魯西北平原區地熱資源開發對地下水環境的影響

王浩，趙季初

(山東省魯北地質工程勘察院，山東 德州　253015)

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魯西北平原區地熱資源開發對地下水環境的影響

王浩，趙季初

(山東省魯北地質工程勘察院，山東 德州253015)

地熱資源是集熱、水、礦為一體的新型能源，具有污染小、易開發、投資小和環保的特點。在魯西北平原區地熱井多集中分布在城區內，且同一地區地熱井的取水區段基本一致，開發利用方式單一，沒有較為完善的回灌措施，且尾水處理工藝簡陋甚至直接排放，造成了地熱資源開采區及排放流經區域水土污染，該文在對區內地熱資源開發利用現狀調查的基礎上，對開發利用過程中可能引起的淺層及深層地下水污染情況進行了分析，并提出了一些防治措施與建議。

地熱尾水；地下水環境；魯西北平原

引文格式：王浩，趙季初.魯西北平原區地熱資源開發對地下水環境的影響[J].山東國土資源，2015，31(7)：36-39.WANG Hao, ZHAO Jichu.Effect of Geothermal Resources Exploitation to Groundwater Environment in Northwestern Plain in Shandong Province[J].Shandong Land and Resources,2015，31(7)：36-39.

0　引言

魯西北平原區地熱資源的開發最早緣于20世紀70年代勝利油田的石油鉆探，在石油勘探中，最先在東營地區打出了十幾口水溫大于50℃的地熱井，其中五號樁的樁12地熱井，井口水溫達98℃，居全省之冠；同時在聊城市軍王屯及寧津縣的西吉揚也打出了水溫大于50℃的地熱井。山東省地質礦產勘查開發局在魯西北進行了廣泛的地熱資源普查和地熱井鉆探工作，地熱井迅速增加，地熱水開采量急劇增長，目前，區內共建有地熱井180余眼，地熱水開采量2989.3×104m3/a，占全省總開采量的80%以上，主要用于供暖，其次是洗浴與療養。

地熱資源開發對地下水環境產生了一定的影響，主要表現在2個方面：一是地熱尾水排放后對溝渠兩側淺層地下水的污染，二是地熱井鉆探與使用過程中可能對熱儲的上伏含水層造成串層污染。前者與淺層地下水水位、溝渠的防滲性能等有關；后者隱蔽性高，主要與鉆探工藝、成井質量有關[1]。

1　地熱尾水排放分析

1.1地熱尾水排放對地下水環境的影響

地熱尾水排放對地下水環境的影響，主要表現在地熱尾水對排放溝渠附近地下水質量產生影響，其次是地熱尾水匯入地表水后，由于河流的滲流及農業灌溉而對地表水體附近地下水造成污染[2]。

1.2地熱尾水排放尾水排放現狀

目前地熱資源的開發主要集中在各城區，地熱尾水直接排入城市下水道中，與城市生活廢水一道經城市污水處理廠處理后排入城市排污河道。

1.3地熱尾水排放影響因素分析

2　地熱尾水排放評價

2.1地熱尾水排放對城區地下水的影響

目前，區內地熱井多位于城區，地熱尾水直接排入城市下水道中，城市下水道一般為混凝土管道，尾水的排放不會對城區地下水質量造成影響。地熱尾水經與城市生活污水混和后，礦化度大大降低，在排入城市的排污河道后，對地下水也基本沒有影響。

2.2地熱尾水排放對排放流經區地下水的影響

區內地熱水的礦化度由西南向東北逐漸升高，最可能對地下水環境造成影響的地區為東北的孤島地區，該地區地熱水礦化度高達23g/L，且由于靠海較近，地熱尾水直接排入入海溝渠，為研究地熱尾水對淺層地下水質量影響范圍和影響程度，在河口區孤島鎮選取2處地下水監測點，一處是孤熱1井東南約150m排水渠西側；另一處為軍熱1井南約200m排水溝渠西側。每處3個孔點，監測孔深1.5～3m，離水渠邊距分別為1m，2m，5m。

圖1　孤熱1井尾水排放溝渠Na，Cl礦化度影響范圍分析圖

圖2　軍熱1井尾水排放溝渠Na，Cl礦化度影響范圍分析圖

項目孤1-1(孤孔1)孤1-2(孤孔2)孤1-3(孤孔3)孤熱1井20102011增加值倍數20102011增加值倍數20102011增加值倍數2006K+3.118.215.15.79.912.82.91.2911.67.4-4.20.6485.00Na+687.51335.0647.51.94625.0925.0300.01.48625.0837.5212.51.346625.00Ca2+155.3242.387.01.56124.3138.814.51.185.979.7-6.20.931766.51Mg2+119.9233.6113.71.95123.7150.727.01.2298.088.5-9.50.9170.80Cl-1230.42682.81452.42.181158.01688.8530.81.461085.71220.8135.11.1213848.19SO2-4173.9318.2144.31.8138.1134.0-4.10.9784.488.03.61.04191.86HCO-3591.9473.5-118.40.80476.6557.681.01.17498.4707.18.71.4277.88礦化度2971.05311.82340.81.792668.63617.7949.11.362500.13044.8544.71.2222889.36

表2　孤島鎮軍熱1試驗地地下水水質對比(mg/L)

