２０１４年３月第３４卷第１期 四川地质学报 Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．．２０１４ 成都平原地下水地源热泵系统取水、回灌井工艺 杨明，梁波，王晓东 ６１００７１） （四川省地质工程勘察院，成都摘要：成都平原区地下水资源丰富，为响应国家节能、环保的号召，地下水地源热泵空调系统在成都 平原区有着较快的发展，为适应社会经济高速发展，满足社会需求，对地下水地源热泵系统成井工艺进行研究， 并采用推广先进的技术、方法与地下水地源热泵系统有机结合，最终为地下水地源热泵高效、长期稳定运行提 供技术支撑。 关键词：地源热泵；取水；回灌；成都平原 中图分类号ｉ Ｐ６４１．７５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—０９９５（２０１３）０２—０１２１—０４ ＤＯＩ：１０．３９６９ｑ．ｉｓｓｎ．１００６－０９９５．２０１４．０１．０２９ 四川省目前采用地源热泵空调系统的工程已达１００多处，随着国家及对节能、环保要求的 提高，地源热泵空调技术将快速的发展和应用。在成都平原地区地源热泵系统主要以地下水换热系 统为主（约占９０％），由于对地下水地源热泵系统成井工艺的重视不够，部分已建并投入使用的空调系统 在运行过程中，出现取水井出水量减少、回灌井回灌量减少、进人机组的水质恶化等问题，最终导致机 组运行达不到预期效果，并且严重影响到了地源热泵系统的推广。因此开展地源热泵系统取水井、回灌 井工艺的研究对地下水源热泵系统的设计和应用具有重要意义。 １ 取水井、回灌井成井工艺现状 根据对已建地下水地源热泵系统的调查统计，成都平原区大部分为地下水地源热泵系统，其施工的 取水井、回灌井均按照以前的供水井或工程降水井设计，成井工艺均不能完全满足地源热泵系统的要求。 特别是取水井的出砂量、水质均不能达标。回灌井的回灌能力下降，随着时间的推移，回灌水量减少、 回灌水位上升、水质、热扩散等方面的问题，甚至出现了部分取水井、回灌井报废不能用。从调查情况 看，现状的成井工艺有如下几个方面的内容。 １）成井设备。目前成井主要以ＣＺ一３０型冲击钻为主，部分采用回旋钻井成井。 ２）成井口径和深度。冲击钻开孑Ｌ直径６６０～８５０ｍｍ，成井口径３００ｍｍ，成井深度一般３０—７０ｍ不等。 回旋钻开孔口径２１９ｍｍ，成井口径１５０ｍｍ，成井深度一般较浅，多用于小型地下水地源热泵系统项目。 根据取水量大小和地层情况的不同，其深度不一。 ３）管材规格。采用水泥管或者加强型水泥管，内径３００ｍｍ，外径３６０ｍｍ。部分工程滤水管采用管外 缠丝，但是很大部分均未缠丝，取水井出砂量未得到有效的控制。 ４）滤料。取水井和回灌井均参照降水井施工规格，填砾规格８～１５ｍｍ砾石。 ５）洗井方法。采用空压机洗井为主，部分采用活塞洗井。 ６）止水。大部分仅对表层约５ｍ采用黄泥或粘土止水，部分项目表层两米采用水泥砂浆止水。 综合上述，现状已施工工程取水井、回灌井成井工艺仅延续采用了成都平原区建筑工程施工基坑降 水井成井工艺，未进行精心的改良和进一步的研究提高。由于基坑降水井成井工艺对水量、水质、含砂 量的要求均不能满足《四川省地源热泵系统工程技术实施细则》（ＤＢ５ １／５０６７—２０１０）和《浅层地热能勘查 评价技术规范》（ＤＺ／Ｔ０２２５—２００９）的要求。部分工程在使用过程中出现了出水量不足、含砂量较大、垮 井、地下水污染以及回灌井回灌能力下降等，严重的影响地源热泵系统的使用效果和推广应用。 ２成井工艺改进 根据资料收集整理分析，针对典型地下水地源热泵系统工程改进以往取水井和回灌井的成井工艺， 收稿日期：２０１ １一ｌ１—２５ 作者简介：杨明（１９８２一），男，四川省珙县人，工程师，长期从事水文地质工程地质及岩土工程勘察工作 １２ｌ ２０１４年３月第３４卷第ｌ期 ＩＮＪｌｌ￣质学报 Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．，２０１４ ３成果与检验 ３．１取水井抽水试验 取水井、回灌井施工完毕，洗井完成后，组织人员和抽水设备进场。在正式抽水试验前对取水井进 行了２４小时的试抽试验，待水位恢复后对取水井进行了三次不同降深的正式抽水试验。抽水设备采用电 潜泵，电潜泵设计出水量为１２５Ｔ／ｈ，扬程为３２．０ｍ，通过变频器进行控制。泵体下入深度为２５．０ｍ，流量 采用三角堰流量箱和水柱流量计测定，取水井水位、水温和气温由万用电表（电测水位计）和自动监测 仪器自动采集。根据现场抽水试验，实际测得的抽水试验成果数据如表１所示。 表１取水井抽水试验成果表 含水层（段） 地 降 抽水时间 水 位 渗 透 影 响 钻 孔 抽水时 试 验 编 号 厚 顶板 深度 底板 深度 度 Ｈ） （孔 深 下 水 位 深 次 数 开始 一 结束 延 续 稳 定 恢 复 降 深 （Ｓ） 涌水量 （Ｑ） 系 数 （Ｋ） 坐 径 （Ｒ】 半 径 （ｒ】 气温 水 温 次 ｄ・ｈ・ｍｉｎ ４．８１８：０ｏ ｈ・ｍｉｎ ｍ ｎ】 ｍ／ｄ ℃ ４－３０ ４１．１２ ３６．８２ ３５ ４－３Ｏ １ ０：３５ １３：３０ ５：０５ ２ ２ ６０ ２ｌ １４４５ ｏ４ １９ ４３ １１７．８５ Ｏ．１５ １９—２７ １８ ２ 正 ￣４．９ ｌ３：００ 式 ４．９ １３：００－ 抽 水 试 ４ ３０ ４１．１５ ３７ １５ ３５ ４ ３０ １ ４．１Ｏ ０：４５ １４：００ ５：１５ ４．１Ｏ ９０ ２ ２１６４．８ １７２５ ．２０７．６２ ０．１５ １９－２８ １８．２ １１：００ ４．１０ 验 ４３０ ４６ ９ｌ ４２ ６ｌ ３５ ４－３０ １ ｌ１：００ １：００ １３：００ ５：００ ６．０４ ｌ１２ ９８ ２７１１．５２ ｌ３ ６４ ２９２．２５ Ｏ．１５ ｌ９—２８ １８ｌ３ ￣４．１１ ９：００ 注：计算出的渗透系数Ｋ为含水层Ｑ 、Ｑ： 的综合渗透系数。 本次进行的单孔稳定流抽水试验，利用抽水孔的水位下降及相应的涌水量数据，计算渗透系数，按 《供水水文地质勘察规范》（ＧＢ５００２７—２００１）８．２．１与８．２．２有关方法选定公式进行计算。根据现场水文地质 条件及成井隋况，采用潜水非完整井公式（１）进行渗透系数计算： Ｋ＝ ＋ ・１．１２ｈ） 刀㈩ 一其中：Ｉ，－渗透系数（ｎＪｄ）；Ｑ－＿出水量（ｍ ／ｄ）；Ｒ 影响半径（ｍ）；ｒ一抽水孔过滤器的半径（ｍ）；Ｈ一 自然情况下潜水含水层厚度（ｍ）；ｓ一水位降深（ｍ）； ｈ一潜水含水层在自然情况下和抽水试验时的平均值 （ｍ）；ｈ一潜水含水层在抽水试验时的厚度（ｍ）；１一过 滤器的长度（ｍ）。 将抽水试验成果进行整理，绘制得到取水井水文地 质试 ：由曲线图和抽水试验成果表可总结得到如下特点 苎 三 壮侗 牡 ： 图２取水井水文地质试验Ｑ：ｆ（ ）曲线图 一～ 一 一 １）工程区Ｑ—ｓ曲线表现为抛物线型，基本反映了工区地下含水层为典型的成都平原的Ｑ 和Ｑ：的二 元结构含水层，且上部含水层渗透性较强，是主要的出水段，采用潜水非完整井公式（１）进行计算； ２）工区渗透系数跨度值较大，数值为１３．６４—１９．４３ｍ／ｄ，也充分反映出工区上部含水层出水能力大， 而下部含水层出水能力较弱的结构特点； ３）抽水过程中采取简易方式进行了含砂量测定，其体积比达到了相关规范的要求，其体积比小于 １／２０００００。 ３．