0 引言

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)峻,而淺層地?zé)?/a>作為一種清潔能源,具有可再生、 分布范圍廣、使用成本低等優(yōu)點(diǎn),進(jìn)而得以廣泛應(yīng)用。

淺層地?zé)豳Y源按照開發(fā)利用的技術(shù)類型可分為地下水源熱泵和土壤源熱泵兩種類型。其中,地下水源熱泵系統(tǒng)主要是采用地下水充當(dāng)熱傳導(dǎo)介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)地下能量的提取和交換,與土壤源熱泵系統(tǒng)相比, 水源熱泵系統(tǒng)具有占地空間小、經(jīng)濟(jì)成本低、換熱效率高和穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)。因此隨著淺層地?zé)豳Y源的開采利用日益增加,水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

水源熱泵系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí),如地下水開采不合理, 可能會(huì)給地下水環(huán)境造成水溫度變化、水質(zhì)異常甚至地面沉降等問(wèn)題。很多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入的研究。竇明等人采用MODFLOW模擬720 h時(shí),發(fā)現(xiàn)抽回井比例為1:2沒(méi)有出現(xiàn)流貫通和熱貫通現(xiàn)象,該布置方式效果最好;王家樂(lè)等人發(fā)現(xiàn)夏季運(yùn)行160 d 的最大升高溫度為3℃且影響范圍在50 m內(nèi),而冬季運(yùn)行100 d的最大下降溫度僅為1℃。Park等人發(fā)現(xiàn)大量的回灌水將引起地下水流速度明顯增大, 同時(shí)也會(huì)改變其熱彌散系數(shù),導(dǎo)致溫度場(chǎng)的快速變化。通過(guò)對(duì)整個(gè)工程回灌井水質(zhì)的監(jiān)測(cè),于慧明等人發(fā)現(xiàn)水源熱泵系統(tǒng)對(duì)地下水中Cl-和Na +含量影響較大,易導(dǎo)致地下水化學(xué)類型的改變。同時(shí)有學(xué)者發(fā)現(xiàn),這種改變與初始成分之間差異值為10%左右,并指出該差異是由于地下水灌入導(dǎo)致大氣分壓和局部復(fù)雜流體動(dòng)力學(xué)兩方面所致。

綜上所述,水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)地下水環(huán)境的影響及影響程度值得關(guān)注。為了可持續(xù)地利用地下水資源并保護(hù)地下水環(huán)境,本文從現(xiàn)有資料分析安陽(yáng)市區(qū)水源熱泵系統(tǒng)對(duì)地下水動(dòng)力場(chǎng)、地下水溫度場(chǎng)及地下水化學(xué)場(chǎng)的影響,以期對(duì)安陽(yáng)市區(qū)淺層地?zé)?/a>資源的長(zhǎng)期合理開采及水源熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理概況

研究區(qū)位于豫北安陽(yáng)市中心城區(qū),面積約為 130 km2(見圖1),平均氣溫13.1℃,平均降水量 637.1 mm,相對(duì)濕度66.5%,屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。地勢(shì)西高東低,按第四紀(jì)地貌類型可分為侵蝕堆積丘陵和沖洪積平原兩種類型,區(qū)內(nèi)水系主要為雨水補(bǔ)給類型,受降水的季節(jié)性影響較大,夏秋為豐水期,冬春為枯水期。

1.2 淺層地?zé)豳x存條件

按淺層地下水含水介質(zhì)的不同,將安陽(yáng)市地下水類型分為松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水兩種。 本次水源熱泵系統(tǒng)將潛水(松散巖類孔隙水)作為目標(biāo)水源,其主要埋藏于洹河下游第四系沖洪積扇孔隙含水層中,該含水層上部為粉質(zhì)黏土,下部為砂礫石, 厚度為20~40 m,具有典型的二元結(jié)構(gòu)。

