河 北 地 质 2009午第1期
地温中央空调系统提水及回灌井设计方案探讨
赵立杰陈彦群
(东媒沈阳嶎土工程公司沈阳llOOJS)
摘 要 为节能、降抵消耗，减少废弃物撑放；利用地下水水源的水沮潜能作力地沮空调系统的冷、热源，以实
瑰为建筑物制冷和供热目的提供技术参数依据。因此本文通过抽水及回灌试验所获成果计算含水层的渗透系数及
目液渗透系数，从而使中央空洞井的设计合理，并求得最佳抽。液井数量比及合理布井方案。
关键词 地沮中央空词 抽水井 回浪井 抽(淮)井数量比
l 前言
汇宝商业广场位于沈阳市府广场北侧，总建筑
面积23．45万m2，为节约能源有利于环保，规划10
万mI建筑面积釆用地温中央空谓系统进行取暖(制
冷)，需水量约31680nf／d。所谓地沮中央空调系统
就是施工专门的取水井，将地下水从井中抽出，通过
热泵将水送入用户散热(冷)器后，再将水回灌到地
下含水层中的人工水循环装置。利用这种装置可以
达到冬季取暖，夏季制冷的目的。目前国内对此类
工程中的水井设计还没有一个统一的标准，各施工
设计部门做法不一。本文通过此项目的施工，对抽
水井、回灌井配比数量的设计提供点滴看法，供同类
工程参考。
2水文地质条件
本区在地貌单元上属于浑河冲积阶地，地势平
坦，第四系地层厚70m左右，其下为第三系砂砾岩，
基底为前震旦系花岗片麻岩。第四系孔隙潜水含水
层发育，从上到下富水性相差较大。上部含水层主
要岩性为砾砂、圆砾及租砂间夹薄层中砂透镜体，底
板埋深40m左右，厚度32。Om。据抽水试验成果，渗
透系数103．20m／d，单位涌水量26．04T／s．m，为强富
水性含水层。下部为泥砾及粘土层，据区域地质资
料，该层属于QI—Q2时期的沉积物，胶结紧密，含水
量很小，单位涌水量小于0．16T／s．m。52m以下为
粘土层至70m见基岩风化壳。本次抽水及回灌试
验均在上部含水层中进行。
本区地下水的主要补给来源为大气降水、地下
迳流及河、湖、渠的渗透补给，排泄以地下迳流及人
工开采为主，补、迳、撐通畅。地下水位年变幅l。5m
左右，勘察期间地下水位埋深6．90m，水温13．5t。
3 抽水及回灌试验
3．1 工程量
为查明场区的水文地质条件在场区内布置水文
地质勘探线一条，设抽水井、回灌井各1个，观测孔
2个，详见抽水井及回灌井布置示意田，抽水井及回
灌井结构详见表l。
抽水井及回灌井抽水示意田
3．2 抽、回灌水试验
抽、灌水试验按三次水位降深(上升)进行。每
次水位降深(上升)稳定时间都大于8小时。
当第一
次降深完
成并稳定8小时后直接转入回灌试验(所
谓回灌试验就是将抽水井抽出的水通过回灌井再送
回至含水层中去的一种方法，简称回灌试验)，当水
① 牧稿日期：2m6—o]—(~；#tt'J'BllJ：m9—01—；J；Jll4t：张淑云
作者简介；赵立杰(1962—)，男，高级工程师，主要从事水文地质工程地质工作。
监鹄丽：：…—下厂寸巡回七『飞丽面晅 纵，Q
2009半第l期
赵立杰等：地温中央空调系统提水及曰灌井设计方案探讨
位上升达到稳定后再进行下一段降深，然后再抽水 水井，抽水，利用回灌井2回灌，同时观测观，孔和
再回灌，依次类推，直至完成三次降深和回灌试验。 N-孔水位。回灌试验采用自然回灌水头压力。由
待第三次回灌水位达到稳定后再进行恢复水位，直 于场地限制抽水井与回灌井的距离仅为90m，大体
到试验全部结束。抽水试验是利用抽水井。抽水， 同未来场区地温中央空调系统供水管井和回灌井规
同时观测观：和观2孔水位。回灌水试验是利用抽 划的距离相当。抽水、回灌水试验成果详见表2。
表' 抽水井、圉灌井结构设计一览表
井类别
800 400
800 400
钢板卷制．壁厚8m．
