層次分析法在淺層地溫能開發適宜性評價中的應用

陳信銳，付 強

（湖北省地質局第二地質大隊，湖北 恩施 445000）

層次分析法在淺層地溫能開發適宜性評價中的應用

陳信銳，付 強

（湖北省地質局第二地質大隊，湖北 恩施 445000）

淺層地溫能是一種優質可再生清潔能源，具有很好的開發利用潛力。文章選取淺層地質結構、水文地質條件和巖土體熱物理性質等指標，采用層次分析法對其在恩施城區的開發適宜性進行了評價。結果表明，恩施城區大部分區域適宜開發地埋管地源熱泵系統，盆地中部、北側第四系卵石層出露區較適宜開發地埋管地源熱泵系統。

淺層地溫能；層次分析法；適宜性評價

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

1 恩施城區簡介

恩施市位于湖北省西南部，城區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、小渡船街道、舞陽壩街道、六角亭街道、芭蕉侗族鄉。盆地內淺表層（深度200m以內）廣泛分布白堊系跑馬崗組（K2p）砂礫巖，局部地區覆蓋第四系沖積層（Qal）。

2 評價體系建立

2.1 評價方法

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

2.2 評價指標

通過對地埋管地源熱泵運行影響因素進行分析研究，結合前人經驗，將地埋管地源熱泵系統適宜性區劃指標分為以下三個方面：①淺層地質結構。淺層地質結構指淺層地溫能開發深度范圍內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。對應的指標層要素為第四系厚度、卵石層厚度；②水文地質條件。含水巖土體的導熱能力及儲熱能力均比不含水巖土體高，因此地下水發育對地埋管系統有利。地埋管施工、運行工程中可能對地下水水質造成污染，或在不同水質含水層間形成滲透通道，因此在無優質地下水區域，更適宜地埋管地源熱泵系統。對應的指標層要素為地下水富水程度、地下水水質；③巖土體熱物理性質。地下埋管處巖土體的熱物理性質對地埋管系統換熱性能有著重要影響，對應的指標層要素為地層每延米換熱量、綜合熱擴散系數。

根據層次分析法目標層、屬性層、要素層各指標要素建立評價體系，對各要素指標進行分段評分，地埋管地源熱泵系統適用性分區要素指標分級及賦值見表1。

表1 地埋管地源熱泵適宜性評價要素指標分段評分表

2.3 因子權重的確定

根據各屬性層及要素層對地埋管地源熱泵系統適宜性的影響大小，結合前人經驗，分別確定屬性層、要素層指標權重。地埋管地源熱泵適宜性評價二級要素權重見表2。

表2 地埋管地源熱泵適宜性評價二級要素權重表

3 地埋管地源熱泵適宜性分區

3.1 各要素得分情況分布

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

3.2 適宜性評價結果

利用MapGIS軟件在評價范圍內建立橫縱間距為500m的評價網格點，將各點各要素根據要素指標分段評分表進行賦分；再采用綜合指數法，將每個網格點上的屬性賦值與其相對應的權重值相乘；然后求和，即可得出各點的適宜性評價最終得分。根據得分分布，確定地源熱泵系統各個適宜區的分數范圍見表3，繪制分區圖，對分區圖進行修正，完成地源熱泵系統適宜性分區。

表3 地源熱泵系統適宜性分區評定表

恩施城區范圍內具備地埋管地源熱泵開發條件的地區占總面積的98.10%（105.94km2）。大部分區域地下水以砂巖、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適宜區，面積占城區總面積的84.60%（91.36km2）；盆地中部、北側出露第四系卵石層，厚度小于20m，采用地埋管地源熱泵開發淺層地溫能時存在一定的施工難度，較適宜區面積占城區面積的13.50%（14.58km2）；無不適宜區。分區評價結果見圖1。

圖1 地埋管地源熱泵適宜性分區圖

[1]淺層地熱能勘查評價規范[S].DZ/T 0225-2009.

[2]地源熱泵系統工程技術規范[S].GB50366-2009.

[3]袁玉松,馬永生,胡圣標,等.中國南方現今地熱特征[J].地球物理學報,2006,49(4):1118-1126.

[4]周亞醒.魯西地區淺層地溫能地熱地質條件與開發利用適宜性評價[J].山東國土資源,2015,31(8):45-49.

P468.0+21

A

2096-2789（2016）12-0038-02