重慶市主城區淺層地溫能開發利用概略性規劃方法研究

張甫仁，焦小雨，陶嘉祥，彭清元，劉賢燕，朱世保

(1.重慶交通大學 機電與車輛工程學院，重慶 400074；2.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074；(3.重慶市地勘局南江水文地質工程地質隊，重慶 401147)

重慶市主城區淺層地溫能開發利用概略性規劃方法研究

張甫仁1，焦小雨2，陶嘉祥3，彭清元3，劉賢燕3，朱世保3

(1.重慶交通大學 機電與車輛工程學院，重慶 400074；2.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074；(3.重慶市地勘局南江水文地質工程地質隊，重慶 401147)

為解決編制淺層地溫能詳細規劃復雜、難度大的問題，提出了一種淺層地溫能開發利用概略性規劃方法。將淺層地溫能適宜性分區和城市建設整體規劃結合起來，并據此對重慶市主城區進行了科學、合理的淺層地溫能開發利用概略性規劃。結果顯示：重慶市主城區淺層地溫能規劃區重點發展區面積比例達75.7%，說明重慶市主城區大部分地區淺層地溫能資源具有很大的開發潛力。

環境工程；重慶市主城區；淺層地溫能；概略性規劃

0 引 言

淺層地溫能是指蘊藏在地表以下一定深度(一般為200 m)范圍內的地下土壤、地下水中具有開發利用價值的地溫熱能[1]。利用熱泵技術將其采集利用后，可用于供暖和制冷。淺層地溫能是一種新型可再生能源，具有清潔環保、分布廣、儲量大、埋藏較淺、可就近開發利用等特點，是未來替代化石能源的重要資源，可以減少污染物排放[2]。

重慶市主城區淺層地溫能開發利用時間較早，經過近10年的發展，重慶市主城區地源熱泵項目數量和服務面積均大幅度增加，其中既有學校、辦公樓，也有酒店、住宅建筑。截至2014年，已有南江水文地質工程地質隊集資樓、祁年·悅城、渝中區化龍橋項目B3/01地塊和珠江太陽城4個項目被評為國家級可再生能源建筑應用示范工程[3]。

但重慶市乃至全國淺層地溫能開發利用規劃卻遲于其開發利用[4-5]。其原因在于，淺層地溫能屬于可再生能源，與煤炭、石油、天然氣等常規化石能源相比，市場規模較小，在能源體系中的貢獻較小。在以往的能源規劃中，雖然也會涉及到淺層地溫能，但在綜合能源規劃中還是處于一個較低的地位。淺層地溫能現在還處于發展的前期，開發利用規模較小，規劃工作的重點并不是保證能源規劃的供需平衡，而是促進淺層地溫能開發利用新技術水平的提高以及整個淺層地溫能開發利用產業的穩固。而煤炭、石油、天然氣等常規化石能源的規劃重點則是保證能源供需的平衡和各個行業的有序發展，即規劃對促進產業發展的目的和作用也有很大不同，這也導致政策措施上的差異[6]。

淺層地溫能因其環保節能的優點受到了建設部的大力推廣。許多地產項目出于樹立品牌形象、增加賣點的考慮，更是大興土木建設地源熱泵項目。由于缺少基本的項目認證和淺層地溫能開發利用規劃資料，導致了在一些條件不適宜地段盲目建設新的地源熱泵項目，出現了地源熱泵效率低、項目投資過高等問題，造成節能工程不節能的后果。因此，開展淺層地溫能開發利用規劃研究具有重要的現實意義[7]。

1 淺層地溫能開發利用概略性規劃方法研究

天津市是我國最早開展淺層地溫能調查評價與編制淺層地溫能開發利用規劃的城市。天津市編制淺層地溫能開發利用規劃以地質條件的適宜性程度作為規劃分區的依據。首先進行了天津市地下水地源熱泵適宜性分區和地埋管地源熱泵適宜性分區。然后將兩種地源熱泵適宜性分區的結果相結合作為淺層地溫能開發利用規劃分區，地質條件比較適宜的地方作為長期規劃的重點，地質條件不適宜的地方則作為不宜開發利用區[8]。

