浅析地热空调井项目的水资源论证

□孟春丽（河南省郑州水文水资源勘测局）

0 前言

水是基础性的自然资源和战略性的经济资源，它不仅是人类生存的生命线，也是经济发展和社会进步的生命线，是实现可持续发展的重要物质基础。当前，我国水资源短缺、水环境恶化和防洪灾害等问题日益突出。在党和国家治水方针的指导下，坚持依法治水、科学治水、加强水资源合理开发利用、高效利用、优化配置、全面节约、有效保护的关键是要严格实施好取水许可制度和做好建设项目水资源论证工作。

1 地热空调井建设项目

1.1 概述

地热空调井即地下水地源热泵系统，也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送到水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。它是一种利用地下浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能的空调系统,是一种高效节能、环保可靠、冷暖两用的中央空调，是一种高科技技术。

1.2 特点

地热空调井属于可再生能源利用技术、高效节能，节水省地、运行成本低、环境效益显著、运行安全稳定，可靠性高、一机两用，应用范围广、控制设备简单，同时供暖制冷、绿色环保无污染、分户计费成本低廉、系统可靠，应用灵活，使用寿命长、节省建筑空间。

1.3 工作原理

它根据可逆卡诺循环原理，通过输入少量高品位能源（电能），实现低温位热能向高温位转移。利用地温能源，冬天采用热泵技术原理，通过热交换将地下水或土壤中的热量提出用于室内采暖，而夏天则利用地下土壤或地下水带走热量，达到制冷效果。详见下图1。

图1 地热空调工作管理示意图

2 做地热空调井项目水资源论证时需注意的几个问题

2.1 项目实施的必要性

建设项目利用水资源，必须遵循合理开发、节约使用和有效保护的原则；符合区域的综合规划和水资源保护规划等专项规划的要求。重点分析该地热项目建设的必要性和经济意义。

2.2 分析范围与论证范围的确定

在建设项目水资源论证中,首先要确定分析范围和论证区范围。分析范围是否合理不仅直接影响到区域水资源状况及开发利用分析成果的质量，还会影响到论证工作效率和整个论证报告书的质量；论证范围大小的合理划分和确定是顺利进行论证工作的前提和关键因素。论证范围正确与否决定着论证成果的可靠性。论证范围的确定是取水水源及取退水影响分析的基础。分析范围和影响范围较易确定，而论证范围是建设项目的地下水水资源论证的难点所在。除应考虑当地水文地质条件、取水量和区域地下水调查评价成果及水资源论证工作等级等因素，一般应覆盖较为完整的相对独立的水文地质单元或者不小于地下水水位溅落漏斗及其影响的范围作为论证范围。

2.3 项目所在地水资源开发利用状况重点分析该区域地热资源利用情况

水资源开发利用分析是水资源论证用水合理性分析、取水水源分析和退水影响分析的基础，一定要综合分析该区域水资源开发利用情况，而不能只分析该项目是否有可靠的水源。其目的就是从总量上和宏观上分析业主单位提出的取水水源、取水量是否可行。首先要对项目所在区域内水资源状况及其开发利用情况进行详细分析，并根据分析情况得出目前该区域水资源开发利用过程中存在的主要问题和矛盾，其次应重点分析该区域地热资源开发利用情况。

2.4 取、用水合理性分析

在计算年总用水量时，一定要按照国家发布的用水定额来计算。不同地区用水定额、取用水时间不太一致。下面以河南省为例。河南省质量技术监督局2009年8月1日发布的《用水定额》（DB41/T385-2009）中规定的“中央空调”类用水定额中的有关数据见表1。河南地区空调运行时间为取暖期120d，取冷期160d。

表1 河南省用水定额（节选）表

由此标准可以计算出该项目年总合理取水量，以此分析业主提出的用水要求是否合理。

2.5 取、回水可靠性分析

2.5.1 该区域目的含水层可开采量分析

选用稳定流承压水完整井计算公式（水文地质手册公式2－29）分别计算在不同降深下的单井出水量

式中：Q—单井出水量（m3/d）〔Q′单位 m3/h〕；K—渗透系数（K=6，经验范围值5-20 m/d）；R—影响半径（采用西卡尔特脱公式计算：R=10 Sw）；M—承压含水层厚度（M=30 m）；rw—抽水井半径（m）〔计算井筒内径采用Φ＝273 mm〕；Sw—降深（m）由此计算出单井涌水量。

