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鲁中南抗旱找水打井技术方法浅析

更新时间：2020-05-03　点击量：1116

1.本区地质条件

本次抗旱拟打井位置大部分地段位于元古代、中生代侵入岩分布区和胶南群、泰山群变质岩分布区，只有少部分地段位于中生代碎屑岩分布区（俗称“红层”），地势高低起伏，地形地貌以丘陵为主，水文地质条件非常复杂，属于资源性贫水区，给找水定井带来较大的困难。根据实际地质条件，可以将本次找水蓄水构造分为以下两类：即碎屑岩类孔隙裂隙水蓄水构造，变质岩-岩浆岩类裂隙水蓄水构造。

1.1碎屑岩类孔隙裂隙水蓄水构造

工作区白垩系“红层”区的棕红色泥岩、页岩、砂岩、砂砾岩，总体上看含水微弱，但在地形条件有利于汇水，砂砾岩埋藏浅的构造破碎带附近，其富水性较好。寻找“红层”碎屑岩孔隙裂隙水就是寻找靠近断裂的砂砾岩埋藏较浅的构造破碎带，或者寻找碎屑岩孔隙、裂隙的地下水的强径流带附近地段。

莒南县筵宾镇前泉龙抗旱井，编号371327177J。地质条件：该村西侧约5km处为北东向昌邑大店断带裂，东侧3km处为北西走向次级断裂。地表出露地层为白垩系王氏组二段，目的含水层为砾岩、砂岩。砂岩为脆性岩石，我们定井有利地段就是构造裂隙发育附近，或者断裂的影响带，即地下水的强径流带上，其蓄水构造概念模型见图1-1。经过物探资料分析，井位确定在村北方向。

成井情况：该井深度216m，静水位埋深9.6m，降深为60.2m，单井涌水量为240m3/d。

1.2变质岩-岩浆岩类裂隙水蓄水构造

有一定补给来源的地下水再向地势低洼处地下径流时，遇到阻水构造，即地层阻水或者断层阻水，在阻水地层或阻水构造上游附近为地下承压水的滞留带，该地带一般为定井理想地带。

莒南县相邸镇杜家岭抗旱井，编号371327172J。地质条件：根据调查，该村地势较高，地貌类型为丘陵残丘。该村西侧为北东向的压扭性断带裂，断裂西侧为下元古代胶南群大山沟组上段，岩性为二长浅粒岩与黑云二长片麻岩及角闪二长片麻岩互层，偶夹大理岩。断裂东侧为中生代燕山期艾山阶段侵入岩，岩性为石英二长岩，属于地下水贫水区。为解决1720人吃水问题，定井风险极大。经综合分析：村西部地势低洼，南部有一定补给来源（汇水面积），东侧为阻水断裂构造，故在阻水断裂构造上游附近为地下承压水的滞留带，该地带一般为定井理想地带。在该理论指导下故定井于此。其概念模型见图1-2。

成井情况：该井深度150.6m，静水位埋深5.19m，降深为68.6m，涌水量为120m3/d。

1.3找水定井的技术方法

基岩地下水富集一般要具备三个条件：其一是补给面积（地表汇水面积）；其二是导水通道（断裂构造带或裂隙岩溶发育带）；其三是储水空间（裂隙发育的碎屑岩类，如粗砂岩、砂砾岩、砾岩等，岩浆岩类的成岩、裂隙、孔洞等）。具备这三个条件是基岩地下水富集的必要条件，但不是充分条件，要想找到相对丰富的地下水源地，还要充分考虑区域地下水的补给、径流、排泄、蓄积、溢出等关键环节，经综合分析对比，寻找确定有利于地下水富集的基岩蓄水构造的空间展布范围，在基岩蓄水构造空间展布范围内的位置就是将要定井的有利位置。

