天水永生家园地源热泵系统工程地下水资源可行性论证报告.docx

1、天水永生家园地源热泵系统工程地下水资源可行性论证报告天水永生家园地源热泵系统工程地下水资源论证报告附件： 1、地下水水质分析报告 2、环境管理体系认证证书及水源热泵系统简介 1 总 论1.1 项目来源天水市位于甘肃省东南部，是省内重要的工业和旅游城市之一，是陇东南地区政治、经济、文化与交通的中心，也是陇上最佳居住城市。为实现采暖、制冷更加节能环保，使工程能够充分利用浅层地下水低温热源的同时，又能积极有效的保护有限地下水资源。受天水永生房地产有限公司委托，甘肃水文地质工程地质勘察院开展“天水永生家园水源热泵系统工程地下水资源论证”工作。地源热泵空调系统原理就是通过安装在地下的系列地温收集器，从土

2、壤中收集能量，经过能量转换实现空调节能。是利用热泵技术，把“恒温层”的地下水抽出来，热量交换再排回去。在地下“恒温层”，温度一般稳定在18度左右，地源热泵利用埋管温差传递，通过压缩机启动，能送上摄氏60度的热水和摄氏8度的冷水。采用自然地源热泵系统在采暖和制冷运行中每消耗1KW的电能，用户可获得4KW的热量，其能量比为1：4，能效比COP1千瓦电能产生多少能量在3.54.4之间，比冷风空调高40%左右，运行费用比风冷热泵低3040%。冬天，“地热空调”代替锅炉从土壤中取热给建筑物供暖，同时还能提供生活热水；夏天替代普通空调将室内的热量排入土壤，为建筑物制冷，是一种取之不尽的能源。此外，这种空调

3、没有外置装置，采用R410替代氟制冷，不会破坏臭氧层。使用过程中也无任何排出物，对水资源不会造成消耗、破坏或影响。热泵空调在每个房间都有单独的能量分配器，可以自主调节温度，在建筑物外看不到空调，也听不见空调的声音。被称为“现代最广泛的绿色能源”，目前，在全国许多有条件城市已推广应用，取得了很好的采暖和节能效果，备受关注。该产业也是国家扶持的节能减排产业。1.2 水资源论证的目的和任务主要目的是：通过对场地区域水文地质条件研究、地下水开采现状调查、地下水动态监测资料分析、地下水资源评价等工作，合理确定取水布局和取水数量；通过回灌（注水）试验，确定取水水源论证范围及取水和退水影响范围。以实现科学调

4、度地下水，保护有限的地下水资源以及预防地下水地质环境问题的发生提供依据。 基本任务有：1、在充分搜集调查区已有地质及水文地质资料的基础上，开展地下水开采现状调查，研究区域环境水文地质条件，重点研究和评价场地含水层系统因开采和回注地下水引起的补给、径流、排泄条件的改变、水质变异以及由此产生的地质环境变化；2、初步分析地下水的动态变化规律，评价地下水资源，确定可开采资源量；3、预测因采（注）地下水引起的地质环境问题及其变化趋势；4、确定不同地段的控制水位和开采量，提出地下水资源利用和保护的建议。1.3 编制依据（1）法律法规a、中华人民共和国水法；b、中华人民共和国水污染防治法c、建设项目水资源论

5、证管理办法（2002年3月24日水利部、国家发改委第15号令）；d、甘肃省取水许可制度实施细则（1995年12月13日省政府地18号令）；e、天水市节约用水管理办法天政发199907号。（2）规程规范a、供水水文地质勘察规范（GB50027-2001）；b、地下水质量标准（GB/T14848-93）；c、区域水文地质工程地质环境地质综合勘查规范（GB/T14158-93）；d、建设项目水资源论证导则（试行）（SL/Z322-2005）；e、水资源评价导则（SL/T238-1999）；f、地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）；g、饮用水源保护区污染防治管理规定等。（3）参考文献a

