地表水水源热泵取水可行性与可靠性分析

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摘要：针对永康市王力大酒店地表水水源热泵项目，通过调查分析取水水源地--南溪的区域水资源状况，进行取水保证率计算、水质检测结果评价及水温分析，综合评价王力大酒店水源热泵取水水量、水位、水质、水质等指标是否满足要求，得出取水是否可行及可靠的结论，同时为合理取水和运营提出建议。

关键词：水源热泵；取水保证率；取水水源地水质；水温；可行性与可靠性分析

中图分类号： TH3 文献标识码： A 文章编号：

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1前言

水源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的空调技术，具有高效环保、节水省地、运行稳定、维护方便等优点。永康王力大酒店位于永康市望春桥头，作为一家具有地标性质的豪华五星级酒店，也是该地区首家实施地表水水源热泵项目的单位。该项目直接取用南溪地表水源，设计日平均取水量9140m3，最大日取水量为2.11万m3，年平均取水量为333万m3。

2地表水水源热泵的水源要求

建设项目的取水作为水源热泵的冷热源载体，其水量、水位、水质、水温是关键的指标，直接关系到机组工况的设计和运行能效的变化[1]。针对王力大酒店项目，具体要求为：取水保证率达到95%，每日取水；对原水水质无特别要求；水温一般要求为夏季不超过32℃，冬季不低于7℃。

3区域水资源状况分析

（1）水文概况

永康王力大酒店工程地址处于南溪和华溪环抱之中，属钱塘江水系永康江流域。建设项目取水口即位于南溪望春坝上游75m，为望春坝淹没区。取水口以上流域集雨面积573km2。

（2）依据的资料与方法

由于南溪上无流量站点，本文采用水文比拟法，直接应用下游武义县境内莲塘口水文站水文资料推算取水口处径流量。

（3）取水口上游来水量计算

①年径流量计算

采用1957～2003年莲塘口水文站实测流量资料系列，经分析计算，取水口多年平均径流量为4.26亿m3。采用PⅢ型频率曲线，取Cv=0.35，Cs=2Cv，计算得P=95%时年径流量为2.14亿m3。

②日保证流量计算

经计算，取水口处多年平均日径流量120万m3。采用PⅢ型频率曲线，取Cv=0.6，Cs=2Cv，计算得P=95%时日径流量21.6万m3。

③典型年分析

从企业运营角度而言，如果正好遇上大旱年份，取水不足将使企业运营造成极大损失，因此从典型干旱年情况对项目取水作分析[2]。根据现有47年实测流量资料统计，1979年径流量1.03亿m3，为历年最小值，相当于99%以上保证率的典型大旱年份。1979年95%保证率的日平均流量相应为最大345天日平均流量，经分析知Q345=0.077m3/s，合日径流量6650m3。

（4）其他用水量

①生态用水量

生态用水量的估算采用近10年平均最枯月流量法，且仅考虑11～2月枯水期生态环境需水量。经计算，生态用水多年平均需水量0.27亿m3，95%保证率日径流量为3.2万m3。

②汛期难以控制利用的洪水量

根据《永康市水资源综合规划》，永康市降雨、径流相对集中在3～9月，多年平均下泄洪水量约为天然径流量的50%。按此计算，多年平均下泄洪水量2.13亿m3, 95%保证率年下泄洪水量1.07亿m3。

③工程取水量

根据永康市水务部门备案统计及现状调查，永康市域范围内本项目取水断面上游仅有东城街道黄棠村电灌站取水，最大日取水量1.2万m3,多年平均取水量约40万m3,90%保证率年取水量约为60万m3。

此外，根据《永康市水资源综合规划》，规划编制年条件下中期水平年（2010～2020年）计划新建南溪取水工程，日平均取水0.5万m3，合年取水量182万m3。

4取水可行性分析

（1）水量分析

根据上述分析，计算多年平均可供水量=多年平均年径流量为4.26亿m3-生态用水量0.27亿m3-汛期难以控制利用的洪水量2.13亿m3-黄棠电灌站取水量40万m3-高镇水厂取水量182万m3=1.84亿m3。

同上计算，取水口断面95%保证率年可供水量0.78亿m3。多年平均日可供水量40.7万m3，95%保证率日可供水量16.7万m3（不考虑下泄水量）。

一旦发生如1979年这样的大旱年，95%保证率的日径流来水量为6650m3，扣除生态用水量1000m3，加上电灌站取水量1.2万m3及水厂取水量0.5万m3，典型年95%保证率下几乎无有效径流量。

