地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用
安徽蚌埠城市規(guī)劃區(qū)淺層地?zé)崮苎芯?/h1>
文章來(lái)源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時(shí)間:2021-11-10 15:08:23瀏覽次數(shù):1933
淺層地?zé)崮?/a>是指蘊(yùn)藏于地表以下200 m 以淺的巖土體、地下水和地表水中具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的熱能。它以地球內(nèi)熱為主及太陽(yáng)輻射影響而形成,是分布廣泛、儲(chǔ)量巨大及可再生的新興能源。區(qū)域淺層地?zé)崮?/a>研究是近年伴隨新興能源利用應(yīng)運(yùn)而生的新的專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域,其目的是為淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用規(guī)劃和布局提供依據(jù)。在分析研究區(qū)域淺層地?zé)?/a>能條件、分布規(guī)律的基礎(chǔ)上,進(jìn)行適應(yīng)性分區(qū)和區(qū)域淺層地?zé)?/a>能評(píng)價(jià),為淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用工程進(jìn)行預(yù)可行性研究(衛(wèi)萬(wàn)順,2008)。 1. 1 自然地理特征 研究區(qū)位于安徽省中北部的淮河兩側(cè)地帶。淮河以北為淮北平原南緣,地形開(kāi)闊平坦,微地貌有河漫灘和一級(jí)階地;淮河以南為江淮波狀平原北緣,次級(jí)地貌類(lèi)型有波狀平原、淺丘狀平原和丘陵等。 本區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)到暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候的過(guò)渡地帶,四季分明、光照充足,冬夏長(zhǎng)、春秋短,冬季干寒、夏季炎熱多雨。年均降水量903 mm。年均氣溫15. 6 ℃,每年6—9 月份平均氣溫一般大于22 ℃,1—3 月、12 月平均氣溫一般小于10 ℃。分布有淮河、龍子湖及天河等地表水體。 1. 2. 1 地質(zhì)條件(1) 地層巖性。根據(jù)淺層地?zé)崮?/a>地質(zhì)條件及其開(kāi)發(fā)利用特點(diǎn),按巖土工程地質(zhì)性質(zhì)及地質(zhì)時(shí)代將地層巖性分為3 類(lèi): 松散巖類(lèi)地層為第四系及新近系(Q + N); 半固結(jié)巖類(lèi)地層為古近系及白堊系(E + K); 固結(jié)巖類(lèi)地層為除松散巖類(lèi)、半固結(jié)巖類(lèi)地層以外的其他各類(lèi)基巖。 研究區(qū)200 m 以淺主要為松散巖類(lèi)及固結(jié)巖類(lèi)2 類(lèi)地層巖性。松散巖類(lèi)地層:上覆主要為第四系黏性土夾粉細(xì)砂,分布廣泛,南薄北厚;新近系隱伏于淮河以北地區(qū),厚約50 ~ 100 m。固結(jié)巖類(lèi)地層: 主要為上太古界五河雜巖和蚌埠期花崗巖,南厚北薄。 (2)地層結(jié)構(gòu)。根據(jù)地層巖性組合將地層結(jié)構(gòu) 分為單一結(jié)構(gòu)和雙層結(jié)構(gòu)2 類(lèi)。① 單一結(jié)構(gòu)分單一松散層結(jié)構(gòu)和單一基巖結(jié)構(gòu):當(dāng)Q + N 厚度小于30 m 時(shí),概化為單一半固結(jié)巖類(lèi)(E + K) 地層結(jié)構(gòu)和單一固結(jié)巖類(lèi)地層結(jié)構(gòu);當(dāng)Q + N 厚度大于100 m時(shí),概化為單一松散層地層結(jié)構(gòu)。② 雙層結(jié)構(gòu)是上部為松散巖類(lèi)地層(Q + N),下部為半固結(jié)(E + K)或固結(jié)巖類(lèi)地層:當(dāng)Q +N 厚度30 ~50 m 時(shí),為第一雙層結(jié)構(gòu);當(dāng)Q +N 厚度50 ~100 m 時(shí),為第二雙層結(jié)構(gòu)。 