高安人民医院水文地质勘察报告

'高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告工程勘察综合类甲级（140501-kj）江西省勘察设计研究院二ＯＯ八年十月 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告勘察证书编号：建设部颁综合类甲级140501-kj项目负责：技术负责：编写人：审核人：总工程师：院长：编写单位：江西省勘察设计研究院编写日期：二○○八年十月联系方式：南昌市昌东高校园区紫阳大道169号邮政编码：330096办公电话：0791-8195035E-mail:jxhauyu2008@126.com 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院目录1.前言11.1工程慨况11.2目的和任务11.3依据的规范和标准21.4工作方法与手段31.5完成的实物工程量32、气象、水文33、场地水文地质条件43.1地形地貌43.2地层结构43.3地层含水性及地下水类型54、试验井施工74.1井孔位置74.2试验井结构74.3试验井施工85.现场试验95.1抽水试验95.2回灌试验96.勘察试验成果96.1单井降深及涌水量96.2渗透系数和影响半径的计算106.3单位回灌量107.地下水资源评价107.1水温和水质107.2地下水资源评价117.3开发利用水资源对周边环境的影响128.地下水回灌129.抽水、回灌井布井建议1310.地下水的长期观测及管井维护1311.结论1314 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院附图目录附图1：试验井位平面位置图附图2：管井结构图附图3：S1井抽水试验Q-S、T曲线图附图4：场区纵向剖面图附表目录附表1：水质分析报告14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院1.前言1.1工程慨况地源热泵是一种利用浅层和深层的大地能量，包括土壤、地下水、地表水等天然能源作为冬季热源和夏季冷源，然后再由热泵机组向建筑物供冷供热的系统，是一种利用可再生能源的既可供暖又可制冷的新型节能中央空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统。拟建高安市人民医院门诊综合楼工程用地位于高安市人民医院内；座落在高安市高安大桥北西侧，东邻凤凰湖，南邻锦江，场地交通便利，地理位置优越。东侧紧靠桥北路，距锦江北岸约200m。为节约电力能源、降低运行成本及环境保护角度等方面考虑，投资方拟对本综合楼采用水源热泵空调系统。拟建工程规划总用地面积约19408.2m2；地上为1栋12层，总建筑面积30800m2，地下室为1层，总建筑面积4200m2。要求冷热源机房为上述建筑提供冷热源，保证基夏季制冷冬季供暖,夏季提供7-12度的冷冻水，冬季提供45-50度的热水。为了取得能保证本工程所需的地下水地源热泵中央空调系统所需水量、水温、水质等的设计参数，受高安市人民医院的委托，江西省勘察设计研究院承担了该项目拟建场区的水文地质勘察任务。1.2目的和任务按照有关规范和委托单位的勘察技术要求，结合本工程项目特点。本次勘察工作的目的是为水源热泵设计提供可靠的依据，勘察任务及要求具体如下：14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院1、查明场地第四系松散岩类孔隙水的水质、水量、水温及其补给条件与运移规律；2、通过抽水及回灌试验、水质分析等工作，为地下水地源热泵中央空调系统的设计提供场地含水层特性与厚度、地下水类型、水位埋深、水温、单井涌水量、单井回灌量、水质等相关参数；3、计算含水层的渗透系数、影响半径等水文地质参数，估算供水层的富水性，推算场地内地下水可开采资源量等；4、分析因开采地下水对周围环境可能造成的不良影响，并提出防治措施建议。5、本次勘察现场抽水、回灌试验结束后，勘察单位将两试验井（将来做工程井）移交建设方。