地下水回灌工程存在问题及优化解决.docx

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1、地下水回灌工程存在问题及优化解决1、应用中需解决的问题水源热泵空调系统由于其所具有的节能环保等特点，近年来该项技术在引入到我国后，应用发 展较快。我公司通过对多个施工工程的总结和跟踪并对河南、山东、河北、北京等地的调研，认为 热泵主机运行效果稳定过关，但在利用管井采灌地下水方面，如回灌井构造、回灌工艺方法、地面 回灌装置、运行维护治理等方面还存在着问题，会影响到水源热泵的正常使用，应当引起高度重视。其问题如下:1.1 灌井的地面装置不科学，井口、管路没有密封，回灌过程会使空气随着水一起灌到含水层，造 成气相堵塞，破坏人工回灌的进展，时间一长，使井的使用年限降低，甚至会使管井报废。另外有的井由于

2、井身构造不合理或使用操作不当，井在使用一段时间后回灌量渐渐削减，甚至完全堵塞不能回灌，致使大量地下水在机组提取温度后白白流失。1.2 管井的井身构造不合理，有的回灌井仍承受开采井的单网滤水管或桥式、水泥管等滤水管构造， 在采、灌双向水流的冲击作用下，过滤层砾料排列挨次破坏，造成井水上砂。1.3 操作方法不当，缺乏定期的排污和回扬，致使回灌水中所含有的粘土颗粒、结垢物等逐步淤塞 过滤层，影响井的透水性能。有的或采或灌只有单一性能(如两眼采灌对井中仅一眼井下泵)，冬、 夏二季长期如此，依据我们的阅历，这样操作使用结果不仅不能合理利用地下储能作用而且会使单纯的回灌井造成气阻，物理和生物化学堵塞，长期

3、使用会使回灌井报废。针对以上问题，我们认为水源热泵技术的关键是管井的采、灌技术。只有到达地下水灌采平衡，才能实现真正意义上的节能效果，节约地下水资源和运行费用。2. 采(灌)水目的层的选择依采灌井的作用而言，应尽力加大井的出水量，一般出水量和回灌量是成正比的，即出水量增加则回灌量也相应增加。水温是充分发挥热泵机组效能的关键指标。所以，在设计井时应在 19-23 范围内选取富水性强、渗透性好的含水层成井。在河南、津京、河北、山东及江浙地区都分布有第四系冲击相、河湖相松散沉积层。含水组岩性以粉细砂、中粗砂、砂砾岩为主，一般条件下，粒度自上而下由细变粗，渗透系数影响半径亦随深度增加而减小，地下水温渐

4、渐上升。这样都具有开凿采灌井的水文地质条件。依据地源热泵所需的水量、水温及水质要求，按该区域的地温梯度通过计算确定取水层深度。以富水性好的含水砂层为采水目的层。依据实际回灌效果比照，应尽量选取静水位较低含水层，一般静水位 70”90 m 有利于增加回灌量。3、 成井构造及成井工艺3.1 成井构造设计前分析了以前造成回灌量小、涌砂的缘由。包括含水层颗粒细、滤水构造不合理、孔径偏小、洗井不彻底等缘由，针对以上的分析结果，具有针对性的做了如下的分析： 孔径应满足泵室管及滤水管和填砾厚度的要求。一般松散层供水井标准要求孔径一般要大于 400mm。钻孔涌水量随着口径的增加而增加，但增加到确定数值后，口径

5、再增加，钻孔出水量增加的数量渐渐削减，甚至不再增加。考虑到灌采井的特别作用及双滤网滤水管的口径加大，其孔径应 600mm 管井过滤器类型选用是否得当，是取得最大出水量，最小出水含砂量的关键。为了增大管井单位出水量，必需使水流向管中的各项阻力减至最小，阻力中以井孔四周的紊流摩阻损失和水流经过滤器时的摩阻损失为主。为了削减紊流损失必需加大井壁四周的渗透性，一般承受加厚井外填砾的方法。为了削减水流经过滤器的摩阻损失，必需降低水流进井的速度，假设该速度过大，不仅大大增加水头损失(水头损失与流速的平方成正比)，而且将带动井外的细砂，使之渐渐聚拢堵塞在过 滤器外面，随着井的开采，堵塞将渐渐严峻，使井的采、

6、灌量削减。故此，滤水管承受笼状双层填砾过滤器(两层滤网均为约翰逊式)。内层为 228mm 低碳钢塑料喷涂滤网，缠丝间隙1.2mm，孔隙率 25%;外层滤网形式与同层滤网一样，直径 334mm,缠丝间隙 1.0mm，孔隙率 25%。双层滤网之间充填 2-3mm 石英砂。滤水管与孔壁之间的环状间隙充填1.0-5.0mm 磨圆度好的石英海砂。承受不同砾径的双层过滤层，不仅加大了过滤层厚度，而且在采、灌不同方向的水流冲击作用下，能保持相对稳定的砾料排列挨次，保证过滤性能。外填砾充填高度应高于顶层滤水管以上20-30m，以防止 砾料连续下沉时上部粘土封闭滤水管。3.2 成井工艺 首先用 430mm 鱼尾

