件225.2.2地下水资源量分析265.2.3目的含水层地下水可开采量计算275.2.4目的含水层回灌水量计算305.2.5地下水水质分析305.2.6取、回水可靠性与可行性分析326 地下水源热泵项目取、回水的影响分析326.1 取水区域水资源的影响分析326.2 回水的影响分析336.2.1回水系统及回水总量336.2.2回灌对地下水水质、水温的影响336.3取、回水影响分析结论347 地下水资源保护措施347.1 非工程措施357.2 工程措施358 地源热泵项目水资源论证结论与建议368.l 取、回水的合理性378.2 取水及回灌水层的可靠性与可行性388.3 取、回水对水资源状况及地质环境的影响388.4 回灌水影响及水资源保护措施388.5 取水方案398.6 回水方案398.7 建议409 主要参考资料4210附件4310.1水资源论证合同委托书4310.2水质分析报告4710.3电法测井成果50商丘职业技术学院地下水源热泵空调项目 水资源论证1 总论1.1项目来源商丘职业技术学院位于豫鲁苏皖四省结合部的全国历史文化名城、国家级优秀旅游城市商丘市，是2001年经河南省人民政府批准、教育部备案的一所独立设置的公办全日制高等职业院校。2006年，学院在河南省高职高专院校人才培养工作水平评估中，以各项评估指标全优的成绩被评为优秀院校；2007年被教育部、财政部确定为国家示范性高等职业院校立项建设单位，2010年6月顺利通过国家示范院校项目建设验收，成为全国百所示范性高等职业院校之一；2010年10月又被国务院确定为全国高等职业教育发展综合改革试点院校。学院有教职工1245人，专任教师781人。其中，教授、副教授等高级职称教师376人；博士、硕士生285人；“双师素质”506人，是培养高素质高技能人才和有志青年学习深造的理想学府。为了提高学院教职工及学生的生活、工作及学习环境，响应国家节能减排、保护环境、开发可再生能源（地热能）的政策方针，经学院调研，决定实施地下水源热泵空调项目，预计供暖（制冷）面积70000m2。2012年6月，商丘职业技术学院委托武汉艾信科技有限公司对该项目取用水进行水资源论证工作，为合理办理取水许可手续提供依据。1.2水资源论证的目的和任务建设项目水资源论证是水资源管理的重要内容之一，是保证水资源管理走向科学化、规范化的重要措施，是取水许可审批的必要条件。商丘职业技术学院地下水源热泵空调项目水资源论证的目的是：（1）论证该项目取用浅层地热能（地下水换热）的可行性、合理性，确保浅层地热能资源合理开发、利用、配置、节约、保护和治理的综合目标得以实现；（2）综合分析建设项目取、回水对周边地区环境和其它用水户的影响；（3）合理开采浅层地热能资源，保证地下水换热系统水资源的可持续利用，促进社会经济可持续发展，为水行政主管部门科学合理的管理水资源提供依据。本项目水资源论证的主要任务有：（1） 搜集论证区域地质、水文地质、气象等资料，了解区域水资源状况、项目所在区域浅层地热能资源状况及开发利用情况； （2）论证建设项目单位取用水方案和退水方案的合理性，确定建设项目的合理取用水量；（3）根据论证区的地层结构、水文地质条件、热储层等特征，分析论证区热储层热储量、热水资源量等；（4）按照浅层地热能勘查评价规范和相关技术要求，论证浅层地热能的赋存层位、厚度、温度、富水性等地质、水文地质条件，确定地下水资源的合理利用量；（5）根据论证区的水文地质条件，分析取水水源的可靠性与可行性；（6）论证地源热泵系统循环利用地下水对周围其他用户的影响，以及退水对周围环境的影响；（7）评价建设项目地下水开发利用方案，提出保护地下水资源的措施和建议。1.3编制依据1、国家法律法规（1）中华人民共和国水法（2002年8月29日中华人民共和国主席令第74号公布）；（2）取水许可和水资源费征收管理条例（2006年4月15日国务院令第460号发布）；（3）建设项目水资源论证管理办法（2002年3月24日水利部、国家发展计划委员会令第15号发布）； （4）取水许可和水资源费征收管理条例2006年1月24日国务院第123次常务会议通过，2006年4月15日起施行。 （5）中华人民共和国水污染防治法（2008年2月28日中华人民共和国主席令第87号公布）；（6）中华人民共和国环境保护法（1989年12月26日中华人民共和国主席令第22号公布）；（7）中华人民共和国水土保持法（2010年12月25日修订）2、规范及标准（1）建设项目水资源论证导则（试行）SL/Z322-2005；（2）水资源评价导则SL/T238-1999；（3）地下水资源分类分级标准GB/T 15218-1994；（4）浅层地热能勘察技术规范（DZ/T 0255-2009）；（5）地热资源评价方法（DZ40-89）；（6）可再生能源产业发展指导目录发改能源20052517号；（7）污水综合排放标准（GB8978-1996）；（8）地下水质量标准（GB/T14848-93）；（9）地表水质量标准（GB3838-2002）；（10）供水水文地质勘察规范 （GB50027-2001）；3、地方法规及参考资料（1）河南省取水许可和水资源费征收管理办法（河南省人民政府令第126号，2009年7月1日起施行）；（2）河南省水法实施办法2006；（3）商丘市地源热泵系统管理暂行规定（市建委、水利局200862号）；（4）2010年商丘市水资源公报；（5）1：20万区域水文地质普查报告（商丘幅），1981年7月；（6）商丘地区农田供水勘察报告，1983年；（7）商丘职业技术学院中央空调方案书，2012年6月。