青海多巴訓練基地淺層地溫能適宜性分區研究

王 輝 馬福興 王萬慶 趙愛玲

(1.青海省水文地質工程地質環境地質調查院，青海 西寧 810000; 2.青海省水文地質及地熱地質重點實驗室，青海 西寧 810000; 3.青海省第四地質礦產勘察院，青海 西寧 810000)

青海多巴訓練基地淺層地溫能適宜性分區研究

王 輝1，2馬福興1，2王萬慶3趙愛玲1，2

(1.青海省水文地質工程地質環境地質調查院，青海 西寧 810000; 2.青海省水文地質及地熱地質重點實驗室，青海 西寧 810000; 3.青海省第四地質礦產勘察院，青海 西寧 810000)

通過實施水文地質鉆探及抽水、回灌試驗等，分析了區內含水層結構、含水層類型及埋藏條件，獲得了水文地質參數、單井回灌量及相應的水位上升值等資料，為多巴國家高原體育訓練基地進行地下水源地源熱泵系統工程提供依據，同時，也為后期進行地下水源地源熱泵系統工程設計提供參數。

水文地質，淺層地溫能，訓練基地，地下水

1 研究區概況

青海多巴國家高原體育訓練基地位于青海省西寧市湟中縣多巴鎮西南2 km的大墩嶺(象山)腳下，距省會西寧市22 km，地理坐標北緯36°39′44″，東經101°30′16″，占地面積2 645畝。區內交通方便，109國道和西湟高速公路從多巴國家高原體育訓練基地南側經過。

2 研究區地質背景

研究區內地層有古近系(Exn)和全新統(Q4)：

古近系(Exn)：在青海多巴國家高原體育訓練基地內未有出露，下伏于全新統砂卵礫石層之下。31.0 m～36.0 m為淺棕紅色泥巖，36.0 m～50.0 m為淺棕紅色～肉紅色泥質砂礫巖，呈膠結狀。

全新統(Q4)：分布于青海多巴國家高原體育訓練基地所在河谷區。表層為亞砂土，厚度自南向北逐漸變厚，為4.5 m～6.5 m。下層為砂卵礫石和泥質砂卵礫石，厚度自南向北逐漸變薄，為7.0 m～18.5 m。

3 研究區水文地質條件

1)河谷潛水的賦存條件與分布規律。河谷區第四系沖積砂卵礫石層是地下水賦存和運移的主要空間場所，是一個具有連續自由水面的潛水含水層。由湟水河至山前，地下水水位埋深逐漸變深，含水層厚度逐漸變薄。據本次施工的水文地質勘探孔資料，水位埋深13.735 m～17.205 m，含水層厚度13.795 m～17.625 m。

2)河谷潛水的富水性。區內河谷潛水水位埋深13.735 m～17.205 m，含水層為泥質砂礫卵石，厚度由山前至湟水河逐漸變厚，厚度為13.795 m～17.625 m，滲透系數146.901 m/d～165.766 m/d，計算涌水量為1 649.786 m3/d～4 132.162 m3/d，屬水量豐富區，地下水水化學類型為HCO3·SO4-Na·Ca型、HCO3-Na·Ca型，礦化度0.769 g/L～1.037 g/L。

3)河谷潛水的補給徑流排泄條件。河谷潛水主要接受湟水河河水入滲補給，接受補給后，大致由西向東徑流。徑流至黑咀附近，由于基底坡降減小，含水層厚度變薄，地下水大量瀉出，泉點眾多，小片沼澤發育。

4)河谷潛水水化學特征。研究區位于湟水河左岸Ⅱ級階地上，其后緣地下水徑流相對緩慢，加之河谷邊緣第三系含鹽量較高，地下水水化學類型為HCO3·SO4-Na·Ca型，礦化度1.073 g/L；由Ⅱ級階地后緣至湟水河，地下水化學類型演變為HCO3-Na·Ca型，礦化度0.769 g/L。可見，由Ⅱ級階地后緣至湟水河，礦化度逐漸降低。

4 抽水、回灌試驗

表1 抽水試驗成果資料一覽表

2)回灌試驗。ZK1號水文地質勘探孔回灌量為543.283 m3/d，上升值為0.865 m；ZK2號水文地質勘探孔回灌量為808.795 m3/d，上升值為0.770 m。單位回灌量：ZK1號水文地質勘探孔為628.073 m3/(d·m)，ZK2號水文地質勘探孔為1 050.383 m3/(d·m)(見表2)。

表2 水文地質勘探孔回灌試驗成果資料一覽表

5 研究區地下水資源評價

1)地下水天然資源。A—A′斷面基本上代表了研究區地下水斷面徑流量，采用達西公式(計算公式為：Q=KIF)計算地下水斷面徑流量。

K——滲透系數(m/d)：由于穩定流理論計算的參數明顯偏小，與實際出入較大，所以多選取與實際較接近的非穩定流理論計算的參數。即選取利用主孔水位恢復法計算的K值(見表3)。

計算代入數據，計算成果見表4。

由于研究區位于Ⅱ級階地后緣，覆蓋層亞砂土厚度大于3 m，地下水水位埋深大于10 m，大氣降水及灌溉水入滲補給甚微。因此，研究區地下水天然資源量為0.88×104m3/d。

2)地下水開采資源量評價。結合研究區的實際情況，采用可開采系數法(計算公式為：Q開=Q補ρ)計算開采資源量。Q補用研究區地下水斷面徑流量代替，取0.88×104m3/d。ρ取經驗值0.6。計算得，研究區地下水允許開采量為0.53×104m3/d。