研究區(qū)200 m 以淺地層結(jié)構(gòu)可分4 類(lèi):北部地區(qū)以單一松散層結(jié)構(gòu)為主;沿淮河兩側(cè)地帶為松散巖類(lèi)地層與五河雜巖及花崗巖組成的第一雙層結(jié)構(gòu)和第二雙層結(jié)構(gòu);南部地區(qū)以五河雜巖及花崗巖為主(Q + N,厚度小于30 m) 構(gòu)成單一固結(jié)巖類(lèi)地層結(jié)構(gòu)。 (3)地質(zhì)構(gòu)造。自新近紀(jì)以來(lái),淮河以南地區(qū) 整體以上升為主,松散層厚度一般小于30 m;淮河以北整體以下降為主,松散巖層厚度一般大于50 m。區(qū)內(nèi)東西向斷層大致平行褶皺軸切割新近系,地質(zhì)構(gòu)造對(duì)淺層地熱能賦存的地質(zhì)背景有明顯控制作用,并進(jìn)一步影響淺層地?zé)崮苜Y源的儲(chǔ)集和開(kāi)發(fā)利用方式的選擇。 1. 2. 2 水文地質(zhì)條件(1) 松散巖類(lèi)孔隙水。研究區(qū)松散巖類(lèi)孔隙水按埋藏條件及水力性質(zhì),可分淺層地下水和深層地下水。淺層地下水含水層組底板埋深40 ~ 50 m,主要分布于淮河以北及其沿河地區(qū);含水層主要由全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)組成,巖性以粉砂、粉細(xì)砂為主,水位埋深0. 5 ~ 3. 0 m;淮河以北地區(qū)單井涌水量500 ~1 000 m3 /d,為潛水和半承壓水。 深層地下水含水層組由第四系中、下更新統(tǒng)及新近系組成,主要分布于淮河以北地區(qū);含水層厚20 ~45 m,水位埋深0. 6 ~3. 0 m,單井涌水量1 000 ~ 3 000 m3 /d,補(bǔ)給條件較差,為承壓水。 (2)基巖裂隙水。主要分布在淮河以南,含水 巖組主要由五河雜巖和花崗巖組成,呈帶狀分布;水位埋深1. 5 ~ 5. 0 m,單井涌水量小于100 m3 /d。另外,零星分布有碳酸鹽巖夾碎屑巖裂隙巖溶水。 1. 3 地溫場(chǎng)特征 1. 3. 1 地溫場(chǎng)自然特征(1) 巖土熱物性特征。本次采取6 組巖土樣,經(jīng)測(cè)試,巖土樣熱導(dǎo)率1. 11 ~2. 44 W/(m·K),比熱容0. 59 ~ 1. 52 kJ /(kg·K),導(dǎo)溫系數(shù)0. 001 4 ~ 0. 005 6 m2 /h,含水率0. 56% ~31. 51%,天然密度1. 82 ~ 2. 64 g /cm3,孔隙比0. 05~ 0. 99。不同巖性的巖土樣其熱物性有明顯差異。 (2)地溫場(chǎng)垂向分布特征。本區(qū)20 m 以淺地 溫隨氣溫變化明顯,變溫帶下限深度10 ~ 20 m;3. 2 m深處地溫14 ~ 21 ℃,年變幅7 ℃。地表以下溫度常年基本保持不變的地帶為恒溫帶,其熱能受地球內(nèi)熱傳導(dǎo)與太陽(yáng)輻射影響達(dá)到相對(duì)平衡;恒溫帶深度上限10 ~ 20 m、下限20 ~ 35 m,厚10 ~ 25 m;地溫16. 5 ~ 18. 0 ℃。本區(qū)增溫帶上限深度一般為20 ~ 35 m,恒溫帶以下至150 m 深度內(nèi)地溫16. 5 ~21. 0 ℃,地溫梯度淮河以北地區(qū)2. 6 ~ 2. 8 ℃ /100m,淮河以南地區(qū)2. 9 ~ 3. 2 ℃ /100 m。地溫場(chǎng)垂向分布特征明顯。 (3)地溫場(chǎng)平面分布特征。淮河以南大部分地 區(qū)恒溫帶平均溫度17. 0 ~ 19. 0 ℃,其上、下限深度分別為7. 0 ~ 12. 5 m、22. 5 ~ 27. 5 m,厚度15. 0 ~20. 0 m;變溫帶較薄。淮河以北地區(qū)恒溫帶平均溫度16. 0 ~ 17. 5 ℃,其上、下限深度分別為10. 0 ~17. 5 m、20. 0 ~ 35. 0 m,厚10. 0 ~ 20. 0 m。區(qū)內(nèi)中部恒溫帶溫度多為16. 5 ~ 17. 5 ℃,由北至南恒溫帶溫度具有逐漸增大的特點(diǎn)。 (4)地溫滯后效應(yīng)。2010 年夏季氣溫最大月平 均值為8 月份(28. 4 ℃),0. 4 m 深處地溫值與氣溫值動(dòng)態(tài)變化基本一致,而1. 6,3. 2 m 深處年地溫最大值分別為9 月份(24. 6 ℃)和10 月份(21. 0 ℃),5 m 深處年地溫最大值多發(fā)生在11 月份。2010 年冬季最小月平均氣溫為1 月份(2. 8 ℃),1. 6,3. 2 m深處年地溫最小值分別為3 月份(11. 1 ℃) 和4 月份(14. 3 ℃)。在冬、夏季,年內(nèi)淺部地溫極值較氣溫極值分布相應(yīng)滯后1 ~ 4 個(gè)月。