1.4取回水规模、取水回水层位与取回水地点（1）取回水规模：该建设项目在供暖期日最大工作取水量约为282.124=6770.4m3,在制冷期日最大工作取水量约为410.424= 9849.6m3，供暖、制冷均按3个月（90日历天）计算，年最大取水量约为149.58104 m3，灌采比按最低95%考虑时，年回水量最低不少于142.1104m3，年目标回水量149.58104m3，努力做到灌采比达100%。（备注: 149.58104m3为年最大取水量，当建筑物室内负荷降低时，设备需水量根据需要自动调整潜水泵工作台数，平均日工作取水量约为最大取水量的65%，即年取水量约为97.23104 m3，年回水量应大于92.37104m3，达到灌采比大于95%）（2）取回水层位：该建设项目取水水源及回水层位均为新生界第四系中、上更新统冲积相含水砂层。（3）取回水地点：该建设项目的取回水地点位于商丘市睢阳区神火大道以东，神火大道南段556号商丘职业技术学院校内的西部偏北拓展车间和实训中心楼北侧、蔡河两侧位置（见图1.4 建设项目位置图）。图1.4 建设项目位置图1.5工作等级该建设项目是为商丘职业技术学院教职工住宿楼、实训中心等供暖、制冷的地下水源热泵空调设备运行提供用水保障，最大取水规模为9850m3/d，回水量大于95%，消耗量小于492.5 m3/d，水资源消耗量较小；本区中层水赋存于第四系中、上更新统，沉积物均匀分布，含水层埋藏浅，地下水补、径、排条件清楚，水质类型较单一，水文地质条件复杂程度为简单；地下水源热泵利用在商丘市刚刚起步，城区内仅有数家单位应用，浅层地热开发利用程度属有潜力区，目前中层水无敏感生态问题存在；地下水源热泵回水量不小于取水量的95%，取水影响范围小，仅涉及单个水功能二级区，且对第三者取用水影响极为轻微；水源热泵的取水、退水系统基本封闭，退水产生污染物的可能性和危险性小，取水和退水对生态影响极其轻微。根据建设项目水资源论证导则表2.1.2“水资源论证分类分级指标”可知，本项目水资源论证工作等级定为三级。1.6分析范围与论证范围根据建设项目的建设地点及取水层位，分析范围为商丘市睢阳区。根据建设项目水资源论证导则（试行），地下水取水论证范围应以有利于促进区域水资源合理配置，满足建设项目建成区和规划区，一般应覆盖较为完整的或相对独立的水文地质单元，或不小于地下水降落漏斗及其影响范围。根据建设项目的取水和退水特点，以项目取水形成的地下水降落漏斗及其影响范围为论证范围，即项目建设范围外扩200m，论证范围面积为0.42km2。图1.6 建设项目水资源论证范围1.7论证委托书、委托单位与承担单位论证委托书见附件1。委托单位：商丘职业技术学院承担单位：武汉艾信科技有限公司资质证号：水论证乙字第14207028号2 地下水源热泵项目概况本项目为商丘市职业技术学院住宅楼等地温空调项目，总建筑面积约70000，需提供制冷、制热。建设项目主机选用美意水源热泵机组，采用水水螺杆式水源热泵机组MWH990两台，末端设计为风机盘管，部分采用散热片，以满足制冷、制热的要求。 2.1 项目名称及项目性质项目名称：商丘职业技术学院地下水源热泵空调项目；项目性质：新建。2.2 建设地点、占地面积和土地利用情况商丘职业技术学院位于商丘市睢阳区神火大道以东、归德路以西、北海路以南，建设地点位于学院院内（见图2.2 交通位置图）。图2.2 交通位置图项目建设占地面积约52000m2，该土地用途为绿化用地，项目实施不影响其原有功能。2.3 地源热泵项目规模及实施意见本项目地源热泵供暖（制冷）建筑总面积为70000，主机选用美意水源热泵机组，采用水水螺杆式水源热泵机组MWH990两台，最大取水量410.4m3/h。 地源热泵主机型号及相关参数 表2.3主机型号数量单台功率(kW)制冷量(kW)制热量(kW)负载侧水流量（m3/h）源水侧水流量（m3/h）制冷制热MWH990239274022762197380209地下水水源热泵空调系统是以地下水作为热泵空调的冷（热）源，地源热泵技术是可利用清洁的再生能源新技术，是极其环保的一种空调形式，具备了环保洁净、节水省地、节能经济、灵活安全、用途广泛、运行可靠等特点，为可再生能源产业发展指导目录中第四类“地热能”总序号第74号“地源热泵供暖和/或空调”（ 包括地下水源、河湖水源、海水源、污水源（包括城市污水、工业污水、医院污水）和土壤热泵系统）, 因此，本建设项目符合可持续发展要求和能源产业发展方向，符合国家能源及环保政策，具有广阔的发展前景或在特殊领域具有重要应用价值。2.4业主提出的取用水方案该项目设计采用“抽灌分离”的方式，设计施工取水井12眼，回水井24眼，备用井4眼，设计井深150m，单井设计出水量35m3/h，水温1618，取水井与回灌井比例为1：2；供水水源为第四系中、上更新统含水层。