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1、水文地质勘察对于水源热泵技术课题、序 （一）任务来源 大连港大窑湾港区重点地段水文地质勘察是大连港大窑湾 港区海水源技术研发和应用 项目的一个子课题， 是整个项目的前期 勘察与论证的一个重要基础部分， 勘察的成果确定了大窑湾港区， 能 否建设港区浅层地温场的供水井，利用热泵技术在港区实现冬季取 暖，夏季制冷的新技术， 它也是详细贯彻国家提出的节约资源和爱护 环境的基本国策的新举措， 总结好这一成果， 在当今很有推广实践意 义。大窑湾集装箱码头三期工程辅建区单体海水源热泵暖通工程及我 市其他四个水源热泵工程 2007 年获评为国家第三批可再生能源示范 项目，是大连市五个示范项目之一，均获得了政府
2、财政的专项补贴， 说明该项目的重要性。受大连港集装箱股份有限公司及大连冰轮友联科技有限公司委 托，辽宁水文地质工程地质勘察院担当了 大连港大窑湾港区重点地 段的水文地质勘察 工作，工作时间是 2008 年 3 月至 2009 年 2 月。（二）目的任务 本次勘察目的是查明论证重点地段的地质与水文地质条件；重点 地段场区的地层结构；地下水埋藏条件，水温改变，水质与地下水资 源等。阐明大窑湾港区地质环境特征，浅层低温场特征，并论证水源 热泵开发利用相宜性的探讨探讨。勘察论证的重点地段是 1. 大窑湾港区三十万吨矿石码头，协助建筑 20000 m 2； 2. 大窑湾港区散粮码头办公业务楼，建筑面积
3、4800m 2 ； 3. 大连港集装箱二期码头业务楼，建筑面积 5600m 2 ； 4. 大窑湾集装箱码头三期辅建工程侯工楼业务办公楼、 机修车间 等，建筑面积 20000m 2； 二、工作区的自然条件 （一）位置、地形、地貌 大窑湾港区位于辽东半岛南部、 大连市金县东南 13Km ，面临北 黄海，与大连湾以大孤山半岛相隔。水路距大港区 15n mile ，陆路 距大连市 50Km 。地理坐标 N38 ° 59 ,E121 ° 53 。大窑湾湾口朝向东南，面对黄海，湾内水深大部分在 5-10m ， 是良好的自然港口。近岸底质多为砂且多礁石，深水区为泥质，潮间 带甚窄，为典型的基
4、岩港湾海岸大窑湾港区座落于大窑湾的南岸，东西长约 4000 余米，南北宽 度约 600-1500 余米，是由人工回填及吹填物积累而成， 下部的软基 层经强夯并实行振冲置换处理方案， 吹填区域采纳插塑料排水板加堆 载预压方案，而形成了目前整体平坦的港区。地面标高约为 4.66-5.29m 。相对高程差 0.63m 。(二) 气象条件 大连地区属于北温带季风气候区， 具有海洋影响的特征， 依据大 连气象台( 1951-1982 )统计资料，主要气象要素如下：气温：多年平均气温 10.2 C, 极端最高气温 35.3 C, 极端最低气温 -21.1 C , 最大冻土深度 93cm 。降水：年平均降水
5、量 658.7mm, 日最大降水量 171.1mm, 日降水量 25.00mm 的日数 7.1d/a, 日降水量 50.00mm 的日数 2.4d/a. 风向：本区受季风的影响 ， 夏季多南风 ， 冬季多偏北风 . 全年常风向为 N, 频率 为 19.45%; 年平均风速 5.8m/s, 六级以上大风的频率为 8.4%, 以 N 向 大风为主 ; 最大风速 32m/s, 风向 SSW 台风：据多年台风资料统计， 对大连海区影响较大的台风平均约 2 年出现一 次，多出现在 6-9 月份。雾：大窑湾全年能见度 w 1Km 的雾日数平均为 55d ,4-7 月份占全年雾日 的 70.4% 。雾的 平
6、均延时为 10.6h 。湿度：多年平均相对湿度为 67% ，冬、春季相对湿度较低。潮位：大连海区的潮型为不规则半日潮。据鲇鱼湾验潮站资料统计， 潮位特 征值如下：平均海平面 2.15m 、平均高潮位 3.31m 、平均低潮位 0.96m 、平均 潮差 2.36m 、历年最高潮位 5.00m 、历年最低潮位 -1.03m 受台风影响时，海浪最大高度达 8.00mm 。土壤标准冻结深度 0.70m ，最大冻结深度 0.93m ，年平均冻结日数 114.6d ，最大积雪厚度 37cm 。三、勘察手段及工作量 依据探讨课题的要求， 我们实行下列技术手段进行了调查探讨工 （一）资料的收集 对场区已往已进