在一定深度內(nèi),隨深度增加,其地溫滯后時(shí)間較長(zhǎng)。地溫滯后效應(yīng)可減少換熱過(guò)程中的負(fù)面影響,有利于實(shí)現(xiàn)冷(熱) 平衡,是淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的有益現(xiàn)象。 巖土現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果客觀反映了松散層在淮河以北較厚、以南較薄,不同地質(zhì)單元的巖土熱響應(yīng)特征。試驗(yàn)孔巖土平均熱導(dǎo)率平原區(qū)為2. 09W/(m·K),波狀平原區(qū)為2. 87 W/(m·K)。試驗(yàn)孔平均熱導(dǎo)率值較高,適宜于地源型(地埋管) 方式淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用。 1. 3. 3 地溫場(chǎng)影響因素分析淺層地?zé)?/a>能地溫場(chǎng)指地表以下200 m 以淺地溫分布及變化狀態(tài)的總和。恒溫帶以淺熱源來(lái)自地球內(nèi)熱和太陽(yáng)輻射的綜合作用,恒溫帶以深熱源主要來(lái)自于地球深部的熱傳導(dǎo)。采取地質(zhì)鉆探、巖土測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)、地溫監(jiān)測(cè)等方法獲取了詳實(shí)數(shù)據(jù)。經(jīng)分析認(rèn)為,區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地層結(jié)構(gòu)、地下水及氣候等淺層地?zé)?/a>能賦存條件,是構(gòu)成地溫場(chǎng)分布及其變化的主要影響因素。其中地下水不僅是地溫載體,還具有良好的熱傳遞功能;固結(jié)巖類(lèi)基巖具有較高的熱導(dǎo)率;變溫帶地溫動(dòng)態(tài)受氣候條件影響。 地溫場(chǎng)垂向及平面分布均具有較明顯的差異性;在一定的深度內(nèi),地溫相對(duì)氣溫的變化有明顯滯后效應(yīng)。 2 開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀 溫存在反向溫差、可季節(jié)性調(diào)節(jié)。研究區(qū)約有8 個(gè)月可開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮?/a>進(jìn)行室內(nèi)制冷、取暖,其淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用尚處于起步階段,已有開(kāi)發(fā)利用工程具有示范推廣意義。目前,在蚌埠高鐵站廣場(chǎng)有高鐵站房和賓館綜合樓2 處淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用工程,均為地源型利用方式,其節(jié)能效果明顯( 趙繼昌等,2011)。 已有工程場(chǎng)地松散層厚16. 0 m 左右,下伏混合花崗巖。恒溫帶溫度17. 8 ℃,平均熱導(dǎo)率2. 87W/(m·K)。高鐵站站房空調(diào)面積8 000 m2;地埋管為外徑25 mm 的PE 管,共208 孔,孔深80 ~ 83 m,間距4. 0 ~ 4. 5 m;為地源熱泵系統(tǒng)+ 風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)+ 室內(nèi)多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。高鐵站賓館綜合樓空調(diào)面積29 000 m2,包括住宿、餐飲、商場(chǎng)及超市;照明主要利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電,空調(diào)利用淺層地?zé)崮?/a>,此2 種能源結(jié)合利用可提供熱水;地埋管為外徑25 mm 的PE 管,共400 孔,孔深102 m,間距5 m,回填材料為砂及原漿。 3 開(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū) 3. 1 適宜性分區(qū)原則及方法 淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)貫穿于研究的 3. 1. 1 分區(qū)原則(1) 以地質(zhì)、水文地質(zhì)條件為基礎(chǔ),地質(zhì)條件是淺層地?zé)?