图2-4 “抽灌分离”方式系统取水和退水示意图2.5 业主提出的回灌水方案为了保证回灌水在含水地层中有较长的传导途径，以确保抽水井出水水温保持基本恒定，充分发挥水源热泵机组工作效率，该项目采用“抽灌分离”的方式，自行封闭循环体系，既不消耗地下水资源，又不产生废污水，最大限度地保护了水资源。回灌水（退水）通过中层水回灌井进行回灌，回灌分为无压（自流）回灌和加压（正压）回灌，该项目退水为地温空调回水，根据地温空调设计，该项目回水井可设成有压回灌，将井加设法兰、密封井口，即可保证回水不会从井中外溢，又可以在外力的作用下使水井透水层畅通，尽量使其全部回灌，为了确保回灌井的回灌能力，可抽、回井交替或回水井定期回扬（每周12次），回扬持续时间通常2030分钟，以浑水出完见到清水为止，少量回扬水可用于绿化用水或排入市政污水管网。3地下水资源状况及其开发利用分析3.1 基本概况本项目所在地为河南省的东大门，豫、鲁、苏、皖四省接合部商丘市睢阳区，北与山东省的菏泽地区交界，西与宁陵县毗邻，南与柘城县相邻，东与虞城县相接。区内交通便利，陇海、京九铁路，105、310国道及连霍高速公路在此交汇，西距郑州203km、开封140km，东距徐州市146km；南距亳州市64km，北距荷泽市96km，且与相邻市、县的公路四通八达。地理坐标：北纬34053425，东经1152011550。商丘市属黄河冲积平原，地势基本平坦，由西北向东南微有倾斜，自然坡降1/50001/7000，地表岩性以粉土、粉质粘土为主。由于黄河多次泛滥、决口和改道，加之长期的雨水、风力作用及人们生产活动的影响，使商丘区域内形成了许多沙丘、滩地、湖洼地、槽形地和碟形洼地等，相互交替分布，构成较复杂的平原地貌。商丘市城区地面平坦，地面海拔约48.0m50.0m。分析范围内的河流均属淮河水系的中小支流，多发源于黄河故道南大堤脚下背河洼地，主要河道有大沙河、古宋河、包河等，河流深度4m左右，多属季节性河道，旱时干涸无水。3.2 目的含水层地下水资源状况及其开发利用分析3.2.1目的含水层水资源及开发利用分析商丘地区中层水（埋深60150m）砂层颗粒较细、富水性中等、水质较差、矿化度较高，多为13g/l，为微咸水，侧向断面径流量为0.7亿吨/年，中层地下水因其水质差，不适宜饮用及大面积长期灌溉等原因，因此，中层地下水开发程度极低，几十年来基本保持原状，单位及个人基本不开采中层水。3.2.2区域地源热泵系统的利用及分析在商丘城区，中层地下水的开采一直处于静置状态，近两年来，随着浅层地热能开发在我国及河南的不断发展，商丘市区也先后有四季港湾小区、海亚春天置业有限公司、山河商务酒店、王朝大酒店等单位、小区率先采用水源热泵空调项目，采用抽灌分离方式，取水量40720 m3/h，鉴于全部回灌水，中层地下水资源消耗量极少，区内开发利用中层水资源的潜力大。为了保障空调机组的正常运行及延长使用寿命，对于中层水宜进行前期水质处理，降低超标离子含量。3.3 目的含水层水资源开发利用应注意的问题1）加强科学管理和开发商丘市水利局是商丘市水资源管理的行政主管部门。水资源的开发、利用和保护应统一规划，合理配置微咸水的开发使用，保护生态及地质环境，并加强对用水单位及部门的合法监督管理，实现水资源的合理开发和有效利用，防止无序乱采对地质环境的破坏。2）规范机井施工工艺为了避免袭夺浅层水，在施工项目机井时，一定做好封闭止水工作，止水位置根据测井曲线解释成果合理选择，并选用优质的粘土球等止水材料，严禁按照已往浅层水机井的全孔投砾工艺；止水位置以上管材必须使用合格的井壁管，严禁使用过滤管；地层判定以测井曲线为依据，严禁凭经验、靠感觉进行地层判定及井管安装。3）水质超标需处理中层地下水水质有多个因子超过地温空调机组设备要求的限值，进行水质处理是有必要的，进入热泵机组循环之前进行处理，降低超标离子含量，减少腐蚀等不良作用，确保空调机组正常运行。4）抽水回灌能力应保障地下水源热泵运行后，多见回水井的回灌能力下降，影响设备的正常运作，因此，在空调系统运行期间，必须科学管理利用抽水井、回水井，如定期洗井、调配使用备用井和抽、回井的互换等，以确保灌采比不低于95%，保护生态环境，节约地下水资源。4 地下水源热泵项目取、回水合理性分析为了促进我国可再生能源产业的发展，根据中华人民共和国可再生能源法的要求，国家发展和改革委员会编制了可再生能源产业发展指导目录（发改能源20052517号），目录中具备规模化推广利用的项目，国务院相关部门将制定和完善技术研发、项目示范、财政税收、产品价格、市场销售和进出口等方面的优惠政策。响应国家节能环保、利用可再生能源的方针政策，商丘职业技术学院拟实施地源热泵空调项目。该项目取用第四系中、上更新统孔隙水作为水源热泵系统的供水水源，以地下水为能量传导介质采集和利用地下热能。水源热泵系统项目的需水量是根据项目冷热负荷和系统主机的性能确定的，结合区域水文地质条件确定项目所需的抽水井数量。4.1 取水合理性分析1）水源热泵空调系统的工作原理水源热泵空调系统供水管内的地下水通过潜水泵从抽水井中取出，经过过滤、除砂等水处理措施进入机组，再通过回灌井进入地下，水不产生损失，构成了机组与地下水的循环系统。机组提取地下水中的低位能量并将其聚变为高位能量，然后输送给冷暖水循环系统（用户末端）。