• 地下水源熱泵系統對地下水資源的影響分析

• 隨著地下水源熱泵的大面積推廣，一方面其節能、減排效果在我國的能源戰略中發揮了重要的作用;另一方面，由于對地下水資源的利用存在著不環評、不科學、不合理的開發，導致了地下水資源正逐步受到影響。文章通過分析我國31個省市地下水資源的變化，倡導科學的、有效的地下水資源綜合開發利用管理及應用。地下水源熱泵(GroundWaterHeatPump)是地源熱泵(GroundSourceHeatPump)的一個分支。這項技術起始于1912年，瑞士Zoelly提出了“地熱源熱泵”的概念。1948年，*臺地下水源熱泵系統在美國俄勒岡州波特蘭市的聯邦大廈投入了運行。在其后的幾十年中，地下水源熱泵得到了更為廣泛的應用。美國在過去的10年內，地下水源熱泵的年增長率為12%，每年大約有50，000套地下水源熱泵在安裝。我國地下水源熱泵從1997年開始學習和引進歐洲產品，出現了大規模的地下水源熱泵采暖工程項目。到2005年底，全國范圍內除香港、澳門、中國臺灣地區的31個省市均有地源熱泵項目，項目數量達到3869項;統計歸納建筑部三批共計212項示范項目，其中地下水系統占總量的39.26%。近30年來，全國地下水開采量以每年25億M3的速度遞增，總開采量超過1000億M3，伴隨著國家可持續發展能源戰略的調整，水源熱泵在建筑節能降耗領域發揮著重要的作用。1、地下水源熱泵系統簡介地水源熱泵是利用了地下水作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統，沒有燃燒過程，避免了排煙、排污等污染;供冷時省去冷卻塔，避免了冷卻塔的噪音、霉菌污染及水耗。地水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12～22℃，水體溫度比環境空氣溫度高，所以熱泵蒸發溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18～35℃，水體溫度比環境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式，機組效率提高。據美國環保署[1]EPA估計，設計安裝良好的地下水源熱泵，平均來說可以為用戶節約20～30%的供熱制冷空調的運行費用。采用地源熱泵系統作為樓宇空調系統，其運行費用可大大降低。根據北京11個地源熱泵項目2003～2004年冬季的運行費用調查結果，其中7項工程低于燃煤集中供熱的采暖價格，所有被調查項目均低于燃油、燃氣和電鍋爐供暖價格;用地源熱泵系統制冷時，其運行費用可比傳統中央空調系統降低15%～30%。折算到一次能源，以能源利用系統總能效進行比較，現有地下水熱泵系統供熱總能效高，約為115%，土壤源熱泵系統供熱總能效約為100%，燃煤集中鍋爐房供熱總能效55%左右，燃氣集中鍋爐房供熱總能效的65%左右，熱電廠供熱總能效約為70%。2、地下水源熱泵的應用對地下水位的影響我國水資源非常缺乏，主管部門對開采地下水有嚴格管理，為保證地下水源熱泵系統長期正常運行，補充地下水源，調節水位，維持儲量平衡，必須進行100%同層回灌。同時，為避免在熱泵裝置中冷卻或加熱后回灌到地下的水，因短路而被抽回，回灌井與取水井之間應保證一定距離。目前，雖然還沒有回灌水質國家標準，但回灌水質至少應等于原地下水質，以保證回灌后不會引起區域性地下水水質污染。根據國土資源部發布的《我國主要城市和地區地下水水情通報》，2006年163個城市地下水水位監測資料顯示，與2005年相比，監測區地下水位總體保持穩定，深層地下水位較淺層變化明顯，水位變化明顯區主要在地下水開采程度較高的華北、華東、西北等地區。在開展淺層地下水水位監測的126個城市中，與2005年相比，水位總體呈下降趨勢(下降幅度大于0.5米)的城市有23個，主要分布在華北、華東、西北地區。在開展深層地下水水位監測的78個城市中，與2005年相比，水位總體呈下降趨勢的城市有24個，主要分布在華北、華東地區。2006年監測結果表明，全國有地下水降落漏斗216個，其中淺層地下水降落漏斗120個，深層地下水降落漏斗91個，巖溶地下水降落漏斗5個。與2005年相比，地下水降落漏斗狀況總體保持穩定，有明顯變化的降落漏斗主要分布在受地下水開采影響較大的華北、華東地區。