1.3依据的规范和标准本次勘察依据的规范、标准以及主要参考文献资料如下：1、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；2、《供水水文地质勘察规范》(GB50027-2001)；3、《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2005)；4、《浅层地热能勘查评价技术规范》5、《供水管井设计、施工及验收规范》（CJJ10—86）；6、《供水水文地质钻探与凿井操作规程》（CJJ13—87）；7、《水文地质手册》地质出版社（1978.4）；8、《供水水文地质手册》（第二版）地质出版社（1978）；9、《高安市人民医院门诊综合楼岩土工程勘察报告》（详勘阶段）。14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院1.4工作方法与手段为了达到上述目的，我院广泛收集了区域及场区有关水文地质资料，在前期资料的基础上，精心编制了勘察方案，专业技术人员现场指导勘察施工、收集整理第一手试验数据为成果报告的编制提供了真实可靠的依据。现场工作以抽水试验、回灌试验、水温观测为主，其中抽水试验采用单井最大降程抽水试验方法，回灌试验为单井回灌。试验期间对地下水水温进行了观测，并采取了水样进行了室内分析测试，数据客观准确。1.5完成的实物工程量本次勘察现场工作于2008年10月10日开始，至2008年10月18日结束，累计完成实物工作量见表1。实物工作量统计表表1钻探深度（米）抽水试验回灌试验水样工程测量成井抽水（回灌）井观测井层（次）层（次）组点（井）眼20.05/2眼27.2/3眼112522、气象、水文据清江幅（1/20万）区域水文地质普查报告资料，本区属潮湿季风气候区，气候温和，四季分明，雨量丰沛。该地区多年平均气温17.5℃，极端最高气温40.9℃，极端最低气温-8℃。多年平均降雨量为1606mm，最大年降雨量2322.8mm，，最小年降雨量1103.6mm，单日最大降雨量为188.1mm（1964年6月18日），降雨主要集中于4～6月，10月～翌年1月相对较少。14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院锦江是赣江一级支流，发源于宜春市柘塘，流经泗溪、灰埠、高安、新建县石岗及松湖街后汇入赣江。据贾村水文站资料，多年平均迳流量为169.07立方米/秒，最大迳流量为3540立方米/秒，最小迳流量为4立方米/秒。最高水位38.39米（为1985年黄海高程，下同），枯水时最低水位29.22米。3、场地水文地质条件3.1地形地貌拟建场地地处冲积平原区，地貌单元为锦江Ⅱ级阶地，场地地形基本平坦开阔。拟建场地原为水塘及医院空地，场地内起伏较小。场地地面标高在19.64-20.28米。3.2地层结构根据场地岩工工程勘察报告及本次水文地质勘探揭露，场地地层上部为第四系全新统冲积层（Q4al），下履基岩为第三系新余群红层（Exn），场地岩土层岩性自上而下叙述如下：①杂填土：灰黄色，松散状，上部稍湿，下部很湿，主要由人工回填的建筑垃圾和填砂组成，场地内分布比较均匀，北部填砂较厚，南部填砂较少，层厚3.20-4.40m。②粉质粘土：棕黄色，可塑状态为主，局部硬塑，稍湿，中等压缩性，无摇振反应，稍有光滑，干强度、韧性均为中等。层厚0.40-1.70m，层顶标高15.66-16.68m，层顶埋深3.20-4.40m。③中砂：灰黄色为主，饱和，结构松散，成份主要为石英、云母。层厚2.40-3.90m，层顶标高14.60-17.78m，层顶埋深2.10-5.40m。14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院④砾砂：黄褐色，饱和，中密，级配较好，磨圆度较好，呈亚圆形，底部30cm为圆砾层。砾砂含量80%，粒径一般3-7mm；底部圆砾一般1.5-2cm，大者4cm。层厚3.70-5.10米，层顶标高14.69-16.08米，层顶埋深3.70-5.40米。⑤强风化泥质粉砂岩层：棕红色，泥质胶结，风化作业强烈，岩芯风化呈碎块状，岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质理等级为V类，厚度较薄，层厚0.70-2.30米，层顶标高10.62-11.74米，层顶埋深7.90-9.50米。