1.3.1基岩蓄水构造的勘察的技术路线

①在对区域地质、地质构造、水文地质调查与综合分析研究的基础上，重点查明拟定井场区的地质构造条件，地层结构条件，地下水天然露头（泉水出露）情况及已有水井的水位、水温、水质等情况。

②有的放矢的针对贫水地区的白垩系俗称“红层”，粗砂岩及砾岩，进行水文物探工作，探测砂砾岩含水层顶板埋藏起伏及断裂构造发育情况等。

③通过野外水文地质调查、水文物探等工作，结合贫水地区已有的找水工作经验，进行综合分析对比，并研究贫水区区域地下水的温度场、水文地球化学场、地下水的动力流场等微观变化，找出地下水补给来源、径流途径、蓄积部位、排泄方式（泉排泄、暗河排泄、潜流排泄等）等。

④ 建立基岩蓄水构造概念模型，初步分析确定地下水赋存的基本规律。推测含水层埋深，确定井深，评估打井施工风险，估算单井涌水量等。写出探采结合井井位专家论证意见报告。

⑤ 论证报告通过邀请相关找水专家评审认为工作区确实具备施工探采结合井的可行性，并由专家现场确定施工井井位，方可进行探采结合井施工。

1.3.2基岩蓄水构造的取水设计

碎屑岩类孔隙裂隙水蓄水构造取水设计：

目标含水层为断裂构造的影响带附近的砂岩、砾岩，或者地下水强径流带附近的砂砾岩。宜井类型为钻孔。宜井深度一般为200-300m。

变质岩、岩浆岩类裂隙水蓄水构造取水设计：

目标含水层为断裂构造的影响带及风化带。宜井类型为钻孔或大口井。宜井深：大口井深度一般为20-50m，钻孔深度一般100-200m。

2.本次工作发现的相对富水地段

通过本次抗旱钻探成井、抽水试验，综合分析研究认为：发现莒南县存现两处地下水相对富水地段，分别为小官庄～石莲子富水地段和山底～河西富水地段，现叙述如下：

3.1 小官庄～石莲子富水地段

该富水地段位于汀水镇的小官庄～石莲子镇，呈近南北向的不规则椭圆状，面积约0.7km2，该地段整体地势平坦，微向南倾斜。该区有近南北向断裂通过，断裂西侧，出露地层为元古代胶南群角闪片麻岩，受断裂构造影响，200m以浅裂隙较发育，风化孔隙及构造裂隙为地下水运移提供了空间，风化带及构造裂隙带为地下水的含水层。如石莲子抗旱井，编号371327176J，深度为183m，静水位埋深6.59m，水位降深为49.1m，单井涌水量为240m3/d，地下水水化学类型为HCO3-－Ca·Mg型水，H2SiO3含量为40.56mg/l，矿化度为0.37mg/l,水质达到饮用矿泉水国家标准。断裂带东侧，地表出露地层为白垩系，岩性为砂岩、砾岩及泥岩，白垩系以下为埋藏型奥陶系灰岩，受断裂带的影响，岩溶地下水经过深循环后由北向南方向径流，断裂东侧150m宽度范围内为岩溶地下水的相对富水区，灰岩顶板一般埋藏于300-500m。如汀水镇小官庄地震观测井，编号鲁14＃，奥灰顶板埋深270m，静水位高处地面6m。