２回灌井回灌试验 抽水试验结束，待水位恢复到静止水位后，进行了回灌试验，回灌方法采用一抽二回，回灌方式为 １２３ 成都平原地下水地源热泵系统取水、回灌井工艺 自然回灌，抽水井抽水量为１００ ｍ ／ｈ，回灌水量各井为５０ ｍ ／ｈ。 取水井为Ｗｌ井，回灌井为Ｗ２和Ｗ３；Ｗ１与Ｗ２之间距离为５５．９０ｍ，Ｗ１与Ｗ３之间距离为５５．２８ｍ， Ｗ２与Ｗ３之间距离为６９ｍ。 由试验可知：Ｗ１井水位于１０日下午ｌ６时稳定在９．００ｍ，降深为４．７０ｍ；Ｗ２回灌井于１０日１６时水 位稳定在１．３８ｍ，水位上升２．９２ｍ；Ｗ３回灌井于１０ ｔａ １６时水位稳定在１．６２ｍ，水位上升２．６８ｍ。１０日 ２Ｏ时，对各水井水位情况进行观测，取水井、回灌井水位均保持不变，停止回灌试验（见图３、４）。 结论：场地初始水位埋深在４．３ｍ，抽水量为１００ ｍ ／ｈ，以一抽二回的方式进行回灌，回灌量为５０ ｍ。／ｈ 时，取水井水位９．００ｍ，回灌井水位在１．３８～１．６２ｍ范围内，基本能够实现一井抽水、二井回灌。其取水 量和回灌量完全满足地下水地源热泵系统要求。 图３ Ｗ１取水井与Ｗ２回灌井剖面 ４成井工艺评价 本次现场生产试验，根据场地地质、水文地质条件及工程设计取水量和回灌量进行设计。施工过程 中成井工艺严格按照取水井、回灌井结构设计进行，其取水量完全满足设计和规范要求（５ｍ降深内）， 而其实现了取水量按“一抽两回”的方式同层、无压、１００％回灌。达到了预期目的。通过取水井三次不 同降深抽水试验获取的渗透系数基本与区域水文地质勘察评价报告基本一致，说明其出水量代表了场地 所在区域的一般出水量（１ ０００—３ ０００ ｍ ／ｄ ｏ通过对成井工艺的改进，其取水井的含砂量达到了相关规范 的要求。对剩下的取水井、回灌井按照本次改进后的成井工艺进行施工，成井后对取水井、回灌井整体 进行群井抽水、回灌试验，其取水量、回灌量完全满足该工程地源热泵空调系统设计需求。 ＧＳＨＰ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｒｅｃｈａｒｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｐｌａｉｎ ＹＡＮＧ Ｍｉｎｇ ＬＩＡＮＧ Ｂｏ ＷＡ Ｇ Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ （Ｓｉｃｈｕａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６ １ ００７ １） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｐｌａｉｎ ｉｓ ｒｉｃｈ ｉｎ ｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＧＳＰＨ ｃｅｎｔｒａｌ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｈａｓ ａ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ＧＳＨＰ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｃｈａｒｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｐｌａｉｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＧＳＰＨ：ｒｅｃｈａｒｇｅ；Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｐｌａｉｎ １２４
