淺層地溫能開發利用適宜性分區研究

王柏林

（廣東省有色金屬地質局九三八隊，廣東 惠州 516023）

摘要：本文通過對廣東省惠州市淺層地熱能的開發利用和實用性分區的研究，提出了以關鍵因子為必要條件，以淺層低溫能資源的賦存以及相應的環境條件和技術經濟條件為評價因子的適宜性分區的研究評價方法。本文采用了關鍵因素法、層次分析法和綜合指數法三種方法來進行淺層低溫能適應性分區的相關研究，這些方法都能夠對淺層低溫能進行開發利用的適宜性特征進行客觀反映和綜合評價。對于淺層地溫能開發利用適宜性分區的研究是貫穿于對淺層地溫能調查和評價工全過程之中的，其研究結論是對淺層低溫能進行開發利用進行合理指導的重要基礎，對于其評價因子選取和相應的分區方法都要根據實際情況進行緊密結合和因地制宜。

關鍵詞：淺層低溫能；開發利用；適宜性分區

引言：淺層地溫能一般指的是蘊藏在地面以下200m左右深度范圍內的地下水和巖土體內所具有開發和利用價值的熱能，淺層低溫能主要的熱能儲存介質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能和風能一樣，能夠取之不盡、用之不竭，過量的開采淺層地溫能仍然會造成此類資源的逐漸枯竭。因此對淺層地溫能進行研究和調查必須以合理開發利用和相應的保護為前提和目的，這其中淺層地溫能的適宜性分區研究就是對其進行開發利用和保護的基礎性工作。不同地區的淺層地溫能具體的開發利用條件都是有一定條件的，相應適宜區的分區方法和評價因子也都是有所不同的。目前國外對于淺層低溫能開發利用適宜性分區相應的研究還沒有開展，但是在我國的各個地區根據自身的地質和水文地質條件都是已經有研究學者開始對淺層低溫能開發利用適宜性分區的研究工作，并且提出了關鍵因素法、層次分析法和綜合指數法等類別的淺層地溫能的開發利用適宜性分區的研究方法。本文通過對廣東省惠州市地質和水文條件的分析，對本地區淺層地溫能開發利用適宜性分區進行了相應研究。

1.淺層地溫能賦存條件概況

1.1 自然地理條件

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，屬亞熱帶季風性濕潤氣候區，雨量充沛，陽光充足，氣候炎熱。

區內多年平均氣溫為22～23℃（1997年～2010年），年內最低氣溫集中在1月份，為10.2℃，年內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℃。區內雨量充沛，有自北向南遞增趨勢，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。

據區內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），河流徑流系數為51.5～82.9%，徑流深901.9～1486mm。據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 地層巖性及結構劃分

工作區內工程地質巖土體按其巖性、結構、物理力學性質分為中-高壓縮性多層土體、層狀較軟弱紅色碎屑巖綜合體、層狀較軟至較堅硬碎屑巖綜合體、層狀軟硬相間變質巖綜合體、塊狀較堅硬至堅硬巖綜合體和較堅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，巖石風化程度變弱。

（3）層狀較堅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，局部夾細砂巖等，自上而下，巖石風化程度變弱。

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

（5）較堅硬碳酸鹽巖綜合體（Ⅴ）。巖性為晶質灰巖、角礫狀灰巖夾生物碎屑灰巖，多呈微風化，巖石較堅硬，節理裂隙中等發育，部分裂隙被方解石脈充填。

2.適宜性分區研究方法

2.1 總體技術路線

在充分收集、分析本地區已有的自然地理、區域地質、水文地質、工程地質、地熱地質等成果的基礎上，進行水文地質補充調查和淺層地溫能開發利用工程現狀調查，開展勘探孔施工、取樣和測試、熱響應試驗以及抽水、回灌試驗等工作，查明150m以淺第四系區域的巖土層結構和水文地質條件，取得資源評價與開發利用區劃的相關技術參數。在此基礎上進行地埋管換熱方式和地下水換熱方式適宜性分區，進行區域淺層地溫能評價，并編制淺層地溫能合理開發利用區劃，最后提交綜合成果資料（見圖1）。

2.2 分區方法

首先利用關鍵因子法對適宜性的必要條件進行劃分，然后在通過層次分析法和綜合指數法對適宜性的級別進行劃分。其中層次分析法是采用定性定量相結合的方法來進行系統化和 層次化的分析，此種方法在處理復雜決策問題方面具有很好的實用效果，而綜合指數法是在層次分析法所計算出的權重和模糊評判法所取得的數據的基礎上提出經濟效益指標的綜合評價指數。

在進行適宜性分區的過程中，首先采用專家打分法來對各層指標進行賦值，對層次分析軟件所計算出的各層指標進行權重，然后利用軟件繪制各要素層的圖件，之后將權重與分區賦值相乘，并且與各要素圖層相疊加，圖層的疊加結果便是適宜性分區的依據。最后，在評價體系的隸屬關系之上，要再結合調查統計和室內分析研究利用1-9標度發來對要素層和屬性層中各因素的相對重要性進行分析比較。其中對適宜性分區影響較大的因素其重要性就越大，可以建立比較矩陣進行分析，必要時對比較矩陣進行調整，使其滿足對所有因素的評價一致性，然后在求出要素層中各個要素在目標層中的權重。

2.3 適宜性分區指標

2.3.1 地下水源型開發利用適宜性分區評價體系

地下水源型開發利用適宜性評價體系（圖2）層次分析的目標層指標是適宜性的劃分，屬性層指標是地下水的富水性和動力場條件，要素層指標包括含水層有效厚度、水位埋深、單井涌水量、回灌能力和補給模數等六個指標，并且水源地保護條件和地面沉降等環境地質問題是建立各個要素層和屬性層判斷矩陣和確定權重的綜合考慮因素。

2.3.2 地源型開發利用適宜性分區指標

地源型開發利用適宜性評價體系（圖3）層次分析的目標層指標是適宜性的劃分，屬性層指標是地質條件、水文條件、地形地貌、熱物性、地質災害和施工條件，要素層指標包括巖土體堅硬程度、地下水徑流條件、地層巖性結構、綜合熱導率、平均比熱容和地質災害易發程度等六個指標，其中地形地貌和地質災害是分區的前提條件。

3.結束語

（1）淺層地溫能開發利用適宜性分區主要是通過對淺層地溫能資源賦存地區的地質條件的分析，然后結合本地區的環境保護和技術經濟條件進行研究，本次研究方法主要是將關鍵銀族作為必要條件，然后利用關鍵因子法、層次分析法和綜合指數法相綜合的評價方法來進行淺層地溫能的適宜性分區研究，對淺層地溫能的開發和利用能夠進行客觀的評價。

（2）由于各地區的資源賦存條件有所不同，進行淺層低溫能開發利用適宜性分區研究的評價因子和相應側重點都不一樣，因此在進行研究的時候要因地而異、因地制宜。

參考文獻

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