根據(jù)單井涌水量對(duì)潛水含水層進(jìn)行分區(qū),將其分為極強(qiáng)富水區(qū)、強(qiáng)富水區(qū)和中等富水區(qū),呈現(xiàn)出中心向四周擴(kuò)散的形勢(shì)。以文峰區(qū)為中心的潛水含水層為分選較好的卵石及中粗砂礫,調(diào)節(jié)能力強(qiáng),單井出水能力大于5000 m3/d為極強(qiáng)富水區(qū),同時(shí)具有較好的回灌能力(>3000 m3/d);其次,外圍的三分莊村、徐家口村和小官莊村一帶含水層由礫卵石層和中粗砂構(gòu)成,賦水條件良好,單井出水能力5000~3000 m3/d, 為強(qiáng)富水區(qū),該區(qū)域回灌能力一般(3000~1500 m3/d);在強(qiáng)富水區(qū)外圍,研究區(qū)其他區(qū)域均為中等富水區(qū),其含水巖性為中粗中細(xì)砂礫巖,單井出水能力3000~1000 m3/d,埋深較小,回灌能力較小(1500~500 m 3/d)。

研究區(qū)淺層地下水通過(guò)降水入滲、地表水體滲入以及灌溉用水的回滲進(jìn)行補(bǔ)給,其中降水入滲為主要補(bǔ)給來(lái)源,其次由恒河等地表水流進(jìn)行的側(cè)向補(bǔ)給也是一種重要補(bǔ)給源,區(qū)內(nèi)主要采取開井修渠的方式對(duì)72農(nóng)田灌溉,用水均用做農(nóng)作物的生長(zhǎng),對(duì)潛水的補(bǔ)給量很少。地下水徑流方向?yàn)樽晕飨驏|,排泄方式有人工開采、側(cè)向徑流和蒸發(fā)等,其中以人工開采為主,潛水水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca·Mg型。

1.3 水源熱泵開發(fā)利用現(xiàn)狀

研究區(qū)水源熱泵項(xiàng)目共開發(fā)47個(gè)項(xiàng)目(見圖1), 共計(jì)230眼水源井,安陽(yáng)市區(qū)的淺層地?zé)嵯到y(tǒng)以開采地下水換熱方式進(jìn)行,用戶包括公共衛(wèi)生、工業(yè)生產(chǎn)、 商業(yè)經(jīng)營(yíng)和小區(qū)供暖制冷等多個(gè)領(lǐng)域。區(qū)內(nèi)水源熱泵工程井井深一般為70~100 m,井?dāng)?shù)一般為3~12眼, 個(gè)別用戶小于3眼或大于12眼。水源井井管材質(zhì)以鋼管為主,個(gè)別為水泥管;孔徑一般為500~600 mm, 井徑多為Ф325 mm。單井出水量約為60 m3/h。1個(gè)項(xiàng)目需要配置1眼抽水井及多眼回灌井,確保抽回井比例為1∶2或2∶3。

淺層地?zé)崴?/a>主要用于夏季制冷和冬季供暖,制冷期一般為6月-9月,運(yùn)行約100 d,抽出的水溫一般為16~18℃,通過(guò)機(jī)器制冷后可達(dá)8~12℃,最終回灌地下水溫度為21~29℃,可有效地將室內(nèi)溫度降低 10~15℃左右;供暖期為1 1月15日至次年3月15日, 運(yùn)行約120 d,井水進(jìn)主機(jī)溫度一般17℃,回灌水溫度7~12℃,可有效地將室內(nèi)溫度提升到15℃左右。

