北京回灌技術(shù)研討會1

北京回灌技術(shù)研討會[1]第一頁，共35頁。主要內(nèi)容影響地下水回灌的主要因素地下水地源熱泵系統(tǒng)工程回灌（技術(shù)）體系構(gòu)建新建有關(guān)回灌設計水文地質(zhì)新參數(shù)的建議熱源井報廢標準地下水回灌方面規(guī)范（標準）修訂（制訂）建議第二頁，共35頁。一、影響地下水回灌的主要因素目前漢口地區(qū)已有30多個項目采用了地下水地源熱泵系統(tǒng)，熱源井回灌的方式為重力（自流）回灌和壓力回灌（微壓）。熱源井單井出水量一般在20—140m3/h之間，單井回灌量在6-50m3/h之間、個別井可達85m3/h。（一）、武漢地區(qū)回灌情況簡介第三頁，共35頁。（二）、井水回灌不下去的兩種現(xiàn)象一是成井時就灌不下去，回灌量小二是運行一段時間以后回灌不下去，個別項目熱源井使用2年左右由于堵塞作廢了，需要重新打井第四頁，共35頁。（三）、影響熱源井回灌的因素分析

1、地質(zhì)條件2、井徑、井距3、井管濾管孔隙率、礫料規(guī)格4、洗井與成井工藝5、回灌管道6、回灌壓力7、熱源井井維護（堵塞問題）8、主機設備（設計）等第五頁，共35頁。1、地質(zhì)條件對回灌量的影響1.1地貌單元對回灌量的影響武漢市地貌單元沿長江、漢江南北兩岸分布有一級階地、二級階地、三級階地，一級階地地下賦存有比較豐富的地下水，目前水源熱泵項目一般都建這一區(qū)域。從水文地質(zhì)條件和實際回灌效率看，一級階地前緣主要含水層底部有0.5～5米左右的卵礫石，含水層顆粒粒徑較大，滲透性好，單井回灌量在45-85m3/h，單井回灌效率可達到50-100%；一級階地中部主要含水層以中粗砂為主，厚度較大，滲透性較好，單井回灌量在20-48m3/h，單井回灌效率可達到25-76.2%；一級階地后緣由于含水層薄、顆粒細，回灌量在13-39.2m3/h，單井回灌效率為28-74.6%。二級階地上主要含水層為含粘性土中粗砂，含水層顆粒粒徑不大，滲透性一般，回灌效率在30%以下，回灌效率不高，僅有少數(shù)小型項目應用。第六頁，共35頁。1.2顆粒大小、含水層滲透系數(shù)、厚度對回灌量的影響含水層滲透系數(shù)K值的大小與回灌量成正比，K值越大，含水層厚度越大，回灌更容易，當滲透系數(shù)大于15m/d時，單井回灌量一般在45m3/h以上，單井回灌率大部分可達50%以上，當深部有較厚層的礫卵石層或礫卵石直徑大時（K值50m/d以上），回灌量增加比較明顯。少數(shù)項目K值僅6～8m/d，單井回灌量也可達31—39.2m3/h，單井回灌率71.2～100%，其原因就是因為含水層厚。第七頁，共35頁。1.3同一場地的差異性對回灌量的影響由于地下含水層的差異性以及周邊地下環(huán)境的影響，同一場地下同樣設計施工的熱源井，其回灌量和回灌率不一定相同，有時差異還較大，例如漢口火車站改造項目，三口試驗井，在進行一抽一灌試驗時，2號試驗井抽水，1號井、3號井的回灌量分別為34.87m3/h、13.57m3/h，回灌率相差42.5%，其原因主要是地層變化引起。湖北省地礦局項目六口熱源井分成兩組分別進行一抽兩灌試驗對比，2號試驗井抽水，取水量為84.02m3/h，1、3號井聯(lián)合回灌，回灌量為69.90m3/h；第二組5號井抽水，取水量93.39m3/h，4、6號井聯(lián)合回灌，全部回灌下去了，兩者回灌率相差26.8%，原因在于1、3號井附近在樁基施工時在上部含水層段進行過樁基后壓漿施工。