回灌井回水量影响因素简析

郭腾翔　刘涛

摘 要：随着浅层地热能的利用，地下水换热系统已较多的应用于城市建设，但是其回灌井的地下水回灌量严重制约着该产业的发展，通过本次试验，试图了解影响回灌井回灌量的主要因素，为今后该产业的发展提供参考。

关键词：回灌井 地下水回灌量 影响因素

1、试验概况

随着浅层地热能的利用，地下水换热系统越来越多的应用于城市之中，作为地下水换热系统的重要组成部分，地下水回灌井的回灌能力制约着系统的规划与建设。地下水换热系统的优越性体现在其抽取利用的地下水可以完全回灌于地下，不消耗水资源，可在系统的实际运行中，地下水无法回灌入地下成为了一个日益凸显的问题。为了研究提高回灌量的方法，在郑州市东部进行了此次试验。

2、水文地质条件

2.1区域水文地质条件

根据地下水含水介质及孔隙类型，工作区浅层地下水资源是指埋藏于地表以下280m以浅的地下水资源。赋存于第四系及新近系松散岩类孔隙中，分布广，厚度大，渗透性好，开采条件优越，为本区主要含水类型。据其水力性质、埋藏深度及开采现状等，在垂向上划分为：

2.1.1第一浅层含水层组

指埋藏于地表95～140m深度内的潜水。第一浅层含水层组在本区主要由全新统、中更新统和上更新统组成。含水层岩性主要由中粗砂、细砂夹砾石组成，厚度一般小于40m，涌水量一般1000～3000m3/d，水化学类型以HCO3—Ca·Mg型为主，水温一般为15℃～17.5℃。

2.1.2第二浅层含水层组

指埋藏深度280m以浅的承压水。根据区域水文地质条件，含水层顶板埋深140m左右；顶板隔水层主要为粉质粘土或粉土、粘土，厚度10～35m，底部隔水层以粘土为主，厚度为20～45m。该含水层组主要由第四系下更新统、新近系上部岩层组成。含水层岩性为中砂、中细砂、中粗砂，局部为粗砂砾石层，水化学类型以HCO3—Ca型为主，地下水水温一般在15℃～22℃。

2.2场地水文地质条件

第一浅层含水层组含水介质主要为细砂，局部中粗砂、砾石，砂层最大厚度11.70m，， 水化学类型为HCO3—Ca·Mg型。

第二浅层含水层组含水介质主要为细砂，下部为中砂，砂层最大厚度10.80m，水化学类型为HCO3—Na·Ca型。

3、试验井介绍

3.1抽水井与回灌井关系

用作地下水回灌的管井，在结构上与抽水井的管井十分相似。有些管井，本身就兼作回灌和抽水两种用途，只是它在灌或抽时，对周围的地下水产生着不同的影响。当抽水井抽水时，含水层中的地下水往抽水井中流动汇集，此时水位逐渐下降，形成以抽水井为中心的地下水位下降漏斗。当抽水量与地下水补给量基本保持平衡时，动水位就相对稳定，水位下降漏斗就不再继续向四周扩大，在抽水井中水位的下降值最大，愈向外则水位下降值逐渐减少，直至与静水位相重合。

回灌井的情况正好相反，把水注入回灌井里，井周围的地下水位就会不断上升，由于回水井中的回灌水位与地下水位的静水位之间形成一个水头差，注入回灌井里的水才有可能向含水层里渗流，当渗流量与注水流量保持平衡时，则回灌水位就不再继续上升而相对稳定。此时在回灌井周围形成一个水位上升锥，其形状与抽水井的下降漏斗十分相似，只是方向相反。在回灌井中的水位最高，向四周回灌水位逐渐降低直至与静水位相重合。

3.2试验井概况

为配合试验进行，在试验区专门施工试验井2眼，成井深度分别为280m、140m，取水位置分别位于该水文地质单元的第一含水层与第二含水层。其中280m深水井编号S1，140m水井编号S2，其基本情况见表1。

4、试验过程及结果分析

4.1试验方法

试验为稳定流完整井抽水试验与回灌试验，其中S1井进行两落程抽水与回灌试验各一组，计算确定140m～280m含水层水文地质参数与单井回灌量。S2井做两组两落程抽水试验与一组回灌试验，确定140m以浅含水层水文地质参数与单井回灌量。

试验采用抽水与回灌试验同时进行的方案。在S1井向S2井回灌的同时进行S1井的抽水试验与S2井的回灌试验。反之S2井向S1井回灌时各做一组试验。

4.2试验过程及结果分析

抽回灌试验利用潜水泵抽水，同时为顺利进行，配套三通、水表、阀门及连接管道、观测设备等。水位观测设备为电子水位计和测线。回灌试验基本情况见表2。

通过试验数据可以看出，不同层地下含水层组的回灌能力第一含水层组明显优于第二含水层组，其单位回灌量为第二含水层组的1.5倍。在施工方法与成井工艺、材料相同的前提下，说明不同含水层组本身的回灌能力存在差异性。

通过对比分析，最终确定差异性的形成原因是由于含水层组岩性结构的不同造成。S1井主要含水层组岩性以中细砂为主，S2井主要含水层组由细、中、粗砂及砾石构成，其岩性的不同直接造成了含水层组水文地质参数的不同。通过抽水试验数据进行的计算，第一含水层组渗透系数为2.382m/d，第二含水层组渗透系数为1.232m/d，第一含水层组渗透系数为第二含水层组的1.93倍，这也是造成两层含水层组回灌能力差异的主要原因。

5、结论

根据试验结果，回灌井在进行回灌时，其本身所在含水层组的岩性与水文地质参数是其回灌能力的主要影响原因，含水层组的岩性颗粒越大，渗透系数越高，其回灌能力越强。

在开展浅层地热能利用及地下水换热系统建设之前，建议要在工程拟建区进行系统的抽回灌试验，了解含水层组的水文地质参数，计算回灌量，避免不必要的投资浪费及建设风险。