整个系统仅消耗电能，无任何污染，是极其环保的一种空调形式，主机占地面积比传统方式大大减少，可放置在地下室等空间。本项目利用换热的水源为70150m的中层地下水，仅仅用于换热而不消耗，而且中层水上部有厚层的粘性土隔水层，与浅层地下水不发生水力联系，其水位是动态平衡的，并且用于机组换热的井水从水井中抽取换热后，通过回水井行回灌，不会造成地下水资源的消耗和污染。2）用水工艺商丘职业技术学院地下水源热泵空调项目主机选用美意水源热泵机组，采用水水螺杆式水源热泵机组MWH990两台以满足需要，末端设计为风机盘管，部分采用的散热片，满足制冷、制热的要求。水源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。在冬季把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；在夏季把室内的热量“取”出来，释放到地能中，以此达到给用户制冷制热。其原理为：冬季制热以地下水为吸热热源，把水中的热量收集起来，经过能量转换，将热量释放到用户端，实现供热，制热时，地下水为机组的吸热源，制冷剂在蒸发器内吸取地下水的热量蒸发，地下水回灌后再吸收地层中的热量参与循环（见图4.1.1）。夏季制冷以地下水为排热热源，把用户端的热量收集起来，经过能量转换，排放到地下水中去，实现制冷。制冷时，地下水为机组的排热源，制冷剂在蒸发器内吸热蒸发，制取7冷水，送入房间使用，制冷剂再经压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽，进入冷凝器，由地下水带走热量并排至地层中（见图4.1.2）。 图4.1.1 水源热泵冬季空调供热原理图 4.1.2 水源热泵夏季空调供冷原理图3）用水合理性分析地下水源热泵空调机组以水源为载体，吸收或向其释放热量，从而达到供暖或制冷的作用。本项目采用“抽灌分离”的方式循环用水，通过抽水井抽取的地下水经过热泵系统能量交换后，经回灌系统回灌到地下含水层中，除温度变化外，地下水与外界不发生物质交换，整个过程既不消耗水资源，也不会污染环境，最大限度地保护了水资源；而且“抽灌分离”方式可确保回灌水在地层中有较长的传导途径，热交换相对充分，有利于抽水井的出水水温基本恒定，充分发挥水源热泵效益。根据商丘商丘职业技术学院提供的项目建设简介，按制冷量为设计标准，日取水量应为9850m3，每小时取水量为410m3，设计抽水井12眼，单井出水量设计为35 m3/h，能够满足热泵机组的需水量；而且设计回灌井24眼，备用井4眼，能够保证抽取的地下水回灌到地下，按照商丘市地源热泵系统管理暂行规定，地源热泵系统热泵系统灌采比不得低于95%，基本不消耗水量，只有少量水在运行过程中通过渗漏消耗，用水方案是合理的。4.2 回灌合理性分析根据商丘市中层水水文地质条件，中层水含水层岩性以细砂、粉砂为主，渗透性较好，借鉴其他地区工程经验，机井回灌量可达出水量的30%50%，另外商丘现有水源热泵机组灌采比大多采用1抽2回，运行良好；本项目设计井深150m，含水层累积厚度约36m，预计单井出水量35m3/h左右，因此单井设计最大回灌量17.5m3/h是可行的，24眼回灌井能够满足机组回灌水量，而且地温空调系统为封闭循环，对含水层水质无污染，不影响周边用户取水及地质环境、生态环境。 4.3 建设项目的合理取、回水量水源热泵系统的需水量是根据项目的冷热负荷和机组需水要求确定的。据商丘职业技术学院中央空调方案书，商丘职业技术学院需要采暖和制冷的总建筑面积为70000m2，设计采用“抽水-回灌”的开式循环系统来提取或释放热量, 直接利用地下水循环，达到采暖或制冷的目的。根据相关规范，本项目冷负荷按81W/m2，热负荷按62W/m2估算，同时考虑经济性和同时使用率，晚上住宅使用率高，综合考虑同时使用系数取0.8，故制冷量为4500Kw，制热量为3500Kw，因此本设计以冷负荷为准。假设实际制冷工况为井水供回水温度:18/29，实际制热工况为井水供回水温度:16/8。1）夏季供冷时：水流量G=Q(COP+1)/COP / 1.163(T2T1) =4500(6+1)/6 / 1.163(2918) =410.4m3/h公式中：G：夏季供冷时需要的地下水量，m3/h；Q：建筑物夏季制冷负荷；COP：夏季制冷能效比取6；T2：离开换热器的地下水温度；T1：进入换热器的地下水温度。2）冬季供暖时：水流量G=Q(COP1)/COP / 1.163(T2T1) =3500(41)/4 / 1.163(168) =282.1m3/h公式中：G：冬季供热时需要的地下水量，m3/h；Q：建筑物冬季制热负荷；COP：冬季制热能效比取4；T2：进入换热器的地下水温度；T1：离开换热器的地下水温度。根据以上计算，地下水源热泵空调项目夏季供冷时取水量410.4m3/h，回水量应不小于389.9 m3/h；冬季供暖时取水量282.1m3/h，回水量应不小于268.0 m3/h。考虑实际机组运行时，机组系统工作一段时间后建筑物室内负荷降低时，设备工作取水量减少，以上计算所求制冷（制热）取水量为机组运行初期的最大取水量。