7、或三翼刮刀式钻头钻至设计深度，然后用终孔口径牙轮拼装扩孔钻头进展扩孔，扩孔中反复划孔不少于二遍，以保证孔径规格。钻进中严格把握钻压，均匀给进以保证钻孔垂直度，确保滤水管四周有厚度均匀的填砾层。 成孔后利用电子测井仪器(一般利用其电阻率及自然电位)方法确定采水目的层位置。 对采水层承受筒状园牙钻具进展井壁刮切，以保证透水层通畅。经泥浆调整后下管，滤水管上部及井底必需加焊支撑架用以导正，确保滤水管的居中性。 下管后再进展不少于 24 小时的充分换浆，待泥浆比重稀释至 1.08g/cm3后再进展填砾。填砾沿井孔四周均匀缓慢填入，当证明填砾高度满足要求后，先经一阶段洗井，洗井中丈量填砾高度，如有降落还

8、须补填。然后用红粘土进展上部井孔封闭。 洗井承受先用活塞法后用拉负压法二种方法进展。活塞法洗井应分层、自上而下逐段清洗，至水清砂净为止。再承受负压法强力抽洗。只有在施工中严格执行技术操作规程，对井孔直径、垂直度、泥浆性能指标严格把握，保证其符合供水管井设计与验收标准的要求，才能为以后采水、回灌的正常运行打下良好的根底。3.3 成井构造和成井工艺特点 井孔孔径大于600mm，协作使用双滤网过滤器使过水断面增大，利于增加井的采、灌量。由于滤网内的砾料相对固定，不因采、灌时的双向水流冲击作用转变原有的排列挨次，故而能保持管井长期的灌、采运行。 双层滤网内预填的 2-3mm 砾料和管外间隙充填的 1.

9、0-5.0mm 砾料形成梯级填砾反滤层，可以阻挡采水和回扬时细颗粒进入井内。 填砾高度高于滤水管 20-30m，可以防止因长期抽、灌亏砂，粘土下滑堵塞含水层。 洗井承受正压活塞洗井和负压的复合式洗井方法，洗井较为彻底，到达了去除泥皮、水清砂净， 增加单位出水量的效果。 井内安装水位测管，可以在运行中随时进展水位观测，把握井的运行状况。按此种方法成井，经过测试证明，在粉细砂地层一般都可得到出水量 90t/h 以上、单位出水量:3.5t/h.m 以上(如取中粗砂含水层可达 5t/h.m)、含砂量:1/20230 的良好效果4. 采灌装置与工艺流程的要求采灌装置采灌装置是指采、灌管井的配套设施，安装

10、在热泵机组和管井相连接的管路局部。采、灌管路应随井数的不同而分别设计。管路系统是采水、回灌的主要设施之一。由输水管线、回灌管线、排水回扬管段、共同管段、井口密封装置和潜水泵、水位测管等局部构成。它们各具不同功能，可用阀门调控，从而形成一个完整的管路体系。上述管路的各局部，应满足如下要求:(1) 实现每个单井的采水、回灌、排污(回扬)的任意切换。(2) 泵管回灌管段是连接泵管与机组排水管的管段，为进展真空回灌要求密封性应能保持-0.05MPa 的真空度在 8 小时以上。(3) 每个单井管路都应装有计量水表和压力表，能随时观测采、灌水量和采、灌水管路的压力。(4)密封装置是封闭井口的专用设施。由井

11、口法兰、胶垫、密封盘、出水弯头、潜水泵动力电缆密封口、排气管出口等组成。安装于井口，其下部连接潜水泵管，而上部连接输水管线。其作用除输水与泵管回灌的通道外，主要是封闭井口，防止压力回灌时造成回灌水外溢，并且在泵管真空回灌时不发生泄漏。回灌时由于水位上涨井管内的空气能通畅地由排气管排出。(5)水源热泵的凿井还要满足当地政府地下水治理部门的相关要求。5.井间距对采灌井使用效果的影响要在整体运行中到达节能、环保、不铺张地下水资源的目的，回灌是考核的主要指标，也是在系统建设和使用中人们努力解决的首要问题。 井间距对回灌量的影响无论承受何种回灌方法，当回灌水进入井内与四周的地下水位产生水头(压力)差，使