7、行的 1 ：5 万城市地质系列图中的有关资料进行 收集，着重基础地质、水文地质及环境水文地质方面，并着重收集近 来这些地区的勘察资料，将这些资料进行整理分析，综合探讨，确定 勘察手段，选择钻探机械，制定施工设计与方案。同时收集大连港大窑湾港区从 2004 年以来已施工并建成的水源 热泵的场区，即矿石码头、散粮码头、集装箱二期三期码头建筑物热 泵技术运用状况的调查，对其适用性进行探讨。（二）对工作区大窑湾南岸及其周边近 20Km 2的陆域进行 1 ：1000 的地质与水文地质调查， 了解工作区内的地层岩性， 地质构造、 地下水埋藏条件及富集规律，探讨确定港区浅层地温场的基本特征。（三）通过综合分
8、析，对不同的地温场区段，布置勘探工作，查 明上部第四纪含水层分布范围、厚度，确定开发井的布置，结构等。并通过钻探了解下部基岩含水层特征是否存在含水构造及含水部位 等。对供水井的技术选择供应方案。全区共钻探供水井 12 眼，收集 供水井资料 2 眼，其余为勘探井 16 眼，全区共 30 眼。（四）抽水试验工作，对我们已经施工的 8 眼供水井均进行了开 采试验工作及前期的洗井工作， 2008 年 10 月份对集装箱三期候工 楼旁边，雨水大线的潮汐影响因素，进行了阀门堵截前后供水井的抽 水试验工作，取得了较志向的资料。对潮湿汐影响供水井的改变连续 监测七昼夜的水位水量、水温、水质资料。对水源热泵的冬
9、季取暖， 夏季制冷技术，供应了有价的措施方案。（五）地温场的长期监测工作，我们对矿石码头集装箱二期与三 期业务楼、候工楼等水源热泵运用单位，地温场进行了跟踪监测及资 料收集，取得了实际观测资料，为今后合理利用浅层地温资源供应了 依据。完成实物工作量一览表 表 1 工作 项目 1: 1000 地质水文 地质调查 地质钻孔 水文地质钻井 供水井水温水位 水量监测 潮汐影响抽水试 验 单位 Km 2孔 M 眼 M 眼 天数 眼 天数 数量 20 1614412 四、工作区地质构造与地质环境条件及水文地质条件 （一）地质构造 工作区大地构造位于纬向构造的阴山构造带与新华夏系其次巨 型隆起带的复合部位，
10、构造困难，北西向华夏系构造冲断层与东北向 构造冲断层交织，受其影响场区内的北北西向构造较发育。有利于下 部岩石赋水，其次级构造位于大连倒转背斜的北翼， 矿石码头为由桥 头组石英岩夹板岩组成的背斜的东南翼。集装箱码头下部为震旦系长 岭子组与甘井子组地层组成向斜轴部地带， 向斜轴部呈东西走向， 利 用地下水富集。（二）地质环境条件及水文地质条件 通过地面调查， 钻探资料的分析探讨， 大连港的地质环境条件可 以归纳为三种类型， 即大窑湾港区南部周边的自然地质环境， 港区东 部区的人工回填地质环境与西部区的人工吹填区地质环境。其特征如 下：1 、大窑湾港区南部周边自然地质环境条件 港区南部周边地区可以
11、分为由桥头组地层组成的山地丘陵地形； 另一类由第四系坡洪积物组成的谷地地形。前者属基岩区，蓄水贫乏， 从区域资料来看，单井水量多，小于 10t/h ，而后者丘间谷地第四纪 积累层水量变甚少，仅 2 5t/h 。它难以满意水源热泵对水量的要求， 另外，除水量较少外，又远离港区，根本无法满意水源热泵的需求。2 、大窑湾港区东部人工回填区地质环境与水文地质条件 大窑湾港区矿石码头、 散粮码头、 集装箱码头二期工程均属大面 积开山石人工填海区。回填层厚度不一， 矿石码头厚度一般在 18.0 20.0m 。下伏 2 3m 的海相粉砂，含淤泥的粘土层，底部基岩为板 岩与石英岩。而散粮与集装箱码头，人工回填
12、层厚度较大达 9.00 13.50m 。向下为海相淤泥质粘土 (0.70 7.80m) ，下为坡洪积的粘土 混碎石层，厚 2.20 8.30m ，下伏基岩。港区以大窑湾二期工程业 务综合楼勘察资料可代表回填区第四纪地层的沉积韵律。勘探深度 内，场地底层自上而下为：( 1 )素填土 ( Q 4 ml ): 黄褐色，以近期回填石英岩碎石为主，粒径 5-10cm 占 50% 以上，局部为块石，辉绿岩碎块、板岩碎块、少量 粘性土、杂物等。稍密 - 饱和，松散 - 稍密。层厚 9.00-13.50m ，层底 标高 -8.57 -3.71m 。( 2 )淤泥质粉质粘土( Q 4 m)：灰黑褐色，含有机质、