因此，本项目的取回水规模为：冬季供暖期日最大工作取水量为6770.4m3，夏季制冷期日最大工作取水量为9849.6m3，供暖、制冷均按3个月（90日历天）计算，年最大取水量约为149.58104 m3，灌采比按最低95%考虑时，年回水量最低不少于142.1104m3，年目标回水量149.58104m3，努力做到灌采比达100%（当建筑物室内负荷降低时，设备需水量根据需要自动调整潜水泵工作台数，考虑同时使用系数，平均日工作取水量约为最大取水量的65%，即年总取水量约为97.23104 m3，年总回水量应大于92.37104m3，灌采比大于95%，目标为100%）。 地源热泵主机技术参数表 表4-3型号MWH990机组制冷参数制冷量KW2276制冷输入功率KW392蒸发器负载水水流量m3/h380蒸发器水压降kpa77冷凝器源水水流量m3/h209冷凝器水压降kpa54机组制热参数制热量kw2197制热输入功率kw740蒸发器源水水流量m3/h209蒸发器水压降kpa69冷凝器负载水水流量m3/h380冷凝器水压降kpa64压缩机性能型式半封闭螺杆压缩机能量调节范围%6.25-100电源3ph-380v/50hz台数4启动方式Y-启动最大工作电流A1696启动电流（单台）A3519全热回收换热器制热量KW2197水流量m3/h378水压降KPa64换热器进出口管径mm2*DN200余热回收换热器制热量KW341水流量m3/h59水压降KPa46换热器进出口管径mm2*DN100运行控制方式数字化操作系统，微电脑全自动控制保护功能高压、低压、防冻、流量、过载、逆相、缺相换热器进出口管径mmDN250R134a充注量Kg560冷冻油填充量L4*23标准型外型尺寸长mm5850宽mm2600高mm3100机组重量Kg11050运行重量Kg12650对比上表可以得知，两台机组可满足项目的制冷（供暖）量需求，取水量能够保证机组的正常运行。4.4 取、回水井布设建议 该项目用水为循环用水，其抽灌水在300500m范围内完成。水源热泵空调系统用水井间的相互干扰主要是抽水井之间的水位降深叠加相互干扰和回灌井回水温差对抽水井的影响，整个用水过程不消耗地下水资源，抽水井造成的地下水位降落通过回灌后得到回补，因此项目用水不会造成区域地下水位的下降。为了减小井之间相互干扰及保证机组循环用水与中层水的热量循环交换，设计抽、回水井的各井间距不小于30m，总体上可按5列进行布设、每列7个井，实训中心楼北部可布设56眼，受建设场地条件限制，施工时井位可略加调整，但要保证抽、回井之间的距离要求，确保循环水与大地的热交换充分，节约能源。5 地下水源热泵项目取、回水可行性分析5.1 水源论证方案项目水源选择方案对比：1）地表水源：商丘市河流相对不发育，而且多为季节性河流，古宋河、包河地表水，河道水质污染严重，常年水质为劣V类水，仅在雨季排洪时河道内有水，平水期及枯水期流量小甚至断流，冬季有结冰可能，不能用于供暖使用，而且商丘职业技术学院有蔡河流过，流量小，附近无湖泊等水体存在，因此，地表水不适宜作为项目供水水源。2）地下水源：浅层地下水富水性较好，水质分布多呈点状及条带状分布，但浅层水是区内用水的主要水源之一，开发利用程度较高，且场地位于蔡河边上，易受污染，浅层地下水不适宜作为热泵供水水源。中层地下水富水性较好，且其开发利用程度极低，水温约17，是较好的热泵供水水源，商丘地区中层水水质较差，是作为热泵机组供水水源的不利之处。深层地下水富水性强，水质相对较好，但其水温偏高，约2731，作为制冷水源时运行成本高，而且施工深水井成本高、与城市生活饮用供水相矛盾，故深层水也不适宜作为热泵供水水源。综合考虑运行可靠性及运行成本，中层水水质经处理可满足热泵机组要求，因此，中层地下水作为热泵供水水源相比来说是适宜的。5.2 地下取水水源论证5.2.1区域地质、水文地质条件1、区域地质条件（1）构造 本区位于华北地台南部商丘断块中的宁陵凸起，构造线方向呈北东、北北东。商丘断块位于华北地台南部之太康隆起的东南边缘，总体走向为北东向，构造形态总体南倾，北高南低，但起伏不大。其上有宁陵凸起、商丘凸起、郭村集凸起、毛固堆凹陷等次级构造单元，宁陵-商丘是一个掩埋的近东向西古隆起，基底深度400800m，陇海铁路北为一北西-南东方向的商丘正断层，倾向北，断距35005400m。区域内主要断层有商丘断层、民权睢县断层、宁陵断层和谢集断层。商丘断层：位于商丘断块东北端，走向近东西向，倾向北，倾角40左右，长约50km，断距35005400m，为正断层。民权睢县断层：位于宁陵凸起西侧，北起民权，南至睢县，走向北东，倾向西北，长约65km，为正断层。宁陵断层：位于宁陵凸起东侧，走向北东，倾向东南，长约45km，为正断层。谢集断层：位于宁陵凸起北端，走向北东向，倾向北西，长度约46km，断距2001700m，为正断层。（2）地层区内局部缺失古近系，新近系不整合于寒武纪、奥陶纪灰岩之上，根据钻孔揭露的资料，结合区域地质背景分析，该区地层由新到老叙述如下：1）第四系（Q）全新统（Q4）属河流相沉积，总厚度3040m，具上细下粗的“二元结构”特征。上部为浅黄，浅灰黄色亚砂土、亚粘土互层，结构松散，局部见有灰黑色的淤泥质亚粘土。下部为浅黄色，浅灰色细砂、粉砂。