（2）水位分析

取水口设置在望春坝上游75m、南溪右岸，经实地查勘，该地段河床稳定，河道较平缓。望春坝长144m，坝体高3.2m，坝底高程81.2m（85高程，下同），坝前常年平均水深一般为2～3米，正常水位蓄水量84.5万m3，取水口处相应95%保证率水深约为1.5m。望春坝拦蓄江水调节水位的作用，保证了建设项目一般情况下都能取到所需用水。

（3）水质分析

建设项目取水水源地为南溪，根据近三年的《金华市水资源公报》水质评价，南溪水质以Ⅲ类为主，近三年汛期水质类别基本为Ⅲ类，非汛期为Ⅲ～Ⅳ类，水体轻微污染，主要影响指标为总磷、溶解氧和五日生化需氧量等。为进一步了解建设项目取水水源地水质，对取水口水质抽样检测，监测项目为地表水环境质量标准所列各项指标项目，水质评价采用单因子评价方法[3]。

监测结果表明取水源地水质为Ⅲ类，满足一般工业用水标准要求。取水口上游永康市行政中心附近有一城市排污口，因相距不远，枯水期上游来水较少时，对取水口水质有一定影响，而建设项目对水质没有特别要求，所用设备为污水型水源热泵，有自动净化功能。

（4）水温分析

金华市水文站自1996年起对南溪水质进行监测，但每月一天的水温数据不具有较好的代表性。考虑到兰溪水文站有长系列兰江逐日水温资料系列，且同属于钱塘江流域，分析两者水温相关关系，相关系数为0.985，因此我们认为南溪逐日水温可以根据兰江历史资料推求。

根据1960年至2009年48年的监测数据（其中1971～1972年因建设停测），南溪多年平均年平均水温19.9℃，年平均水温十分稳定,偏差1℃以内，多年平均年最高水温33.3℃，历年最高35.9℃；多年平均年最低水温6.0℃，历年最低2.4℃。此外，南溪水温监测点是靠近岸边的浅层水体，而水温随水深层次不同有一定的变化，夏季深层水水温比浅层水低，冬季则相反，其变化规律有利于项目水温要求[4]。

5结论和建议

（1）项目年平均取水规模仅占取水口断面多年平均可供水量的1.81%，占95%保证率年可供水量的4.27%，年取水量可靠。取水口最大日取水量分别占多年平均日平均可供水量和95%保证率日可供水量的5.18%和12.6%，95%保证率日取水量也是可靠的。

（2）一旦遇上典型大旱年（如1979年），95%保证率在上游电灌站和水厂取水的情况下，取水口处无有效径流量，但由于望春坝的拦蓄作用，取水口具有足够的水深和存量水源，且项目取水基本无水量损耗及水质变化，排水口同样位于望春坝前，水量可重复利用，取水仍然可靠。

（3）从水源地水质分析结果看，原水水质总体为Ⅲ类水标准，经净化设备处理后符合水源热泵机组用水要求，可以供给空调系统运行。原水可以用作环境用水，但不宜直接用作生活用水，特别是不可误为饮用水，必须严格用水管理。

（4）从水源地水温分析结果看，夏季6～9月份平均水温25.8～30.1℃，冬季12～3月份平均水温9.4～13.6℃，可以满足夏季低于32℃，冬季高于7℃的水源热泵设计能效工况的要求。但是大部分年份都有几天水温超出设计范围，因此这些天的水源热泵运行工况难以控制，运行能效比较差，需要考虑备用热源塔。

（5）望春坝主体为橡胶材质，每年需1～2次放空检修，为保证运行时江底的杂质不进入取水口，尽量减少取水口对江体的影响，并保证塌坝情况下能取到水，建议取水口高程低于坝底高程81.2m，高于河床0.5～0.8m，同时设置上中下三个进水口，以便根据水位变化及水温情况取不同层次的江水。

参考文献

[1]李伟晶，杨天宇．水源热泵地温空调项目取水水源论证[J]．农业与技术2010(6)：21-22．

[2]崔海成．地表水水源热泵系统在工程中的应用[J]．工程建设与设计，2008(4)：3-5．

[3]国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局．GB 3838-2002地表水环境质量标准[S]．北京：中国环境科学出版社，2011．

[4]王二英，刘伟．水源热泵建设项目水资源论证中有关问题的探讨[J]．南水北调与水利科技，2006(5)：56-58．

作者简介：朱琦（1985—），男，江苏宜兴人，大学本科，助理工程师，主要从事建设项目水资源论证、水文水资源调查评价等工作。