13、角砾、细 砂、贝壳，有腥臭味，饱和、软塑状态。层厚 0.70-7.8m ，层底标高 -11.51 -6.32m 。( 3 )粘土混碎石( Q 3 dpl)：黄褐色，含氧化铁结核，夹石英岩 碎石、角砾，约占 30% 左右，湿，可塑硬塑状态， 层厚 2.20-8.30m ， 层底标高 -19 、 81 -11.11m 。( 4 )强风化板岩( Zwhc )：黄褐色，岩石风化裂隙发育，碎裂 状结构，岩芯呈块状、片状。层顶埋深 14.30-25.10m ，揭露层顶标 高 -19.81 -9.64m ，岩体破裂。东部港区回填层以素填土碎石为主， 以港区周边分布的石英岩开 山石、块石为主，仅含少量粘性土，
14、透水性与含水性，地下水渗透性 均很好， 属良好的人造含水层。据矿石与散粮与集装箱二期码头开发 的供水井来看（井径 1.00m ），水量可达 80-120t/h ，除开发上部回 填层的地下水外加上深部基岩裂隙水， 满意水源热泵的需水量是可以 的。3 、大窑湾港区西部吹填区地质环境条件与水文地质条件 西部港区吹填区主要指集装箱码头三期工程， 候工楼以西， 业务 楼修配车间、仓库等地，吹填区地质环境条件较为困难，因为围堰的 宽窄不一，填料的物质成分有差异，吹填区的物质成份也不尽相同， 在砂层、粉砂、淤泥粘土、粉土等，吹填的地、层岩性在横向与纵向 的改变亦很大，规律性差，差异性很大。所以吹填区的地质环
15、境条件 很困难。从三期集装箱工程来看，经钻探资料得知，垂直与海岸的围堰， 上部宽达 25m ,下宽 64m, 填充物质以素填碎石为主，厚度达 14.0 15.0m ,透水含水性好，供水井水量可达 210 229t/h ,很适合与水 源热泵的要求。而业务楼旁边的近东西向横向围攻堰，距海达 1000m ，围攻墙竟达 40 余米，重要的是回填物质不如南北向围墙的 粒度粗。以粘土地含碎石为主，粘土含量几乎占 50% 以上，较大的 影响了透水性与含水性，供水井水量一般 13 16t/h ,只有多凿井才 能满意水源热泵的需水量。而吹填区的细粒度沉淀区， 透水性与含水、 蓄水性很差，根本无法满意水源热泵水量
16、要求。4 、回填区下部的基岩裂隙水 东部港区的回填层下部基岩为震旦系长岭子组板岩风化裂隙， 水 量较小，而港区西部围堰及人工吹填区下覆基岩为震旦系甘井子组灰 岩属岩溶构造裂隙水，还见有辉绿岩穿插，使深部地下水具承压性。开发下部基岩岩溶构造裂隙水， 除增加供水井的出水量外， 对于深部 水循环，稳定地下水水温有较好的作用，较大的井深，利于常年运用 水井清淤，延长水井的运用寿命。五、重点勘察开发地段供水井地层及成井结构 （一）矿石码头供水井 矿石码头建筑面积为 2 万川的生产协助建筑区，经设计计算提出 的需水量为 170t/h ，我们经钻探供应了四眼供水井，其中一眼为海 水淡化井外，其余三眼均为水源
17、热泵空调井。满意了供暖须要。1 、地层状况 海水淡化及地温空调供水井自上而下所遇地层状况为：人工回填土、桥头组石英岩夹板岩等地层。2 、成井结构 （ 1 ）布置原则：依据本场地的水文地质条件及低潮位海水深度， 共布置四眼供水井（详见水井布置图）， A 井为海水淡化供水井 ， B 、 C 、 D 号井为地温空调供水井， 。其坐标分别为：A ：X = 62367.931 Y 4313349.855 ； B ：X = 62339.740 Y = 4313391.196 ； C ：X = 62343.296 Y = 4313428.403 ； D ：X 62319.014 Y = 4313409.52
18、4 ； 2 ）成井结构（详见成井结构图） 海水淡化供水井 A ：井深 0 33m , 井径 1450mm 。井深 33 68m , 井径 300mm 。井深 68 108.1m ， 井径 250mm 地温空调供水井 B ：井深 0 36m ， 井径 1200mm井深 36 71m ， 井径 300mm井深 71 102. m ， 井径 250mm 。地温空调供水井 C ：井深 0 21m , 井径 1200mm （二）散粮码头供水井 散粮码头主要用于业务楼 4800 川建筑面积的水源热泵。运用供 水量 120t/h 水井便满意了运用的要求。1 、地层状况 （ 1 ）回填土：由碎石、块石及少量粘