垫筋．缠丝，包网
钢筋骨架缠丝包网
主筋为'41P16
30％
观测孔观：。n- 笋 200 108 塑料管凿眼包网 巧％
8，52m
长44m
4140m
长36m
10-25m
长ISm
上部5恸稀泥浆，5m
以下水钻进
清水钻进
清水钻进
表2抽t日灌水试验成果表 的公式对其影响进行修正。本此水文地质参数计算
是根据地下水的平街原理认为当抽、灌水位及流量
：妾 二石泵磬竽艺±l-i；…、头凑苎当产旦主— 达到相对稳定后(抽水量等于回灌量)，其观测孔总
水位上升值应等于回灌水位上升值与抽水井抽水对
2 1440 0．67 O．10 0．06 3．98 0．5 0．~ 该点产生的相应水位下降值之和而进行的水文地质
3 2160 1．OR 0．21 O．15 ．5．$3 o．13 0．38 参数近似计算。
本次仅从施工“实录”的角度出发，对表2回灌
井水位上升值进行修正后(见表3其修正值实为回
／l 水文地质参数计算 灌水位上升值与相应抽水时段的水位降深值的叠加
由于回灌试验是在抽水井和回灌井水位及流量 值)，采用注水试验稳定流计算公式，对回灌渗透系
彼此相互影响下进行的。目前还没有一个比较完整 数进行计算，结果见表4。
表3 目灌水试验观测孔水位上升位修正表
水顾次 晕(n／／d)
1 720 0．03 6。0， 0．04：0．07 57 0．12 0．1
备注：表中修正直系为相应时段水位下降值与水位上升亿之和
。观测与修正位之比力相应时段
水位下降值与修正值之比。
值4端咒銹．14，二监兰鯆： 5供水管井设计要点
此值可视为抽水对回灌水位上升的影响系数(o。)。 根据场区的水文地质条件及环境条件，供水管
表4 抽，囵灌水试验参数计算成果表 井设计为完整井。井深50m，采用钢板卷制缝隙式
抽，目灌 抽。a灌水4Ldbe水量单位吸水量渗进系数回灌渗透 过滤器，井径4mnnn，孔隙率25％。集中布置在场
区的东北角，采用排式布井方案，井距30m。管井数
2 1440 24．88 o．132 103．15 82．13 量系根据n=1．1Q／q式进行计算，若单井出水量取
3 2160 24．51 O．m 103．47 83．79 160m3／h，按设计总需水量31680m3／d要求，共需供
水管井9口。
6 回灌井设计
6。l 回灌井结构
河 北 地 质
完整井，井深50m，过滤器长度32m(与含水层
厚度相等)，井径800mm，管径及过滤器直径500mm。
过滤器孔隙率30％，采用钢筋骨架缠丝包网过滤
器，孔壁与过滤器之间填人Q5-IOmm砾石。
6．2 回灌水量保证程度分析
本场区地温中央空调设计地下水抽、回灌水量
为31680m，／d。根据抽水量等于回灌水量地下水位
保持平街的原理，将回灌区映射为一个与供水区等
同的虚构“大井”，按大井法计算原理，预计回灌区回
灌水量为：
Q=·1．366k(h2-H2)·=32017N3／d
式中：K一含水层渗透系数(取回灌试验求得的
渗透系数80．84mid)；
瓦一设计回灌时井中水柱高度(厄="+
S，ii：含水层厚度，S：设计水位上升高
度，取回灌试验水位上升平均值4．04m)：
Ro—影响半径(Ro=异+ro丑=25√DK，
ro=0．29(瘤+凸)d、6为规划回灌井区边
长，分别为120m,60m)。
上述计算结果回灌量为32017m3／d，与抽水供
给量相当，说明31680m3／d的抽水量能通过回灌井
全部得到回灌。从上述回灌水头设计值上看，当回
灌量为32017m3／d时，水位上升高度4．04m(相当于
回灌试验时水位上升的平均高度)，若按回灌试验取
得的结果对回灌水头水位上升值进行修正后，当水
