適配水資源稅政策下水源式地源熱泵取水回灌系統(tǒng)改造與計(jì)量監(jiān)測(cè)方案研究

摘要

全國(guó)水資源稅常態(tài)化征管落地之后，水源式地源熱泵面臨取水計(jì)量監(jiān)管?chē)?yán)格、含水層回灌量不足產(chǎn)生高額稅費(fèi)、地下水過(guò)量抽取引發(fā)地層沉降三大行業(yè)難題。傳統(tǒng)水源熱泵系統(tǒng)普遍采用粗放式取水方式，缺少高精度取水、回灌雙側(cè)計(jì)量設(shè)備，依靠自然壓差回灌極易出現(xiàn)含水層氣體堵塞、回灌量逐年衰減問(wèn)題，不僅無(wú)法達(dá)到水利部門(mén)等量回灌的硬性監(jiān)管要求，水資源稅繳費(fèi)成本居高不下，還會(huì)造成區(qū)域地下水水位持續(xù)性沉降，引發(fā)地質(zhì)安全隱患。本文結(jié)合各省市水利監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)規(guī)范，針對(duì)在役水源式地源熱泵提出系統(tǒng)性改造方案：采用內(nèi)嵌式大口徑超聲流量計(jì)實(shí)現(xiàn)取水、回灌流量實(shí)時(shí)精準(zhǔn)計(jì)量，設(shè)備數(shù)據(jù)對(duì)接水務(wù)局遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)；增設(shè)加壓強(qiáng)制回灌+含水層排氣裝置，破除氣體堵塞問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)取水與回灌動(dòng)態(tài)等量平衡。改造后系統(tǒng)回灌率穩(wěn)定維持在99%以上，滿(mǎn)足水資源稅征管與地下水生態(tài)保護(hù)雙重要求，項(xiàng)目綜合水資源稅費(fèi)成本下降35%。本文形成的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)量、回灌成套改造方案，可為全國(guó)存量水源式地源熱泵適配水資源監(jiān)管政策提供落地技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：水源式地源熱泵；水資源稅；等量回灌；超聲流量計(jì)量；含水層氣堵；水務(wù)遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)

引言

水源式地源熱泵以地下水作為換熱介質(zhì)，具備換熱效率高、前期埋管土建工程量小的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工商業(yè)園區(qū)、大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目。在水資源稅實(shí)施之前，多數(shù)水源熱泵僅粗略統(tǒng)計(jì)取水量，回灌依靠井內(nèi)動(dòng)水位與地層靜水位的自然壓差被動(dòng)回灌，水利監(jiān)管力度較弱。水資源稅改革之后，各地水務(wù)局明確要求：地下水取水必須精準(zhǔn)計(jì)量、取水水量與回灌水量基本持平，嚴(yán)禁長(zhǎng)期超采地下水；取水計(jì)量數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)接入水務(wù)監(jiān)管云平臺(tái)，對(duì)于回灌不達(dá)標(biāo)、計(jì)量設(shè)備缺失的項(xiàng)目，會(huì)執(zhí)行高額階梯式水資源稅，甚至勒令項(xiàng)目關(guān)停整改。

自然壓差回灌存在固有缺陷：含水層內(nèi)部極易聚集空氣形成氣堵層，阻礙地下水滲入回灌井，回灌量逐年衰減；淺層含水層滲透系數(shù)較低時(shí)，自然壓差不足以克服地層滲流阻力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)等量回灌。同時(shí)傳統(tǒng)機(jī)械式流量計(jì)精度差、故障率高，無(wú)法滿(mǎn)足水務(wù)部門(mén)遠(yuǎn)程在線(xiàn)計(jì)量監(jiān)管的硬性要求?，F(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)缺少一套兼顧高精度計(jì)量、強(qiáng)制回灌破堵、平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的成套改造方案，大量存量水源熱泵面臨合規(guī)性風(fēng)險(xiǎn)。本文針對(duì)以上痛點(diǎn)開(kāi)展系統(tǒng)改造研究，形成標(biāo)準(zhǔn)化改造方案。

1 原有水源熱泵系統(tǒng)現(xiàn)存合規(guī)與技術(shù)問(wèn)題

選取華北某商業(yè)綜合體水源式地源熱泵作為改造研究對(duì)象，原有系統(tǒng)配備機(jī)械式水表計(jì)量取水，回灌依靠井內(nèi)自然壓差，無(wú)回灌流量監(jiān)測(cè)設(shè)備，未接入水務(wù)監(jiān)管平臺(tái)。連續(xù)6個(gè)月運(yùn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)三大問(wèn)題：一是取水計(jì)量精度低，機(jī)械式水表受水流雜質(zhì)干擾，計(jì)量誤差超過(guò)12%，無(wú)法作為水資源稅繳費(fèi)依據(jù)；二是回灌量持續(xù)衰減，含水層氣體堆積形成氣堵，平均回灌率僅76%，每年超采大量地下水，面臨高額階梯水資源稅；三是無(wú)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)功能，水務(wù)部門(mén)需要人員現(xiàn)場(chǎng)抄表，不符合遠(yuǎn)程數(shù)字化監(jiān)管政策要求，存在關(guān)停整改風(fēng)險(xiǎn)；長(zhǎng)期地下水超采已經(jīng)造成區(qū)域地下水位小幅下降，存在地面沉降潛在隱患。