3.2山底～河西富水地段

该富水地段位于莒南县坪上镇（现称临沂市临港区）的山底村～河西村（朱芦镇），呈近东西向的不规则体，面积约17.3km2，该地段北部高南部低，主要为山间洼地两侧地段。该区南部有近东西向断裂通过，该断裂为一阻水构造，断裂北部地势较高，有较大范围的汇水面积，受阻水断裂的阻挡，在断裂北部形成相对富水地段。该富水地段出露为燕山期斑状中粒角闪石英二长岩。受断裂构造影响，200m以浅裂隙较发育，风化孔隙及构造裂隙为地下水运移提供了空间，风化带及构造裂隙带为地下水的含水层。如山底抗旱井，编号371327191J，深度为100m，静水位埋深6.59m，水位降深为49.1m，单井涌水量为240m3/d，地下水水化学类型为HCO3-－Ca·Mg型水，H2SiO3含量为40.56mg/l，矿化度为0.37mg/l,水质达到饮用矿泉水国家标准。如河西抗旱井，编号371327193J，深度为183m，静水位埋深6.59m，水位降深为49.1m，单井涌水量为240m3/d，地下水水化学类型为HCO3-－Ca·Mg型水，H2SiO3含量为40.56mg/l，矿化度为0.37mg/l,水质达到饮用矿泉水国家标准。

TD-016C型 RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统

产品关键词：地源热泵测温，地埋管测温

此款系统专门为地源热泵生产企业，新能源技术安装公司，地热井钻探公司以及节能环保产业等单位设计，通过连接我司单总线地热电缆，以及单通道或多通道485接口采集器，可对接到贵司单位的软件系统。欢迎各类单位以及经销商详询！此款设备支持贴牌，具体价格按量定制。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统【产品介绍】

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇,对建筑物进行供热和供冷.在埋地管换热器设计中,土壤的导热系数是很重要的参数.而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长,测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的测温电缆设计方法，单总线测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

采集服务器通过总线将现场与温度采集模块相连，温度采集模块通过单总线将各温度传感器采集到的数据发到总线上。每个采集模块可以连接内置1-60个温度传感器的测温电缆相连。本方案可以对大型试验场进行温度实时监测，支持180口井或测温电缆及1500点以上的观测井温度在线监测。

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统：

1. 地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2. U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究，埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

竖直地埋管地源热泵温度测量系统，主要是一套*基于现场总线和数字传感器技术的在线监测及分析系统。它能有对地源热泵换热井进行实时温度监测并保存数据，为优化地源热泵设计、探讨地源热泵的可持续运行具有参考价值。

二、RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统本系统的重要特点：

１．结构简单，一根总线可以挂接1-60根传感器，总线采用三线制，所有的传感器就灯泡一样，可以直接挂在总线上．

２．总线距离长．采用强驱动模块，普通线，可以轻松测量500米深井.

３．的深井土壤检测传感器，防护等级达到ＩＰ６８，可耐压力高达5Mpa.