天津市采用的規劃方法雖簡單易行，卻忽略了區域經濟發展對淺層地溫能的需求情況。現實中，地質條件適宜的地區并不一定最適合使用地源熱泵，需求也是影響規劃的重要因素。另外，淺層地溫能的開發利用與傳統能源相比有一定的區別，經濟建設越好的地區對淺層地溫能的需求不一定就越大。以地源熱泵為例，地源熱泵本身有以下缺點：打井消耗的時間較長，導致地源熱泵項目建設周期大于傳統空調的建設周期；地源熱泵在地下進行熱交換，必須通過打井進行熱量傳輸，其使用受到場地限制，沒有足夠的場地就不能順利實現能量交換；地源熱泵施工成本也比較高。就重慶市主城區而言，重慶市城市總體規劃曾將主城區劃分為建成區與非建成區。建成區是主城區開發較早、建設最成熟的地區，工程建設所需的土地成本和時間成本較高。出于經濟性的考慮，建成區大部分新建項目并未使用地源熱泵系統。與建成區相比，非建成區土地成本較低，也可以接受更長的建設周期，相比之下，使用地源熱泵系統的經濟性更好。以主城區近幾年新建地源熱泵項目為例，重慶市地勘局南江水文地質工程地質隊集資樓、中冶賽迪研發中心、中國人民銀行重慶營業管理部位于正在高速發展的渝北區；重慶軌道交通大竹林車輛段綜合樓、重慶大學生命科學學院位于建成區與非建成區交界處；重慶希爾頓國際體育度假中心、后勤工程學院綠色樓位于非建成區。說明了主城區淺層地溫能的發展正在從建成區向非建成區擴散，也證明了非建成區地源熱泵的發展具有廣闊的的使用前景。

因此，淺層地溫能的開發利用規劃，不僅受到地質條件的限制，也要考慮經濟、社會的影響。具體地講，進行區域淺層地溫能開發利用規劃時不但要考慮開發利用適宜性，也要考慮經濟發展現狀、城市總體規劃、土地利用情況、區域建成情況、未來拆遷計劃等因素。從這個角度來講，淺層地溫能規劃應當是一份詳細的淺層地溫能開發利用指導性規劃，編制淺層地溫能開發利用規劃也將是一個長期、復雜的過程。

編制詳細的淺層地溫能規劃需要各個區域、各個部門提供資料、相互協作，直接導致了編制詳細規劃巨大的工作量，編制規劃所需的詳細區域發展規劃或拆遷計劃等含有很多保密性的內容，并不對外公布，甚至編制規劃者也不易獲得，多個原因為開發利用規劃的編制帶來很大的難度。為解決這些問題，可以在詳細規劃前做一份概略性規劃，在概略性規劃分區的基礎上再進行詳細的規劃就容易得多。

筆者以重慶市主城區作為規劃區，提出了一種淺層地溫能開發利用概略性規劃的方法：將淺層地溫能適宜性分區與城市建設整體規劃相結合。首先進行了重慶市主城區淺層地溫能適宜性分區，然后以適宜性分區圖為基礎，加入建成區分區圖，最后對總圖進行分區規劃。

2 淺層地溫能適宜性分區

淺層地溫能適宜性評價分區是淺層地溫能開發利用規劃分區的基礎。通過研究重慶市主城區淺層地溫能適宜性分區，找出淺層地溫能分布規律，確定適宜淺層地溫能開發利用的地區。一方面可以為淺層地溫能的開發利用提供依據，減少淺層地溫能開發風險；另一方面，也為淺層地溫能的合理開發利用規劃提供相應的基礎資料。

由于重慶地區地下水資源較為匱乏，地下水位分布不均勻，限制了地下水地源熱泵技術的應用。主城區暫時還沒有地下水源熱泵應用的例子，本次適宜性分區只包含地埋管地源熱泵適宜性分區。

2.1 淺層地溫能適宜性分區方法

本次淺層地溫能適宜性性評價采用綜合指標法，綜合評價指數法計算公式如式(1)：

(1)

式中：Rk為綜合評價指數；?i為指標要素權重；xi為指標要素屬性賦值；n為指標要素個數。

綜合指標法是選取規劃區內的不同地點，將不同指標的指標賦值乘以相應權重后相加，得到該地適宜性分區評價的總分，最后根據每個地方所得的總分值，結合專家意見并考慮實際情況劃分等級，分區等級設置情況見表1。

表1 分區等級設置Table 1 Setting zoning level

2.2 分區指標標準化處理及權重賦值

根據淺層地熱能勘查評價規范要求，本次評價使用的指標為地下富水性、地下水質、平均熱導率、平均比熱容和鉆孔難易度。由于評價所用的指標數據的類型和量綱不同，不能直接進行比較和運算，因此需要在評價之前對數據進行標準化處理，使指標數據在同一評價體系內進行比較。具體處理方法為：以是否適宜開發地源熱泵系統為標準，對各個指標在1～9的范圍之間打分。指標數據得分越高越有利于開發地源熱泵系統，越低越不利于開發地源熱泵系統，這樣所有的指標數據就轉化為了1～9之間的可以直接比較運算的無量綱數值。地埋管地源熱泵系統應用適宜性分區所有的指標等級劃分及評分結果(標準化處理結果)見表2。