其中淺層地下水降落漏斗主要分布在華北、華東地區;深層地下水降落漏斗主要分布在華北、東北、華東地區。地下水回灌的方法有三種，即：真空回灌、重力(自流)回灌和壓力回灌。真空回灌：真空回灌是利用存頗低的靜水位(低于地面10m)形成真空進行回灌，含水層滲透性要良好，由于回灌時，對井的濾水層沖擊力不強，所以很適用于老井。采用真空回灌，對于細顆粒含水層，回灌量一般為取水量的1/3-1/2;對于粗顆粒含水層，回灌量可達取水量的1/2-2/3。重力回灌：依靠自然重力進行回灌也適用于低水位和滲透性良好的含水層，此法的優點是系統簡單。對于砂卵石含水層，其回灌量一般為取水量的50%;對于滲透性好的礫卵石層來說，回灌量可達取水量75-90%。壓力回灌：壓力回灌用于高水位和低滲透性的含水層，其缺點是回灌時，對井的濾水層和含水砂層的沖擊力強。因此，綜合目前的地下水源熱泵的取水層情況，國家相關標準提出回灌井不得少于抽水井的兩倍，其目的也就是為了實現抽水與回灌量的平衡。3、地下水源熱泵的應用對地下水質的影響2006年163個城市的地下水水質監測資料分析，監測區主要監測點的地下水水質以良好-較差為主，深層地下水水質優于淺層地下水，開采程度低的地區地下水水質優于開采程度高的地區。在開展淺層地下水水質監測的125個城市中，主要監測點地下水水質呈惡化趨勢的城市有21個，主要分布在東北、西北、華東、中南等地區;開展深層地下水水質監測的75個城市中，主要監測點地下水水質呈惡化趨勢的城市12個，主要分布東部沿海地區。一般而言，第三系含水層較少，第四系含水層較多，水量豐富，除污染嚴重或咸堿水區域外，地下水物化特性比較適中。在第四系與第三系地層覆蓋較薄區域，水源大都采自基巖井，華北地區由于寒武紀地層埋藏大部分較深，一般建井是在奧灰地層，水源是原生水或次生水(有一定的補給關系，與外界連通交換并有區域流動和流向)。原生水水質與其形成地質時代有巨大關系，大都埋藏較深，目前水文地質界因視其為“戰備水”而不建議開采;次生水是區域降雨可以補充的地下水，華北地區常采的是奧陶系灰巖地層水，水文地質界稱為“奧灰水”，由其形成特性決定其水質。因此目前國家針對地下水的回灌，不僅僅要求是滿足等量回灌，更加關鍵的是為了防止不同含水層中水質的相互影響，同時提出了同層回灌的要求，即所謂異井回灌。關于單井回灌技術，確實具有降低初投資、部分增加回灌效果等優點，但是，不可否認的是，除了容易導致熱干擾(熱短路)之外，由于不同含水層之間的回灌互用，違背了同層回灌的要求，導致了深層地下水(戰略儲備水)與淺層地下水之間的相互混溶，破壞了地下水系的結構，帶來了不可逆的后果與影響。4、地下水源熱泵良性發展關鍵1)建立證政府行政監管體系，對地下水資源的開發與利用進行統一監管;防止區域性的水資源過度開發與利用。2)國家相關水力資源部門進行全國范圍的水利調查，繪制全國地下水資源綜合分布圖;對于地下水資源貧瘠地區，或者地質結構不適宜地區，堅決不允許開采地下水資源。3)對于新建或者已建成的水源熱泵項目，務必要求100%的同層回灌;防止地下水資源的流失;同時做好回灌水資源的水質監管工作，防止對深層戰略儲備地下水的污染。4)為提高回灌效果，在進行回灌過程中，需要定期進行回揚。回灌井的回揚次數和回揚持續時間，取決于含水層顆粒大小和滲透性。巖溶裂隙含水層的回灌井，長期不回揚，回灌能力仍維持不變;松散粗大顆粒含水層，每周回揚1-2次;中、細顆粒含水層，回揚間隔應進一步縮短，而對于細顆粒含水層的回灌井來說，回揚作為保持回灌量的措施尤為重要。5)據專家測算，目前我國發電裝機容量為5.08億千瓦，百米內地下水每年可采集低溫能量約為2.2×108千瓦，相當于其43%，淺層地能的應用具有相當大的市場空間，如果全國每年在1億M2建筑中推廣應用地源熱泵供暖空調，則每個采暖季可替代374萬噸標煤，或25億M3左右天然氣，削減約6.4萬噸N0X、933萬噸CO2、約16萬噸顆粒物的排放。鑒于此，建設部提出，在“十一五”期間，推廣淺層低能使其使用面積達到2.4億平方米。因此，在地下水源熱泵不適宜地區，鼓勵發展土壤源熱泵系統;在具有較豐富地表水，諸如江水、湖水、河水等水與區域，建議推廣地表水源熱泵系統;沿海城市建議重點推廣海水源熱泵。總之，地源熱泵系統的推廣與應用，一定要本著因地制宜的原則。