6、、建工部综合勘查院西北分院，19581960年，甘肃省天水市西十里社棠河谷水文地质勘查报告；b、甘肃省地质局水文一队，19811984年，甘肃省渭河河谷（首阳社棠）水文地质勘察报告；c、甘肃省地矿局水文一队，1994年，甘肃省天水市区城市供水水文地质勘查报告；d、甘肃省地矿局水文一队，1997年，甘肃省天水市区区域水文地质调查报告；e、天水市水利局，1999年，甘肃省天水市水资源现状调查分析报告； f、天水市环保局，1999年，甘肃省天水市东部水源地保护区划报告；g、陇原地质勘察工程公司天水物测处，2009年采（回）灌井柱状图、抽水（回水）试验资料；h、天水市水资源管理办公室，2004年，天水

7、市城区地下水环境调查分析报告。1.4 分析范围与论证范围分析区范围为天水市麦积城区所在的渭河河谷平原。论证具体范围是：西起麦积长途汽车站，东至风动长（新建渭河大桥），南、北分别以渭河岸边、二马路为界，地理坐标为东经：1055610558，北纬34363439，总面积0.50km2。论证区内地处麦积城区，公路四通八达，交通条件十分便利（图1-1）。图1-1 论证区交通位置图本次工作从2009年9月中旬开始，至同年9月中旬结束，10月完成报告编制。取水井、退水井的施工、抽水（注水）试验由陇原勘察院工程公司天水物测处完成，共完成35m深非完整探采结合井7眼。甘肃水文地质工程地质勘察院根据委托单位提供

8、的单井钻探及抽水试验资料，计算了有关水文地质参数，划分了含水层地层岩性及有关水文地质特征，补充完成区域水文地质调查约9km2，采集水样2组，含水层颗粒分析样品5组。期间收集了与论证区有关的地质、水文地质、气象水文等资料的同时，还收集了天水市地下水长期监测站积累的包括论证区的地下水动态资料。2 建设项目概况2.1 建设项目名称及项目性质建设项目名称：天水永生家园项目性质：住宅开发项目2.2 建设地点、占地面积和土地利用情况项目建设地点位于麦积区渭河大桥东侧，总占地面积约2.5公顷。现为商品房开发建设用地。2.3 建设规模拟建的天水永生家园为框架结构，共有九栋八层住宅楼组成，地面楼八层，地下1层，

9、总建筑面积52000m2。另外还配合有车库等。2.4 建设项目业主提出的取水方案取水量根据拟建的天水永生家园住宅区的建筑面积，本次论证勘探试验取得的抽水试验资料、当地地下水温度等综合计算，根据地源热泵设计单位和业主建议，本建设项目采用管井抽取地下水取水方案符合地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）要求。根据天水市麦积城区一带一年浅层水温及热流密度值的变化，结合设备理想的运行状态，发挥最佳采暖功效，设计最大取水量240m3/h。2.5 建设项目业主提出的退水方案依据地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）要求，所抽取的地下水除利用地下水温度外，全部回灌（注）于相应的地下

10、水含水系统中。由于使用只采取水温的循环系统，退水水质不改变原地下水水质。3 建设项目所在区域水资源状况及开发利用分析3.1 基本概况建设项目所在地属渭河麦积城区段，水资源包括有地表水和地下水。一、地表水渭河自北道锻压机床厂附近进入分析区，自西向东经麦积城区、社棠镇至星火机床厂附近流出调查区，区内长约2km。据分析区水文站资料，多年平均径流量12.71亿m3，最大30.34亿m3，最小5.26亿m3，季节性变化十分明显，丰水季节流量猛增，最大洪峰流量4920m3/s，枯水季节流量骤减，最小流量仅0.34m3/s，有记录，1996年渭河麦积城区段流量小于0.5m3/s的连续时间14天。渭河含砂量较

11、大，多年平均含砂量73kg/m3，最大可达1000kg/m3。通过分析渭河46年的径流量系列资料，利用经验频率和理论频率曲线法计算，渭河典型平水年（p=50%）、枯水年（p=75%）和极枯水年（p=95%）的径流量分别是121200万m3、98000万m3和51000万m3。据统计，渭河流量在年内分配也不均匀，与降水基本一致，多集中于79月，这三个月的径流量约占全年的60%。渭河地表水水化学类型为HCO3SO4CaNaMg型，至社棠一带变为HCO3SO4NaCa型，矿化度保持在0.5g/l左右。二、地下水（一）地下水类型及其特征区域地下水可分为两类，即第四系松散岩类孔隙水和第三系碎屑岩类孔隙裂