因此，當場地較大時，應在熱源井施工完畢后，進行群井的聯(lián)合試驗與驗收，以便及時對井群進行調(diào)整和完善。第八頁，共35頁。2、井徑、井距對回灌量的影響限于場地，目前熱源井之間的間距多在35～60米左右，從湖北省地礦局項目試驗的結(jié)果看，井徑的大小（井徑在500～700mm、管徑在250～325mm）對回灌量沒有明顯的影響。在理想條件下，回灌井之間的距離達到回灌井的影響半徑（可視同于抽水影響半徑、一般100～200米）時回灌量應該最大，但實際上回灌井之間達不到這個距離，所以單井試驗時回灌率高，群井聯(lián)合運行后，場地及周邊地下水位整體長期抬高，導致總體回灌量往往小于理論回灌量，只相當于一個等效“大井”在回灌；所以要想增加回灌量，加大回灌井之間的距離是辦法之一。同時，如果回灌井與抽水井之間的距離過小，抽水井和回灌井之間有可能會產(chǎn)生地下“熱短路”現(xiàn)象，降低系統(tǒng)能效；相鄰井之間過大的水頭壓力差甚至會帶來地下細沙層的砂土液化和流動、失穩(wěn)。因此在條件許可的情況下，回灌井的間距宜取大值，回灌井與抽水井之間應保持適當距離。另外，地鐵、高層建筑基坑開挖降水、臨近不同時間興建的水源熱泵項目之間，也會因地下水流場新的改變對回灌量產(chǎn)生影響，這種情況下更應重點考慮和確定項目及井群之間合理的間距。第九頁，共35頁。3、井管濾管孔隙率、礫料規(guī)格對回灌量的影響井管孔隙率越大，過水斷面加大，更利于回灌，按武漢市的地層特點，井管孔隙率應在20～25%之間為宜，現(xiàn)在很多熱源井采用的是4mm厚的鋼板卷管，材質(zhì)較差、厚度薄，管壁鉆眼的間距和直徑普遍偏小，孔隙率偏低，這種情況在取水時出水量可以通過加大降深來實現(xiàn)，但在回灌時由于水頭或回灌壓力一定，井管低孔隙率對增加回灌量不利；所以熱源回灌井應該選用好的鋼管、大的孔隙率，才能有效的增加回灌量。熱源井的結(jié)構(gòu)在鋼管外和井壁之間有一定的間距用來填濾料和止水粘土球，濾料的作用是減少含水層中的水向管壁內(nèi)流動時的阻力，濾料的粒徑和含水層越匹配，此阻力就越小，水流的通道越暢順，則回灌效率越大，由于地下含水層粒徑并不完全一樣，有細砂、中砂、粗砂、含礫中粗砂、礫卵石層等，用同一種濾料作為過濾層必然增大過水阻力，降低回灌量，因此在熱源井設計時應該結(jié)合勘察結(jié)果，根據(jù)其顆粒級配確定不同段的濾料粒徑，如此才能最大限度的增加回灌量，如湖北省地礦局AB棟項目采用嚴格按設計回填礫料，6號井單井回灌在初期（24小時）達到100%(回灌量85m3/h)。第十頁，共35頁。4.洗井與成井工藝對回灌量的影響目前武漢地區(qū)熱源井施工工藝中，沖擊鉆井利用清水鉆進，深井潛水泵洗井，一次成井，功效高，經(jīng)濟；廻轉(zhuǎn)鉆進成井時要用泥漿護壁，沖孔換漿后下管，填完濾料最后還要采用拉活塞和空壓機、水泵聯(lián)合洗井的方法進行洗井，工序復雜，效率低。二者比較起來，傳統(tǒng)的反循環(huán)液壓回轉(zhuǎn)鉆進工藝熱源井的回灌效率要比沖擊成井的高，原因在于成井過程中泥漿比重控制的較好，對含水層的擾動小，后期聯(lián)合洗井的方式充分、洗井質(zhì)量高，尤其井壁的泥皮清洗剝落到位，對回灌十分有利；而沖擊鉆進成井目前往往只采用水泵洗井，成井過程中自然形成的泥皮沒有完全被剝落，另外沖擊成井過程對井壁砂層有擠密作用，成井后抽水量受影響較?。