2 成套改造技術(shù)方案設(shè)計(jì)

本次改造分為兩大核心模塊：雙側(cè)高精度在線(xiàn)計(jì)量系統(tǒng)改造、加壓強(qiáng)制回灌+排氣系統(tǒng)改造。

2.1 內(nèi)嵌式超聲流量計(jì)雙側(cè)計(jì)量+水務(wù)平臺(tái)對(duì)接

拆除原有機(jī)械式取水水表，在取水主管、回灌主管分別加裝內(nèi)嵌式大口徑超聲流量計(jì)，流量計(jì)具備4G物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸功能，能夠?qū)崟r(shí)采集瞬時(shí)流量、累計(jì)取水量、累計(jì)回灌水量。流量計(jì)數(shù)據(jù)按照水務(wù)局通信協(xié)議，全天候接入地方水務(wù)水資源遠(yuǎn)程監(jiān)管云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)取水、回灌數(shù)據(jù)透明化監(jiān)管，計(jì)量誤差低于±1.5%，滿(mǎn)足水資源稅計(jì)量法定要求?？刂乒駜?nèi)置水量差值預(yù)警程序，當(dāng)取水量與回灌量差值超過(guò)閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)降低取水負(fù)荷，保證水量動(dòng)態(tài)平衡。

2.2 加壓強(qiáng)制回灌與含水層排氣裝置

在回灌管路增設(shè)變頻加壓回灌泵，根據(jù)含水層滲透系數(shù)、井內(nèi)水位動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)回灌壓力，讓回灌壓力始終略大于地層滲流阻力，克服自然回灌壓差不足的缺陷；在回灌井井口配套自動(dòng)排氣閥，持續(xù)排出進(jìn)入含水層管路內(nèi)的空氣，避免氣體在含水層內(nèi)部堆積形成氣堵層，從根源解決回灌量逐年衰減問(wèn)題。

3 改造后運(yùn)行效果與經(jīng)濟(jì)效益分析

系統(tǒng)改造完成后接入水務(wù)監(jiān)管平臺(tái)連續(xù)運(yùn)行半年，實(shí)測(cè)回灌率穩(wěn)定保持在99.2%~99.7%，基本實(shí)現(xiàn)取水、回灌等量平衡，杜絕地下水超采現(xiàn)象，消除地面沉降地質(zhì)隱患；雙側(cè)超聲流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)被水務(wù)部門(mén)認(rèn)可作為水資源稅繳費(fèi)依據(jù)，不再收取階梯超額稅費(fèi)，項(xiàng)目全年水資源稅費(fèi)總成本相比改造前下降35%。同時(shí)遠(yuǎn)程數(shù)字化計(jì)量免去了水務(wù)人員現(xiàn)場(chǎng)抄表流程，降低了水務(wù)監(jiān)管與企業(yè)運(yùn)維雙方的人工成本。設(shè)備自帶水量差值預(yù)警功能，一旦回灌管路出現(xiàn)堵塞故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警并降低取水負(fù)荷，避免出現(xiàn)突發(fā)性超采問(wèn)題，系統(tǒng)合規(guī)性大幅提升。

4 結(jié)論與行業(yè)改造建議

水資源稅常態(tài)化監(jiān)管背景下，水源式地源熱泵必須完成高精度雙側(cè)在線(xiàn)計(jì)量、強(qiáng)制加壓回灌破除氣堵兩大改造，才能滿(mǎn)足水資源合規(guī)運(yùn)營(yíng)要求。內(nèi)嵌式超聲流量計(jì)適配水務(wù)數(shù)字化監(jiān)管體系，強(qiáng)制回灌+井口排氣裝置可以解決自然回灌帶來(lái)的回灌衰減、含水層氣堵難題，實(shí)現(xiàn)地下水等量采灌平衡，兼顧稅費(fèi)成本控制與地下水資源生態(tài)保護(hù)。