表2 地埋管地源熱泵系統指標分級賦值Table 2 Graded assignment ground source heat pump system indicators

綜合考慮重慶市地勘局專家建議指標、重慶市地質結構和區域水文特征，借鑒其他城市的經驗指標，本次評價使用的各指標的權重如表3。

表3 地埋管地源熱泵系統指標綜合權重Table 3 Comprehensive index weights of ground source heat pump system of embedded pipeline

2.3 適宜性分區結果

本次適宜性分區和規劃采用了MAPGIS軟件，MAPGIS軟件是專門的地質制圖軟件。本次適宜性分區利用它對地圖上的各個網格結點進行不同參數賦值，然后對這些參數賦值進行四則運算，最后進行空間分析。根據計算結果的區間范圍使用不同的顏色區分，直觀顯示計算結果，得到地埋管地源熱泵適宜性分區圖。重慶市主城區地埋管地源熱泵適宜性分區結果如圖1。

圖1 重慶市主城區地埋管地源熱泵系統適宜性分區Fig.1 Suitability zoning of ground heat pump system of embedded pipeline in central urban area of Chongqing

由于重慶市并不適合地下水地源熱泵，規劃也并未考慮地下水地源熱泵適宜性分區，因此主城區地埋管地源熱泵適宜性分區即為主城區淺層地溫能適宜性分區。初步統計各分區面積，結果見表4。

表4 重慶市主城區淺層地溫能適宜性分區面積統計Table 4 Statistics of suitable zones for shallow geothermal energy in urban area of Chongqing

3 開發利用規劃分區

根據重慶市城市建設總體規劃發展與適宜性分區相結合的原則，重慶市淺層地溫能總體規劃以適宜性分區和城市建設總體規劃為基礎，將淺層地溫能開發利用規劃區分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ3個類別，各類規劃區的具體劃分要求如下：

Ⅰ類：非建成區中的適宜區，淺層地溫能資源豐富，地質條件好、資源潛力大。

Ⅱ類：非建成區中的較適宜區，地熱資源成礦地質條件較好、資源潛力較大。

Ⅲ類：建成區，開發較為成熟，區域經濟發展對淺層地溫能資源需求不大的地區。

Ⅰ類和Ⅱ類區作為近期重點發展區進行規劃，重點發展區新建、改建、擴建民用建筑項目，凡是具備應用地源熱泵條件的，原則上應優先選擇淺層地溫能作為建筑供暖制冷的能量來源。Ⅲ類區發展成熟，新建項目有限，作為一般發展區，新建、改建、擴建民用建筑項目，具備應用地源熱泵條件的，鼓勵將淺層地溫能作為建筑供暖制冷的能量來源。

對重慶市主城區淺層地溫能資源開發利用規劃分區進行初步統計，各區域的情況見表5。

表5 重慶市主城區淺層地溫能開發利用規劃分區面積統計Table 5 Development and utilization planning zoning area statistics of shallow geothermal energy in urban area of Chongqing

重慶市主城區淺層地溫能開發利用規劃分區結果如圖2。

圖2 重慶市主城區淺層地溫能開發利用規劃分區Fig.2 Development and utilization planning zoning map of shallow geothermal energy in urban area of Chongqing

淺層地溫能資源開發利用總體規劃分區詳細情況如下：

1)重慶市主城區開發利用淺層地溫能資源，總規劃面積(不含生態綠化帶)為1 681.51 km2，其中Ⅰ 類區面積為263.9 km2，占總規劃區域面積的15.7 %；Ⅱ 類區的面積為1 009.1 km2，占總規劃區域面積的60.0 %；Ⅲ類區的面積為389.9 km2，占總規劃區域面積的23.2%,重點發展區面積比例達75.7 %。說明重慶市主城區大部分地區淺層地溫能資源開發具有很大的發展潛力。