3.3地层含水性及地下水类型根据地下水的赋存条件，地下水主要有第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水二种类型。现简述如下：3.3.1第四系松散岩孔隙水因上覆杂填土、粉质粘土及下卧基岩层为相对隔水层，含水层下部第四系全新统中砂及砾砂层，其透水性、富水性好，为主要含水层段，水量较丰富。地下水类型为第四系松散层孔隙微承压水。场区内揭露含水层厚度为3.20-5.85米，由北向南逐渐变厚(附图4)。据本次勘察，静止水位埋深2.70～3.33m。地下水主要接受地下水体侧向径流补给，地下水位随季节变化，枯水及平水季节地下水位下降，水位年变化幅度在1.50-3.00米左右。地下水流向由南向下北；枯水季节地下水由大气水补给、丰水季节由锦江补给。3.2.2基岩裂隙水赋存在第三系新余群基岩风化裂隙或构造裂隙之中，富水性差，水量贫乏。基岩裂隙水和上部砂砾石层孔隙水垂直向联系较为紧密。14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院水温和水质情况差别不大。（见下图高安市水文地质图）14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院4、试验井施工4.1井孔位置本次勘察共凿建主井2眼（编号S1、S2），作为抽水（回灌）试验用井，成直线布置，两井间距离为100m。另施工水位观测井3眼（编号:S1-1、S1-2、S1-3），观测井呈弧形布置于S1主井外延地段。与主井间距离分别在25米、100米左右之间。勘察井具体位置详见“试验井位置平面图”（附图1）。4.2试验井结构4.2.1抽水、回灌井、水位观测井（1）井深：10.00-10.05m，（进入基岩1m），井孔直径500mm。（2）井管：a、井径与材质：φ300mm，内径：φ290mm，采用5mm钢板卷焊制作。b、井管类型与长度：S1井：上部板管长5m，滤管长4.5m，下部沉砂段板管长0.5m。S2井：上部板管长5m，滤管长4.5m，下部沉砂段板管长0.5m。（3）滤孔：孔径20mm；圆周上孔心距（A）50mm，每周孔数20个；轴向孔心距（B）25mm，行距50mm，每米行数40行；每米滤孔数800个，呈梅花形布置。（4）滤管为垫筋缠丝花管。垫筋直径8mm，垫筋根数14根；缠丝间距2mm。（5）砾料：下部2.5m砾料粒径15～25mm，上部1.0m砾料粒径8～12mm，砾料确保清洁、级配良好。（6）止水：上部（含水段以上）采用优质粘土止水。14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院4.2.2水位观测井井深8.60-9.80,井径146mm，井管直径75mm，其中滤管（PVC管）长4m。抽水、回灌井、观测井的管井结构详见“管井结构图”（附图2-1、2-2、2-3。4.3试验井施工4.3.1井孔施工（1）抽水、回灌井采用300型水井钻机施工，自然造浆法钻进。（2）水位观测井采用SH-30型钻机，冲击跟管钻进法施工。（3）钻进时保持钻孔圆直，孔内不出现螺旋井壁、沟槽井壁。（4）钻孔成型后，将孔内泥浆冲洗夜置换成清水。4.3.2井管安装（1）井孔施工完毕后，井管采用电弧焊接法连接后放入孔内，焊接接头确保焊缝饱满、牢固。（2）井管安装过程中，采用双经纬仪法控制井管垂直度。4.3.3砾料回填（1）砾料的规格及回填工艺符合有关规范、规定要求。（2）砾料选用均质近圆形石英岩质的颗粒，回填之前过筛、冲洗，剔除杂务、土、和不合格的砾石。（3）砾料级配、填料高度、填料厚度严格按照设计和有关规范、规程控制。（4）填料采用水冲法回填。4.3.4洗井（1）井管安装填砾完成后，采用活塞洗井，时间不少于4小时。（2）活塞洗井后，采用大流量泵抽洗井，直至水清砂净为止。4.3.5止水（1）止水前用水泵先将孔内的上层滞水及施工用水抽干。14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院（2）止水材料采用优质粘土，将粘土搓成球后回填并捣实。5.现场试验5.1抽水试验抽水试验前先进行活塞洗井，待水清澈、干净后再进行抽水试验。（1）采用S1主井进行单井最大降程抽水试验，以取得单井的最大降深值、涌水量和观测井的水位降深等资料。