量保持不变，水位上升值仅为(4．04(1—。‘)=
2．46m，)，此水头距地面的距离为4。44m，尚有可供
调解的水头压力空间。
6．3 回灌井数量的确定
(1)单井回灌量及总回灌井数按下式确定：
g’=W·山·"
=10．37x4．04x32
=1340m3／d
8，二1．1口’／g’
—l±生丝毁
一 1340
=26(口)
2009年第l期
lt，一单位吸水量平均值(0．12L／s．m)；
山一稳定压力水头上升高度(4．04m)；
D．—含水层厚度(32m)；
D。—设计回灌井数量；
Q-—设计回灌水量(31680b3／d)。
(2)回淮井与抽水井数量比例系数的确定
根据抽
水量等于回灌
量地下水位保持不变的平
街原理，抽水井和回灌井数量若分别按#=I．1Q／q
和椎，=I．1Q，lq'式确定。由于抽水量等于回灌量，
即Q=r，回灌井和抽水井数量存在下列关系：
D-=8争
式中：D-一设计回灌井数量(口)；
n一设计供水井数量(口)；
窖一设计单井抽水量(nf／d)；
旷—设计单井回灌水量(m3／d)。
将供水井数量9口，单井设计抽水量3840m3／d
和单井回灌量1340m3／d代人上式，求得回灌井数量
与抽水井数量之比力2．86：1，即本区回灌井与抽水
井的比例近似为3：l。
结论
本文以稳定流理论为基础，根据现场的抽、回灌
水试验成果对地温中央空调循环系统所需的供水井
和回灌井进行了设计。由于此类地下水循环系人为
所致，造成抽水井水位下降值与回灌井的水位上升
值互相影响，目前对此类地下水循环模式尚没有统
一的计算方法，本文仅从施工“实录”的角度出发，对
此类工程的一些试验方法和设计思路进行了初步的
探讨，试验中的一些方法只是粗浅的认识，还需要在
今后的工作中加以补充完善。
参 考 文 献
[11(水文地质计算'．苏联伊·阿·旌克巴拉诺维奇著·煤炭工业出版
河 北 地 质 2009午第1期
地温中央空调系统提水及回灌井设计方案探讨
赵立杰陈彦群
(东媒沈阳嶎土工程公司沈阳llOOJS)
摘 要 为节能、降抵消耗，减少废弃物撑放；利用地下水水源的水沮潜能作力地沮空调系统的冷、热源，以实
瑰为建筑物制冷和供热目的提供技术参数依据。因此本文通过抽水及回灌试验所获成果计算含水层的渗透系数及
目液渗透系数，从而使中央空洞井的设计合理，并求得最佳抽。液井数量比及合理布井方案。
关键词 地沮中央空词 抽水井 回浪井 抽(淮)井数量比
l 前言
汇宝商业广场位于沈阳市府广场北侧，总建筑
面积23．45万m2，为节约能源有利于环保，规划10
万mI建筑面积釆用地温中央空谓系统进行取暖(制
冷)，需水量约31680nf／d。所谓地沮中央空调系统
就是施工专门的取水井，将地下水从井中抽出，通过
热泵将水送入用户散热(冷)器后，再将水回灌到地
下含水层中的人工水循环装置。利用这种装置可以
达到冬季取暖，夏季制冷的目的。目前国内对此类
工程中的水井设计还没有一个统一的标准，各施工
设计部门做法不一。本文通过此项目的施工，对抽
水井、回灌井配比数量的设计提供点滴看法，供同类
工程参考。
2水文地质条件
本区在地貌单元上属于浑河冲积阶地，地势平
坦，第四系地层厚70m左右，其下为第三系砂砾岩，
基底为前震旦系花岗片麻岩。第四系孔隙潜水含水
层发育，从上到下富水性相差较大。上部含水层主
要岩性为砾砂、圆砾及租砂间夹薄层中砂透镜体，底
板埋深40m左右，厚度32。Om。据抽水试验成果，渗
透系数103．20m／d，单位涌水量26．04T／s．m，为强富
水性含水层。下部为泥砾及粘土层，据区域地质资
料，该层属于QI—Q2时期的沉积物，胶结紧密，含水
量很小，单位涌水量小于0．16T／s．m。52m以下为
粘土层至70m见基岩风化壳。本次抽水及回灌试