• 水利部：超八成地下水遭受污染威脅

• 地下水正遭受污染與超采的雙重威脅。

• 水利部近公開的2016年1月《地下水動態月報》（以下簡稱《月報》）顯示，全國地下水普遍“水質較差”。具體來看，水利部于2015年對分布于 松遼平原、黃淮海平原、山西及西北地區盆地和平原、江漢平原的2103眼地下水水井進行了監測，監測結果顯示：IV類水691個，占32.9%；V類水 994個，占47.3%，兩者合計占比為80.2%。

• 值得注意的是，IV類水主要適用于一般工業用水區及人體非直接接觸的娛樂用水區，已經不適合人類飲用，V類水污染就更加嚴重。這也意味著，超八成地下水遭受污染威脅。《月報》還顯示，主要污染指標中“三氮”污染情況較重，部分地區存在一定程度的重金屬和有毒有機物污染。

• 與此同時，地下水還遭受嚴重的超采威脅。數據顯示，2016年1月，全國主要平原區地下水儲存量比去年同期減少82.4億立方米（約82.4億噸）。

• 多為淺層地下水

• 在長江、黃河、淮河、海河和松遼等流域，污染和超采正在成為流域內地下水的主要威脅。

• 在水利部本輪地下水監測中，監測范圍基本涵蓋了地下水開發利用程度較大、污染較嚴重的地區，監測對象以淺層地下水為主，易受地表或土壤水污染下滲影響，水質評價結果總體較差。

• 本輪2103眼水井的水質評價結果顯示：無I類水，II至III類水418個，占總數的19.9%；IV類水691個，占32.9%；V類水994個，占47.3%。

• 其中，主要污染指標除總硬度、錳、鐵和氟化物可能由于水文地質化學背景而監測值偏高外，“三氮”污染情況較重，部分地區存在一定程度的重金屬和有毒有機物污染。

• 本輪全國范圍內的監測，正是按照2011年公布的《全國地下水污染防治規劃（2011~2020年）》的部署，為摸清地下水污染的“家底”，規劃提出到2015年要基本掌握地下水污染狀況。

• “IV類水已經不適合人類飲用，V類水污染就更加嚴重。實際上，這兩類水都已經不太適合人類接觸。”公眾與環境研究中心主任馬軍告訴《每日經濟新 聞》記者，“從監測流域和監測對象看，這個高達80%的數值并不特別令人驚訝。其中出現的重金屬和有毒有機物污染，是因為流經城市的淺層地下水，更容易遭 受農業面源、工業廢棄物以及垃圾掩埋污染。”

• 值得注意的是，淺層地下水的污染，與地表水的污染存在“相互影響”的關系。馬軍指出，“以淺層地下水為主要監測對象的結果，也說明流域內地表水亦存在相應污染。旱季時，淺層地下水會補給地表水；同理，地下水的補給來自地表水。”

• 污染、超采威脅“水安全”

• 地下水遭受污染，或產生嚴重的“水安全”問題。

• 根據此前國土資源部的統計數據，目前全國657個城市中，有400多個以地下水為飲用水源。全國范圍內，有近70%的人口飲用地下水。那么高達八成的地下水污染監測結果，會影響居民飲用水的安全嗎？

• “一般來說，城市內多采用深層地下水作為飲用水源，深層地下水不易遭受污染。”馬軍說，“但還有很多農村地區居民飲用淺層地下水，污染將主要對他們帶來影響。”

• 值得一提的，除污染問題外，超采也是我國保障“水安全”的一大威脅。

• 《月報》數據顯示，2016年1月，全國主要平原區地下水儲存量比去年同期減少82.4億立方米，單黃淮海平原就減少了49.2億立方米，其中又以河北地區地下水儲存量減少為首：一年間，河北地區減少了22.1億立方米的地下水。

• 馬軍表示，“針對地下水的治理，其花費更甚于治理地表水，地下水污染問題相對復雜，而地下水的超采，還會帶來地縫、塌陷等次生災害。”

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