12、隙水。第三系碎屑岩类孔隙裂隙水是指埋藏于第四系含水层之下的深部承压水和老第三系顶部风化带的孔隙裂隙潜水。据前人资料，第三系深部承压水水量微弱或基本不含水,而且水质极差,多为ClNa型水，无开发利用价值；老第三系顶部风化带虽然含水,但水量贫乏,局部地段与第四系潜水构成统一含水层，无单独供水意义。区内最具开发利用价值的是第四系松散岩类孔隙水,赋存于藉河、渭河河谷第四系松散层的孔隙中，因其水位埋藏浅，含水层透水性强，补给充足，水量丰富，水质较好而成为天水市城市供水的主要开采目的层位，也是本次论证的重点，其特征如下。1、含水层的埋藏与分布特征河谷地下水主要为潜水。含水层岩性为第四系冲积相圆砾、卵石。在

13、渭河河谷底部和各大支沟冲洪积扇部位往往含有大量漂石和块石，其中东二十里铺以东、级阶地范围内分布淤泥质轻亚粘土，局部发育两层，河漫滩部位缺失，一般埋深2.410.0m，单层厚度2.421.5m，因淤泥质轻亚粘土属弱透水层，渗透性差而形成相对隔水顶板，下部一般为透水性良好的砾卵石含水层，因此在渭河南岸赵家崖至潘集寨一带形成微承压水，从而在横向上由渭河河漫滩至二级阶地后缘逐渐由潜水过渡为微承压水，局部地段如颖川河冲洪积扇地带，形成了上部为潜水下部为微承压水的统一含水系统。微承压水水头高出潜水水位0.100.19m左右（图3-1）。藉河河谷含水层厚度为2.023.65m。总的趋势是自西向东逐渐增厚，同

14、一河谷河漫滩及一级阶地较厚，到二级阶地逐渐变薄。同时受地质地貌条件的控制，一般河谷南岸比北岸厚。地下水位埋深横向上变化较大，近河岸一般小于3m，远离河岸逐渐加深到6m，最深可达20m。由于渭河河谷地下水略具承压性，北岸加上还未大规模开采，因此地下水位埋藏较浅，一级阶地一般不超过3m。2、含水层富水性特征渭河河谷地下水最为丰富，藉河河谷相对贫乏。同一河谷，近河岸图3-1 渭河河谷水文地质剖面图一级阶地比较丰富，远离河岸两侧因含水层泥质含量升高，厚度变薄，潜水位埋深加大，涌水量变小。根据调查区具体情况，用单井涌水量（即以井孔口径12，降深为含水层厚度三分之二时所推算的单井最大涌水量）来表明富水程度

15、。据此可划分为如下四个等级：富水性极强（区）：单井涌水量大于5000m3/d；富水性强（区）：单井涌水量10005000m3/d；富水性中等（区）：单井涌水量5001000m3/d；富水性弱（区）：单井涌水量小于500m3/d。调查区地下水富水性分区见图3-2。富水性强区主要集中在渭河河漫滩及一级阶地近河部位，以颖川河入渭河处即慕滩、潘集寨一带最为丰富，单井涌水量500011400m3/d。富水性较强区包括本次论证区在内，主要位于渭河河漫滩及一级阶地，呈狭长带状分布，单井涌水量10005000m3/d。水量中等区主要位于河谷二级阶地中后缘附近，单井涌水量5091000m3/d。水量贫乏区沿河谷

16、盆地边缘或二级阶地后缘呈条带状分布，单井涌水量83412m3/d。 图3-2 区域地下水富水性分区图（二）地下水补径排条件1、补给条件河谷地下水的补给条件比较复杂，补给方式各异，概括起来有以下几项：（1）地下径流流入补给：地下水在流入分析区以前，接受各类补给后以地下径流的方式进入区内。枯水年进入区域的径流补给量为690.60万m3/a。（2）河水入渗补给：渭河河水与地下水具有十分密切的水力联系，在不同地段可以相互转化。根据本次调查资料，在补给方式上大规模开采前后是不同的。地下水在未强烈开采或少量开采情况下与河水位具有连续统一的浸润面，河水主要以侧向入渗方式补给地下水。慕滩水源地段可能形成所谓的