ɡ缤ㄟ^加大降深來實現(xiàn)）,但當水反向流動時，泥皮及因砂層擠密造成的堵塞不容忽視。第十一頁，共35頁。5、回灌管道對回灌量的影響熱源井之間取水和回灌的實現(xiàn)需要通過輸水管網(wǎng)，其對回灌的影響主要由兩個方面造成，一是設計施工方面的原因，目前設計的管道系統(tǒng)有的是同程系統(tǒng)，有的是異程系統(tǒng)，在安裝過程中管徑、走向、長度、彎頭等可能不完全同于理論計算，在使用過程中更由于實際取水和回水工況的多樣性，導致水力不平衡，各井回灌的不一致，使實際回灌量達不到設計回灌量的要求；二是排氣孔、排氣裝置安裝不到位，地下水回灌時在管道中和井內(nèi)形成氣塞，增大了阻力，降低了重力回灌和微壓回灌的回灌壓力，導致回灌量的降低；改善這個問題要從設計和安裝施工兩個方面著手。第十二頁，共35頁。6、回灌壓力對回灌量的影響壓力回灌方式目前在武漢地區(qū)并沒有得到大力提倡，由于武漢地區(qū)一級階地上0—25米左右普遍有粉土、粉細砂層，多大的井間距和水頭壓力差才不會導致砂土層液化失穩(wěn)還沒有確定出一個界限，影響了壓力回灌的應用和推廣實施；湖北省地礦局AB棟項目做過不同壓力段的回灌試驗工作。第十三頁，共35頁。壓力—回灌量關(guān)系曲線第十四頁，共35頁。7、熱源井井維護對回灌量的影響（堵塞問題）熱源井在使用一段時間以后，由于物理作用、化學作用、生物作用將會形成淤積和堵塞，熱源井及管道的腐蝕對回灌的影響極大，其中以微細顆粒沉積和Fe┼┼→Fe┼┼┼作用造成濾網(wǎng)堵塞的影響最為明顯，是造成系統(tǒng)運行一段時間以后回灌量和回灌率大幅下降的主要因素。所以在系統(tǒng)運行和間歇期，需要對熱源井和輸水管道定期進行洗井和維護，最少每周應對回灌井進行一次回揚，每年（或每個冷暖季）應清洗一次回灌井，特別是那些成井質(zhì)量不高、含砂率高的項目，宜定期監(jiān)測井深，避免井管內(nèi)濾管段被淤塞。目前漢口地區(qū)很多回灌井沒有回揚裝置，應盡快改裝。熱源井洗井的方法宜同時采用物理和化學洗井的方法同時進行，化學洗井選用材料應不污染地下水。每個制冷和采暖季節(jié)變化時，應將抽水井和回灌井調(diào)換使用，以減少熱源井淤積，同時也更加節(jié)能。第十五頁，共35頁。8、主機設備（設計）等對回灌量的影響一個地下水地源熱泵項目回灌量大小、回灌效率高低的影響因素，并不僅僅只有地層在起作用，當項目的制冷制熱量確定以后，熱泵主機的選型和效率、系統(tǒng)設計的合理性等對回灌量都有直接的影響，并且由于用戶負荷變化，導致需要的換熱量（換言之就是需要取出用來換熱的地下水量）每天、每月都不相同，要想加大回灌效率，首先應該選用那些大溫差、小流量、多級控制運行的高質(zhì)量的熱泵主機，在滿足最低需水量的前提下，實現(xiàn)變頻取水，取用的地下水量少了，回灌率自然高了，水資源節(jié)約了，能效高了，對環(huán)境的影響也小了，所以在研究地下水地源熱泵系統(tǒng)工程回灌問題時，不應忽視系統(tǒng)設計、主機選型等對回灌的影響。第十六頁，共35頁。（四）、提高回灌率的措施加壓回灌（壓力值、效率、環(huán)境安全的分析評價）井結(jié)構(gòu)改良熱源井管理(回揚、防腐蝕、堵塞）優(yōu)化設計，減少取水量，提高淺層地溫能用能效率設置水井回灌量計量裝置，加強監(jiān)測提倡變頻取水、循環(huán)用水觀念等第十七頁，共35頁。二、地下水地源熱泵系統(tǒng)工程回灌（技術(shù)）體系構(gòu)建一個標準的回灌體系應該有：