表3 滲透系數(K)計算成果統計表

表4 研究區斷面徑流量計算成果表

6 地源熱泵水質評價

地下水地源熱泵系統除對富水性有較高要求外，地下水水質也對其運行效率有重要影響，主要表現在其腐蝕性及結垢性上。據采集水文地質勘探孔全分析樣水質資料，ZK1號水文地質勘探孔水樣為有軟硬沉淀物、鍋垢多、非腐蝕性、起泡的水，水質量屬較差型；ZK2號水文地質勘探孔水樣為有軟硬沉淀物、鍋垢多、非腐蝕性、起泡的水，水質量屬良好型。

7 淺層地溫能適宜性評價

1)適宜性評價。淺層地溫能資源開發利用方式及適宜評價，是進行不同開發利用熱泵方式的淺層地溫資源評價的基礎。a.評價原則。以定性評價為主的原則：由于多巴國家高原體育訓練基地地層相對簡單，開發利用潛力不大，所以最終評價采用以地質和水文地質條件定性分析評價的基礎上進行適宜性評價。b.評價依據。以地質背景條件和水文地質條件調查成果為依據。c.分區類型。參照規范要求，根據多巴國家高原體育訓練基地地質、水文地質條件和存在的主要地質環境問題，初步擬定地下水地源熱泵系統分區級別。地下水地源熱泵適宜性分區為：適宜區、較適宜區、不適宜區。d.評價方法的選擇。根據DZ/T 0225—2009淺層地溫能勘查評價規范及中國地質調查局下發的相關技術要求，適宜性分區采用指標法進行定性評價分區。

2)地下水地源熱泵適宜性評價。a.評價指標。對于地下水地源熱泵，淺層地溫能適宜性分區主要考慮含水層的富水性、回采比、地下水位年下降量及特殊地區等因素。主要指標見表5。b.評價結果。據本次施工的水文地質勘探孔資料，單位涌水量397.442 m3/(d·m)～988.879 m3/(d·m)，回采比54.34%～264.29%，地下水溫度9 ℃～10 ℃。可見，研究區屬地下水地源熱泵較適宜區。

表5 地下水地源熱泵適宜性分區

8 結論及建議

1)結論。a.研究區地下水溫度9 ℃～10 ℃，地下水位埋深13.735 m～17.205 m，含水層類型為河谷潛水，巖性為泥質砂卵礫石，厚度13.795 m～31.635 m，降深1.345 m～2.035 m，單井涌水量808.795 m3/d～1 330.042 m3/d，屬水量豐富區，地下水水化類型為HCO3·SO4-Na·Ca型，HCO3-Na·Ca型，礦化度0.769 g/L～1.037 g/L。b.據水文地質勘探孔回灌試驗資料，ZK1號水文地質勘探孔回灌量Q=543.283 m3/d時，水位上升值為0.865 m；ZK2號水文地質勘探孔回灌量Q=808.790 m3/d時，水位上升值0.770 m。c.采用斷面徑流量法計算得，研究區地下水天然資源量0.88×104m3/d。采用可開采系數法計算得，研究區地下水允許開采量0.53×104m3/d。d.據采集水文地質勘探孔全分析樣水質資料，ZK1號水文地質勘探孔水樣為有軟硬沉淀物、鍋垢多、非腐蝕性、起泡的水，水質量屬較差型；ZK2號水文地質勘探孔水樣為有軟硬沉淀物、鍋垢多、非腐蝕性、起泡的水，水質量屬良好型。e.研究區單位涌水量397.442 m3/(d·m)～988.879 m3/(d·m)，回采比54.34%～264.29%，地下水溫度9 ℃～10 ℃。可見，研究區屬地下水地源熱泵較適宜區。

2)建議。a.由于該地區地下水位埋深大于10 m，建議采用定降深法無壓回灌。b.建議繼續對區內施工的水文地質勘探孔開展地下水動態、地溫及水溫動態監測。

[1] 國土資源部.淺層地熱能—全國地熱(淺層地熱能)開發利用現場交流會論文集.北京：地質出版社，2007.

[2] 韓再生，冉偉彥，佟紅兵，等.淺層地熱能勘查評價.中國地質，2007(6)：43-45.

[3] 王 鈞，黃尚瑤，黃歌山，等.中國地溫分布的基本特征.北京：地震出版社，1990.

[4] 黃少鵬.全球大地熱流—巖石生熱率關系綜合分析.地球物理學報，1998，41(1)：42-43.

Study on shallow geothermal energy suitability zoning of Duoba training base in Qinghai

Wang Hui1,2Ma Fuxing1,2Wang Wanqing3Zhao Ailing1,2

(1.QinghaiHydrologicalEngineeringGeologyEnvironmentGeologySurveyInstitute,Xining810000,China;2.QinghaiHydrologyandGeothermalGeologyLaboratory,Xining810000,China;3.Qinghai4thGeologyMineralSurveyInstitute,Xining810000,China)

Through implementing hydrological drilling, pumping and recharging test and so on, the paper analyzes regional aquifer structure, aquifer categories and embedding conditions, and acquires hydrogeological parameters and water temperature, single-well recharging volume and corresponding water leveling raising rate and other data, which not only provides basis for carrying out groundwater geothermal pumping system engineering of plateau gym training base in Duoba, but also provides parameters for carrying out groundwater source geothermal heating pumping system engineering design in future.

hydrology, shallow geothermal energy, training base, groundwater

2015-09-10

王 輝(1982- )，男，助理工程師； 馬福興(1988- )，男，助理工程師； 王萬慶(1988- )，女，助理工程師； 趙愛玲(1987- )，女，助理工程師

1009-6825(2015)33-0091-02

P624

A