對(duì)于全國(guó)存量水源式地源熱泵改造，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先對(duì)接屬地水務(wù)局明確平臺(tái)通信協(xié)議與計(jì)量設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，選用具備計(jì)量認(rèn)證的物聯(lián)網(wǎng)流量計(jì)；新建水源熱泵項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段就同步規(guī)劃雙側(cè)在線(xiàn)計(jì)量系統(tǒng)與加壓回灌系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目從投運(yùn)之初就符合水資源監(jiān)管政策，規(guī)避后期整改、高額稅費(fèi)甚至關(guān)停的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)水源式地源熱泵行業(yè)規(guī)范化、綠色化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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中深層水熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分類(lèi)關(guān)鍵詞

一、系統(tǒng)整體名稱(chēng)

中深層水熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、地?zé)峋鄥?shù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、地?zé)崃黧w監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、采灌一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、深井地?zé)嶂悄鼙O(jiān)測(cè)平臺(tái)、高溫水熱實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、地?zé)醿?chǔ)層長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、全域地?zé)崴疅岜O(jiān)管系統(tǒng)

二、監(jiān)測(cè)核心參數(shù)

地下水位、動(dòng)水位、靜水位、地層水溫、井筒流體溫度、含水層壓力、流體壓強(qiáng)、流體流量、回灌流量、取水流量、水體礦化度、水體腐蝕速率、含氣量、水體濁度、地?zé)崽荻?、?chǔ)層溫度場(chǎng)、地層熱平衡

三、前端傳感硬件

高溫投入式液位傳感器、耐高溫溫度探頭、高精度壓力變送器、內(nèi)嵌式超聲流量計(jì)、電磁流量?jī)x表、水質(zhì)腐蝕傳感器、井下一體化多參數(shù)探頭、防腐蝕傳感模組、深井微型測(cè)溫傳感器、井筒分布式測(cè)溫光纜

四、井下配套設(shè)備

地?zé)峋Ｗo(hù)套管、耐高溫信號(hào)線(xiàn)纜、井下電視成像設(shè)備、自動(dòng)排線(xiàn)絞車(chē)、深井潛水泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、井內(nèi)除垢監(jiān)測(cè)組件、井筒封堵監(jiān)測(cè)裝置、傳感器井下防護(hù)外殼

五、數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備

RTU采集終端、數(shù)據(jù)采集儀、邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)、4G/5G無(wú)線(xiàn)傳輸模塊、LoRa遠(yuǎn)距離傳輸單元、Modbus通訊模塊、有線(xiàn)485采集模塊、防雷穩(wěn)壓供電模塊、太陽(yáng)能供電終端、井下防爆采集單元

六、軟件平臺(tái)功能

水熱云監(jiān)測(cè)平臺(tái)、地?zé)釘?shù)據(jù)可視化大屏、遠(yuǎn)程在線(xiàn)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與溯源、水位水溫趨勢(shì)分析、熱失衡預(yù)警、回灌異常告警、設(shè)備故障診斷、采灌量統(tǒng)計(jì)、水資源稅計(jì)量統(tǒng)計(jì)、水務(wù)局聯(lián)網(wǎng)對(duì)接、數(shù)字孿生地?zé)峋?、CCER碳數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、智能運(yùn)維調(diào)度系統(tǒng)

七、水文地質(zhì)工況關(guān)鍵詞

承壓含水層、基巖地?zé)醿?chǔ)層、地下水補(bǔ)給、地層滲透系數(shù)、高礦化地?zé)崃黧w、地?zé)崃黧w結(jié)垢、含水層氣堵淤堵、地層沉降、水位衰減、熱堆積效應(yīng)、采灌壓差、儲(chǔ)層地?zé)崃黧w運(yùn)移

八、技術(shù)性能指標(biāo)

耐高溫、高壓承壓、抗腐蝕、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、深井長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)、毫秒級(jí)數(shù)據(jù)采集、全天候在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、傳感器校準(zhǔn)、多測(cè)點(diǎn)同步監(jiān)測(cè)、高低溫自適應(yīng)、抗地層電磁干擾

九、工程應(yīng)用場(chǎng)景

城鎮(zhèn)地?zé)峒泄┡O(jiān)測(cè)、存量地?zé)峋脑毂O(jiān)測(cè)、新建地?zé)峋⒐を?yàn)收監(jiān)測(cè)、全域地?zé)豳Y源管控、地?zé)峄毓嘈ЧO(jiān)測(cè)、地?zé)崽菁?jí)利用配套監(jiān)測(cè)、工業(yè)地?zé)釤嵩幢O(jiān)測(cè)、地?zé)峥叼B(yǎng)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)

十、行業(yè)政策運(yùn)維相關(guān)

地?zé)豳Y源監(jiān)管、地下水取水許可、水資源稅征管、地方地?zé)岜O(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、地?zé)徇\(yùn)維巡檢、傳感器定期標(biāo)定、井下設(shè)備維保、地?zé)醿?chǔ)層長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)、節(jié)能減排監(jiān)測(cè)、地?zé)犴?xiàng)目合規(guī)驗(yàn)收