19、性土组成。碎块石以板岩、 石灰岩、石英岩为主，直径 20-200mm ，层厚 22m 。（ 2 ）中风化泥灰岩：灰色 - 灰黑色。细粒结构，层状构造，揭露 厚度 58m ，地表以下 30-38m 岩石裂隙发育。岩芯较破裂，呈段柱 状， 42-60m 岩石节理裂隙发育，岩芯呈段柱状； 60-80m 岩芯较完 整，节理裂隙不发育，岩芯呈长柱状。2 、成井结构 井深 0 23.5m , 井径 600mm 。井深 23.50 80m , 井径 273mm 。地温空调供水井 D ：井深 21 60m ， 井深 60 93m ， 井深 0 33m ， 井深 33 72m ， 井深 72 106m ， 井径
20、 300mm 井径 250mm 井径 1200mm 井径 300mm 井径 250mm （三）集装箱二期码头供水井 集装箱码头二期业务楼建筑面积 5600 m 2 ，凿一眼供水井满意 了水源热泵空调的要求。1 、地层状况 2-7# 供水井自上而下所遇地层状况为：人工回填层、甘井子组 石灰岩地层（见柱状图）。2 成井结构（见柱状图）2-7# 供水井：井深 0 22.0m , 井径© 1000mm 。井深 22.0 48.0m ，井径 © 273mm 。（四）集装箱三期候工楼供水井 集装箱三期辅建区五个单体，建筑面积 16000 m, 水量要求 377 420t/h ，施工了三
21、眼井满意了水源热泵的需求， 被国家批准为 示范工程。1 、地层状况 地温空调供水井自上而下所遇地层状况为：人工回填层、甘井 子组石灰岩地层（见柱状图）。 3-6# 井上部有 15m 的人工回填层，属透水含水层。下部灰岩 30-32m 处构造节理裂隙发育， 70-75m 灰岩岩溶发育均属含水部位。3-7# 井上部 14.5m 的人工回填层属透水含水层。下部灰岩 25-30m 为泥质白云质灰岩， 32-36m 为构造破裂带，属含水部位。3-8# 井上部 14.0 m 人工回填层为透水含水层，下部灰岩 60-72m 处灰岩岩溶发育为含水部位。2 、成井结构 （ 1 ）供水井布置原则：依据本场地的水文
22、地质条件，共布置三 眼供水井，由北向南其坐标分别为：3-6# ：X = 60841.001 Y = 4319975.001 3-7# ：X = 60806.944 Y = 4319926.408 3-8# ：X = 60770.709 Y = 4319873.614 （ 2 ）成井结构（见柱状图）3-6# 供水井：井深 0 16.5m , 井径© 1200mm 。护壁管与滤水管直径© 1000 mm 花管位置 8-14 m 井深 16.5 21.0m ，井径 © 325mm 。井径© 273mm 。井径© 219mm 。井径© 120
23、0mm 1000 mm 花管位置 7.3-13.3 m 井径© 325mm 。井径© 273mm 井径© 219mm 井径© 1000mm 。1000 m 花管位置 5.5-11.5 m 井径© 325mm 。井径© 273mm 。井径© 219mm 。（五）集装箱码头三期业务楼供水井 集装箱码头三期业务楼建筑面积 5000 ，施工了五眼井，满意 井深 21 80m , 井深 80 100m ， 3-7# 供水井：井深 0 16m ， 护壁管与滤水管直径© 井深 16 20m ， 井深 20 80 m ， 井深 8
24、0 100m ， 3-8# 供水井：井深 0 15m ， 护壁管与滤水管直径© 井深 15 22m ， 井深 22 75m ， 井深 75 100m ， 了水源热泵的需求，计需水量为 73t/h 。1 、地层状况 地温空调供水井自上而下所遇地层状况为：人工回填层、甘井 子组石灰岩地层（见柱状图）。3-1# 井上部有 9.5m 的人工回填层 , 属透水含水层 ,9.5-11.0m 为 灰 色 淤 泥 质 细 粉 砂 。下 部 为 灰 岩 ， 18-30m 处 为 辉 绿 岩 夹 层 ,80-86m 灰岩岩溶发育均属含水部位。井深 106m 。3-2# 井上部有 9.5m 的人工回填层，