松散泡水，砂层厚度铁路以南一般1525m，个别大于25 m，铁路以北较薄，厚1015 m左右。更新统（Q13）属河流相沉积，结构较松散，总厚度140m左右，岩性以灰黄色、灰色、棕褐色等杂色亚粘土、粘土为主，夹有亚砂土和粉、细砂层。中上部夹有23层粉细砂，厚2030m，下部夹510m左右厚的细砂透镜体，普遍含有钙质结核。2）新近系（N）属河湖相沉积，岩性主要由红色、棕红色和灰绿色厚层粘土及棕黄色厚层中细砂层组成，夹有亚粘土和亚砂土，普遍含有钙质结核。上部（170350m）有二层中细砂层，分别厚20m和30m，下部（350500m），有中、细、粉砂层34层，累积厚度60.085.0m，单层厚度大，分布较稳定，另外夹有砂层透镜体。根据目前地质市场施工的供水管井S3（商丘市宏发房地产实业开发公司）、汽1，林生1及平01地质孔（省地矿厅十一地质队施工）和西南郊水源地赵庄钻孔（省地矿厅水文地质一队施工）揭露，厚度为420500m，其下为寒武系结晶灰岩和鲕状灰岩。2、水文地质条件1）浅层地下水浅层地下水赋存于全新统和上更新上部冲积层中，底界深度70m左右。岩性以细砂、粉砂为主，可见23层，单层两机厚度3.4017.70m，累积平均厚度20m左右。单位涌水量1.024.35m3/hm，导水系数221.76269.20 m2/d。区内浅层地下水补给来源主要为大气降水，其次为农灌水的回渗补给及河道渗漏补给。平原松散岩类地区，地形平坦，植被发育，表层岩性以亚砂、粉土为主，有利于降水和农灌水入渗与灌溉水回渗。浅层地下水径流受地形影响，其流向一般与现代地势基本相同，径流方向由西北向东南运移，市区浅层水开采漏斗区因流场变化改变为由四周向市区径流。区内浅层地下水的排泄包括径流排泄、人工开采及蒸发。人工开采是指工农业开采，开采对象主要为松散岩类孔隙水；潜水蒸发仅发生在地下水埋深小于4m的局部地区。2）中层地下水中深层地下水（埋藏深度60350m）赋存于第四系更新统（Qp）中、下部和新近系上新统(N2)上部含水层中，含水层多呈透镜体状，厚度变化较大，层位不稳定；含水层岩性以粉砂、粉细砂为主，可见410层，累积厚度为15.0102.0m，平均厚度为55.0m，单位涌水量为2.795.0m3/hm，渗透系数为5.2010.38m/d，水化学类型为ClSO4NaMg、ClHCO3Na、SO4HCO3Na型水，矿化度多为1.03.0g/L，PH值为7.68.4，总硬度（以CaCO3计）为197.71060.0mg/L，该层富水性及水质均较差，不适宜工农业和生活饮用，目前单独开采少。3）深层地下水区内深层地下水赋存于新近系冲积湖积层中，埋藏深度一般350500m之间。含水层岩性以细砂为主，其次为中砂、粉砂、可见34层，砂层累计厚度50.589.1m，分布稳定，富水性强。单位涌水量6.0715.30m3/hm，平均导水系数878.27m2/d，弹性释水系数为6.8510-4。深层水埋藏深，不能直接得到降水补给，同时与上部浅层水因粘土、亚粘土相隔而水力联系极为微弱，故仅靠缓慢的侧向径流补给；深层水天然径流受地形影响，其流向也与地表水流向基本相同，城市开采漏斗区因流场变化变化改变为四周向市区径流；深层水的排泄主要为人工开采。5.2.2地下水资源量分析商丘市供水水源以地表水（部分河流及引黄工程）、浅层地下水（农业、部分工业和居民生活饮用水）和深层地下水（城区居民生活饮用水及部分工业用水），中层地下水因其水质差导致开发程度极低。根据商丘2010年水资源公报，2010年商丘市平均降水量724.4 mm（折合降水总量7757080.0万米3），比上年增加2.8%，与多年均值（19562000年）比减少2.2%，属平水年份。2010年全市水资源总量为182163.3万m3，比上年度偏少2.3%，比多年均值（19562000年）减少8.0%。全市地表水资源量47231.2万m3，比上年度增加4.7%，比多年均值（77053.0万m3）偏少38.7%，全市地下水资源量为138592万m3，比上年度偏少4.6%，与多年均值比增加7.5。其中地表水与地下水之间的重复量为3660万m3。2010年末全市三座中型水库年初蓄水总量2312.0万m3，年末蓄水总量1363.0万m3，蓄水变量949万m3。全市平原区浅层地下水位平均比上年上升0.10m，地下水储蓄量比上年增加0.4929万m3。2010年全市总供水量145182.0万m3，比上年减少 8148.4万m3。其中地表水源供水量23261.0 万m3，地下水源供水量121922.0 万m3。总供水量与上年比较下降5.3%。在地表水源供水量中，引用黄河水15691.0万m3。在地下水供水量中，开采浅层地下水约110482.1 万m3，中深层地下水约11439.0 万m3。2010年对商丘市9条主要河流30个水功能区断面进行监测，从监测的30个断面来看，全年水质类别劣类的断面18个，占60%，全年水质类别类的断面9个，占30%，污染状况较为严重。根据商丘2010年水资源公报，睢阳区2010年年降水量约803.7mm，地表水资源量4208.9万m3，地下水资源量13773.7万m3，重复计算286.2万m3，水资源总量17696.4万m3。