1、水量回灌技術(shù)

2、回灌設計技術(shù)

3、凈水（水質(zhì)）回灌技術(shù)

4、蓄能回灌技術(shù)

5、回灌監(jiān)測技術(shù)

6、回灌控制技術(shù)第十八頁，共35頁。自然回灌真空回灌同井回灌自動抽灌智能回灌（調(diào)度回灌、信息化回灌）反季節(jié)回灌分層回灌天窗回灌（上部無隔水層、沿河）地下水回灌方法探討第十九頁，共35頁。加壓回灌凈水回灌延時回灌（波涌回灌）輻射回灌儲能回灌（使用中蓄住能量）循環(huán)回灌（多支路回灌）外水回灌面狀網(wǎng)絡回灌（天花板式回灌）地下水＋地埋管復合式（回灌）系統(tǒng)第二十頁，共35頁。與加壓回灌有關(guān)的問題1、砂土液化；2、地面隆起；3、井壁結(jié)構(gòu)損壞；4、系統(tǒng)設備配套問題；5、能耗增加；6、回灌壓力如何確定、實現(xiàn)？7、不同流量下壓力穩(wěn)定與控制等；第二十一頁，共35頁。三、新建有關(guān)“熱源井水量衰減系數(shù)”等水文地質(zhì)新參數(shù)的建議“群井抽水折減系數(shù)”“熱源井水量衰減系數(shù)”---“抽水井水量衰減系數(shù)”---“回灌井水量衰減系數(shù)”“回灌度”第二十二頁，共35頁。“群井回灌折扣系數(shù)”井群越多，越大，系統(tǒng)總體回灌量下降熱源井設計過程中，應考慮回灌群井效應，不能僅以單井回灌量作為依據(jù)，應適當考慮一個“群井回灌折扣系數(shù)”；該值在武漢地區(qū)取0.6～0.85較為適宜，回灌井數(shù)量多時取低值，反之取大值。第二十三頁，共35頁?！盁嵩淳克p系數(shù)”

為表征熱源井衰減現(xiàn)象，為地下水地源熱泵系統(tǒng)工程建設和熱源井設計提供依據(jù)，確定一個“熱源井水量衰減系數(shù)”很有必要，使用該參數(shù)，更能如實反映地下水抽灌子系統(tǒng)長期運行變化的真實情形，便于在項目開建階段提前做好設計和規(guī)劃。第二十四頁，共35頁。該系數(shù)可分為“抽水井水量衰減系數(shù)”和“回灌井水量衰減系數(shù)”，它與含水層特性、熱源井使用特性（如回揚周期）、洗井次數(shù)、功能性質(zhì)（抽水和回灌時長）有關(guān)，限于地域、試驗點數(shù)量、時間、水平等因素影響，暫未建立起相關(guān)數(shù)學模型（公式）來具體描述和計算，各地可以依據(jù)情況，總結(jié)一個經(jīng)驗系數(shù)，供設計參考。第二十五頁，共35頁。提出一個經(jīng)驗系數(shù)：武漢一級階地熱源井“熱源井水量衰減系數(shù)”為10%～15%年；“回灌井水量衰減系數(shù)”為20%～30%，該數(shù)據(jù)僅供參考。第二十六頁，共35頁。“回灌度”表征一個場地回灌能力的參數(shù)(E)、單位：m3/km2E＝λ1K＋λ2H＋λ3P＋λ4T＋λ5r＋λ6Δt＋λ0K-----滲透系數(shù)H-----含水層厚度P-----回灌壓力T-----回灌持續(xù)時間Δt-----抽水井取水控制溫升λ0------邊界條件系數(shù)（相鄰項目、補給能力、季節(jié)水位變化）λ1----權(quán)重系數(shù)（地區(qū)或場地系數(shù)）第二十七頁，共35頁。四、熱源井報廢標準

熱源井使用較長一段時間以后，會由于功能退化、滿足不了系統(tǒng)使用要求需要進行報廢處理，但是目前尚沒有這方面的要求和標準，現(xiàn)提出以下幾條熱源井報廢標準，供參考。第二十八頁，共35頁。①含砂量超過規(guī)范規(guī)定值；②井管腐蝕、破口或濾網(wǎng)破損，砂礫石潰入井中；③井內(nèi)淤積層厚度超過0.5m/年；④井水渾濁，且經(jīng)處理后無法解決；第二十九頁，共35頁。⑤在設計降深前提下，單井抽水量不足設計值的60%時；⑥在設計取水量條件下，井內(nèi)降深超規(guī)范允許降深30%以上，并