層次分析法在淺層地溫能開發(fā)適宜性評價中的應(yīng)用

陳信銳，付 強(qiáng)

（湖北省地質(zhì)局第二地質(zhì)大隊，湖北 恩施 445000）

層次分析法在淺層地溫能開發(fā)適宜性評價中的應(yīng)用

陳信銳，付 強(qiáng)

（湖北省地質(zhì)局第二地質(zhì)大隊，湖北 恩施 445000）

淺層地溫能是一種優(yōu)質(zhì)可再生清潔能源，具有很好的開發(fā)利用潛力。文章選取淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件和巖土體熱物理性質(zhì)等指標(biāo)，采用層次分析法對其在恩施城區(qū)的開發(fā)適宜性進(jìn)行了評價。結(jié)果表明，恩施城區(qū)大部分區(qū)域適宜開發(fā)地埋管地源熱泵系統(tǒng)，盆地中部、北側(cè)第四系卵石層出露區(qū)較適宜開發(fā)地埋管地源熱泵系統(tǒng)。

淺層地溫能；層次分析法；適宜性評價

淺層地溫能是指蘊(yùn)藏在地表以下一定深度（一般小于200m）范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水中具有開發(fā)利用價值的熱能。與傳統(tǒng)能源相比，具有儲量巨大、可再生、不污染環(huán)境三大特性和清潔、環(huán)保、就地取用等明顯優(yōu)勢。采用成熟的地源熱泵技術(shù)利用淺層地溫能為建筑供暖、制冷具有運(yùn)行成本低和舒適度高等優(yōu)勢，在我國建筑節(jié)能領(lǐng)域得到了廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。開展淺層地溫能資源開發(fā)利用適宜性區(qū)劃是淺層地溫能資源利用的前提和基礎(chǔ)，有利于進(jìn)行資源量計算和資源潛力評價，進(jìn)而提出科學(xué)合理的開發(fā)利用方案建議。

1 恩施城區(qū)簡介

恩施市位于湖北省西南部，城區(qū)所在的恩施盆地為一白堊系跑馬崗組紅色砂礫巖覆蓋的條帶狀山間斷陷盆地，沿近南北方向延伸，北起龍鳳壩，南至芭蕉，東抵向家村～大沙壩，西達(dá)松樹坪～高橋壩，長約33km，寬1～9km，面積約為153.2km2，從北向南依次覆蓋恩施市龍鳳鎮(zhèn)、小渡船街道、舞陽壩街道、六角亭街道、芭蕉侗族鄉(xiāng)。盆地內(nèi)淺表層（深度200m以內(nèi)）廣泛分布白堊系跑馬崗組（K2p）砂礫巖，局部地區(qū)覆蓋第四系沖積層（Qal）。

2 評價體系建立

2.1 評價方法

層次分析法根據(jù)問題的性質(zhì)和要達(dá)到的總目標(biāo)，將問題分解為不同組成因素。按照因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型。并最終把系統(tǒng)分析歸結(jié)為最底層（供決策的方案、措施等）相對于最高層（總目標(biāo)）的相對重要性權(quán)值的確定或相對優(yōu)劣次序的排序問題。

2.2 評價指標(biāo)

通過對地埋管地源熱泵運(yùn)行影響因素進(jìn)行分析研究，結(jié)合前人經(jīng)驗，將地埋管地源熱泵系統(tǒng)適宜性區(qū)劃指標(biāo)分為以下三個方面：①淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)。淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)指淺層地溫能開發(fā)深度范圍內(nèi)不同巖土體的組合方式，它影響施工工藝的選取，特別是卵石層的厚度直接決定著地埋管地源熱泵施工的可行性。對應(yīng)的指標(biāo)層要素為第四系厚度、卵石層厚度；②水文地質(zhì)條件。含水巖土體的導(dǎo)熱能力及儲熱能力均比不含水巖土體高，因此地下水發(fā)育對地埋管系統(tǒng)有利。地埋管施工、運(yùn)行工程中可能對地下水水質(zhì)造成污染，或在不同水質(zhì)含水層間形成滲透通道，因此在無優(yōu)質(zhì)地下水區(qū)域，更適宜地埋管地源熱泵系統(tǒng)。對應(yīng)的指標(biāo)層要素為地下水富水程度、地下水水質(zhì)；③巖土體熱物理性質(zhì)。地下埋管處巖土體的熱物理性質(zhì)對地埋管系統(tǒng)換熱性能有著重要影響，對應(yīng)的指標(biāo)層要素為地層每延米換熱量、綜合熱擴(kuò)散系數(shù)。