睢阳区供水量14123万m3，其中地表水供水量2498.0万m3，地下水供水量11625万m3；用水量14123万m3，其中工业用水量1834.4万m3，农林渔业用水量9023.1万m3，生活环境综合用水量3265.1万m3。详见表5.2.2。表5.2.2 睢阳区年供用水统计表 单位：万m3供水量用 水 量地表水供水量地下水供水量合计工业用水量农林渔业用水生活环境综合用水量合计2498.011625141231834.49023.13265.1141235.2.3目的含水层地下水可开采量计算由于中层水与浅层水之间有厚度较大且分布连续稳定的粘性土隔水层，中层水与浅层水的水力联系弱，中层水的开采主要是消耗含水层弹性储存量和降落漏斗周边补给，允许开采量是考虑现有所采用的技术条件，确定出限定水头下降条件下的可开采量。商丘职业技术学院申请地温空调每小时用水量410.4m3，日最大取水量为9850m3，根据商丘职业技术学院供水井物探测井资料知，70150m之间含水层累计厚度36m，含水层岩性由细粉砂、细砂、粉砂组成。根据河南省商丘市区域水文地质普查报告商丘篇，单位涌水量2.7915.0 m3/hm，渗透系数5.210.38 m /d，根据井位布设，近似为矩形，长约360m，宽约150m，将抽水井群概化为一个大井，则大井半径约130m，另根据当地施工经验单井抽水影响半径500m左右，因此引用半径按700m计算。1）中层地下水降落漏斗周边径流补给量计算公式： Q补BIT参数确定 B：地下水周边径流补给带的周长，为70023.14=4396m。 I：水力坡度，为漏斗周边的平均水力坡度，取值为1/2000； T：导水系数（m2/d），K取平均值时T =KM=7.7936=280.44m2/d将以上参数代入：Q补BIT43961/2000280.44 616.41m3/d2）可利用弹性储存量的计算区内中层地下水静水位埋深平均约为5m，设计动水位埋深为70m，则地下水水位变幅（s）为65m。由下式计算可以利用弹性储存量。计算公式：Q弹储eF（s/t）参数确定：Q弹储：地下水可利用弹性储存量（m3/d）F：计算面积（km2），取值3.147002m2；e：弹性释水系数，取商丘县第三水厂水源地勘探报告6.8510-4；s：水位变幅（m），65m；t：计算时间（d），按连续抽水7d考虑。将以上参数代入：Q弹储eF（s/t）6.8510-43.1470026579786.60m3/dQ补+Q弹储=616.41+9786.60=10403.01 m3/d设计出水量9850 m3/d以上计算表示，在不回水的情况下，在抽水影响范围内（按700 m考虑），中层水弹性储存量和降落漏斗周边径流补给量之和还可以满足机组运行7天，并且按商丘市地源热泵系统管理暂行规定要求水源热泵机组系统灌采比不得小低于95%，因此，中层水资源量完全可以满足机组用水需求，而且抽水影响范围也会大大减少，对周围用户及生态环境不会发生影响和破坏。5.2.4目的含水层回灌水量计算回灌量大小与水文地质条件、成井工艺、回灌方法等因素有关，其中水文地质条件和成井工艺是影响回灌量的主要因素，一般说，出水量大的井回灌量也大。根据经验，粗砂含水层一般回灌量是出水量的5070%，细砂含水层回灌量是出水量的3050%。区内中层水含水层岩性以细砂为主，成井工艺采用正循环钻进，回灌量可按出水量的40%考虑，根据郑州、洛阳等地机井施工经验，采用反循环钻进可有效提高机井出水量，即可提高回灌量，因些，通过改进钻进工艺，回灌量按当前出水量的50%进行，即一抽两回是可行的，抽水井单井出水量35m3/h，则单井回灌量17.5 m3/h是可行的（机组正常运行后取水量是最大取水量的65%，正常运行时单井回灌量约12m3/h，回灌井回灌能力可行的）。根据商丘市目前地下水源热泵利用情况，中层水灌采比多为1：2，孔径300mm机井的单井回水量约1020 m3/h，2眼回水井基本满足1眼抽水井的回灌量。通过改进钻进工艺、增大回水井孔径等措施增大机井出水及回灌能力，项目机井施工后，按要求进行回灌试验，进一步确定适宜的灌采比，满足热泵机组的正常运行，满足灌采比要求。5.2.5地下水水质分析地下水水质分析依据浅层地热能勘查评价规范（DZ/T 0225-2009）标准附录G“地源热泵水质要求”进行。评价机井选用位于商丘城区及建设地点较近的海亚春天空调井、华瑞洗衣机厂井和S3勘查井三个井的水质分析成果，井深120200m，止水6080m，能够代表中层水水质特点，具备典型性，水质分析评价见表5.2.5。