４．定制的防水抗拉电缆，增强了系统的稳定性和可靠特点总结：高性价格比，根据不同的需求，比你想象的*．

针对U型管口径小的问题，本系统是传统铂电阻测温系统理想的替代品. 可应用于：

１.地埋管回填材料与地源热泵地下温度场的测试分析

2.U型垂直埋管换热器管群间热干扰的研究

3. U型管地源热泵系统性能及地下温度场的研究

4. 地源热泵地埋管的传热性能实验研究

5. 地源热泵地埋管换热器传热研究

6. 埋地换热器含水层内传热的数值模拟与实验研究。

本系统技术参数：支持传感器：18B20高精度深井水温数字传感器，测井深：1000米，传感器耐压能力：5Mpa ,配置设备：远距离温度采集模块＋测井电缆＋传感器，

RS485竖直地埋管地源热泵温度监测系统系统功能：

1、温度在线监测

2、报警功能

3、数据存储

4、定时保存设置

5、历史数据报表打印

6、历史曲线查询等功能。

【技术参数】

1、温度测量范围：-10℃ ～ +100℃

2、温度精度：正负0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采样点数：小于128

5、巡检周期：小于3s（可设置）

6、传输技术： RS485、RF(射频技术)、GPRS

7、测点线长：小于350米

8、供电方式： AC220V /内置锂电池可供电1-3年

9、工作温度： -30℃ ～ +80℃

10、工作湿度：小于90%RH

11、电缆防护等级：IP66

使用注意事项：

防水感温电缆经测试与检测，具备一定的防水和耐水压能力，使用时，请按以下方法操作与使用：
1．使用时，建议将感温电缆置于U形管内以方便后期维护。
若置与U形管外，请小心操作，做好电缆防护，防止在安装过程中电缆被划伤，以保持电缆的耐水压能力和使用寿命。
2. 电缆中不锈钢体为传感器所在位置，因温度为缓慢变化量，正常使用时，请等待测物热平衡后再进行测量。
3. 电缆采用三线制总线方式，红色为电源正，建议电源为3-5V DC，黑色为电源负，兰色为信号线。请严格按照此说明接线操作。
4. 系统理论上支持180个节点，实际使用应该限制在150个节点以内。
5.系统具备一定的纠错能力，但总线不能短路。
6. 系统供电，当总线距离在200米以内，则可以采用DC9V给现场模块供电，当距离在500米之内，可以采用DC12V给系统供电。

【北京鸿鸥成运仪器设备有限公司提供定制各个领域用的测温线缆产品介绍】

由北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出的地源热泵温度场测控系统，硬件采取*ARM技术；上位机软件使用编程语言技术设计，富有人性、直观明了；测温传感器直接封装在电缆内部，根据客户距离进行封装。目前该系统广泛应用于地源热泵地埋管、地源热泵温度场检测、地源热泵地埋换热井、地源热泵竖井及地源热泵温度场系统进行地温监测，本系统的可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

地源热泵诊断中土壤温度的监测方法：
　　为了实现地源热泵系统的诊断，必须首先制定保证系统正常运行的合理的标准。在系统的设计阶段，地下土壤温度的初始值是一个重要的依据参数，它也是在系统运行过程中可能产生变化的参数。如果在一个或几个空调采暖周期（一般一个空调采暖周期为1年）后，系统的取热和放热严重不平衡，则这个初始温度会有较大的变化，将会大大降低系统的运行效率。所以设计选用土壤温度变化曲线作为诊断系统是否正常的标准。
　　首先对地源热泵系统所控制的建筑物进行全年动态能耗分析，即输入建筑物的条件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、围护结构材料和房间功能等条件，计算出该区域全年供暖、制冷的负荷，我们根据该负荷，选择合适的系统配置，即地埋管数量以及必要的辅助冷热源，并动态模拟计算地源热泵植筋加固系统运行过程中土壤温度的变化情况，得到初始土壤温度标准曲线。采用满足土壤温度基本平衡要求的运行方案运行，同时系统实时监测土壤温度变化情况，即依靠埋置在地下的测温传感器监测土壤的温度，并且将测得的温度传递给地源热泵系统。

浅层地温能监测系统概况：

地源热泵空调系统利用土壤作为埋地管换热器的热源或热汇，对建筑物进行供热和供冷，在埋地管换热器设计中，土壤的导热系数是很重要的参数，而对地温进行长期可靠的监测显得特别重要。在现场实测土壤导热系数时测试时间要足够长，测试时工况稳定后的流体进出口及不同深度的温度会影响测试结果的准确性。因此地源热泵地埋测温电缆的设计显得尤其重点。较传统的地源热泵测温电缆设计方法，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的数字总线式测温电缆因为接线方便、精度高且不受环境影响、性价比高等优点，目前已广泛应用于地埋管及地源热泵系统进行地温监测，因可靠性和稳定性在诸多工程中已得到了验证并取得了较好的口啤。