1.4 樣品采集與分析

采用鋼尺水位計(jì)(人工測(cè)量的方法)測(cè)量水源熱泵項(xiàng)目監(jiān)測(cè)井中地下水的水位變化,在2008年- 2014年的制冷期和供暖期各進(jìn)行一次測(cè)量。在測(cè)量水位的同時(shí)使用水質(zhì)參數(shù)儀(Aquaread AP-800)對(duì)水溫和pH值進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),并使用高密度聚乙烯瓶對(duì)水樣進(jìn)行采集,蠟封避光送至實(shí)驗(yàn)室分析。K+、Na+、Ca 2+和Mg 2+采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行檢測(cè),檢出限分別為0.07 mg/L、0.03 mg/L、 0.02 mg/L和0.02 mg/L;HCO3-采用滴定法進(jìn)行檢測(cè),檢出限為5.0 mg/L;Cl-和SO4 2-采用離子色譜法進(jìn)行檢測(cè),檢出限分別為0.007 mg/L和0.018 mg/L。水樣均于河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè),同時(shí)采用陰陽(yáng)離子平衡的誤差對(duì)水樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性分析,所有水樣誤差均處于±5%以內(nèi),因此數(shù)據(jù)結(jié)果可靠。

2 水源熱泵對(duì)地下水環(huán)境的影響分析

2.1 對(duì)地下水動(dòng)力場(chǎng)的影響

原則上,水源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中抽出的地下水在進(jìn)行熱交換后,應(yīng)當(dāng)重新全部注入原含水層,但在實(shí)踐過(guò)程中,受含水層滲透能力的制約,很難實(shí)現(xiàn)。因此,項(xiàng)目開發(fā)對(duì)地下水動(dòng)力場(chǎng)的影響研究很有必要。為了分析水源熱泵項(xiàng)目開發(fā)對(duì)地下水動(dòng)力場(chǎng)的

影響,選取不同年份制冷期和供暖期的等水位線圖進(jìn)行比較。分別對(duì)比制冷期2008年7月(見圖2(a)) 和2012年8月(見圖2(b))的等水位線圖和供暖期 2008年12月(見圖2(c))和2012年12月(見圖2(d))的等水位線圖可得出相似的結(jié)論:漏斗中心水位從52 m升高至56 m且研究區(qū)內(nèi)地下水分水嶺有向漏斗中心移動(dòng)的趨勢(shì),表明地下水位升高且地下水降落漏斗范圍縮小。而分別對(duì)比同一年2008年 7月(見圖2(a))和2008年12月(見圖2(c))的等水位線圖和2012年8月(見圖2(b))和2012年12月 (見圖2(d))的等水位線圖亦可得出相似的結(jié)論:同一年從制冷期到供暖期,漏斗中心水位沒(méi)有明顯變化,但地下水降落漏斗范圍縮小。

選取安陽(yáng)市水利局、三角湖公園和東風(fēng)鄉(xiāng)寺溝 3個(gè)代表點(diǎn)位201 1年-2012年各月的降雨量和地下水水位數(shù)據(jù)繪制成圖,如圖3所示。根據(jù)代表點(diǎn)位的地下水水位與降雨量動(dòng)態(tài)變化圖可得:該研究區(qū)降雨量隨季節(jié)變化明顯,降雨集中在夏季和秋季,冬季和春季少雨;3個(gè)點(diǎn)位的地下水水位在年內(nèi)(1月- 12月)呈現(xiàn)先降低再升高的特點(diǎn),地下水位最低點(diǎn)均出現(xiàn)在夏季。

同時(shí)再選取這3個(gè)代表點(diǎn)位2009年-2014年的地下水位埋深數(shù)據(jù)繪制成圖進(jìn)行分析,如圖4所示。 根據(jù)3個(gè)點(diǎn)位的地下水埋深動(dòng)態(tài)曲線可得3個(gè)點(diǎn)位呈現(xiàn)相似的規(guī)律,地下水埋深逐年減小,即地下水水位逐年升高。