2)規劃時不考慮綠化區，綠化區是屬于國家環境保護政策保護的區域，在此區域開發利用淺層地溫能資源可能會對當地生態環境造成一定的破壞，故直接劃為禁用區。

3)Ⅰ類區主要分布在北碚區東部(復興鎮)、南部(回龍壩鎮)、渝北區西北部(雙龍湖街道、木耳鎮)、南部(石坪鎮)、沙坪壩西部(陳家橋鎮、西永鎮、曾家鎮)、南岸區東北部(雞冠石鎮、南山鎮)、巴南區西南部(魚洞鎮)。該區屬于非建成區，開發潛力大，未來發展對淺層地溫能資源需求大，且屬于淺層地溫能適宜性分區中的適宜區。該區域熱導率和比熱容值較高，地下水資源相對豐富，打孔難度低，地質條件好，資源潛力大，是實施地源熱泵技術的最佳區域。

4)Ⅱ類區主要分布在沙坪壩區西部、北碚區大部分地區、渝北區東部、大渡口區西南部。該區屬于非建成區，開發潛力大，對淺層地溫能資源需求大，且屬于淺層地溫能適宜性分區中的較適宜區，占了非建成區的大部分區域。該區域巖土體主要由砂巖和泥巖組成，導熱性能良好，較適宜利用地埋管地源熱泵系統。這些區域淺層地溫能資源較豐富，地質條件較好、資源潛力較大。

5)Ⅲ類區主要分布在渝北區西南部、渝中區、江北區、南岸區中部、沙坪壩區東部、巴南區中部、大渡口區北部與東南部，該區屬于城市建成區，開發較為成熟，區域經濟發展對能源的選擇途徑較多，發展淺層地溫能經濟性稍差，對淺層地溫能資源需求不大。

4 結 語

基于重慶市主城區的地質條件、水文地質條件、生態環境保護條件和政策法規條件對重慶市主城區淺層地溫能資源進行適宜性評價。得出適宜區與較適宜區總面積占規劃區(不包括禁用區)比例達98.88 %，故整個主城區范圍內可以大量利用淺層地溫能資源；適宜區主要分布在北碚區東部(復興鎮)、南部(回龍壩鎮)、渝北區西部(悅來鎮、鴛鴦鎮、回興街道、雙龍湖街道、木耳鎮)、南部(石坪鎮)、沙坪壩西部(陳家橋鎮、西永鎮、曾家鎮)、南岸區東北部(雞冠石鎮、南山鎮)、巴南區西南部(魚洞鎮)。

根據重慶市主城區淺層地溫能適宜性分區與城市建設總體規劃相結合的原則對主城區進行淺層地溫能開發利用規劃，重點發展區面積比例達75.7 %。說明重慶市主城區大部分地區淺層地溫能資源開發具有很大的發展潛力。重點發展區主要分布在北碚區東部(復興鎮)、南部(回龍壩鎮)、渝北區西北部(雙龍湖街道、木耳鎮)、南部(石坪鎮)、沙坪壩西部(陳家橋鎮、西永鎮、曾家鎮)、南岸區東北部(雞冠石鎮、南山鎮)、巴南區西南部(魚洞鎮)，沙坪壩區西部、北碚區大部分地區、渝北區東部、大渡口區西南部。

該研究成果為重慶市主城區淺層地溫能資源可持續開發利用與管理提供了重要依據，為編制詳細的開發利用規劃奠定了基礎，對同類地質條件地區進行淺層地溫能資源開發利用規劃具有重要參考價值和示范作用。

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A General Planning Method for Shallow Geothermal Energy Development and Utilization in Central Chongqing Municipal Area

ZHANG Furen1，JIAO Xiaoyu2，TAO Jiaxiang3，PENG Qingyuan3，LIU Xianyan3，ZHU Shibao3

( 1.School of Mechanical & Vechicle Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074, P.R.China; 2.School of Civil Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074, P.R.China; 3.Nanjiang Hydrogeological and Engineering Geological Party，Chongqing 401147, P.R.China)

In order to solve the difficult and complex problems in preparing a detailed plan for shallow geothermal energy exploration and development, a generalized planning method for shallow geothermal energy development and utilization was proposed, which combined shallow geothermal energy suitability zoning and overall municipal construction plan together, and the general plan for scientific development and utilization of shallow geothermal energy in the municipal central area was made according to it. The results show that, of the central town zone, the key area intended for intensive development of geothermal energy under the plan represents 75.7%. This indicates that majority area of central Chongqing has considerable potential shallow geothermal energy for development.

environment engineering；Chongqing central urban area; shallow geothermal energy; general planning

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.04.18

2015-05-06；

2015-09-18

重慶市國土房管科技計劃項目(CQGT-KJ-2014013)

張甫仁(1975—)，男，四川南充人，教授，博士后，主要從事暖通與熱能領域方面的研究。E-mail:zh_feixue@163.com。

TK521

A

1674-0696(2016)04-088-05