25、属透水含水层 ,9.5-10.5m 为淤泥质粉砂。下部为白云质灰岩 ,25-30m 为构造破裂带，属含水 部位。井深 93m 。3-3# 井上部有 9.5m 的人工回填层 , 属透水含水层 ,9.5-11.5m 为 淤 泥质 细粉砂。下部 为白 云质 结晶灰岩 30-35m 处 为辉 绿 岩 ,60-65m 处灰岩岩溶发育为含水部位。井深 130m 。3-4# 井 0-10.0m 为粘土含碎石层， 11-12.0m 为淤泥质粉砂， 下部为中厚层白云质结晶灰岩， 80-83m 处夹薄层辉绿岩， 25-30m 岩溶发育，富水性较好。井深 95m 。3-5# 井 0-11.0m 为粘土含碎石层， 1
26、1-12.0m 为细粉砂层， 向 下10-18.0m 为灰黄色石灰岩， 12.0 15.4m 岩芯破裂，岩溶发育。向下为灰黑色中厚层状石灰岩， 80-82m 岩芯破裂，构造节理发育。 2 、成井结构 （ 1 ）供水井布置原则：依据本场地的水文地质条件， 供水井，由北向南再向东其坐标分别为：3-1# ：X=59993.990 Y=4320316.911 3-2# ：X=59997.087 Y=4320143.882 3-3# ：X=60123.883 Y=4320058.058 3-4# ：X=60190.363 Y=4320013.060 3-5# ：X=600250.414 Y=431995
27、8.77 （2）成井结构 （ 见柱状图 ）3-1# 供水井 : 井深 0-11m, 井径 1000 mm 。护壁管与滤水管直径 1000 mm 花管位置 4.5-8.5m 井深 10-14m, 井径 325 m . 井深 14-84m, 井径 273 m . 井深 84-106m, 井径 219 m . 3-2# 供水井 : 井深 0-10.5m, 井径 1000 m 。护壁管与滤水管直径 1000 m 花管位置 4.5-8.5m 井深 10.5-14m, 井径 325 m . 井深 14-78m, 井径 273 mm. 井深 78-93m, 井径 219 m . 共布置五眼 3-3# 供水井
28、 : 井深 0-9.5m, 井径 1400 m , 为透水的护壁管 . 护壁管内下滤水管直径 800 m ,0 11.50m 花管位置 4.5-11.5m 井深 11.5-12.5m, 井径 273 m . 井深 12.5-130m, 井径 200 m . 该井 12.5m 以上下了一套 273 m 的导正套管 .12.5m 以下供水井井 径为 200 m . 井底有遗弃的水泵及 20m 井管。3-4# 供水井 : 井深 0-11.0m, 井径 800 m , 滤水管花管位置 5-9.5m, 井深 0-12m, 下一套 273 m 导正滤水管 .12m 以下井径 200 m . 3-5# 供水
29、井：井深 0-12m, 井径 800 m , 滤水管花管位置 5-10.0m, 井深 12-12.7m, 井径 325 m 井深 12.7-80m, 井径 273 m 井深 80-103m, 井径 219 m 六、洗井、抽水试验与参数计算 （一）洗井的目的 清除井内和渗入地层内的泥浆，破坏泥皮；抽出过滤层和它旁边 含水层中的细粒砂， 以便在过滤管四周形成自然的过滤层； 增大钻井 的出水量。采纳 300QJ330 型潜水泵洗井，利用潜水泵抽水，使泥 皮剥落，随大量涌出的水而排出井内。达到洗井的目的，直到水清砂 净。（二）抽水试验 依据详细状况，我们实行了单孔抽水试验即常时间开采性试验。抽水设备用
30、电动深井潜水泵。通过抽水试验可以获得水位、水量、水温、水质等资料。抽水试 验，首先测得静水位，水温柔气温，然后在抽水起先时测量三角堰堰 高，根据要求间隔测量动水位改变。当达到稳定水量后持续时间 48/h ，进行复原水位观测，通常以 5 、 10 、15••min 按依次观测, 直至完全复原为止单井抽水试验一览表 表 2地段 井号 水位埋 深(m) 洗井延 续时间 (h) 抽水持续时间 最大降深 S( m 出水量 Q 抽水时 水温 (C) 下降 时间 (h) 复原 时间 h) t / h t / d 集装箱三期 侯工楼 3-6# 4.51 96 48 5 8.20 229.1