2.5.2 地下水资源量计算

中层地下水降落漏斗周边径流补给量为Q补=B·I·T。其中B：地下水周边径流补给带的周长，I：水力坡度，为漏斗周边的平均水力坡度，T：导水系数取平均数。

可利用弹性储存量的计算:含水层自顶板埋深算起的压力水头高度为△s。由下式计算可以利用弹性储存量。计算公式：Q弹储=μe×F×△s/△t。其中：Q弹储地下水可利用弹性储存量单位m3/d；F为计算面积单位m2；μe弹性释水系数4×10-3；△s水位变幅；△t计算时间d按连续抽水10 d考虑。

由此计算出Q补+Q弹储与设计出水量比较，在不回水的情况下看该区域地下水水资源量能否满足该项目空调机组连续运行10 d。

2.5.3 该区域地下水水质分析

地热空调建设项目采用《地下水质量标准》（GB/T14848－93）进行评价。地热空调系统对水质的要求是水质澄清、稳定、不腐蚀、不滋生微生物、不堵塞、不结垢死亡率高。堵塞不仅影响机组的使用寿命，还会影响到地下水的回灌；结垢会使传热效率降低，增加电耗；腐蚀会使系统金属壁变薄，降低系统运行寿命。因此在凿井及系统运行过程中，应该注意加大对本区地下水的保护力度，防止地下水污染。地下水中对系统有害的成分有：铁、锰、钙、镁、二氧化碳、溶解氧、氯离子等，重点分析这些有害成分是否超标。

2.5.4 可靠性分析

水资源论证不仅要论证其它用水户对本建设项目取水的影响，还要考虑本建设项目取水对第三者取水权益的影响，特别是对社会效益、生态效益产生不利影响的退水要着重进行分析论证；对于造成取水影响的，要制定出补偿方案。论证可行措施，保护退水不污染环境。地热空调井项目用水时封闭式循环用水，由抽水井造成的水位降深通过回灌得到回补，若完全回灌，不会造成区域地下水位下降，也不会对周围其他用户产生影响。这里重点分析回灌量及回灌水质对该区域的影响。

2.6 保护措施及建议

地热空调作为一种节能环保的设备特别适合我国夏热冬冷的地区使用。但是应该注意的是地下水在某种程度上是国家的一种战略资源，大规模开发一旦出现地面沉降和裂缝、地下水水位持续下降，形成区域性地下水降落漏斗；地下水地质环境问题后果就无法弥补，所以特别应引起政府部门的重视，加大监管力度，严格审批地热项目建设；根据水质不同，用源水进行处理；回灌水质应好于或者等于地下水水质，保证回灌后不会引起区域性地下水污染；在地热系统设计和施工中应考虑地下水资源的保护，不使上层受到污染的含水层和下层水质相对较好的含水层串通；大力加强该技术研究，从本质上解决地下水回灌、污染和健康技术问题。

3 地热空调项目水资源论证的必要性

水资源论证是连接水资源论证制度与取水许可制度的纽带，建设项目水资源论证的审查意见成为审批取水许可申请的技术依据。对建设项目本身而言，水资源论证报告书是建设项目建设单位进行水资源、水环境保护设计的重要参考条件，对建设项目设计施工具有一定的指导意义，并对建设项目工程竣工后的水资源管理工作有着重要的指导作用。采用先进科学的分析方法，通过对新建项目取水、用水、退水及其他相关环节的论证，保证建设项目在建设和运行期有安全可靠的水量和水质,确保建设项目经济和社会目标的实现,达到水资源得到高效利用和有效保护,保障水资源可持续利用目的。因此，必须本着科学性、公正性、合法性、规范性的原则，本着严谨、求实、认真的态度对待水资源论证报告书的编写工作。