表5.2.5 地源热泵水质分析评价表序号项 目 名 称允许值S3井(井深120m)商丘华瑞洗衣机厂井(井深160m)海亚春天空调井(井深200m)分析值评价分析值评价分析值评价1含砂量1/2000001/227300合格/2浊度20NTU3合格/3PH值6.58.57.76合格7.61合格8.43合格4硬度200mg/l699不合格1168不合格761不合格5总碱度500mg/l546不合格978.8不合格/6Fe2+1mg/l0.03合格0.07合格/7Cl-100mg/l598不合格585不合格567不合格8游离氯0.51.0mg/l0.5合格/9CaO200mg/l117.3合格82.2合格/10SO42-200mg/l610不合格676.9不合格503不合格11SiO250mg/l13.8合格23.73合格/12Cu2+0.2mg/l0.01合格/13矿化度3g/l2.41合格2.29合格2.11合格14油污5mg/l5合格/15游离CO210mg/l11.3不合格0.25合格/16H2S0.5mg/l0.5合格/由上表可知，目的含水层水质评价因子中硬度、总碱度、氯离子、硫酸根离子等超标，氯离子与硫酸根离子之和大于500 mg/l，根据氯离子、硫酸根离子和总碱度含量计算拉申指数（Li）为4.25，不结垢但腐蚀性强，论证区中层水水质不满足地下水源热泵空调机组对水质的要求，对热泵机组及管道有腐蚀作用等不良影响，建议中层水水质经过处理改良后再输入机组循环，以保障系统的正常运行。5.2.6取、回水可靠性与可行性分析工作区属黄淮冲积平原，第四系中、上更新统含水层以细砂为主，富水性较强，目前中层地下水位静水位埋深46m，单井出水量3040m3/h。项目高峰用水量夏季约为410.4m3/h，冬季为282.1m3/h，取第四系中、上更新统地下水作为供水水源是可靠的。此外，商丘市中层水（70150 m）水温一般常年稳定在17左右，基本恒温，作为浅层低温热能的能源用水，符合设备的要求。综上所述，根据本区中层水含水层岩性、厚度、水温等水文地质条件，设计井深150m左右的中层水（70150 m），经水质处理后可满足水源热泵系统对水源的要求，可作为地温空调项目用水水源。6 地下水源热泵项目取、回水的影响分析6.1 取水区域水资源的影响分析根据对学院周围取水井调查，在其周围500m范围内没有井深150m左右的水源井，并且用于机组换热的井水从出水井抽取，又经回水井回灌入中层地下水，不会造成中层地下水量的减少。因此，本水源热泵空调项目取水不会对周围取水户及生态造成影响。6.2 回水的影响分析6.2.1回水系统及回水总量该项目回水系统由空调机组和回灌井构成循环回水系统，年最大取水量为149.58104m3，年回水量最低不少于142.1104m3（灌采比不低于95%），年目标回水量149.58104m3（灌采比达100%时），极少量回扬水流入城市污水管网或用于校内清洁用水。6.2.2回灌对地下水水质、水温的影响商丘市中层水水质较差，所以机井施工中要严格封闭止水工作，且地温空调回水应回灌至中层水，避免对浅层地下水水质造成不良影响。地下水源热泵机组换热的井水从出水井抽取，又回灌入地下，不会造成地下水资源量的减少，而且项目循环用水仅发生热交换，除退水的温度有所变化外，其它水质指标不发生明显改变，不会引发污染等问题，所以不会对论证区地下水造成污染，也不会影响周围用户需求和生态安全。热泵系统运行时，中层水仅仅发生温度变化，夏季回水温度会达到30左右，归入地下后迅即被地下巨大的能量置换。目前，商丘城区地温空调项目已有数家应用，尚未发现回灌水质差而不能满足回灌地下水的现象。根据商丘市及其他地区有关单位对地温空调回水的水质监测，地下水经过设备、管道运行后，大多数监测项目一般未有明显变化，个别监测项目变化明显，主要是锌、铁含量增加可能与地温空调设备、管道的材质有关。制热时，回水井与取水井水温相比，一般下降36。制冷时，回水井水温与取水井水温相比，一般增高511。地温空调系统循环用水，经回水井回灌中层地下水，当设备在运行过程中出现故障时，设备中极少量油污会随系统循环水一起回灌地下，从而造成地下水的轻微污染，业主应作好设备出现故障时油污水对地下水污染的风险预防，建立必要的预防措施和机制，发现机组异常及时停止设备运行，防止污染地下水事故的发生。6.3取、回水影响分析结论该项目采用“抽灌”循环系统提取和回灌中层水，抽灌水大致在500300m范围内完成，抽取的地下水最终又经回灌井回灌到地下含水层中，整个过程不消耗地下水资源，因此不会对区域地下水资源及其它取水用户造成影响；水质亦不会影响周边地质环境及生态，中层水可以满足建设项目的用水需要。7 地下水资源保护措施地下水资源是社会经济发展的重要资源，其保障程度直接关系到当地人民生活水平的提高、社会经济的可持续发展以及和谐社会的构建。根据中华人民共和国水法、中华人民共和国水污染防治法等法律、法规，应加强对地下水资源的保护。水资源保护的目的是实现城镇用水稳定安全的供水目标，因此，保护的目标包括水量保护和水质保护两方面。水源热泵空调系统采用“抽灌”循环的封闭方式，整个系统几乎不消耗地下水资源，因此本项目水资源保护重点应该为水质保护，针对本建设项目用水过程，为保护本区地下水资源，提出工程保护措施和非工程保护措施。7.1 非工程措施（1）建立取水井、回灌井、空调主机等设备的管理档案，详实记录各井的利用情况和运行中出现的问题，及时掌握空调系统运行状况，发现问题及时解决，以保护地下水资源。（2）制定详细的水井运行管理程序，包括运行时数，单井开采量和回灌量统计、水井运行维护方法和计划等。（3）取水设备配置变频装置，严格控制抽水井的出水量，各井安装水表，严格记录抽、灌水量，进行实时监测，力争回灌水量达到100，最低不少于95%。（4）对取水井、回水井及邻近地区地下水的水质、水位和水温进行长期监测，积累地下水水质、水位及水温资料，以便遇到水质遭到严重污染的情况时，能及时提出解决问题的对策，采