淺層地溫能開發利用動態監測網建設

何瀟楠

摘 要：淺層地熱能的開發利用在當前技術經濟條件下非常具備開發利用價值，動態監測是其中一項很重要的工作。首先結合當地淺層地熱能地質條件和開發利用現狀制定動態監測網的原則和技術要求，建設地層溫度監測站，運行系統監測站及兩者皆有的監測站，同時建立淺層地熱能開發利用試驗基地及動態監測中心。

關鍵詞：淺層地熱能；動態監測網；監測站

隨著生活水平的提高，居民普遍采用空調降溫，電暖器采暖，能源浪費很大，造成建筑能耗急劇增長。當前，我國正處于加快推進工業化和城鎮化，節能工作肩負著艱巨的任務。如果大多數建筑采用傳統空調，將消耗大量電能，會對經濟社會的可持續發展帶來障礙，對能源安全和大氣環境帶來嚴重威脅。淺層地熱能是指地表以下一定深度范圍內（一般為恒溫帶至200m埋深），溫度低于250℃的地熱能[1]。它是一種新型的戰略資源和戰略能源，是優質清潔的可再生能源，大力開發淺層地溫能，對于改善我國能源消費結構，減少二氧化碳排放，具有重要意義[2，3]。它是一種可再生、環保、清潔的新型能源，開發利用淺層地熱能是發展綠色經濟、低碳經濟和循環經濟的必然趨勢。

1 動態監測網建設原則

（1）監測網要能覆蓋整個利用區域，選擇區域地質、水文地質條件具有代表性的監測點，兼顧地層結構、構造單元。（2）結合換熱系統工程現狀和實際情況，具備可操作性。（3）地溫監測點選點要有代表性，結合重慶的地質特點將監測點主要布設在以下四個典型的地質結構中：以砂巖為主的地層結構（平均每100米深，砂巖占70%以上）；以泥巖為主的地層結構（平均每100米深，泥巖占70%以上）；砂泥巖互層的地層結構（砂巖、泥巖交替分層）；灰巖地層結構。以上四種地層為重慶地區典型的地質結構、地質單元，監測網的布置應按照以上地質結構進行布置。（4）保證數據的連續性和準確性。（5）監測內容要具有針對性。監測網主要監測內容為：地溫動態監測、地源熱泵系統運行能效監測、地源熱泵系統運行對環境地質影響監測等。（6）結合一定的行政區劃，便于管理。根據重慶市城區建設規劃，本次監測網建設覆蓋整個重慶主城區域內。

2 工作方法

在充分收集已有資料基礎上，選擇有代表性的地段或地點，建立淺層地溫能野外監測站和淺層地溫能系統能效監測站，并開展一個水文年的動態監測，建立起淺層地溫能監測系統。同時開展淺層地溫能監測網系統示范建設。因此，在監測系統建設過程中，將以地質學、地貌學、水文地質學及系統理論等學科為指導，將現代測溫技術、控制技術、太陽能應用、網絡通信技術等用于淺層地溫能應用監測領域，緊密結合地方社會經濟發展，節能減排、生態環境整治對淺層地溫能資源的要求，有針對性地開展淺層地溫能監測系統建設，并致力將建設成果及時服務于社會，體現該工作的基礎性和公益性。

（1）野外調查選點。根據調查資料，選擇野外鉆孔的各類典型點，利用手持GPS進行定位，然后標注在1：5萬地形地質圖上，同時采用記錄、攝影、攝像等手段對點的特征進行描述。（2）水文地質鉆探。監測孔鉆探屬于水文鉆探，全孔取芯，分為0～100m和0～200m兩種深度的鉆孔，主要布在規劃建設區域，以掌握巖層結構、巖性厚度、地下水參數等。在鉆孔內下測溫裝置，進行不同深度的地溫監測。（3）室內試驗。巖土體物理性質、巖土體熱物理性質及水質狀況是淺層地溫能開發利用的重要指標，是水文地質調查工作的重要內容。（4）野外監測站建設。在工作區內選擇區域地質、水文地質條件具有代表性的地點，兼顧地層結構、構造單元，建立地溫動態監測站。監測地溫變化情況以及地溫變化所帶來的環境影響情況。地溫動態監測分為遠程全自動采集數據和人工現場采集數據兩種方式。（5）系統能效監測站建設。在典型淺層地溫能應用項目（地源熱泵項目）中，建立應用項目監測站。（6）監測網中心站建設。建設監測網中心站，將各野外監測站、能效監測站所有監測數據傳輸到中心站，進行數據的采集、儲存、分析及管理，建立相應的動態監測數據庫，中心站不僅是淺層地溫能監測數據采集中心，也是科學試驗研究的基礎。

3 技術路線

收集、整理、分析工作區以往水文地質、地熱地質、應用項目以及當地最新的經濟發展規劃、城鄉建設規劃等資料，結合區內地質、水文地質及淺層地溫能的需求程度，結合當地淺層地溫能調查資料，選取有代表性的地點，進行水文地質鉆孔，開展相關室內測試，建立野外動態長期監測站，建立重慶市淺層地溫能監測系統，并建立相應的動態監測數據庫。

4 野外監測站建設

野外現場監測站由傳感器（如地溫場感應器）、數據采集傳輸設備、供電裝置、防護裝置組成。野外現場監測站要具備測試精度高、功耗低、長期穩定性好、高低溫適應性強、自動化程度高、數據存儲和發送安全可靠等特點，并能夠同時測量多路熱敏電阻溫度傳感器的傳感信號。應保證定時自動采集和自動上報數據，自動采集設備根據設定好的采集時刻定時自動采集地溫數據，每次采集完成后將采集到的地溫數據保存到存儲器。主要要求如下：（1）能夠對多個測孔多個溫度監測點的熱敏電阻溫度傳感器實現定時自動地溫采集，測溫精度±0.05℃左右。（2）能夠保存一定時間內的測量數據，內置無線數據發送模塊可以將測量數據自動傳遞給監測中心站。（3）應設置隱蔽數據接口，可實現監測數據的現場人工下載。來保證遠程傳輸失敗的情況下備用。（4）自動采集和傳送：在規定的時間內自動采集數據和發送數據，其他時間處于休眠狀態。（5）系統狀態信息發送：每隔一定時間將現場采集終端的狀態信息發送到監測中心站。

5 監測網中心站建設

監測網中心站由硬件平臺和軟件平臺組成。基本功能是接收現場站發回的地溫監測數據，并對地溫數據進行存儲、查詢、分析、統計等。輔助功能是收集現場站設備運行狀態數據，并對現場站實施遠程配置，具體包括如下功能：（1）自動接受野外現場采集終端的數據，完成數據轉換、數據存儲工作；（2）接受人工指令，實時采集與傳輸野外監測數據；（3）遠程管理配置現場終端設備；（4）監控現場終端設備的運行狀態；（5）查詢統計分析采集的監測數據；（6）提供監測數據的對外服務。

參考文獻

[1]韓再生，由偉彥，佟紅兵，等.淺層地熱能勘查評價[J].中國地質，2007，4（6）：1115-1121.

[2]韓再生，由偉彥，佟紅兵，等.DZ/T0225-2009淺層地熱能勘查評價規范[S].中國：中國人民共和國國土資源部，2009.

[3]高新宇，范伯元，張宏光，等.淺層地溫能開發利用對地質環境影響程度的探索性研究[J].現代地質，2009，23（6）；1185-1193.