31、9 5500.56 11 3-7# 4.69 120 48 1 4.80 210.13 5043.12 11 . 5 3-8# 4.70 72 48 1 8.0 36.96 887.04 11 集装箱三期 业务楼 3-1# 2.05 48 48 3.5 60.5 6.58 157.92 11 3-2# 1.82 96 48 2.5 45.0 14.04 336.96 11.5 3-3# 1.70 120 72 2.0 40.10 17.58 421.92 11 3-4# 1.78 120 72 2.0 42.12 22.23 533.52 11 3-5# 1.90 72 48 2.5 45.0
32、 15.26 366.25 10.0 矿石码头 A 15.00 92 48 44 3.25 204.61 4910.64B 14.85 92 48 44 3.49 170.00 4080.00C 14.29 92 48 44 2.66 170.00 4080.00D 15.58 92 48 44 2.62 170.00 4080.00散粮码头 1-6# 3.2 85 2040集装箱二期 2-7# 2.8 120 2880 (三) 参数计算 供水井为潜水井，可利用稳定流公式计算出渗透系数和影响半 径。公式如下：k=0.366Qlg ( R/r w ) /mS w R=2S W V HK 式中:m
33、S w =S (2H-S w ) /2 k - 渗透系数（ m/d ）; Q - 涌水量（ m 3 /d ）; M 含水层厚度（ m ）; S w 抽水井水位下降值（ m ）; R - 影响半径（ m ）; r w 抽水井半径（ m ）； H 抽水前潜水层厚度； 供水井 K 值计算结果一览表 表 3 地段 井号 水位埋 深（m）出水量 Q 最大水位 降深 S（ m 渗透系数 （m/d）影响半径（m）t / h t / d 集装箱三期侯 工楼 3-6# 4.51 229.19 5500.56 8.20 55 510 3-7# 4.69 210.13 5043.12 4.80 95.7 349 3
34、-8# 4.70 36.96 887.04 8.0 62 185 集装箱三期业 务楼 3-1# 2.05 6.58 157.92 60.5 0.14 179 3-2# 1.82 14.04 336.96 45.0 0.43 226.3 3-3# 1.70 17.58 421.92 40.10 0.5 217.29 3-4# 1.78 22.23 533.52 42.12 0.74 280.8 3-5# 1.90 15.26 366.25 45.0 0.45 220.5 矿石码头 A 15.00 204.61 4910.64 3.25 56.42 235.93 B 14.85 170.00 40
35、80.00 3.49 55.57 228.58 C 14.29 170.00 4080.00 2.66 78.91 195.2 D 15.58 170.00 4080.00 2.62 81.39 193.59 散粮码头 1-6#85 2040集装箱二期 2-7#120 2880 七、水源热泵技术在大连港区适用性探讨 （一）港区浅层地温场类型的划分 前已述及水源热泵可将水源中大量的低温位热能泵送（交替传 递）转换成高温位热能并进行利用；因而水与泵就是二个重 要的前提，就是说泵是目前国家定型生产的，可以选择运用，而在使 用地区是否有大量地位温的水源才是能否运用热泵的重要前提。可以说能否找到丰富的地
36、下水水源是水文地质工作者探讨的重 要课题。通过大窑湾港的大量勘察资料的整理、分析，我们梳理清晰 了港区的地下水含水（存水）介质的埋藏、分布、边界条件及物质成 分改变等，即可以总结出大窑湾港区几种不同含水类型的浅层地温场 环境类型； 初步可总结为三种地温场环境类型：一是大面积回填层通 透式地温场环境类型； 二是通道式回填层的的地温场环境类型； 三是 吹填区差异性地温场环境类型。（二）浅层地温场的水文地质特征 1 、大面积回填层通透式地温场 大窑湾港区的矿石码头， 散粮码头、 集装箱二期码头以东范围即 属于此种类型。它的特点是回填层厚度大（ 15-22m ）、范围广，呈 不 规 则 的 沿 海 滨