/a>能賦存的重要基礎(chǔ),水文地質(zhì)條件是淺層地?zé)?/a>能賦存的主要影響因素。(2) 以淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用為目的,合理的開(kāi)發(fā)利用方式及有效的熱泵系統(tǒng)是重要媒介。(3) 經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境保護(hù)并重。在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下,開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮?/a>要擇優(yōu)選擇經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益及節(jié)能效果相對(duì)較好的地區(qū)和方式。(4) 平面劃分與垂向控制相結(jié)合。平面分區(qū)范圍為2020 年城市建設(shè)遠(yuǎn)期規(guī)劃區(qū),總體評(píng)價(jià)控制深度為200 m。 3. 1. 2 分區(qū)方法緊密結(jié)合本區(qū)淺層地?zé)崮?/a>賦存條件,首先采取關(guān)鍵因子法進(jìn)行適宜性必要條件劃分,再分別采用層次分析法及綜合指數(shù)法進(jìn)行適宜性級(jí)別的劃分。 層次分析法是定性和定量相結(jié)合、系統(tǒng)化及層 次化的分析方法,具有處理復(fù)雜決策問(wèn)題的實(shí)用性和有效性。 綜合指數(shù)法是指利用層次分析法計(jì)算的權(quán)重和 模糊評(píng)判法取得的數(shù)值提出經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。對(duì)適宜性劃分影響越大的因素其重要性就越大,建立比較矩陣,通過(guò)計(jì)算,檢驗(yàn)比較矩陣的一致性,必要時(shí)對(duì)比較矩陣進(jìn)行調(diào)整,以達(dá)到可以接受的一致性。 根據(jù)淺層地熱能賦存條件可分地源型( 地埋 管)、地下水源型、地表水源型3 種開(kāi)發(fā)利用方式,再分別劃分不同適宜區(qū)。地源型分適宜區(qū)、較適宜區(qū)、一般適宜區(qū)、差適宜區(qū)及不適宜區(qū)5 類(lèi),其中較適宜區(qū)分較適宜區(qū)松散巖類(lèi)亞區(qū)、較適宜區(qū)半固結(jié)巖類(lèi)亞區(qū)及較適宜區(qū)固結(jié)巖類(lèi)亞區(qū)3 個(gè)亞區(qū)。地下水源型分適宜區(qū)、較適宜區(qū)及不適宜區(qū)3 類(lèi)。地表水源型分適宜區(qū)及不適宜區(qū)2 類(lèi)。 3. 2 開(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)體系 3. 2. 1 地源型適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)體系選取地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、施工條件、熱物性、地形地貌及環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題等作為地源型開(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)的屬性層指標(biāo),其中松散層厚度、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度、地貌形態(tài)等為關(guān)鍵因子。 在判定關(guān)鍵因子的前提下,采用層次分析法及 綜合指數(shù)法進(jìn)行地源型淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)。 3. 2. 2 地下水源型適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)體系選取地下水富水性及地下水動(dòng)力場(chǎng)條件作為地下水源型適宜性評(píng)價(jià)的屬性層指標(biāo);單井涌水量、含水層有效厚度、回灌能力、水位埋深、水位下降速率及補(bǔ)給模數(shù)6 個(gè)指標(biāo)作為層次分析的要素層;其中地下水富水性、回灌能力及環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題為關(guān)鍵因子。