17、“悬河”，地表水以垂向方式补给地下水。（3）沟谷潜流补给：区域内分布的较大支沟均有一定数量的潜流量，以侧向径流的方式补给河谷地下水。（4）沟谷地表水补给：区内颖川河几乎常年有水，其它季节性沟谷一年内也有部分时间存在地表径流，从出山口至汇入渭河这段距离内往往入渗补给地下水。 （5）大气降水入渗补给：河谷盆地地形平坦，面积较大，河漫滩及一、二级阶地地下水位埋藏较浅，饱气带地层岩性为粉土，而且厚度较薄，有利于大气降水的入渗补给。2、径流条件区域河谷第四系地下水总的径流方向是顺河谷走向自西向东径流。渭河河谷地下水径流条件比较复杂。渭河南岸地下水以向NE、EW向径流为主，颖川河口以东以NE、E向径流为主

18、，慕滩水源地受长期开采的影响，已形成较大范围的降落漏斗；渭河北岸，地下水以SE向径流为主，水力坡度较小，仅2.03.0，总体来说来，除慕滩水源地外，渭河河谷地下水径流比较滞缓。局部地段如慕滩潘集寨水源地、赵家崖分路口马跑泉段以及道北水力坡度较1993年有所增加，已经有小范围降落漏斗形成。慕滩水源中心靠近南部山边线地段已经形成开采性降落漏斗，漏斗范围明显，面积约4km2。3、排泄条件区域地下水排泄条件相对比较简单，概括起来有如下几项：（1）地下水向河流排泄：经调查，渭河北道桥至社棠峡口段，除慕滩潘集寨水源地地下水位低于河水位外，其它地段地下水位高于河水位，地下水以泄流方式向河流排泄。枯水年地下水

19、自流排泄量为1392.65万m3/a。（2）开采：开采是现状地下水最主要的排泄方式，尤其以渭河南岸的慕滩潘集寨水源地最为显著。统计计算其排泄量占总排泄量的6070%。（3）蒸发：在地下水位浅埋深区，即水位埋深小于4m的地段，蒸发排泄作用强烈。（4）地下水向区外径流排泄：地下水以地下径流方式向区外排泄。区内仅社棠峡口一处，计算径流排泄量为1320.00万m3/a。（三）地下水质特征藉河河谷地下水的水质类型比较简单，为HCO3Ca或HCO3CaMg型，水质良好，矿化度仅为0.40.6g/l，总硬度216312mg/l。渭河河谷地下水的水质较为复杂。河谷北岸麦积城区一带，地下水接受了河水的大量补给后

20、，向东和南东缓慢径流，在新桥以东向渭河排泄，水化学类型自西向东由HCO3SO4ClNaCa型变为SO4ClNa型，矿化度为1.86g/l增至2.24g/l，总硬度由380mg/l增至619mg/l，可见麦积城区一带地下水的水质较差。渭河河谷南岸赵家崖至分路口接近黄土丘陵地带，地下水的水质较差，水化学类型为SO4HCO3MgNaCa型，矿化度0.992.24g/l，总硬度4411088mg/l。靠近河岸，受河水补给的影响，水质略好，为HCO3SO4NaCaMg型，矿化度0.81.2g/l，总硬度490538mg/l。分路口至潘集寨一带，受颖川河沟谷潜流补给的影响，地下水水质较好，水化学类型多为H

21、CO3SO4CaMgNa型，矿化度0.620.85g/l，总硬度332419mg/l。颖川河口至慕滩一带水质良好，为HCO3CaMg型，矿化度0.40.65g/l，总硬度236308mg/l。社棠一带地下水的水质较好，水化学类型为HCO3SO4CaNa型和HCO3CaMgNa型，矿化度0.651.13g/l，总硬度335502mg/l。3.2 水资源状况及其区域水资源开发利用存在的主要问题根据新近完成的天水市城区地下水环境调查分析报告所做的地下水资源评价结果，渭河北岸锻压厂牛头河第四系冲积层地下水补给量725.02万m3/a，允许开采量612.36万m3/a。该报告根据地下水水量、地下水水质及