37、 延 伸 的 长 方 体 ， 南 北 宽 500-700m ， 长 1000-2500m ，这种人工回填层形成形体， 存满了北部来的海水与南 侧陆相地下水， 如同一个看不见地下水库。回填物质成分以素填碎石 土、块石为主，特殊是矿石码头，填海碎石全是旁边劈山取石，几乎 全是石英岩碎块， 含少量板岩及少量粘性土， 成为志向的人工含水层， 因为碎、块石多，孔隙率高，形成渗透性好，渗透系数 K 值达 55.0-95.7m/d 。通透实力强的含水层。实践证明开发该含水层作为 水泵水源，每井开采 80-120t/h 是没有问题的，有些井达到了 230t/h 。（ 1 ）井水温度改变的分析 从陆地来讲，大连
38、沿海陆地常年水井（ 100m 深度以内）地下水 温的年改变为 12-14 C, 水温年变幅较小，主要缘由是受稳定地温场 的限制。海滨区的水井， 水温的改变除受气温的季节性影响外， 还受海水 温度季节性改变的影响，潮汐、风向的影响，以及介质条件与海的连 通关系是干脆因素。矿石码头地温空调供水井经 2004 年 2-3 月份长 期水井温度观测，测得结果是不低于 9 C, （见矿石码头低温空调供 水井水温观测曲线图）。集装箱码头二期工程业务楼、供水井 2007 2008 年的观测资料可知水温最低的 2-3 月份亦于 7.5 C 满意了水源 热泵的正常工作要求（见集装箱二期供水井水温观测曲线）常显著（
39、见水位改变曲线图）O矿石码头地温空调供水井 2003-2004 年水温观测曲线图 图 1 从如上水温观测资料可以看出，该地温场的供水井水温改变干脆 受海水温度改变影响较大，供水井在开发利用中，在开采水量保持不 变的状况下，动水位的改变，随海水潮汐的涨落而改变，这种改变非时间 T( C) 2.0 4.0 6.0 0.0 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 矿石码头海水淡化井 A 2003-2004 年动水位观测曲线图 矿石码头地温空调井 B 2003-2004 年动水位
40、观测曲线图 矿石码头地温空调井 C 2003-2004 年动水位观测曲线图 矿石码头地温空调井 D 2003-2004 年动水位观测曲线图 图 22 、通道式回填层地温场 港口集装箱码头三期侯工楼的水源供水井就属于这种类型。供水 井就选择在吹填区中呈南北走向垂直于海岸的围堰上。围堰的东西两 侧吹填物是一些细颗粒的粉砂、淤泥、粘土层，富水性很差，没有选 择供水井的余地。而围堰由人工回填而成，回填层为碎石、块石等组 成，依据勘察的成果资料分析，结合建筑物的位置，我们将供水井选 择在围堰南缘，即回填层，含水量由大变小的边界，即 3-6 与 3-7 二个供水井水量较大， 3-8 井水量较小。围堰南北向
41、长约 600m ，最大特点是人工回填层的围堰积累物透 水性好，与海水的连通性强，可以说围堰是海水的较好通道。而其周 围吹填区的细粒积累物， 渗透性与海水的连通性极差， 没有供水意义。围堰上供水井的水位、水温、水质改变与排水管线（雨水大线）的试验分析 由于围堰经强夯地基处理后， 稳定性当然好于四周的吹填区。因 而其它建筑体， 雨水排洪管线也建于围堰上， 排水管连接处缝隙过大 （ 5-8cm ）,管径© 1.40m ，大量的管隙渗流量随潮汐改变，不断补 给地下水， 就等于海水由管道干脆补给源井， 海水水温干脆作用于地 温场，破坏了围堰与四周介质应有的地温场稳定的前提条件，造成 2008
42、年 2-3 月份水源热泵温度的突降事故。（见图）为此我们与大连港及冰轮公司，对形成的缘由进行调查，并进行了一般性与雨水大 线堵截的抽水试验工作。确定抽水时间为 7 天，要求将供水井排水管 与防止海水对供水井的干脆补给影响。于 2008 年 9 月 19 日 -26 日 两个井同时进行了连续抽水试验工作，抽水设备用上海产深井潜水 泵，流量为 230t/h, 两个井同时抽水量为 460t/h ( 11040t/d )，抽水 期间对供水井的水位、水温、水质与海水温度进行了监测，对取得的 数据进行如下分析: 温度。c 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2集装箱码头三期侯工
