趙亞萍，王利霞

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450000）

地?zé)崾且环N無污染、可再生的清潔能源，與傳統(tǒng)能源相比，具有儲量巨大、可再生、低碳、環(huán)保、可就地取用等優(yōu)勢，可以優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)對地?zé)豳Y源的利用有利于推進(jìn)國家生態(tài)文明建設(shè)[1-2]。將地?zé)崮茉粗苯佑糜诠┡莾H次于地?zé)岚l(fā)電的地?zé)崂梅绞?，這種利用方式較簡單、經(jīng)濟(jì)實用。

尉氏縣位于豫東平原，屬于河南省開封市[3]。地勢總趨勢是西北高、東南低，由西北向東南傾斜。尉氏縣位于通許凸起地?zé)岱謪^(qū)內(nèi)，境內(nèi)地?zé)豳Y源豐富，主要集中在尉氏縣縣城，但開發(fā)利用程度低，2018年以前以“單井獨(dú)戶”為主，未形成規(guī)模開發(fā)。目前，35眼地?zé)峋蠖嘤糜谙丛『凸┡?，開發(fā)利用方式比較單一。為了提高地?zé)豳Y源的可用性，避免尾水排放造成的熱污染和資源浪費(fèi)、高礦化度地?zé)崴畬τ脩裟┒斯┡艿赖母g，建設(shè)項目采用“地?zé)?熱泵”的綜合能源系統(tǒng)，遵循“取熱不取水、以灌定采”的原則。本研究主要從建設(shè)項目在利用地?zé)豳Y源過程中的節(jié)水工藝與技術(shù)、用水過程與水量平衡、用水水平與節(jié)水潛力等方面，評價其用水節(jié)水性，并探討對水資源的影響，以期為更加生態(tài)、環(huán)保地利用地?zé)豳Y源提供依據(jù)。

1 項目概況

建設(shè)項目位于尉氏縣城，西鄰建設(shè)路，北鄰北二環(huán)，東距尉州大道700 m。項目開采的是新近系館陶組熱儲層中的地?zé)崴?，取水層位?00～1 200 m。項目開發(fā)3個小區(qū)所在區(qū)域的深層地?zé)豳Y源，采用“地?zé)?熱泵”的綜合能源系統(tǒng)為需要供暖的建筑提供冬季供暖。本項目3個小區(qū)總建筑面積為25.20萬m2，使用面積為21.00萬m2，供暖面積為19.95萬m2，選擇已建建筑，設(shè)計熱負(fù)荷指標(biāo)為30 W/m2，由此計算出3個住宅小區(qū)建筑的采暖熱負(fù)荷，本項目設(shè)計采暖總熱負(fù)荷為5.985 MW。

本項目設(shè)計6眼地?zé)峋?，? 200 m。新近系館陶組熱儲層地?zé)峋?、灌比例?∶2，即1眼開采井與2眼回灌井，以達(dá)到地?zé)崃黧w全部回灌進(jìn)熱儲的目標(biāo)。項目設(shè)計年均取水量為31.3萬m3/a，日均取水量為2 602 m3/d，取水時間為120天，每天運(yùn)行24 h。本建設(shè)項目所有居民建筑現(xiàn)有采暖末端均為散熱器，熱量采用熱泵進(jìn)行梯級利用。根據(jù)業(yè)主提供的資料，本建設(shè)項目地?zé)峋鏊疁囟燃s為48 ℃，經(jīng)過二級換熱后水溫在40 ℃左右，三級換熱后水溫在8 ℃左右。以此溫度為回水溫度，通過回灌加壓泵回灌到同層地下熱儲層中。

2 節(jié)水評價

2.1 工藝技術(shù)

本次建設(shè)項目采用深層地?zé)崴鳛闊岜玫臀粺嵩?，集中供熱的建筑末端形式主要為地板輻射采暖。在御景灣、鼎盛國際小區(qū)各設(shè)置1個分散能源站、1個熱泵主機(jī)，采用地?zé)崽菁壯h(huán)利用、尾水集中回灌的良性模式，即地?zé)崴苯永锰峁┎糠譄嶝?fù)荷和地?zé)崴Y(jié)合水源熱泵聯(lián)合運(yùn)行提供剩余熱負(fù)荷的方式。首先，對溫度較高的地?zé)崴M(jìn)行直接換熱利用；其次，將溫度較低的熱水通過熱泵繼續(xù)取熱，熱泵機(jī)組產(chǎn)生45 ℃/35 ℃熱水，滿足建筑末端地板供暖需求。