根據(jù)層次分析法目標(biāo)層、屬性層、要素層各指標(biāo)要素建立評價體系，對各要素指標(biāo)進(jìn)行分段評分，地埋管地源熱泵系統(tǒng)適用性分區(qū)要素指標(biāo)分級及賦值見表1。

表1 地埋管地源熱泵適宜性評價要素指標(biāo)分段評分表

2.3 因子權(quán)重的確定

根據(jù)各屬性層及要素層對地埋管地源熱泵系統(tǒng)適宜性的影響大小，結(jié)合前人經(jīng)驗，分別確定屬性層、要素層指標(biāo)權(quán)重。地埋管地源熱泵適宜性評價二級要素權(quán)重見表2。

表2 地埋管地源熱泵適宜性評價二級要素權(quán)重表

3 地埋管地源熱泵適宜性分區(qū)

3.1 各要素得分情況分布

分布情況：①第四系厚度。恩施城區(qū)范圍內(nèi)大部分地區(qū)基巖裸露或者覆蓋層厚度較小；②卵石層厚度。恩施盆地地層總體可鉆性相對較好，但是恩施盆地北側(cè)和中部分布有第四系沖積成因卵石層，平均厚度小于10m；③地下水發(fā)育情況。恩施盆地范圍內(nèi)除西北角和西南角志留系頁巖、泥巖相對隔水層，其他地區(qū)均賦存基巖裂隙孔隙水或巖溶水；④地下水水質(zhì)。恩施城區(qū)范圍內(nèi)地下水水質(zhì)均為優(yōu)良；⑤地層每延米換熱量。恩施地區(qū)地層每延米換熱量多為61.3～68.6W/m，換熱能力較好；⑥綜合熱擴(kuò)散系數(shù)。恩施盆地范圍內(nèi)，碳酸鹽巖發(fā)育地區(qū)綜合熱擴(kuò)散系數(shù)相對較大，粉砂巖巖組綜合熱擴(kuò)散系數(shù)相對較小。

3.2 適宜性評價結(jié)果

利用MapGIS軟件在評價范圍內(nèi)建立橫縱間距為500m的評價網(wǎng)格點，將各點各要素根據(jù)要素指標(biāo)分段評分表進(jìn)行賦分；再采用綜合指數(shù)法，將每個網(wǎng)格點上的屬性賦值與其相對應(yīng)的權(quán)重值相乘；然后求和，即可得出各點的適宜性評價最終得分。根據(jù)得分分布，確定地源熱泵系統(tǒng)各個適宜區(qū)的分?jǐn)?shù)范圍見表3，繪制分區(qū)圖，對分區(qū)圖進(jìn)行修正，完成地源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)。

表3 地源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)評定表

恩施城區(qū)范圍內(nèi)具備地埋管地源熱泵開發(fā)條件的地區(qū)占總面積的98.10%（105.94km2）。大部分區(qū)域地下水以砂巖、粉砂巖基巖裂隙水為主，富水性弱，地埋管換熱孔的施工成本較低，孔換熱能力整體較好，為地埋管地源熱泵系統(tǒng)適宜區(qū)，面積占城區(qū)總面積的84.60%（91.36km2）；盆地中部、北側(cè)出露第四系卵石層，厚度小于20m，采用地埋管地源熱泵開發(fā)淺層地溫能時存在一定的施工難度，較適宜區(qū)面積占城區(qū)面積的13.50%（14.58km2）；無不適宜區(qū)。分區(qū)評價結(jié)果見圖1。

圖1 地埋管地源熱泵適宜性分區(qū)圖

[1]淺層地?zé)崮芸辈樵u價規(guī)范[S].DZ/T 0225-2009.

[2]地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].GB50366-2009.

[3]袁玉松,馬永生,胡圣標(biāo),等.中國南方現(xiàn)今地?zé)崽卣鱗J].地球物理學(xué)報,2006,49(4):1118-1126.

[4]周亞醒.魯西地區(qū)淺層地溫能地?zé)岬刭|(zhì)條件與開發(fā)利用適宜性評價[J].山東國土資源,2015,31(8):45-49.

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2096-2789（2016）12-0038-02