在判定關(guān)鍵因子的前提下,采用層次分析法及綜合指數(shù)法進(jìn)行地下水源型淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)。 ① 地面沉降量> 500 mm 的地區(qū)為地下水源型不適宜區(qū)② 地面沉降量0 ~ 500 mm 的地區(qū),取降一個(gè)適宜性級(jí)別3. 2. 3 地表水源型適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)體系地表水源型淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用方式分開(kāi)式及閉式2 類(lèi)。 地表水源型適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要為地表水體的可循環(huán)利用量、水深、水溫、水質(zhì)及距利用工程的距離等(表4)。 3. 3 開(kāi)發(fā)利用適宜性綜合評(píng)價(jià) 研究區(qū)主要適宜地源型開(kāi)發(fā)利用方式:其適宜 區(qū)分布于松散層厚度大于100 m 的淮河以北地區(qū);較適宜區(qū)主要分布在松散層厚度50 ~ 100 m 和小于30 m 的淮河兩側(cè)及其以南地區(qū);一般適宜區(qū)局部分布于淮河兩側(cè)地帶;差適宜區(qū)局部分布于南部中丘及中丘以上地區(qū)。地下水源型較適宜區(qū)僅分布于北部地區(qū),今后開(kāi)發(fā)利用時(shí)需加強(qiáng)地下水回灌,防止因過(guò)量開(kāi)采地下水引發(fā)地下水資源枯竭及地面沉降等問(wèn)題。地表水源型適宜區(qū)分布于淮河兩側(cè)0. 5 km范圍內(nèi),開(kāi)發(fā)利用時(shí)尚需綜合考慮相關(guān)條件。 4 淺層地?zé)崮苜Y源潛力評(píng)價(jià) 4. 1 淺層地?zé)崮苜Y源量 4. 1. 1 淺層地?zé)?/a>容量淺層地?zé)?/a>容量是指在淺層巖土體、地下水和地表水中儲(chǔ)藏的單位溫差熱量,采用體積法計(jì)算。計(jì)算參數(shù)主要有巖土體密度、比熱容、孔隙率等。區(qū)內(nèi)潛水位埋深3 m 左右,據(jù)地下?lián)Q熱系統(tǒng)埋設(shè)特點(diǎn),包氣帶淺層地?zé)崛萘坑?jì)算略去。 計(jì)算厚度為潛水面至計(jì)算下限的巖土體厚度,計(jì)算面積為城市規(guī)劃區(qū)面積。地表水為枯水年枯水期的淮河地?zé)崛萘俊?/div> 經(jīng)計(jì)算,本區(qū)巖土體、地下水和地表水中淺層地?zé)峥偀崛萘繛?. 00 × 1015 kJ。熱容量可折合標(biāo)準(zhǔn)煤981. 61 萬(wàn)t,減排量(CO2、SO2、NOx、懸浮質(zhì)粉塵)2 372. 56 萬(wàn)t,節(jié)省治理費(fèi)272 986 萬(wàn)元。 4. 1. 2 可利用資源量可利用資源量是指采用一定的換熱方式從淺層巖土體、地下水和地表水中單位時(shí)間內(nèi)可提取的熱量,以換熱功率表示。它不僅受淺層地?zé)崮苜x存條件影響,還與開(kāi)發(fā)利用方式有關(guān)。可利用資源量計(jì)算方法:地源型利用方式采用熱傳導(dǎo)法,地下水源型及地表水源型利用方式采用水量折算法。采用《淺層地?zé)崮芸辈?/a>評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ /T 0225—2009)附錄A 中的A. 7 式計(jì)算地埋管單孔換熱功率,A. 10 式計(jì)算地下水和地表水的換熱功率。 (1)地源型方式可利用資源量。根據(jù)區(qū)內(nèi)地層巖性、地層結(jié)構(gòu)等條件,分別計(jì)算地源型利用方式單孔換熱功率和計(jì)算區(qū)域內(nèi)可利用資源量。本區(qū)適宜區(qū)、較適宜區(qū)和一般適宜區(qū)面積為528 km2;孔間距5 m,雙U 型;地源型淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用綜合考慮工程布局、建筑負(fù)荷、占地面積、資源承載力及農(nóng)田保護(hù)等因素,可利用土地系數(shù)城鎮(zhèn)和農(nóng)村分別取19. 6%和4. 