地下水源热泵技术作为一项低温地热资源可持续利用的技术方法,近年来已得到广泛应用。本文从地下水渗流和热运移基础理论入手,应用HST3D有限差分模拟软件,建立了郑州市典型浅层地下水流与热运移耦合数学模型,并进行了场景模拟研究,着重探讨了含水层水文地质条件、生产井结构与布局以及地下水抽灌量等因素对地下水温度场的影响。其中抽灌井间距离、异层回灌方式以及抽灌量是影响地温场变化的最主要因素。在阐明郑州市浅层地热能利用的地质条件的基础上,建立了郑州市儿童医院地下水源热泵工程三维水热耦合模型,利用水位和水温观测资料校正了模型的水文地质参数,并在此基础上以2008年为现状年预测了未来5年系统运行对其地下水温度场产生的影响。模拟结果表明:所建立的模型能较好地刻画研究区的水文地质条件和岩层的热物理特征;含水层中温度变化较为显著,含水层渗透性越好,温度锋面的运移速度越快,温度影响半径越大;相对而言,粘土层中温度变幅较小,温度变化存在明显的滞后现象;按照现状强度进行地下含水层采能,抽水井温度在未来5年呈微弱上升趋势;在该工程实际区域流场存在的条件下,采用交替抽灌模式对提高热泵系统的功效并不明显,但增大井间距能达到提高系统功效的目的。上述研究结果为该工程的科学管理提供依据。采用层次分析法和空间分析软件进行了郑州市地下水源热泵系统适宜性评价,共分为不适宜、一般适宜、较适宜和适宜4个分区。其分区的规律主要受到含水层富水性和含水层岩性的影响,其中适宜区、较适宜区和一般适宜区的面积分别为5.397×10⁷m²、4.996×10⁸m²、4.150×10⁸m²。基于水源热泵系统适宜性评价,利用数值模拟方法确定了不同适宜性分区上水源热泵对井系统的最佳井间距;采用热储法和水量折算法评价了郑州市浅层地热能的储存资源量和针对水源热泵系统的可利用资源量。郑州市200m埋深以浅的浅层地热能储存资源量为3.5072×10¹⁵kJ;以冬夏各提取5度温差,系统冬夏各运行120天计算,水源热泵应用适宜区内浅层地热能的可利用资源量为2.1165×10¹⁴kJ。