3　地熱資源開發對地下水串層的污染

串層污染主要發生在基巖裂隙帶狀熱儲地熱井中，在層狀熱儲中表現不明顯。層狀熱儲均下入了套管，止水效果好，并且隨著時間的延長，井管外由于孔壁的自然坍落與淤積，地熱水與深層或淺層地下水的串層污染發生的概率很小。基巖裂隙帶狀熱儲在成井時，僅在上部松散層中下入了套管，下部基巖一般采用裸眼，這無疑增加了串層污染的風險，如濟南市平陰縣大孫莊地區，在找鐵礦的過程中形成了一眼地熱井，由于止水的失敗，造成了高礦化度的地熱水向上部奧陶紀灰巖含水層排泄，并通過灰巖含水層向淺層含水層頂托排泄，造成了井周圍淺層地下水水質變差。后通過在灰巖段下入套管止水，解決了串層污染的問題。據調查，除大孫莊地區外，其他地區沒有發現地熱水串層污染的問題。

4　地熱資源開發對地下水環境影響與對策

4.1地下水環境影響預測

區內地表水資源較缺乏，淺層地下水資源開采強度較大，從而導致淺層地下水水位埋深大，地下水與河流的補排關系為河流補給地下水。分布區內的溝渠與河道多為季節性的引水與泄洪河道，在冬季，由于降水量小，河道多干枯，地熱尾水直接排入這種干枯的河道，可以直接入滲補給河道附近的地下水，對地下水的影響較大[5]。

4.2對地下水環境影響處理對策

在鄉鎮或農村開發利用地熱資源一定要做好地熱尾水的合理排放工作，充分利用農村土地資源較豐富的特點，開展地熱尾水的梯級利用工作。區內地熱水水質較好，是漁業養殖的優質水源，可以開挖坑塘并做好防滲處理工作，引用供暖尾水進行漁業養殖[6]。根據區內氣候特征分析，大氣降水集中在7—8月，其余月份降水量很小；蒸發量是降水量的2～3倍，且集中分布于冬春兩季，采暖季節與蒸發量最大的月份基本重合，因此，在保證漁業連續用水的前提下，可以做到地熱尾水的零排放，尾水不夠時可以利用雨季進行補水，也可以在雨季替換出部分尾水，保證坑塘水中礦物質濃度符合漁業用水要求。在采用供暖與漁業養殖梯級利用后，地熱尾水不會對地下水環境造成影響。區內為層狀熱儲，在做好止水工作的前題下，地熱井建設及使用過程中不會對地下水造成串層污染[7]。

5　結論

(1)目前，區內地熱井多位于城區，地熱尾水直接排入城市下水道中，城市下水道一般為混凝土管道，尾水的排放不會對城區地下水質量造成影響。地熱尾水經與城市生活污水混和后，對地下水也基本沒有影響。

(2)區內地熱水的礦化度由西南向東北逐漸升高，對地下水環境造成一定影響的地區為東北的孤島地區。

(3)該區地熱水主要賦存于層狀熱儲中，而層狀熱儲在成井中均下入了套管，止水效果好，并且隨著時間的延長，井管外由于孔壁的自然坍落與淤積，地熱水與深層或淺層地下水的串層污染發生的概率很小。

(4)在鄉鎮或農村開發利用地熱資源時，如地熱尾水直接排入河道，可能引起附近的地下水的污染，應做好梯級利用與尾水處理工作。

[1]王衛東,彭建兵,張永志,等.西安市地熱水開采現狀及其環境問題[J].水土保持研究,2005，12(5)：266-267.

[2]王衛東,彭建兵,張永志,等.西安市地熱水開采與地震活動的關系研究[J].水土保持研究,2007，14(2)：84-85.

[3]李蓮花，張建斌.地熱水資源開發引起的環境問題分析[J].地下水，2004，26(3)：194-195.

[4]楊明金，楊明華，楊帆，等.地熱水水質及其對環境與農作物及健康的影響研究[J].海峽預防醫學雜志,2002，12(2)：15-17.

[5]鄒葉峰，陳鎖忠.地下熱水開發引起的環境問題分析[J].中國給水排水,2012：1032-34.

[6]胡彩萍,潘擁軍.東營市地熱資源開發保護與行政保障措施探討[J].山東國土資源，2012，28(9)：81-83.

[7]趙季初.魯北砂巖熱儲地熱尾水回灌試驗研究[J].山東國土資源,2013,29(9)：24-30.

Effect of Geothermal Resources Exploitation to Groundwater Environment in Northwestern Plain in Shandong Province

WANG Hao, ZHAO Jichu

(Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253015, China)

Geothermal resources is a new type energy which collect heat, water and mineral resource as a whole. It has the characteristics of small pollution, easy exploration, small investment and environmental protection. In the plain areas in northwestern Shandong province, geothermal wells are concentrated in urban areas. Water intaking sections of geothermal wells in the same area ares are basically the same, development and utilization mode is single. There are no perfect recharge countermeasures, and tail water treatment process is simple, and sometimes geothermal water are even directly discharged. It has caused regional soil and water pollution in geothermal resources mining areas and discharging areas. In this paper, on the basis of surveying present condition of development and utilization of geothermal resources in the area, groundwater pollution situation in shallow and deep parts which may be caused in the process of development and utilization have been analyzed, and some prevention countermeasures and suggestions have been put forward as well.

Geothermal tail water; groundwater environment; plain in northwestern Shandong province

2014-10-11；

2014-11-27；編輯：曹麗麗

王浩(1980—)，男，甘肅武山人，工程師，主要從事工程地質水文地質工作，E-mail:whao016@163.com

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