8%;本區(qū)可設(shè)置換熱孔城鎮(zhèn)和農(nóng)村分別為2 970 576,286 272 個(gè);據(jù)現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)獲得利用溫差,計(jì)算時(shí)間為1 個(gè)制冷和供暖周期。本區(qū)地源型方式冬、夏季可利用換熱功率分別為3. 719× 105,5. 206 × 106 kW。開(kāi)發(fā)利用后每年相當(dāng)于可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤236. 81 萬(wàn)t,減排量572. 37 萬(wàn)t,節(jié)省治理費(fèi)65 857 萬(wàn)元。 (2)地下水源型方式可利用資源量。區(qū)內(nèi)地下水源型換熱方式較適宜區(qū)面積農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)分別為56. 7,26. 7 km2;地下水循環(huán)利用量取單井涌水量均值2 000 m3 /d;井間距200 m;地下水源型淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用綜合考慮工程布局、建筑負(fù)荷、占地面積、資源承載力、農(nóng)田保護(hù)及地下水連通性等因素,可利用土地系數(shù)城鎮(zhèn)和農(nóng)村分別取52. 2%,12. 8%;較適宜區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)和農(nóng)村分別可布設(shè)抽水井269,1 098 眼。地下水源型方式冬、夏季可利用換熱功率分別為1. 96 × 105,2. 75 × 105 kW。開(kāi)發(fā)利用后相當(dāng)于每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤12. 5 萬(wàn)t,減排量30. 2 萬(wàn)t,節(jié)省治理費(fèi)3 300 萬(wàn)元。 (3)地表水源型方式可利用資源量。地表水源型方式適宜區(qū)主要為淮河兩側(cè)地帶,其枯水期平均水深5 m,可循環(huán)利用量1 040 × 104 m3。在可利用溫差1 ℃時(shí),地表水源型方式冬、夏季可利用換熱功率均為5. 04 × 105 kW。開(kāi)發(fā)利用后每年相當(dāng)于可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤26. 76 萬(wàn)t,減排量64. 68 萬(wàn)t,節(jié)省治理費(fèi)7 442萬(wàn)元。 4. 1. 3 資源量評(píng)價(jià)淺層地?zé)崮苜Y源量計(jì)算方法依據(jù)《淺層地?zé)崮芸辈?/a>評(píng)價(jià)規(guī)范》( DZ /T 0225—2009);計(jì)算參數(shù)主要來(lái)自本項(xiàng)目實(shí)測(cè)及計(jì)算數(shù)據(jù),部分為經(jīng)驗(yàn)值及常量數(shù)據(jù)。其淺層地?zé)崮苜Y源計(jì)算方法正確,參數(shù)可靠,結(jié)果可信。本區(qū)淺層地?zé)豳Y源豐富:淺層地?zé)崛萘繛?. 00 × 1015 kJ,可利用資源總量9. 682 × 106 kW,其中地表水源型可利用換熱功率為1 ℃溫差下的資源量。 4. 2 資源潛力評(píng)價(jià) 資源潛力評(píng)價(jià)是指依據(jù)可利用資源量,采用不同適宜區(qū)的單位面積可供暖和制冷面積,進(jìn)行淺層地?zé)崮苜Y源開(kāi)發(fā)利用潛力評(píng)價(jià)。當(dāng)?shù)仄胀ㄗ≌?a href="http://lichunhm.cn/t/冬季供暖.html" >冬季供暖、夏季制冷負(fù)荷分別按50,70 W/m2 計(jì)( 國(guó)土資源部地質(zhì)環(huán)境司,2011)。 據(jù)不同換熱方式的適宜性分區(qū)和可利用資源量,地源型方式冬季供暖、夏季制冷面積各為7. 44 × 107m2,供暖和制冷資源潛力各為每平方千米1. 41 × 105m2;地下水源型冬季供暖、夏季制冷面積各為3. 92 ×106 m2,冬季供暖、夏季制冷資源潛力各為每平方千米4. 70 ×104 m2;地表水源型供暖面積1. 01 × 107 m2,制冷面積0. 72 × 107 m2,資源潛力供暖為每平方千米9. 70 ×105 m2,制冷為每平方千米6. 93 ×105 m2。 本區(qū)可利用換熱功率高,資源潛力大,具有顯著的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。