22、其水位下降速率综合判定结果，划分了地下水超采区（图3-3）。天水市城区浅层地下水超采区西起藉河西二十里铺村东，东至马跑泉公园颖川河和渭河北社棠星火厂，南、北分别以山边线和二级阶地后缘为界，其中南沟河、颖川河分别向上游延伸到红山机械厂南和吴家崖村北，面积67.31m2。在此基础上，按地下水超采所引发主要环境地质灾害问题的严重程度，依据地下水超采区评价导则又进一步划定了一般超采区、严重超采区和禁采区。 图3-3 区域地下水超采区分布图禁采区集中分布于秦州、麦积城区和渭河南岸近山边地带，面积26.74km2。占超采区总面积39.72%。其中包括了锻压厂省农机站铁路南渭河边，面积3.19km2。论证区

23、为天水市城区，是一个以开采地下水为供水水源的城市。城市生活、工业生产及部分农田灌溉用水均取自区内第四系潜水含水层，地下水开发利用程度较高。据调查，2006年总计开采地下水5511.38万m3，其中市政供水井开采地下水1215.45万m3，企事业单位自备井开采地下水2606.97万m3，农田灌溉季节性开采地下水1688.96万m3。目前存在的主要环境地质灾害问题有地下水位持续下降，水质恶化及名泉消失等。4 建设项目取用水合理性分析4.1 取水合理性分析本项目地源热泵系统工程属“零”耗水项目，也是国家倡导推广的“节能环保”技术之一，主要原理是：从地下含水层开采出的地下水仅对其地下水温度降低或升高若

24、干度（一般小于10）外，在正常状态下，不改变开采水量、也不存在水中添加任何物质的问题，通过回注系统全部进入相应的含水系统。因此，建设项目区虽然为禁采区，但取水后对地下水含水系统没有发生改变，不导致对水质的污染，该建设项目地源热泵系统取水是合理的。4.2 用水合理性分析地源热泵系统工程技术规范（GB50366-2005）中有关地下水换热系统一般规定指出：采取可靠的回灌措施，确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层，并不得对地下水资源造成浪费及污染。据此，用水是合理的。5 建设项目地下取水源论证5.1 地质条件、水文地质条件分析一、地质条件（一）地层岩性论证区出露地层为第四系全新统，新第三

25、系隐伏于第四系之下构成基底层。1、新第三系（N）分布于论证区外围河谷两侧并构成藉河河谷基底，为一套内陆湖盆相堆积物。岩性为灰白色、灰绿色、红色泥岩、砂质泥岩夹砂岩，本套地层明显不整合于老地层之上。2、第四系（Q4）分布于现代河床、河漫滩、级阶地和冲洪积扇上。以冲积层为主，其次为冲洪积层和洪积层。按堆积物分布的不同地貌位置，将其相对时代划分为：河床、漫滩及级阶地为Q2al 4，级阶地为Q1al 4，冲洪积扇为Qal+pl 4，洪积扇为Qpl 4。河床相堆积物具有二元或多元结构。一般上部为轻亚粘土、亚粘土或中细砂；下部为圆砾、卵石、砂砾夹淤泥质轻亚粘土或漂砾。第四系地层厚度变化较大，从几米至四十余

26、米不等。渭河麦积城区及下游河谷较厚，一般3545m，同一河床，第四系地层厚度自南北山边线向中心逐渐变厚。（二）地质构造论证区位于秦岭纬向构造带和陇西旋卷构造带的复合部位，祁吕贺兰山字型构造体系的前弧，外围发育一系列走向NW、NWW的断裂和褶皱。区内新构造运动强烈，主要表现为不均匀升降运动和活动断裂发育。河流多级阶地的存在和阶地基座高差十分明显，说明河谷地带第四纪以来间歇性升降运动频繁而剧烈。全新世以来，河谷地带处于相对稳定或下降阶段，形成了一定厚度的松散堆积物，但下降幅度存在着差异，一般东部降幅大于西部，南部降幅大于北部。根据区域地质调查资料，区内第四系基底岩性不一致，西部太京镇至南沟河皂郊一

