淺層地溫能開發(fā)利用適宜性分區(qū)研究

王柏林

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三八隊(duì)，廣東 惠州 516023）

摘要：本文通過對(duì)廣東省惠州市淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用和實(shí)用性分區(qū)的研究，提出了以關(guān)鍵因子為必要條件，以淺層低溫能資源的賦存以及相應(yīng)的環(huán)境條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件為評(píng)價(jià)因子的適宜性分區(qū)的研究評(píng)價(jià)方法。本文采用了關(guān)鍵因素法、層次分析法和綜合指數(shù)法三種方法來進(jìn)行淺層低溫能適應(yīng)性分區(qū)的相關(guān)研究，這些方法都能夠?qū)\層低溫能進(jìn)行開發(fā)利用的適宜性特征進(jìn)行客觀反映和綜合評(píng)價(jià)。對(duì)于淺層地溫能開發(fā)利用適宜性分區(qū)的研究是貫穿于對(duì)淺層地溫能調(diào)查和評(píng)價(jià)工全過程之中的，其研究結(jié)論是對(duì)淺層低溫能進(jìn)行開發(fā)利用進(jìn)行合理指導(dǎo)的重要基礎(chǔ)，對(duì)于其評(píng)價(jià)因子選取和相應(yīng)的分區(qū)方法都要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行緊密結(jié)合和因地制宜。

關(guān)鍵詞：淺層低溫能；開發(fā)利用；適宜性分區(qū)

引言：淺層地溫能一般指的是蘊(yùn)藏在地面以下200m左右深度范圍內(nèi)的地下水和巖土體內(nèi)所具有開發(fā)和利用價(jià)值的熱能，淺層低溫能主要的熱能儲(chǔ)存介質(zhì)便是這些地表淺處的地下水和巖土體。但是淺層地溫能并不是像太陽(yáng)能和風(fēng)能一樣，能夠取之不盡、用之不竭，過量的開采淺層地溫能仍然會(huì)造成此類資源的逐漸枯竭。因此對(duì)淺層地溫能進(jìn)行研究和調(diào)查必須以合理開發(fā)利用和相應(yīng)的保護(hù)為前提和目的，這其中淺層地溫能的適宜性分區(qū)研究就是對(duì)其進(jìn)行開發(fā)利用和保護(hù)的基礎(chǔ)性工作。不同地區(qū)的淺層地溫能具體的開發(fā)利用條件都是有一定條件的，相應(yīng)適宜區(qū)的分區(qū)方法和評(píng)價(jià)因子也都是有所不同的。目前國(guó)外對(duì)于淺層低溫能開發(fā)利用適宜性分區(qū)相應(yīng)的研究還沒有開展，但是在我國(guó)的各個(gè)地區(qū)根據(jù)自身的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件都是已經(jīng)有研究學(xué)者開始對(duì)淺層低溫能開發(fā)利用適宜性分區(qū)的研究工作，并且提出了關(guān)鍵因素法、層次分析法和綜合指數(shù)法等類別的淺層地溫能的開發(fā)利用適宜性分區(qū)的研究方法。本文通過對(duì)廣東省惠州市地質(zhì)和水文條件的分析，對(duì)本地區(qū)淺層地溫能開發(fā)利用適宜性分區(qū)進(jìn)行了相應(yīng)研究。

1.淺層地溫能賦存條件概況

1.1 自然地理?xiàng)l件

惠州位于廣東省東南部，珠江三角洲東北端，地處低緯度，北回歸線以南，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候區(qū)，雨量充沛，陽(yáng)光充足，氣候炎熱。

區(qū)內(nèi)多年平均氣溫為22～23℃（1997年～2010年），年內(nèi)最低氣溫集中在1月份，為10.2℃，年內(nèi)最高氣溫集中在夏季7月份，為32.7℃，極端最低氣溫為0.5℃，極端最高氣溫為38.2℃。區(qū)內(nèi)雨量充沛，有自北向南遞增趨勢(shì)，沿海一帶降雨量較多，常年平均年降雨量為1174.2～2570.9mm（1997年～2010年），主要集中在4月份至9月份的雨季。

據(jù)區(qū)內(nèi)惠州水文站多年資料，最高水位6.51～12.85m（2004年～2010年），最低水位2.73～10.32m（1998年～2010年），河流徑流系數(shù)為51.5～82.9%，徑流深901.9～1486mm。據(jù)博羅水文站多年資料，最大流量1430～7840m3（1988年～2010年），最小流量27～338m3（1988年～2010年）。

1.2 地層巖性及結(jié)構(gòu)劃分

工作區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)巖土體按其巖性、結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性質(zhì)分為中-高壓縮性多層土體、層狀較軟弱紅色碎屑巖綜合體、層狀較軟至較堅(jiān)硬碎屑巖綜合體、層狀軟硬相間變質(zhì)巖綜合體、塊狀較堅(jiān)硬至堅(jiān)硬巖綜合體和較堅(jiān)硬碳酸鹽巖綜合體等六類。

（1）中-高壓縮性多層土體（Ⅰ）。巖性為第四系河流沖（淤）積層粉砂、砂、礫石、粘土等和坡殘積粘性土等組成。

（2）層狀較軟紅色碎屑巖綜合體（Ⅱ）。巖性為礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖等，自上而下，巖石風(fēng)化程度變?nèi)酢?/p>

（3）層狀較堅(jiān)硬至較軟碎屑巖綜合體（Ⅲ）。巖性為砂巖、粉砂巖、泥巖、火山碎屑巖，局部夾細(xì)砂巖等，自上而下，巖石風(fēng)化程度變?nèi)酢?/p>