验均在上部含水层中进行。
本区地下水的主要补给来源为大气降水、地下
迳流及河、湖、渠的渗透补给，排泄以地下迳流及人
工开采为主，补、迳、撐通畅。地下水位年变幅l。5m
左右，勘察期间地下水位埋深6．90m，水温13．5t。
3 抽水及回灌试验
3．1 工程量
为查明场区的水文地质条件在场区内布置水文
地质勘探线一条，设抽水井、回灌井各1个，观测孔
2个，详见抽水井及回灌井布置示意田，抽水井及回
灌井结构详见表l。
抽水井及回灌井抽水示意田
3．2 抽、回灌水试验
抽、灌水试验按三次水位降深(上升)进行。每
次水位降深(上升)稳定时间都大于8小时。
当第一
次降深完
成并稳定8小时后直接转入回灌试验(所
谓回灌试验就是将抽水井抽出的水通过回灌井再送
回至含水层中去的一种方法，简称回灌试验)，当水
① 牧稿日期：2m6—o]—(~；#tt'J'BllJ：m9—01—；J；Jll4t：张淑云
作者简介；赵立杰(1962—)，男，高级工程师，主要从事水文地质工程地质工作。
监鹄丽：：…—下厂寸巡回七『飞丽面晅 纵，Q
2009半第l期
赵立杰等：地温中央空调系统提水及曰灌井设计方案探讨
位上升达到稳定后再进行下一段降深，然后再抽水 水井，抽水，利用回灌井2回灌，同时观测观，孔和
再回灌，依次类推，直至完成三次降深和回灌试验。 N-孔水位。回灌试验采用自然回灌水头压力。由
待第三次回灌水位达到稳定后再进行恢复水位，直 于场地限制抽水井与回灌井的距离仅为90m，大体
到试验全部结束。抽水试验是利用抽水井。抽水， 同未来场区地温中央空调系统供水管井和回灌井规
同时观测观：和观2孔水位。回灌水试验是利用抽 划的距离相当。抽水、回灌水试验成果详见表2。
表' 抽水井、圉灌井结构设计一览表
井类别
800 400
800 400
钢板卷制．壁厚8m．
垫筋．缠丝，包网
钢筋骨架缠丝包网
主筋为'41P16
30％
观测孔观：。n- 笋 200 108 塑料管凿眼包网 巧％
8，52m
长44m
4140m
长36m
10-25m
长ISm
上部5恸稀泥浆，5m
以下水钻进
清水钻进
清水钻进
表2抽t日灌水试验成果表 的公式对其影响进行修正。本此水文地质参数计算
是根据地下水的平街原理认为当抽、灌水位及流量
：妾 二石泵磬竽艺±l-i；…、头凑苎当产旦主— 达到相对稳定后(抽水量等于回灌量)，其观测孔总
水位上升值应等于回灌水位上升值与抽水井抽水对
2 1440 0．67 O．10 0．06 3．98 0．5 0．~ 该点产生的相应水位下降值之和而进行的水文地质
3 2160 1．OR 0．21 O．15 ．5．$3 o．13 0．38 参数近似计算。
本次仅从施工“实录”的角度出发，对表2回灌
井水位上升值进行修正后(见表3其修正值实为回
／l 水文地质参数计算 灌水位上升值与相应抽水时段的水位降深值的叠加
由于回灌试验是在抽水井和回灌井水位及流量 值)，采用注水试验稳定流计算公式，对回灌渗透系
彼此相互影响下进行的。目前还没有一个比较完整 数进行计算，结果见表4。
表3 目灌水试验观测孔水位上升位修正表
水顾次 晕(n／／d)
1 720 0．03 6。0， 0．04：0．07 57 0．12 0．1
备注：表中修正直系为相应时段水位下降值与水位上升亿之和
。观测与修正位之比力相应时段
水位下降值与修正值之比。
值4端咒銹．14，二监兰鯆： 5供水管井设计要点
此值可视为抽水对回灌水位上升的影响系数(o。)。 根据场区的水文地质条件及环境条件，供水管
表4 抽，囵灌水试验参数计算成果表 井设计为完整井。井深50m，采用钢板卷制缝隙式