綜合上述數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的規(guī)律分析該研究區(qū)地下水動(dòng)力場(chǎng)的變化情況:3個(gè)代表點(diǎn)位201 1年和2012年年內(nèi)地下水水位的變化趨勢(shì)是先降低再升高,這是由于研究區(qū)降水量的季節(jié)性變化規(guī)律導(dǎo)致的,研究區(qū)地下水主要依靠大氣降水補(bǔ)給,在降雨量較少的春季, 地下水開采沒(méi)有得到及時(shí)的補(bǔ)給所以導(dǎo)致水位下降, 而雨季來(lái)臨時(shí),地下水位開始明顯回升;等水位線圖顯示從2008年-2012年制冷期和供暖期的研究區(qū)水位不降反升,地下水降落漏斗的范圍也有所縮小,同時(shí)3個(gè)代表點(diǎn)位2009年-2014年的地下水埋深逐年減小也可證明地下水位的逐年升高,這與安陽(yáng)市有效管理地下水資源和嚴(yán)格控制地下水開采有關(guān),同時(shí)表明研究區(qū)水源熱泵系統(tǒng)開發(fā)對(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤畡?dòng)力場(chǎng)尚未產(chǎn)生顯著影響。

2.2 對(duì)地下水溫度場(chǎng)的影響

安陽(yáng)市淺層地?zé)豳Y源為冬季和夏季兩用,夏季制冷,冬季供暖,洹河以北目前僅用于冬季供暖。由于水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)水與回水存在溫差,可能會(huì)影響地下水溫度場(chǎng)的變化。

為了研究淺層地?zé)衢_發(fā)對(duì)地下水溫度場(chǎng)的影響, 選取4個(gè)代表性觀測(cè)孔的地下水水溫多年動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。所選4個(gè)觀測(cè)孔包含研究區(qū)的各個(gè)方位,并分別與其附近的熱源井屬于同一含水層。 4個(gè)觀測(cè)孔2010年-2014年地下水溫度隨月份的動(dòng)態(tài)變化曲線,如圖5所示。其中,東風(fēng)鄉(xiāng)寺溝觀測(cè)孔地下水水溫變化較小,穩(wěn)定在15℃左右,但2013年以來(lái)水溫波動(dòng)范圍增大;西蘇里養(yǎng)犬場(chǎng)觀測(cè)孔和安陽(yáng)市鋁箔廠觀測(cè)孔的地下水水溫變化基本一致,隨季節(jié)有波動(dòng),夏季水溫升高而冬季水溫降低;紗廠東加油站觀測(cè)孔水溫相較其他3個(gè)觀測(cè)孔水溫整體高2℃,整體上看地下水水溫略有降低趨勢(shì)。

東風(fēng)鄉(xiāng)寺溝觀測(cè)孔位于研究區(qū)的西南角,遠(yuǎn)離市區(qū),水源熱泵項(xiàng)目較少,地下水受人類活動(dòng)影響較小, 所以地下水水溫整體很穩(wěn)定;西蘇里養(yǎng)犬場(chǎng)觀測(cè)孔和安陽(yáng)市鋁箔廠觀測(cè)孔位于市區(qū),分別位于研究區(qū)西南側(cè)和東側(cè),兩處地下水水溫變化規(guī)律類似,隨季節(jié)性波動(dòng)明顯;紗廠東加油站位于洹河以北,該觀測(cè)孔所在含水層比另外3個(gè)觀測(cè)孔埋深大,因此該地下水水溫高于另外3個(gè),同時(shí)由于該觀測(cè)孔附近5 km內(nèi)有 4個(gè)小區(qū)利用水源熱泵技術(shù)供暖且僅供暖不制冷,而供暖期回灌水溫度低,因此該觀測(cè)孔水溫有降低趨勢(shì)。