（4）塊狀較堅(jiān)硬至堅(jiān)硬巖綜合體（Ⅵ）。結(jié)構(gòu)基本破壞或大部分破壞，礦物成分除石英外其余已風(fēng)化成粘土，巖質(zhì)極軟，巖芯呈土狀，浸水后易軟化崩解。

（5）較堅(jiān)硬碳酸鹽巖綜合體（Ⅴ）。巖性為晶質(zhì)灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r夾生物碎屑灰?guī)r，多呈微風(fēng)化，巖石較堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙中等發(fā)育，部分裂隙被方解石脈充填。

2.適宜性分區(qū)研究方法

2.1 總體技術(shù)路線

在充分收集、分析本地區(qū)已有的自然地理、區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)等成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行水文地質(zhì)補(bǔ)充調(diào)查和淺層地溫能開發(fā)利用工程現(xiàn)狀調(diào)查，開展勘探孔施工、取樣和測(cè)試、熱響應(yīng)試驗(yàn)以及抽水、回灌試驗(yàn)等工作，查明150m以淺第四系區(qū)域的巖土層結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)條件，取得資源評(píng)價(jià)與開發(fā)利用區(qū)劃的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地埋管換熱方式和地下水換熱方式適宜性分區(qū)，進(jìn)行區(qū)域淺層地溫能評(píng)價(jià)，并編制淺層地溫能合理開發(fā)利用區(qū)劃，最后提交綜合成果資料（見圖1）。

2.2 分區(qū)方法

首先利用關(guān)鍵因子法對(duì)適宜性的必要條件進(jìn)行劃分，然后在通過層次分析法和綜合指數(shù)法對(duì)適宜性的級(jí)別進(jìn)行劃分。其中層次分析法是采用定性定量相結(jié)合的方法來進(jìn)行系統(tǒng)化和 層次化的分析，此種方法在處理復(fù)雜決策問題方面具有很好的實(shí)用效果，而綜合指數(shù)法是在層次分析法所計(jì)算出的權(quán)重和模糊評(píng)判法所取得的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

在進(jìn)行適宜性分區(qū)的過程中，首先采用專家打分法來對(duì)各層指標(biāo)進(jìn)行賦值，對(duì)層次分析軟件所計(jì)算出的各層指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重，然后利用軟件繪制各要素層的圖件，之后將權(quán)重與分區(qū)賦值相乘，并且與各要素圖層相疊加，圖層的疊加結(jié)果便是適宜性分區(qū)的依據(jù)。最后，在評(píng)價(jià)體系的隸屬關(guān)系之上，要再結(jié)合調(diào)查統(tǒng)計(jì)和室內(nèi)分析研究利用1-9標(biāo)度發(fā)來對(duì)要素層和屬性層中各因素的相對(duì)重要性進(jìn)行分析比較。其中對(duì)適宜性分區(qū)影響較大的因素其重要性就越大，可以建立比較矩陣進(jìn)行分析，必要時(shí)對(duì)比較矩陣進(jìn)行調(diào)整，使其滿足對(duì)所有因素的評(píng)價(jià)一致性，然后在求出要素層中各個(gè)要素在目標(biāo)層中的權(quán)重。

2.3 適宜性分區(qū)指標(biāo)

2.3.1 地下水源型開發(fā)利用適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)體系

地下水源型開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)體系（圖2）層次分析的目標(biāo)層指標(biāo)是適宜性的劃分，屬性層指標(biāo)是地下水的富水性和動(dòng)力場(chǎng)條件，要素層指標(biāo)包括含水層有效厚度、水位埋深、單井涌水量、回灌能力和補(bǔ)給模數(shù)等六個(gè)指標(biāo)，并且水源地保護(hù)條件和地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題是建立各個(gè)要素層和屬性層判斷矩陣和確定權(quán)重的綜合考慮因素。

2.3.2 地源型開發(fā)利用適宜性分區(qū)指標(biāo)

地源型開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)體系（圖3）層次分析的目標(biāo)層指標(biāo)是適宜性的劃分，屬性層指標(biāo)是地質(zhì)條件、水文條件、地形地貌、熱物性、地質(zhì)災(zāi)害和施工條件，要素層指標(biāo)包括巖土體堅(jiān)硬程度、地下水徑流條件、地層巖性結(jié)構(gòu)、綜合熱導(dǎo)率、平均比熱容和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度等六個(gè)指標(biāo)，其中地形地貌和地質(zhì)災(zāi)害是分區(qū)的前提條件。

3.結(jié)束語(yǔ)

（1）淺層地溫能開發(fā)利用適宜性分區(qū)主要是通過對(duì)淺層地溫能資源賦存地區(qū)的地質(zhì)條件的分析，然后結(jié)合本地區(qū)的環(huán)境保護(hù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)行研究，本次研究方法主要是將關(guān)鍵銀族作為必要條件，然后利用關(guān)鍵因子法、層次分析法和綜合指數(shù)法相綜合的評(píng)價(jià)方法來進(jìn)行淺層地溫能的適宜性分區(qū)研究，對(duì)淺層地溫能的開發(fā)和利用能夠進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)。

（2）由于各地區(qū)的資源賦存條件有所不同，進(jìn)行淺層低溫能開發(fā)利用適宜性分區(qū)研究的評(píng)價(jià)因子和相應(yīng)側(cè)重點(diǎn)都不一樣，因此在進(jìn)行研究的時(shí)候要因地而異、因地制宜。

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