抽，目灌 抽。a灌水4Ldbe水量单位吸水量渗进系数回灌渗透 过滤器，井径4mnnn，孔隙率25％。集中布置在场
区的东北角，采用排式布井方案，井距30m。管井数
2 1440 24．88 o．132 103．15 82．13 量系根据n=1．1Q／q式进行计算，若单井出水量取
3 2160 24．51 O．m 103．47 83．79 160m3／h，按设计总需水量31680m3／d要求，共需供
水管井9口。
6 回灌井设计
6。l 回灌井结构
河 北 地 质
完整井，井深50m，过滤器长度32m(与含水层
厚度相等)，井径800mm，管径及过滤器直径500mm。
过滤器孔隙率30％，采用钢筋骨架缠丝包网过滤
器，孔壁与过滤器之间填人Q5-IOmm砾石。
6．2 回灌水量保证程度分析
本场区地温中央空调设计地下水抽、回灌水量
为31680m，／d。根据抽水量等于回灌水量地下水位
保持平街的原理，将回灌区映射为一个与供水区等
同的虚构“大井”，按大井法计算原理，预计回灌区回
灌水量为：
Q=·1．366k(h2-H2)·=32017N3／d
式中：K一含水层渗透系数(取回灌试验求得的
渗透系数80．84mid)；
瓦一设计回灌时井中水柱高度(厄="+
S，ii：含水层厚度，S：设计水位上升高
度，取回灌试验水位上升平均值4．04m)：
Ro—影响半径(Ro=异+ro丑=25√DK，
ro=0．29(瘤+凸)d、6为规划回灌井区边
长，分别为120m,60m)。
上述计算结果回灌量为32017m3／d，与抽水供
给量相当，说明31680m3／d的抽水量能通过回灌井
全部得到回灌。从上述回灌水头设计值上看，当回
灌量为32017m3／d时，水位上升高度4．04m(相当于
回灌试验时水位上升的平均高度)，若按回灌试验取
得的结果对回灌水头水位上升值进行修正后，当水
量保持不变，水位上升值仅为(4．04(1—。‘)=
2．46m，)，此水头距地面的距离为4。44m，尚有可供
调解的水头压力空间。
6．3 回灌井数量的确定
(1)单井回灌量及总回灌井数按下式确定：
g’=W·山·"
=10．37x4．04x32
=1340m3／d
8，二1．1口’／g’
—l±生丝毁
一 1340
=26(口)
2009年第l期
lt，一单位吸水量平均值(0．12L／s．m)；
山一稳定压力水头上升高度(4．04m)；
D．—含水层厚度(32m)；
D。—设计回灌井数量；
Q-—设计回灌水量(31680b3／d)。
(2)回淮井与抽水井数量比例系数的确定
根据抽
水量等于回灌
量地下水位保持不变的平
街原理，抽水井和回灌井数量若分别按#=I．1Q／q
和椎，=I．1Q，lq'式确定。由于抽水量等于回灌量，
即Q=r，回灌井和抽水井数量存在下列关系：
D-=8争
式中：D-一设计回灌井数量(口)；
n一设计供水井数量(口)；
窖一设计单井抽水量(nf／d)；
旷—设计单井回灌水量(m3／d)。
将供水井数量9口，单井设计抽水量3840m3／d
和单井回灌量1340m3／d代人上式，求得回灌井数量
与抽水井数量之比力2．86：1，即本区回灌井与抽水
井的比例近似为3：l。
结论
本文以稳定流理论为基础，根据现场的抽、回灌
水试验成果对地温中央空调循环系统所需的供水井
和回灌井进行了设计。由于此类地下水循环系人为
所致，造成抽水井水位下降值与回灌井的水位上升
值互相影响，目前对此类地下水循环模式尚没有统
一的计算方法，本文仅从施工“实录”的角度出发，对
此类工程的一些试验方法和设计思路进行了初步的
探讨，试验中的一些方法只是粗浅的认识，还需要在
今后的工作中加以补充完善。
参 考 文 献
[11(水文地质计算'．苏联伊·阿·旌克巴拉诺维奇著·煤炭工业出版