郭騰翔　劉濤

摘 要：隨著淺層地熱能的利用，地下水換熱系統(tǒng)已較多的應(yīng)用于城市建設(shè)，但是其回灌井的地下水回灌量嚴重制約著該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，通過本次試驗，試圖了解影響回灌井回灌量的主要因素，為今后該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：回灌井 地下水回灌量 影響因素

1、試驗概況

隨著淺層地熱能的利用，地下水換熱系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用于城市之中，作為地下水換熱系統(tǒng)的重要組成部分，地下水回灌井的回灌能力制約著系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)。地下水換熱系統(tǒng)的優(yōu)越性體現(xiàn)在其抽取利用的地下水可以完全回灌于地下，不消耗水資源，可在系統(tǒng)的實際運行中，地下水無法回灌入地下成為了一個日益凸顯的問題。為了研究提高回灌量的方法，在鄭州市東部進行了此次試驗。

2、水文地質(zhì)條件

2.1區(qū)域水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水含水介質(zhì)及孔隙類型，工作區(qū)淺層地下水資源是指埋藏于地表以下280m以淺的地下水資源。賦存于第四系及新近系松散巖類孔隙中，分布廣，厚度大，滲透性好，開采條件優(yōu)越，為本區(qū)主要含水類型。據(jù)其水力性質(zhì)、埋藏深度及開采現(xiàn)狀等，在垂向上劃分為：

2.1.1第一淺層含水層組

指埋藏于地表95～140m深度內(nèi)的潛水。第一淺層含水層組在本區(qū)主要由全新統(tǒng)、中更新統(tǒng)和上更新統(tǒng)組成。含水層巖性主要由中粗砂、細砂夾礫石組成，厚度一般小于40m，涌水量一般1000～3000m3/d，水化學類型以HCO3—Ca·Mg型為主，水溫一般為15℃～17.5℃。

2.1.2第二淺層含水層組

指埋藏深度280m以淺的承壓水。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件，含水層頂板埋深140m左右；頂板隔水層主要為粉質(zhì)粘土或粉土、粘土，厚度10～35m，底部隔水層以粘土為主，厚度為20～45m。該含水層組主要由第四系下更新統(tǒng)、新近系上部巖層組成。含水層巖性為中砂、中細砂、中粗砂，局部為粗砂礫石層，水化學類型以HCO3—Ca型為主，地下水水溫一般在15℃～22℃。

2.2場地水文地質(zhì)條件

第一淺層含水層組含水介質(zhì)主要為細砂，局部中粗砂、礫石，砂層最大厚度11.70m，， 水化學類型為HCO3—Ca·Mg型。

第二淺層含水層組含水介質(zhì)主要為細砂，下部為中砂，砂層最大厚度10.80m，水化學類型為HCO3—Na·Ca型。

3、試驗井介紹

3.1抽水井與回灌井關(guān)系

用作地下水回灌的管井，在結(jié)構(gòu)上與抽水井的管井十分相似。有些管井，本身就兼作回灌和抽水兩種用途，只是它在灌或抽時，對周圍的地下水產(chǎn)生著不同的影響。當抽水井抽水時，含水層中的地下水往抽水井中流動匯集，此時水位逐漸下降，形成以抽水井為中心的地下水位下降漏斗。當抽水量與地下水補給量基本保持平衡時，動水位就相對穩(wěn)定，水位下降漏斗就不再繼續(xù)向四周擴大，在抽水井中水位的下降值最大，愈向外則水位下降值逐漸減少，直至與靜水位相重合。

回灌井的情況正好相反，把水注入回灌井里，井周圍的地下水位就會不斷上升，由于回水井中的回灌水位與地下水位的靜水位之間形成一個水頭差，注入回灌井里的水才有可能向含水層里滲流，當滲流量與注水流量保持平衡時，則回灌水位就不再繼續(xù)上升而相對穩(wěn)定。此時在回灌井周圍形成一個水位上升錐，其形狀與抽水井的下降漏斗十分相似，只是方向相反。在回灌井中的水位最高，向四周回灌水位逐漸降低直至與靜水位相重合。

3.2試驗井概況

為配合試驗進行，在試驗區(qū)專門施工試驗井2眼，成井深度分別為280m、140m，取水位置分別位于該水文地質(zhì)單元的第一含水層與第二含水層。其中280m深水井編號S1，140m水井編號S2，其基本情況見表1。

4、試驗過程及結(jié)果分析

4.1試驗方法

試驗為穩(wěn)定流完整井抽水試驗與回灌試驗，其中S1井進行兩落程抽水與回灌試驗各一組，計算確定140m～280m含水層水文地質(zhì)參數(shù)與單井回灌量。S2井做兩組兩落程抽水試驗與一組回灌試驗，確定140m以淺含水層水文地質(zhì)參數(shù)與單井回灌量。

試驗采用抽水與回灌試驗同時進行的方案。在S1井向S2井回灌的同時進行S1井的抽水試驗與S2井的回灌試驗。反之S2井向S1井回灌時各做一組試驗。

4.2試驗過程及結(jié)果分析

抽回灌試驗利用潛水泵抽水，同時為順利進行，配套三通、水表、閥門及連接管道、觀測設(shè)備等。水位觀測設(shè)備為電子水位計和測線。回灌試驗基本情況見表2。

通過試驗數(shù)據(jù)可以看出，不同層地下含水層組的回灌能力第一含水層組明顯優(yōu)于第二含水層組，其單位回灌量為第二含水層組的1.5倍。在施工方法與成井工藝、材料相同的前提下，說明不同含水層組本身的回灌能力存在差異性。

通過對比分析，最終確定差異性的形成原因是由于含水層組巖性結(jié)構(gòu)的不同造成。S1井主要含水層組巖性以中細砂為主，S2井主要含水層組由細、中、粗砂及礫石構(gòu)成，其巖性的不同直接造成了含水層組水文地質(zhì)參數(shù)的不同。通過抽水試驗數(shù)據(jù)進行的計算，第一含水層組滲透系數(shù)為2.382m/d，第二含水層組滲透系數(shù)為1.232m/d，第一含水層組滲透系數(shù)為第二含水層組的1.93倍，這也是造成兩層含水層組回灌能力差異的主要原因。

5、結(jié)論

根據(jù)試驗結(jié)果，回灌井在進行回灌時，其本身所在含水層組的巖性與水文地質(zhì)參數(shù)是其回灌能力的主要影響原因，含水層組的巖性顆粒越大，滲透系數(shù)越高，其回灌能力越強。

在開展淺層地熱能利用及地下水換熱系統(tǒng)建設(shè)之前，建議要在工程擬建區(qū)進行系統(tǒng)的抽回灌試驗，了解含水層組的水文地質(zhì)參數(shù)，計算回灌量，避免不必要的投資浪費及建設(shè)風險。