43、楼 3-7#供水井 2007-2008 年水温改变曲线图 图 3 ( 1 )场区地下水位改变 抽水时动水位分析 两个井连续七天的抽水，井的动水位改变，随潮汐起落而改变(见 图)，抽水起先时，井水位起落受海水潮汐改变升降稍有滞后现象， 3-6# 井距海近，井水位下降值一般 5-10m , 23 日退大潮时最大值可 达 12.6m ; 3-7#井距海稍远，井水位下降值达 6-11.5m , 23 日退大 潮时最大值可达 12.75m ;抽水井的动水位改变随海潮凹凸改变成正 相关，高潮时动水位较高，低潮时动水位降低值大。通过这次堵截雨水管防止海潮入侵措施后，效果明显好于以往， 15 1 - 0 U
44、_ I_I_I _ I 11 月 15 日 20 25 30 5 10 09 15 20 25 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 30 5较大的水位降深值间接的说明白雨水管线没有大量海水短途径干脆 补给供水井，海水只能通过地层孔隙缓慢补给地下水， 从而造成供水 井动水位下降值加大，这是过去未见到的。（ 2 ）场区地下水氯离子的改变 场区地下水氯离子的改变与供水井距海的距离有关，即近海的 3-6# 井氯离子含量较高为 13088.2-14306.7mg/L 距井较远的 3-7# 井氯离子含量较低为 11607.9-12727.1mg/L ，而海水氯离子含量应 在 1
45、8000mg/L 左右 ， 供水井氯离子含量低于海水 6000 4000mg/L ，说明场区水源除海水补给外，还有淡水补给尤其是南部 有大量淡水渗入（ 3-7# 约占 1/3 ）。集装箱码头三期侯工楼供水井氯离子表 表 4 井号 Cl - （mg/L）取样时间 3-6# 13810.3 2008.9.22 3-6# 13088.2 2003.9.23 3-6# 14035.9 2008.9.24 3-6# 13268.7 2003.9.25 3-6# 14306.7 2008.9.26 3-7# 12727.1 2008.9.22 3-7# 11607.9 2008.9.23 3-7# 127
46、27.1 2008.9.24 3-7# 12185.6 2008.9.25 (3) 场区水温的改变 通过气温、海水与井水的温度的观测可以看出， 七天来气温改变 较大，为 22 31 C, 海水的温度为 23 25 C, 井水温度为 19 20 C, 井水的温度值改变最小，井水的温度低于海水温度 3 5 C, 海水温 度被地温场降温，说明地温场温度稳定，没有表现出与海水温度的同 一性。集装箱码头三期侯工楼 3-7# 抽水井与以往抽水资料的对比 表 5 抽水时间年 月日 井编号 静水位 (m) 动水位最 大下降值 (m) 水量 (t/n ) 氯离子 (mg/l ) 水温 (C) 海水温度 (C)
47、08.7.18 22 3-7# 1.92 7.75 230 14237.9 17.0 22.0 23.0 08.9.19 3-7# 5.45 12.75 230 12185.6 19.0 20.0 23.5 25.0 26 3-6# 5.27 12.6 230 13088.2 19.0 20.0 23.5 25.0 通过前期的抽水试验可以看出：地下水的静水位与动水位的变 化，干脆受海水潮汐的涨落而改变，动水位的升降除潮汐因素外，其 抽水下降值亦受抽水量的大小及补给量的大小而限制。由于地温场地质条件稳定因素的影响，井水温度在 7 9 月二次 试验，其间井水温度稳定在 17 20 C 左右，远低于气温( 24 35 C) 也低于海水温度( 22 25 C) 充分表现了地温场冬暖夏凉的稳定特(4) 试验的结果 通过 3-6# 、 3-7# 井同时连续的抽水试验，表现出井水位改变 与海水凹凸潮改变成正相关， 高潮时，井