12、回灌水能 抑制阻力向含水地层里流淌。因此，回灌量的大小主要取决于含水层的渗透性和四周地下水位的凹凸。井的静水位较低，是增大回灌量有利的客观条件。而在松散地层中，由于含水层颗粒大小的不同，其回灌量也有很大差异。经实践证明在细颗粒含水层中，单位回灌量是单位出水量的1/3-1/2。而回灌量是与地下水位呈反比的关系。即区域地下水位越低，回灌量越大，反之则越小。通过天津技术产业园区海泰大厦的抽、灌试验证明单位回灌量已达原井单位出水量的74%。 取得如此好的回灌效果，经过我们对具体状况的分析，认为制定了合理的井间距也是影响回灌量的 重要因素。以回灌井的动力弥散来讲，回灌井的流场为发散流场，在发散作用的把握

13、下，回灌水自 井壁向四周推挤，使回灌水带渐渐扩大，形成以回灌井为中心的近似同心圆的回灌水弥散带。在己 运行的二个季节中:冬季为西井采水，东井回灌;夏季为东井采水，西井回灌。东西二井间距为46m。在以前的贮能回灌试验中，冬灌夏采或夏灌冬采是在同一井内进展的，回灌中并未受到地下水运动 的影响，在地下水处于自然状态下向井内灌水是受到地下水的压力、渗透力气等各方面条件抑制的。所以在细颗粒含水层中单位回灌量仅为单位采水量的 1/3 是正常的。而在灌采对井中，当采水井运行时，回灌井处于采水井的影响半径之内，即在采水井四周形成的下降漏斗区内。当水源热泵运行 时采灌是同时进展的。采水时会造成水位下降，这样在影

14、响范围内也会引起回灌井的水位下降。如 做水位观测时，西井采水，西井静水位90.4m，经2 小时抽水后，下降至101.4m，降深11m;而东井在未使用的状况下，其水位由91m 下降至 95.2m，降深4.2m。这样当回灌水进入含水层后，由于受到采水井的作用，会加强对含水层的渗透、补给，并向采水井方向运移。所以在确定程度上把握了 回灌井内的水位上升，增大了回灌量。 井间距对地下水温度的影响在以前的冬灌夏采贮能试验中，当灌入水的温度与地下水原来的温度相差悬殊时，往往在回灌井四周形成冷水保持体，这种水体的水温虽然是集中的，但在经过一段时间以后，照旧可以保持与四周地下水不同的温度，因而冬季灌入的冷水可以

15、在夏季抽出用作冷源，而在夏季灌入的温水可以在冬季用作热源。故此建议在灌、采对井使用中冬夏两季应使其作为互为灌、采调换使用。因此在作为水源热泵所使用的采、灌对井中，井距必需把握在适宜的距离，只有采水井供给适宜的水温，才能保证热泵的合理运行，充分表达节能效果。如井距过小，使回灌水在含水层中未能使温度得到恢复即流淌到另一井，势必会影响正常的出水温度。据海泰大厦工程实例，冬灌夏采及夏灌冬采的贮能作用是存在的。其两眼并深度一样(430m)、 互为灌采冬夏两季调换使用。成井初期出水温度23.9。在经受冬季一个使用期，由西井采水向东井内回灌平均水温 18.7的回灌水 23248m3，后，夏季东井平均采水温度

16、为21.1(最低 20.7，比原出水温度 23.9则降低了 2.8。经夏灌后(夏灌平均水温为 29.35)冬季西井的采水温度上升至 24.8 。这样，当互为灌、采的井，平均采水温度发生夏降冬升(在确定范围内)的水温变化趋势，对热泵的运行是有 利的，更便于其在高效率参数范围内运行。但应留意，在天津地区存在着夏季制冷负荷大于冬季供暖负荷的现象，应实行措施予以平衡， 防止长期使用井水温度逐步上升。上例二井井距为 46m，接近合理值，对回灌量及采水水温有益。故此建议在粉细砂含水层同层采灌对井设计时，其井间距为 50m 左右为宜。6. 结论与建议6.1 以上所述的采灌井构造经实际证明趋于合理，适用于松散

17、层细颗粒含水层的采灌使用。由 于双滤网内的砾料相对固定及不同砾径的级配，保证了砾料的排列稳定并有效地防止了采灌双向水流冲击作用引起的管井涌砂现象，延长井的使用寿命。6.2 互为采灌井并到达采灌平衡，其技术特点是将所开采的地下水全部回灌至同一含水层中， 可有效地保护地下水资源。6.3 选择合理的井距(50m 左右)，采、灌同时进展时，把握了回灌井水位的上升，提高回灌量。在同一季节运行中，采水温度不会因回灌温度而造成大的影响，在采灌平衡的条件下，冬季采水水 温上升、夏季水温下降，有利于热泵的运行效果。6.4 管井采灌技术目前尚不普及，应加强对系统运行治理人员的技术培训，以保证每个工程的合理有效运行。6.5 各运行单位应努力提高水源热泵及采灌井的自动化把握程度，在娴熟把握操作技术的根底上选择最合理的工艺参数，降低运行费用，提高运行效率。