（2）试验过程中，对S1-1、S1-2、S1-3水位观测井进行水位观测记录。（3）抽水试验共做两个降程，各降程稳定时间均不少于8-10小时，试验结束后观测恢复水位，记录有关试验参数。（4）本次勘察抽水试验最大降深为：S1=4.75m符合规范和设计要求。根据抽水试验记录，绘制Q、S—t过程曲线（见附图3）。5.2回灌试验利用S1、抽水、S2回灌的定水头自流回灌试验。稳定回灌量为25.0立方米/小时，回灌水头高度为3.06米。6.勘察试验成果6.1单井降深及涌水量S1井抽水试验数据列表2如下：单井抽水试验数据表表2降程降深试验流量mm3/hL/s14.7538.8810.8014 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院本次抽水试验最大单井最大涌水量为：38.88m3/h，根据水文地质条件及地区经验，单井最大开采量建议取30m3/h。6.2渗透系数和影响半径的计算以S1抽水井S1降深抽水试验与S1-1、S1-2、S1-3观测井的关系，采用均质无限完整井公式计算含水层的渗透系数K和影响半径R如表3。渗透系数、影响半径计算表表3抽水降程抽水孔相关参数观测孔相关参数计算水文参数含水层厚度试验流量实测孔内降深观测孔降深观测孔与主孔距离渗透系数影响半径MQSS1-1S1-2S1-3r1r2r3KRmm3/hmmmmmmmm/dm14.0038.884.750.710.170.04252510042.2110备注渗透系数按一个观测井计算采用K=0.366*Q/((M*(Sm-S1-1))*lg(r1/rw))影响半径laR=(Swlgr1-S1-1lgrw)/Sw-S1-1。经过S1井抽水试验计算成果的对比分析，结合地区经验，建议本勘察场地含水层的渗透系数采用K=40m/d。6.3单位回灌量根据S1抽水、S2回灌试验结果，计算的单位回灌量见表3。回灌试验数据及单位回灌量计算表表3井号回灌量（m3/h）自流回灌水头（m）回渗段长度（m）单位回灌量(m3/m*h)备注S2253.063.58.169根据上述计算结果，结合地区经验，建议采用的单位回灌量为：8m3/m*h。14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院7.地下水资源评价7.1水温和水质7.1.1水温勘察试验期间，经过连续观测，地下水水温为21-22℃。根据区域水文地质资料，地下水水温年变化在20.0～22.0℃之间。7.1.2水质在S1、S2抽水井内取水样两件，分别进行全分析。根据分析结果，场地地下水水质主要指标如下：色度:＜3、混浊度：＜1，PH值：6.60；SO42-：16.00毫克/升、Cl-：25.07-28.65毫克/升；Fe：0.00-2.505毫克/升，总硬度：142.43-151.69毫克/升，总矿化度：254.26-303.95毫克/升。含沙量：4.80-5.21毫克/10000升。其它指标详见水质分析报告。根据《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019），本场地地下水除Fe值一项在规范标准值的上限处，其它各测试指标均达规范要求。7.2地下水资源评价地下水具有流动、不断接受补给和重新恢复、与气象、水文等因素密切相关的特点。开采后能得到补给保证的地下水，即为地下水的可采资源。根据推算单井涌水量及相应推算降深，场地内在未考虑回灌水量的情况下，其可充许开采量按“大井法”估算如下：Q=2.73*k*M*S/log(1+R/r0)式中：Q——估算可采量；K——渗透系数（采用40m/d）；14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院M——含水层厚度（采用4m）；S——可采降深（4.7m）；R——影响半径（R=10*S*K1/2）r0——大井等效半径，按公式r0=0.29(a+b)计算，其中场地尺寸取a*b=140m*70m。经计算Q=128m3/h,30723/d,（此估算结果未计入回灌水量的影响，在合理控制回灌比的基础上，单日可供水源热泵运行使用的出水量应有所增大）。根据以上计算，场地地下水最大可采量为3072m3/d。