選取研究區(qū)制冷期、供暖期和間歇期的地下水溫度場(chǎng)分布圖進(jìn)行對(duì)比分析,如圖6所示。其中圖6(a) 為制冷期,圖6(c)為供暖期,而圖6(b)和圖6(d)為間歇期。由4個(gè)時(shí)間段的地下水溫度場(chǎng)變化圖可得: 2012年8月的制冷期由于水源熱泵系統(tǒng)熱水的回灌, 導(dǎo)致研究區(qū)水溫大于16℃的面積較大,主要分布在水源熱泵項(xiàng)目較多的區(qū)域;隨著制冷期結(jié)束,地下水水溫得以恢復(fù),2012年1 1月的間歇期,地下水水溫大于16℃的區(qū)域明顯減小;2012年12月,隨著供暖期的開始,地下水水溫大于16℃的范圍進(jìn)一步減少; 2013年4月的間歇期,由于供暖期結(jié)束,水溫大于 16℃的面積屬四時(shí)間段內(nèi)的最小值。

結(jié)合地下水溫度場(chǎng)分布圖的變化特征和4個(gè)代表性觀測(cè)孔地下水水溫的年變化規(guī)律可得:制冷期開始后地下水水溫有所升高,供暖期開始后地下水水溫有所降低;制冷期水溫升高可以調(diào)節(jié)供暖期水溫的降低量,而供暖期水溫降低可以調(diào)節(jié)制冷期水溫的升高量。這表明該地區(qū)淺層地?zé)崂?/a>中回灌水對(duì)地下水局部溫度產(chǎn)生了一定的影響,但由于制冷期與供暖期地下水位溫度變化的互相調(diào)節(jié),使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示研究區(qū)地下水溫度場(chǎng)整體處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),但需要注意單個(gè)制冷周期或者供暖周期內(nèi)地下水溫度的負(fù)荷值。

由于水體比熱容大,具有較強(qiáng)的熱調(diào)節(jié)作用,可以減小制冷期和供暖期回水井與原含水層的溫差影響,但在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)期的連續(xù)水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行后,回水井的水源溫差仍會(huì)對(duì)附近同層地下水溫度場(chǎng)造成微小的影響。

綜合上述分析,目前研究區(qū)地下水溫度場(chǎng)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),水源熱泵系統(tǒng)回灌水的溫差對(duì)研究區(qū)局部地下水溫度造成影響,但對(duì)地下水溫度場(chǎng)整體未有影響。

2.3 對(duì)地下水化學(xué)場(chǎng)的影響

選取7個(gè)水源熱泵點(diǎn)在2008年和2012年進(jìn)行地下水水化學(xué)監(jiān)測(cè),分別在7月-8月(制冷期)和12月 (供暖期)各進(jìn)行一次水化學(xué)檢測(cè)。所有水樣的pH值為7.00~8.49,處于中性-弱堿性水,采用Piper三線圖來(lái)更好地分析研究區(qū)水化學(xué)類型,如圖7所示。從圖中可以看出所有陽(yáng)離子均處于左三角的鈣鎂型區(qū)域,2008年大部分陰離子繪制于右三角的重碳酸鹽區(qū),隨著年數(shù)的增加,少數(shù)幾個(gè)點(diǎn)位處于氯化物類型與硫酸鹽類型區(qū)域。因此Ca^{2 +}和Mg ²⁺相對(duì)于 K⁺+Na ⁺具有更明顯的優(yōu)勢(shì),而早期弱酸HCO₃ ^-優(yōu)勢(shì)于強(qiáng)酸Cl^-和SO₄ ^2-,但隨著系統(tǒng)運(yùn)行年限的增加, 開采和回灌次數(shù)的增多,使得Cl-和SO4 2-的濃度的升高,水中3種主要陰離子濃度比較平均。根據(jù)舒卡列夫分類法得出:2008年7月(制冷期)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的地下水水化學(xué)類型全部為HCO3-Ca·Mg,至2012年8月(制冷期),以HCO·SO 4·Cl-Ca·Mg為主,占比 42.86%,HCO₃·SO ₄-Ca·Mg次之,占比28.57%;而 2008年12月(供暖期)水化學(xué)類型為HCO₃-Ca·Mg 和HCO₃-Ca兩種,分別占比57.14%和42.86%,至 2012年12月(供暖期),HCO₃Cl-Ca·Mg型占主導(dǎo),HCO₃SO ₄-Ca·Mg和HCO ₃SO ₄·Cl-Ca·Mg均出現(xiàn)零星分布。