27、带为老第三系碎屑岩；东部地段为新第三系泥岩、砂质泥岩构成。二、水文地质条件论证区地处渭河河谷北岸一级阶地前缘，地下水主要为第四系松散岩类孔隙水。含水层岩性由第四系冲积相圆砾组成，厚度25.035.8m，因上部轻亚粘土属弱透水层，渗透性差而形成相对隔水顶板，下部为透水性良好的砾石含水层，因此在拟建场地一带形成微承压水。潜水、承压水混合水位埋深2.83.5m，其中，微承压水水头埋深6.286.40m左右（图5-1）。根据现场抽水试验资料，论证区内该地下水富水性较强，单井涌水量达30005000 m3/d（原区域资料较大，但本次试验确定的单井涌水量贴近实际）。论证区地下水补给主要有地下径流流入补给和

28、河水入渗补给。另外还存在少量降水渗入补给。1、地下径流流入补给：地下水在流入论证区以前，接受各类补给后以地下径流的方式进入区内。计算进入论证区的径流补给量为250.20万m3/a。2、河水入渗补给：藉河河水与地下水水力联系密切，地下水在未强烈开采或少量开采的拟建项目区与河水位具有连续统一的浸润面，河水主要以侧向入渗方式补给地下水。经测量河水位与地下水高差，利用岸边公式计算河水补给量为100.00万m3/a。降水补给由于在市区，大面积地面被硬化，雨水难以入渗，补给量很小，不再计算。论证区地下水总的径流方向是顺河谷走向自西向东径流。拟建场地以西水力坡度5.50，至风动厂以东降为4.60。由于城区现

29、状禁止开采地下水，地下水水位经过近年的恢复，基本达到了天然状态，故无降落漏斗存在。地下水现状排泄方式有蒸发和向区外径流排泄。论证区在地下水位浅埋深区（即水位埋深小于4m的地段）约0.19km2，蒸发排泄作用强烈，计算蒸发排泄量为88.10万m3/a。地下水向区外径流排泄是其主要排泄方式。计算区内径流排泄量为150.60万m3/a。5.2 地下水可开采量计算与评价一、计算参数的确定有关地下水资源计算的水文地质参数主要根据本次水文地质勘查取得的野外抽水试验资料，水位动态监测以及河（渠）水测流等资料重新收集复核整理计算。在此基础上，还利用了1997年完成的“天水市区（麦积、秦州）地下水资源调查与区划

30、”和2002年完成的“天水市城区可利用水资源研究”两课题中野外观测试验研究资料。借助新颁布的供水水文地质勘察规范（GB500272001）要求的计算公式对主要水文地质参数进行了计算。比较好的贴近了实际含水层水文地质条件。（一）渗透系数（K）本次水资源环境调查工作中，单孔均采用稳定流抽水试验，多孔采用稳定流和非稳定流两种方法，并选择周边无开采井干扰，具有两个或以上降深，水位、流量稳定延续时间8h的试验孔。渗透系数的计算过程中均消除了水跃值的影响。主要计算公式如下：1、稳定流公式（1）单孔潜水完整井与非完整井当QS关系曲线呈直线时：承压完整井：K=Q（lnR/r）/n（H2h2）承压非完整井：K=

31、QlnR/r+（L）（ln1.12/r）式中：K为渗透系数（m/d）；Q为出水量（m3/d）；S为水位下降值（m）；H为自然状态下潜水含水层的厚度（m）；为潜水含水层在自然状态和抽水试验时厚度的平均值（m）；h为潜水含水层在抽水时的厚度（m）；L为过滤器长度；r为抽水井过滤器的半径（m）；R为影响半径（m）。当QS关系曲线呈曲线时，采用插值法和最小二乘法求得QS代数多项式，即：S=a1Q+a2Q2+anQn式中：a1、a2、an为得定系数，a1按均差表求得后以1/a1代换以上公式中的Q/（H2h2）。（2）有一个观测孔时完整井抽水K=0.733Q（lgr1lgrw）/（2HSwS1）（SwS1）（3）有两个观测孔时完整井抽水K=0.733Q（lgr2lgr1）/（2HS1S2）（S1S2）上式中：Q为抽水量（m3/d）；r1、r2分别为第1、2为观测井距抽水井中心的距离（m）；S1、S2分别为第1、2观测井的水位降深（m）。此外，根据抽水孔距河边