按照抽水井布置在地下水补给上游的原则，考虑勘察场地拟建建筑的特点、场区地下水开采条件及地下水回灌对水温的影响，建议抽水井在勘察场区内均匀布置，井间距应≥60米，抽水井布置数量为2眼（不含已建2眼）。7.3开发利用水资源对周边环境的影响项目建设区域为锦江冲积平原区，地貌单元为锦江二级阶地，场地地形基本平坦开阔。拟建场地原为水塘及医院空地，场地内起伏较小。上覆土层为性质较好的可塑状粘性土和砂性土，地下水水位下降幅度不大，因此基本不会出现开采使用地下水而导致地面沉降及引发建（构）筑物的开裂、不均匀沉降等环境问题。由于抽取地下水使用后的回灌水是密封使用，不与外界接触，水质不易受到污染，回灌地下后，对含水层也不易产生污染，对地下水水质也不会有很大影响。拟建场区采用人工挖孔桩基础，只要合理规划、科学管理，地下水的开发利用对环境和地下水质不会产生明显的影响。场区周边建筑物为80-90年代建筑，多为浅基础建筑，地下水开发将对其周边环境产生影响。8.地下水回灌14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院根据勘察试验结果。因本次勘察试验采用的是高水头回灌方式（试验回灌水头高度为3.06米），单井回灌量为25m3/h，建议单井回灌量为20m3/h有效回灌水头采用T=Q/q灌（q灌=8m3/m*h）考虑，最大允许回灌量水头高度建议不超过3m。采用一抽两灌的原则，单井回灌量不超过20m3/h，因此，建议在勘察场地的均匀布置回灌井8眼，井间距≥60米。9.抽水、回灌井布井建议根据计算，场地地下水最大可采量为Q=128m3/h，3072m3/d；单井涌水量为30m3/h，建议在场勘察场区内均匀布置抽水2眼（不含已建2眼），井间距≥60米；建议单井回灌量不超过20m3/h，采用一抽两灌的原则，因此在场勘察场区内均匀布置抽水8眼，井间距≥60米。场区内勘探揭露含水层厚度为3.20-5.85米，由北向南逐渐变厚，同时拟建场区为人工挖孔桩基础，周边建筑多为浅层基础建筑的因素，建议在勘察场区拟建场区南部，离浅层基础建筑较远处均匀布置抽水井、回灌井。10.地下水的长期观测及管井维护管井（包括抽水井和回灌井）投入使用期间，要求对地下水水温、水位、水质等进行长期观测，建立档案，以便及时了解和分析其变化情况，具体观测周期为：第一个水文年，每星期测取一次水温、水位，每季度采取水样一组进行水质分析；从第二个水文年开始，水温、水位可每月测取二次，春、夏季各取一次水样进行分析。管井运行期间，应安排专人进行监测和维护。在正常使用情况下，一般1年左右应进行一次洗井和维护（保养），确保设备及管井出水正常。14 高安市人民医院门诊综合楼水源热泵空调系统水文地质勘察报告江西省勘察设计研究院11.结论11.1、本次勘察野外工作取得了较为详尽的野外第一手资料，各项试验资料和数据的采集、分析符合有关规范规程的要求。11.2、勘察期间，静止水位埋深2.70～3.33m，水位面标高在17.17～17.94m左右。勘察期间，实测地下水温21.0～22.0℃之间，根据区域地质资料，地下水水温年变化在20.0～22.0℃之间。根据现场抽水试验资料，通过室内的计算与分析，建议K取40米/日。11.3、在未计入群井干扰抽水与回灌水影响的情况下，场地地下水最大可采量为128m3/h，建议单井采量为：30m3/h。11.4、建议回灌量不超过20m3/h，采用高水头回灌方式，一抽二灌方案。11.5、建议抽水井布置井间距≥60米，抽水井布置量为2眼(不含已建成2眼)；建议在勘察场地的匀布置回灌井8眼，井间距≥60米。场区内含水层由北向南逐渐变厚，同时周边建筑多为浅层基础建筑的因素，建议在勘察场区拟建场区南部、离浅层基础建筑较远处均匀布置抽水井、回灌井。11.5、管井投入使用期间，要求对地下水水温、水质等进行长期观测，建立档案，以便及时和分析其变化情况。11.6、在可能的情况下，抽水井与回灌井在运行一定时间后应相互转换以利于开采、洗井、含水层的热平衡。抽水井与回灌井间应设排气装置，以避免将空气带入含水层。11.7、为防止氧气与水井内存在的低价铁离子反应形成铁的氧化物，产生气体粘合物，引起回灌井阻塞，设计时应采取有效的措施消除空气侵入现象。11.8、在本勘察场地内，只要合理规划、科学管理，地下水的开发利用对环境和地下水水质不会产生明显的影响。14'