板換二次側(cè)：二級板換二次側(cè)30 ℃低溫?zé)崴?jīng)熱泵蒸發(fā)器吸熱后降至20 ℃；三級板換二次側(cè)28 ℃低溫?zé)崴?jīng)熱泵蒸發(fā)器吸熱后降至18 ℃；四級板換二次側(cè)18 ℃低溫?zé)崴?jīng)熱泵蒸發(fā)器吸熱后降至8 ℃。熱泵冷凝器側(cè)均產(chǎn)生45 ℃熱水，與一級板換二次側(cè)熱水混合供給建筑末端輻射地板，輻射地板35 ℃回水分別流入熱泵冷凝器。為了最大限度地利用地?zé)?，本方案采用三級熱泵，地?zé)崴疁囟扔?8 ℃降到8 ℃。二級換熱器二次側(cè)作為熱泵蒸發(fā)器循環(huán)水，提取低溫地?zé)崃黧w的熱量，利用熱泵提高熱能品位，加熱熱泵冷凝器循環(huán)水，并與一級換熱器換熱后的循環(huán)水匯總，為住戶供熱。

本建設(shè)項目設(shè)計6眼地?zé)峋?采4回），出水溫度為48 ℃，單井出水流量為54.2 m3/h。地?zé)崴傻責(zé)峋疂撍贸槌鲇嬃亢?，?jīng)過濾器過濾除砂后進(jìn)入直供板換熱，然后進(jìn)入中間水板換熱，地?zé)嵛菜苯佑帽眉訅狠斔突毓嘀镣瑢印?/p>

地?zé)崴畯纳a(chǎn)井輸送至地?zé)嵴?，?jīng)過換熱器提取熱量，并將熱量傳遞至采暖水系統(tǒng)。地?zé)崴疁囟冉档秃螅斔椭粱毓嗑⑷氲叵聼醿?，實現(xiàn)地?zé)崴裳a(bǔ)平衡。地?zé)崴c用戶末端系統(tǒng)進(jìn)行間接換熱，避免了高礦化度地?zé)崴畬τ脩裟┒斯┡艿赖母g，最大限度地利用了地?zé)嵛菜臒崃?。地?zé)崴ㄟ^板式換熱器將熱量傳遞給供熱管道循環(huán)水，對地?zé)徇M(jìn)行循環(huán)利用。地?zé)崴筒膳h(huán)水為兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)中的水不摻混。

本項目損失水量源于用戶終端地?zé)峁艿婪潘?，?jié)水措施主要是加強(qiáng)管理人員業(yè)務(wù)培訓(xùn)，強(qiáng)調(diào)要經(jīng)常巡查供水管道，及時發(fā)現(xiàn)回水管道跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，按照取水規(guī)程經(jīng)常取水沖洗回水井以免淤積；安排專人每月抄表、按時上報水量，建立管水用水檔案；定期維護(hù)、及時檢修損壞設(shè)備，對小區(qū)住戶加強(qiáng)節(jié)水法規(guī)、節(jié)水知識宣傳等。

2.2 用水過程和水量平衡分析

尉氏縣御景城、鼎盛國際、法蘭西小鎮(zhèn)小區(qū)地?zé)峁┡こ添椖坑盟疄樾^(qū)地?zé)釗Q熱器取用地?zé)崴５責(zé)峁┡に囋O(shè)計情況：開采出水溫度為48 ℃、出水量為108.4 m3/h的地?zé)峋媚蜔釢撍姳锰崛?，?jīng)旋流除砂器除砂后進(jìn)入一級換熱器一次側(cè)，地?zé)嵛菜疁囟冉抵?0 ℃，再經(jīng)過二級換熱器一次側(cè)，地?zé)嵛菜疁囟冉抵? ℃，經(jīng)粗效、精密兩級過濾和排氣罐排氣，最終輸送至6眼回灌井中。二級換熱器二次側(cè)作為熱泵蒸發(fā)器循環(huán)水，提取低溫地?zé)崃黧w的熱量，利用熱泵提高熱能品位，加熱熱泵冷凝器循環(huán)水，并與一級換熱器換熱后的循環(huán)水匯總，為住戶供熱。小區(qū)設(shè)計的供暖面積為19.95萬m2、平均熱負(fù)荷指標(biāo)為30 W/(h·m2)。若尉氏縣御景城、鼎盛國際、法蘭西小鎮(zhèn)小區(qū)全部采用地?zé)峁┡?，年需水量?1.3萬m3（日需水量為2 602 m3，合108.4 m3/h，供暖時間按120天考慮）。

2.3 用水效率

本項目采暖指標(biāo)為30 W/(h·m2)，低于GB/T 51074—2015《城市供熱規(guī)劃規(guī)范》中提出的多高層住宅采取節(jié)能措施采暖熱指標(biāo)35～45 W/(h·m2)，低于鄭州與西安地區(qū)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

