水文地质勘察的重要性

水文地质勘察的重要性

1地源热泵系统介绍

1.1地埋管地源热泵系统地埋管地源热泵系统是利用地下岩土中热量

的闭路循环的热泵系统，它通过循环液（水或以水为主的防冻液）在

封闭的地下埋管中流动，实现系统与大地之间的传热。地埋管地源热

泵主要包括一个由地下埋管组成的地埋管换热器，分为水平埋管和竖

直埋管两种形式，不同的管沟或竖井中的热交换器成并联连接，再通

过不同的集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接。地埋管地源热

泵系统具有绿色环保、高效节能、运行成本低等优点，但其初投资高、占地面积较大。

1.2地下水地源热泵系统地下水地源热泵系统分为两种，一种通常被

称为开式系统，另一种则为闭式系统。开式地下水地源热泵系统是将

地下水直接供应到每台热泵机组，之后将井水回灌到地下。在闭式地

下水地源热泵系统中，地下水和建筑内循环水之间是用板式换热器分

开的。地下水地源热泵系统的核心是地下水换热系统，它是由带潜水

泵的取水井、回灌井、水处理设备和连接管线组成（如图2）。地下水地源热泵系统最大的优点是非常经济，占地面积小，但是必须符合水

质良好、水量丰富以及回灌可靠等多个条件。

2浅层地温能普遍性和复杂性的特点

浅层地温能是蕴藏在地壳浅部变温层以下一定深度范围内（一般小于200m）岩土体和地下水中、受太阳辐射的水准较小、温度相对稳定、

在当前技术条件下具备开发利用价值的低温地热资源。浅层地温能是

深层地热能和太阳能共同作用的产物。因为浅层地温能资源赋存于地

球浅表层(<200m)的巨大的恒温带中，无论山区还是平原均广泛分布。

但是，浅层地温能赋存于地表以下的特性又造就了其“看不见、摸不着”的特性，同时，不同区域的地质和水文地质条件的复杂性和多变性，导致各区域岩（土）层的导热性和水文地质参数差异巨大，在一

个地区能够成功应用的换热系统，在其它区域可能不适用；即使在同

一地区，也因项目位于河流冲洪积扇的不同位置，地下水换热系统中

抽灌井的数量及地埋管换热系统的埋管数量大有不同。所以，浅层地

温能资源在具有普遍性的同时又具有复杂性。

3工程地质勘察

工程地质勘查评价是浅层地温能科学合理开发利用的基础。因为地质

体的富水性及导热性等都会对浅层地温能的分布状态、运移规律、品

位高低、开发利用方式及规模有一定的制约，所以，理解浅层地温能

存有的地质和水文地质条件十分重要，这就需要实行热泵系统工程前

期的工程地质勘察，从宏观上把握浅层地温能的地质条件和地温场分布，以便为开发利用奠定基础。

3.1工程地质勘察的内容首先应展开调查、调研工作，初步了解项目

所在地的地貌特征和区域水文地质特征，提出勘察方案。然后更深入

的了解项目所在地的地层特征、水源井状况以及地下水赋存特征等情况，初步制定换热方式，再编制有侧重点的勘察方案。如果项目所在

区域适宜地埋管换热方式，则应对工程厂区的岩土层结构、岩土体的

热物性、岩土体温度、地下水静水位、水温、水质及分布、地下水径

流方向和速度等实行勘察；而如果是地下水换热方式较适宜，则应查

明地下水类型、含水层的岩性、分布、埋深及厚度、地下水径流方向、速度和水力坡度、地下水水温及分布、地下水水质及水位动态变化等。

3.2工程地质勘察的重要性无论采取何种热泵技术开发利用浅层地温能，均应实行前期的工程地质勘察，若盲目的开发利用，则会出现如

下几方面的问题：（1）地下水不能完全回灌地下水源热泵仅仅以地下

水作为能量传导介质,潜水泵抽取地下水进入热泵机组，经过热交换后

通过回水系统又重新回灌到地下含水层中，整个过程只提取水中的能量，而不消耗地下水资源。不过，我国一些地下水源热泵系统工程因

为没有对项目所在区域的基础地质和水文地质条件实行认真勘察分析，在本来不适宜建设热泵系统工程的区域或适宜建设地埋管地源热泵系

统工程的区域建设了地下水源热泵系统，最终导致地下水不能完全回灌，造成水资源浪费，更甚者引起回灌井堵塞、整个系统瘫痪以及地

面沉降等一系列问题。位于大厂回族自治县的某地下水源热泵系统工程，工程建筑面积38000m2。根据项目所在区域的水文地质条件，其属于泃河、潮白河冲洪积平原水文地质区，为新近纪沉积层、第四系全

新统河湖相沉积-上更新统陆相沉积，岩性以粉土，粘性土、细砂为主，沉积物颗粒较细。本工程采用5抽11灌的地下水换热方式，抽水井中

置入潜水泵，抽水量能够达到工程需要，而地下水回灌采取重力回灌

方式，起初勉强能够回灌，但是运行一段时间后，单井回灌水平随悬

浮物和气泡堵塞及含水层细颗粒重组等原因明显下降，到当前为止，

整个回灌井失去回灌水平，系统被迫停止运行。这个方面造成地下水

严重浪费，另一方面给使用方带来极大的不便和巨大的经济损失。（2）热贯通问题在应用地下水源热泵系统时，抽水井周围地下水温度的稳

定性是维持其效能的关键，不过，因为回灌水通常与原始含水层的温

度存有一定温差，故在导热和对流等作用下，造成抽水井温度不同水

准的升高或降低，这种现象称为“热贯通”。含水层构造、地下水径

流条件、抽灌井间距以及抽灌量的大小等均对地下温度场的变化起着

至关重要的作用。通常情况下，含水介质颗粒粒径越大，分布越均匀，地下水径流速度越缓慢，越容易发生“热贯通”现象；另外，抽灌井

的井间距越小，抽灌量越大，抽水井在短时间内越容易发生“热贯通”事件，其后果是降低热泵机组的工作效率，增加热泵系统的运行成本。所以，在实际工程应增大水文地质的勘查、评价和设计，合理规划地

下水开采布局中各井的配置，选择适宜的运行方案，最大限度地避免

热贯通的影响，这样有利于地下水的合理开采利用，提升能源利用效率。位于北京市海淀区某大厦的地下水源热泵系统工程，总建筑面积35000m2，位于永定河冲洪积扇的中上部，水文地质条件优越，单井出

水量可达200m³/h，采用一抽一灌或一抽两灌即可满足项目需求，但该项目采用了同井抽灌，在运行一段时间后，项目出现了“热贯通”现象，最终导致夏季空调系统无法运行，不得不重新改造地下换热系统。（3）地下水污染对于地下水源热泵系统，首先应该确保地下水的

取水量和回灌量，不过，在一些区域，因为水文地质条件较差，缺乏

具有可观厚度和良好渗透性的含水层，通常需要同时利用多个薄层含

水层才能达到系统设计的取水量和回灌量，但是我国很多城市局部地