考慮到數(shù)據(jù)的連續(xù)性,選取靠近降落漏斗中心處的DW1水源熱泵點(diǎn)作為代表,分別從2008年-2012年的制冷期和供暖期進(jìn)行主要離子濃度逐漸變化的水化學(xué)分析,如圖8所示。制冷期分析結(jié)果顯示(見圖8(a)):陽(yáng)離子中,Mg^{2 +}的總濃度變化不大,而K⁺+Na ⁺呈逐年遞增的趨勢(shì),Ca ²⁺在2009年濃度最低,但整體毫克當(dāng)量維持在7.5 meq/L左右,占據(jù)主導(dǎo)作用;陰離子中,高濃度的HCO3-相對(duì)變化不大,在水化學(xué)類型中起決定作用,Cl^-和SO₄ ^2-呈逐年增大的趨勢(shì),最大值均超過(guò)了3 meq/L,這導(dǎo)致水化學(xué)類型從HCO₃-Ca·Mg向HCO ₃·Cl·(SO ₄)-Ca·Mg 轉(zhuǎn)變。

供暖期分析結(jié)果顯示(見圖8(b)):3種陽(yáng)離子(Ca2 +、Mg ²⁺和K ⁺+Na ⁺)的濃度變化不大,均維持在2008年的含量,其中Ca^{2 +}的含量最高,Mg ²⁺次之;陰離子中Cl-從2008年到2009年供暖期含量呈明顯的下降趨勢(shì),隨后逐年依次增加,推測(cè)受人為擾動(dòng)較大,而SO42 -在2008年的含量最高,隨后呈先減后增的趨勢(shì),但2012年的濃度仍沒(méi)有高于2008年, HCO3-在所有陰離子中含量最高,但濃度基本不變, 受地?zé)峁┡?/a>影響很小,因此供暖期水化學(xué)類型基本不變,為HCO₃-Ca·Mg型。

采用Gibbs圖分別對(duì)制冷期和供暖期的水源熱泵點(diǎn)水樣進(jìn)行成因分析,如圖9所示。該圖將主要成因機(jī)制分為3類:蒸發(fā)濃縮、巖石風(fēng)化和大氣沉降。研究區(qū)內(nèi)地下水TDS濃度范圍在制冷期和供暖期分別為 434.53~912.00 mg/L和539.74~910.54 mg/L,供暖期的平均值高于制冷期,其中ρ(Na⁺)/ρ(Na ⁺+Ca ²⁺)的比值處于0.1 1~0.24之間,ρ(Cl-)/ρ(Cl ^-+HCO₃ ^-) 的比值為0.1 1~0.41。從圖中可以看出,大部分點(diǎn)位處于圖中左側(cè)中心位置,說(shuō)明水化學(xué)成分主要受巖石風(fēng)化作用影響,地下水中的主要離子大部分來(lái)源于淺層土壤及滲流途徑下產(chǎn)生的溶濾作用。值得注意的是,隨著年數(shù)的增加,制冷期中部分水源熱泵點(diǎn)在向蒸發(fā)濃縮作用的方向靠近,這主要是因?yàn)樗礋岜玫?a href="http://m.622810.cn/t/開發(fā)利用.html" >開發(fā)利用,導(dǎo)致淺層地下水在夏季炎熱時(shí)蒸發(fā)作用更為劇烈,從而Cl-含量增多,比值高達(dá)0.41。從圖中可以看出大氣沉降作用對(duì)研究區(qū)水化學(xué)組分成因沒(méi)有影響。