本項目中地?zé)崴傻責(zé)峋疂撍贸槌鲇嬃亢?，過旋流除砂器進(jìn)行過濾除砂，然后經(jīng)由輸水管線輸送到地?zé)峒泄嵴痉?。地?zé)崴M(jìn)入供熱站房后，用熱泵梯級利用熱量，降到8 ℃的地?zé)嵛菜奢斔芫€經(jīng)過精密回灌過濾裝置，利用回灌加壓泵回灌到地下層中，實現(xiàn)地?zé)崴闩欧?。在整個過程中，地?zé)崴挥糜跓崃康妮d體輸送，不消耗、不排放地?zé)崴?，等量回灌到同層地下熱儲層中。因此，本建設(shè)項目不產(chǎn)生廢水。

2.4 節(jié)水潛力分析

盡量增加地?zé)崴苯訐Q熱量；利用熱泵梯級利用技術(shù)充分利用地?zé)豳Y源；實行按需供熱，根據(jù)地方氣象部門的大氣溫度預(yù)報資料進(jìn)行供熱量預(yù)調(diào)節(jié)，采用變頻水泵控制開采地?zé)崴?；做好水源熱泵機(jī)組和水處理設(shè)備的保養(yǎng)維護(hù)工作，既要滿足供暖需求，又要有效實現(xiàn)地下水的循環(huán)利用，同時做好設(shè)備維修工作，防止出現(xiàn)跑、冒、露、滴現(xiàn)象；取用水人員應(yīng)按水行政主管部門批準(zhǔn)的水量取水，在取水口安裝合格的計量設(shè)施，準(zhǔn)確記錄取水量；做好回灌井的管理工作，保證回灌在密閉條件下進(jìn)行，防止水量損失和水質(zhì)污染[4]。

3 取水影響分析

3.1 對水資源的影響

3.1.1 對地?zé)崴Y源的影響

尉氏縣御景城、鼎盛國際、法蘭西小鎮(zhèn)小區(qū)地?zé)峁┡椖繑M開采新近系800～1 200 m深的館陶組熱儲層，埋藏深、滲透性、連通性差，不能接受地表大氣降水的直接補(bǔ)給，只有微弱的側(cè)向徑流補(bǔ)給，屬于半封閉的深層承壓水系統(tǒng)。在未回灌的情況下，地?zé)崴拈_采以地下含水層壓力的消耗為代價，即開采過程中熱儲壓力下降，地?zé)峋宦裆钪鹉晏嵘?。本項目設(shè)計取水與回灌全封閉同時進(jìn)行，堅持采灌同層，用水過程中嚴(yán)格遵循取熱不取水、依灌定采原則。本項目開采深層地?zé)崴崛崴械臒崮芎笕炕毓嗟酵瑢?，因此對深層地?zé)崴Y源的影響較小。

地?zé)豳Y源的補(bǔ)給較為緩慢，熱儲層儲存的熱量有限，地?zé)峁┡椖块L期開采熱儲層的熱量必然會減少地?zé)崃黧w和巖石儲存的熱量，造成地?zé)豳Y源量衰減、熱儲層出水溫度降低。

3.1.2 對淺層和深層地下水的影響

根據(jù)區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)條件，本項目地?zé)峋_采館陶組熱儲層，地?zé)峋捎脟?yán)格的施工工藝，全井身均下入套管，擬開采的熱儲層位之上均采取止水措施。隨著時間的延長，井管外由于孔壁的自然坍塌與淤積，地?zé)崴c深層或淺層地下水的串層概率極小。因此，本項目取用深層地?zé)崴?，對深層或淺層地下水影響較小。

3.2 對水功能區(qū)的影響

項目取水為深層地?zé)崴挥绊懳臼峡h地表水、淺層和中深層地下水資源量，取水的同時全部回灌。因此，本項目取水不會改變河道水質(zhì)，不影響水功能區(qū)的水質(zhì)現(xiàn)狀。

3.3 對水生態(tài)的影響

降水量和地表徑流很難通過深厚的地層對目標(biāo)含水層進(jìn)行垂向補(bǔ)給，補(bǔ)給比例較小。因此，本項目的取水對該區(qū)河段徑流過程影響甚微。本項目地?zé)峁┡椖咳∷毓嗳忾]進(jìn)行，不外排，因此不會改變河道水質(zhì)，不會導(dǎo)致項目區(qū)河段內(nèi)魚類和水生生物群種滅絕，對水生態(tài)環(huán)境影響甚微。

4 結(jié)語

建設(shè)項目設(shè)計地?zé)峋?眼（2抽4灌），采用深層地?zé)崴鳛闊岜玫臀粺嵩?，集中供熱的建筑末端形式主要為地板輻射采暖，地?zé)嵛菜苯佑帽眉訅狠斔突毓嘀镣瑢?。整個過程實現(xiàn)了等量同層回灌，取熱不取水，不消耗熱水。項目取用深層地?zé)崴?，對深層或淺層地下水影響較小，不影響水功能區(qū)的水質(zhì)現(xiàn)狀，對水生態(tài)環(huán)境影響甚微。