为方便研究土壤、水质等环境对空调换热井能效等方面的可靠研究或温度测量，目前地源热泵地埋管测温电缆对于地埋换热井，有口径小，深度较深等特点的测温方式,如果测量地下120米的地源热泵井，要放12路线PT100传感器。12根测温线缆若平均放置，即10米放一个探头，则所需线材要1500米，在井上需配置一个至少12通道的巡检仪，若需接入电脑进行温度实时记录，该巡检仪要有RS232或RS485功能,根据以上成本估计，这口井进行地热测温至少成本在8000元，虽然选择高精度的PT100可提高系统的测温精度，但对模拟量数据采集，提供精度的有效办法是提供仪器的AD转换器的位数，即提供巡检仪的测量精度，若能够在长距离测温的条件下进行多点测温，能够做到0.5度的精度，则是非常不容易。针对这一需求，北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出“数字总线式地源热泵地埋管测温电缆”及相应系统。矿井深部地温监测，地源热泵温度监测研究，地源热泵温度测量系统，浅层地热测温系统。

地源热泵数字总线测温线缆与传统测温电缆对比分析：
传统的温度检测以热敏电阻、PT100或PT1000作为温度敏感元件，因其是模拟量，要对温度进行采集，若需较高精度，需要选择12位或以上的AD转换及信号处理电路，近距离时，其精度及可靠性受环境影响不大，但当大于30米距离传输时，宜采用三线制测方式，并需定期对温度进行校正。当进行多点采集时，需每个测温点放置一根电缆，因电阻作为模拟量及相互之间的干扰，其温度测量的准确度、系统的精度差，会受环境及时间的影响较大。模块量传感器在工作过程中都是以模拟信号的形式存在，而检测的环境往往存在电场、磁场等不确定因素，这些因素会对电信号产生较大的干扰，从而影响传感器实际的测量精度和系统的稳定性，每年需要进行校准，因而它们的使用有很大的局限性。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司研发的总线式数字温度传感器，具有防水、防腐蚀、抗拉、耐磨的特性，总线式数字温度传感器采用测温芯片作为感应元件，感应元件位于传感器头部，传感器的精度和稳定性决定于美国进口测温芯片的特性及精度级别，无需校正，因数据传输采用总线方式，总线电缆或传感器外径可做得很小，直径不大于12mm,且线路长短不会对传感器精度造成任何影响。这是传统热电阻测温系统*的优势。所以数字总线式测温电缆是地源热泵地埋管管测温、地温能深井和地层温度监测理想的设备。数字总线式数据传感器本身自带12位高精度数据转换器和现场总线管理器，直接将温度数据转换成适合远距离传输的数字信号，而每个传感器本身都有唯的识别ID，所以很多传感器可以直接挂接在总线上，从而实现一根电缆检测很多温度点的功能。

地源热泵大数据监控平台建设

一、系统介绍

1、建设自动监测监测平台，可监测大楼内室内温度；热泵机组空调侧和地源侧温度、

压力、流量；系统空调侧和地源侧温度、压力、流量；热泵机组和水泵的电压、电流、功率、

电量等参数；地温场的变化等，实现热泵机组运行情况 24 小时实时监测，异常情况预

警，做到真正的无人值守。可对热泵系统的长期运行稳定性、系统对地温场的影响以及能效

比等进行综合的科学评价，为进一步示范推广与系统优化的工作提供数据指导依据。

具体测量要求如下：

1）各热泵机组实时运行情况；

2）室内温度监测数据及变化曲线；

3）室外环境温度数据及变化曲线；

4）机房内空调侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

5）机房内地埋管侧出回水温度、压力、流量等监测数据及变化曲线；

6）机房内用电设备的电流、电压、功率、电能等监测数据及变化曲线；

7）地温场内不同深度的地温监测数据及变化曲线；

8）能耗综合分析、系统 COP 分析以及系统节能量的评价分析。

2、自动监测平台建成以后可以对已经安装自动监测设备的地热井实施自动监测的数据分

析展示，可实现地热井和回灌井的水位、水温、流量实施传输分析，并可实现数据异常情况预

警，做到实时监管，有地热井运行的稳定性。

1）开采水量及回水水量的流量监测及变化曲线；

2）开采水温及回水水温的温度监测及变化曲线；

3）开采井井内水位监测及变化曲线；

鲁中南抗旱找水打井技术方法浅析

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