通過(guò)分析水中主要離子的關(guān)系比值來(lái)確定其受水巖相互作用下來(lái)源方式,如圖10所示。前文分析得出隨著時(shí)間的增加,地下水中Cl^-和SO₄^2-含量在不斷增加,因此采用γ(Cl^-+SO₄^2-)/γ(HCO₃^-)的比值來(lái)確定這3種陰離子的來(lái)源。從圖10(a)可以看出,供暖期大部分點(diǎn)位處于γ(Cl^-+SO₄^2-)/ γ(HCO₃^-)=1∶1比值線的下方,占比85.7 1%,這說(shuō)明HCO3-主要來(lái)源于碳酸鹽巖的溶解,而制冷期在 2012年的所有水泵點(diǎn)的水樣均處于γ(Cl^-+SO₄^2-)/γ(HCO₃^-)=1∶1比值線上方,導(dǎo)致線上點(diǎn)位占比42.85%,說(shuō)明隨著水源熱泵項(xiàng)目持續(xù)進(jìn)行,地下水蒸發(fā)作用強(qiáng)烈,Cl^-+SO₄^2-含量不斷增大。研究區(qū)大部分地下水類型為HCO₃-Ca·Mg型,采用γ(Ca²⁺+Mg ²⁺)/γ(HCO₃ ^-)的比值來(lái)確定Ca ²⁺和 Mg²⁺的來(lái)源,從圖10(b)中可以看出,制冷期和供暖期的所有水源熱泵點(diǎn)均處于γ(Ca^{2 +}+Mg²⁺)/ γ(HCO₃^-)=1∶1比值線的上方,說(shuō)明所有水樣中的Ca^{2 +}和Mg ²⁺都來(lái)自于碳酸鹽巖的溶解。

3 結(jié)論

本文以安陽(yáng)市區(qū)的地下水?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ),從地下水動(dòng)力場(chǎng)、地下水溫度場(chǎng)和地下水化學(xué)場(chǎng)三方面研究了水源熱泵系統(tǒng)對(duì)淺層地下水環(huán)境的影響,為水源熱泵系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供參考和建議,結(jié)論如下:

(1)研究區(qū)代表點(diǎn)位2009年-2014年地下水埋深減小、水位升高且2008年-2012年制冷期和供暖期的水位升高,地下水降落漏斗范圍縮小,研究區(qū)水源熱泵項(xiàng)目開發(fā)對(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤畡?dòng)力場(chǎng)還沒(méi)有影響。說(shuō)明水源熱泵系統(tǒng)采用采灌結(jié)合的方式,合理設(shè)置空調(diào)井抽回灌井比例及間距,嚴(yán)格控制地下水開采量,可減少水源熱泵項(xiàng)目開發(fā)對(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤畡?dòng)力場(chǎng)的影響。

(2)研究區(qū)地下水溫度場(chǎng)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài), 水源熱泵系統(tǒng)回灌水的溫差對(duì)研究區(qū)局部地下水溫度有影響,但對(duì)地下水溫度場(chǎng)整體未造成影響。說(shuō)明實(shí)時(shí)監(jiān)控地下水溫度的變化,控制采灌井水的溫度差,可減少水源熱泵項(xiàng)目開發(fā)對(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤疁囟葓?chǎng)的影響。

(3)水源熱泵系統(tǒng)導(dǎo)致研究區(qū)地下水蒸發(fā)作用強(qiáng)烈,Cl-和SO₄ ^2-含量不斷增大,使得制冷期地下水水化學(xué)類型由HCO₃-Ca·Mg轉(zhuǎn)變?yōu)橐訦CO₃Cl-(SO₄) Ca·Mg為主,HCO₃·SO₄-Ca·Mg次之;而供暖期影響較小,由HCO₃-Ca·Mg和HCO₃-Ca兩種轉(zhuǎn)變?yōu)橐訦CO₃Cl-Ca·Mg型占主導(dǎo)的水化學(xué)類型。說(shuō)明水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)配備相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)手段加強(qiáng)持續(xù)觀測(cè),開采量應(yīng)根據(jù)氣候和降雨量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,避免冷熱堆積及過(guò)度開采對(duì)地下水化學(xué)場(chǎng)的影響。