如合理開(kāi)發(fā)利用,每年可相當(dāng)于節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤276. 07 萬(wàn)t,減排量667. 25 萬(wàn)t,節(jié)省治理費(fèi)用76 599 萬(wàn)元。 5 結(jié)論 (1)蚌埠城市規(guī)劃區(qū)淺層地?zé)崮苜Y源豐富,其時(shí)空分布主要與地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地下水、地層結(jié)構(gòu)及氣候等條件有關(guān)。資源開(kāi)發(fā)利用潛力較大,預(yù)期節(jié)能減排效果顯著。 (2)本區(qū)主要適宜地源型淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用方式,局部適宜地表水源型、地下水源型利用方式。 (3) 建議在區(qū)域淺層地?zé)崮苷{(diào)查評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,編制城市淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用規(guī)劃;在建設(shè)開(kāi)發(fā)利用工程時(shí),需進(jìn)行場(chǎng)地淺層地?zé)崮?a href="http://lichunhm.cn/t/勘查.html" >勘查評(píng)價(jià)。 (4)采用新技術(shù)、新方法進(jìn)行了區(qū)域淺層地?zé)崮苎芯浚欠?wù)于新能源開(kāi)發(fā)利用新的專(zhuān)業(yè)技術(shù)研究領(lǐng)域,其研究方法及相關(guān)內(nèi)容尚需進(jìn)一步探討和完善。
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淺層地?zé)崮?/a>是指蘊(yùn)藏于地表以下200 m 以淺的巖土體、地下水和地表水中具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的熱能。它以地球內(nèi)熱為主及太陽(yáng)輻射影響而形成,是分布廣泛、儲(chǔ)量巨大及可再生的新興能源。區(qū)域淺層地?zé)崮?/a>研究是近年伴隨新興能源利用應(yīng)運(yùn)而生的新的專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域,其目的是為淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用規(guī)劃和布局提供依據(jù)。在分析研究區(qū)域淺層地?zé)?/a>能條件、分布規(guī)律的基礎(chǔ)上,進(jìn)行適應(yīng)性分區(qū)和區(qū)域淺層地?zé)?/a>能評(píng)價(jià),為淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用工程進(jìn)行預(yù)可行性研究(衛(wèi)萬(wàn)順,2008)。
1. 1 自然地理特征
研究區(qū)位于安徽省中北部的淮河兩側(cè)地帶。淮河以北為淮北平原南緣,地形開(kāi)闊平坦,微地貌有河漫灘和一級(jí)階地;淮河以南為江淮波狀平原北緣,次級(jí)地貌類(lèi)型有波狀平原、淺丘狀平原和丘陵等。
本區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)到暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候的過(guò)渡地帶,四季分明、光照充足,冬夏長(zhǎng)、春秋短,冬季干寒、夏季炎熱多雨。年均降水量903 mm。年均氣溫15. 6 ℃,每年6—9 月份平均氣溫一般大于22 ℃,1—3 月、12 月平均氣溫一般小于10 ℃。分布有淮河、龍子湖及天河等地表水體。
1. 2. 1 地質(zhì)條件(1) 地層巖性。根據(jù)淺層地?zé)崮?/a>地質(zhì)條件及其開(kāi)發(fā)利用特點(diǎn),按巖土工程地質(zhì)性質(zhì)及地質(zhì)時(shí)代將地層巖性分為3 類(lèi): 松散巖類(lèi)地層為第四系及新近系(Q + N); 半固結(jié)巖類(lèi)地層為古近系及白堊系(E + K); 固結(jié)巖類(lèi)地層為除松散巖類(lèi)、半固結(jié)巖類(lèi)地層以外的其他各類(lèi)基巖。
研究區(qū)200 m 以淺主要為松散巖類(lèi)及固結(jié)巖類(lèi)2 類(lèi)地層巖性。松散巖類(lèi)地層:上覆主要為第四系黏性土夾粉細(xì)砂,分布廣泛,南薄北厚;新近系隱伏于淮河以北地區(qū),厚約50 ~ 100 m。固結(jié)巖類(lèi)地層:
主要為上太古界五河雜巖和蚌埠期花崗巖,南厚北薄。
(2)地層結(jié)構(gòu)。根據(jù)地層巖性組合將地層結(jié)構(gòu)
分為單一結(jié)構(gòu)和雙層結(jié)構(gòu)2 類(lèi)。① 單一結(jié)構(gòu)分單一松散層結(jié)構(gòu)和單一基巖結(jié)構(gòu):當(dāng)Q + N 厚度小于30 m 時(shí),概化為單一半固結(jié)巖類(lèi)(E + K) 地層結(jié)構(gòu)和單一固結(jié)巖類(lèi)地層結(jié)構(gòu);當(dāng)Q + N 厚度大于100 m時(shí),概化為單一松散層地層結(jié)構(gòu)。② 雙層結(jié)構(gòu)是上部為松散巖類(lèi)地層(Q + N),下部為半固結(jié)(E + K)或固結(jié)巖類(lèi)地層:當(dāng)Q +N 厚度30 ~50 m 時(shí),為第一雙層結(jié)構(gòu);當(dāng)Q +N 厚度50 ~100 m 時(shí),為第二雙層結(jié)構(gòu)。
研究區(qū)200 m 以淺地層結(jié)構(gòu)可分4 類(lèi):北部地區(qū)以單一松散層結(jié)構(gòu)為主;沿淮河兩側(cè)地帶為松散巖類(lèi)地層與五河雜巖及花崗巖組成的第一雙層結(jié)構(gòu)和第二雙層結(jié)構(gòu);南部地區(qū)以五河雜巖及花崗巖為主(Q + N,厚度小于30 m) 構(gòu)成單一固結(jié)巖類(lèi)地層結(jié)構(gòu)。
(3)地質(zhì)構(gòu)造。自新近紀(jì)以來(lái),淮河以南地區(qū)
整體以上升為主,松散層厚度一般小于30 m;淮河以北整體以下降為主,松散巖層厚度一般大于50 m。區(qū)內(nèi)東西向斷層大致平行褶皺軸切割新近系,地質(zhì)構(gòu)造對(duì)淺層地熱能賦存的地質(zhì)背景有明顯控制作用,并進(jìn)一步影響淺層地?zé)崮苜Y源的儲(chǔ)集和開(kāi)發(fā)利用方式的選擇。
1. 2. 2 水文地質(zhì)條件(1) 松散巖類(lèi)孔隙水。研究區(qū)松散巖類(lèi)孔隙水按埋藏條件及水力性質(zhì),可分淺層地下水和深層地下水。淺層地下水含水層組底板埋深40 ~ 50 m,主要分布于淮河以北及其沿河地區(qū);含水層主要由全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)組成,巖性以粉砂、粉細(xì)砂為主,水位埋深0. 5 ~ 3. 0 m;淮河以北地區(qū)單井涌水量500 ~1 000 m3 /d,為潛水和半承壓水。
深層地下水含水層組由第四系中、下更新統(tǒng)及新近系組成,主要分布于淮河以北地區(qū);含水層厚20 ~45 m,水位埋深0. 6 ~3. 0 m,單井涌水量1 000 ~ 3 000 m3 /d,補(bǔ)給條件較差,為承壓水。
(2)基巖裂隙水。主要分布在淮河以南,含水
巖組主要由五河雜巖和花崗巖組成,呈帶狀分布;水位埋深1. 5 ~ 5. 0 m,單井涌水量小于100 m3 /d。另外,零星分布有碳酸鹽巖夾碎屑巖裂隙巖溶水。
1. 3 地溫場(chǎng)特征
1. 3. 1 地溫場(chǎng)自然特征(1) 巖土熱物性特征。本次采取6 組巖土樣,經(jīng)測(cè)試,巖土樣熱導(dǎo)率1. 11 ~2. 44 W/(m·K),比熱容0. 59 ~ 1. 52 kJ /(kg·K),導(dǎo)溫系數(shù)0. 001 4 ~ 0. 005 6 m2 /h,含水率0. 56% ~31. 51%,天然密度1. 82 ~ 2. 64 g /cm3,孔隙比0. 05~ 0. 99。不同巖性的巖土樣其熱物性有明顯差異。
(2)地溫場(chǎng)垂向分布特征。本區(qū)20 m 以淺地
溫隨氣溫變化明顯,變溫帶下限深度10 ~ 20 m;3. 2 m深處地溫14 ~ 21 ℃,年變幅7 ℃。地表以下溫度常年基本保持不變的地帶為恒溫帶,其熱能受地球內(nèi)熱傳導(dǎo)與太陽(yáng)輻射影響達(dá)到相對(duì)平衡;恒溫帶深度上限10 ~ 20 m、下限20 ~ 35 m,厚10 ~ 25 m;地溫16. 5 ~ 18. 0 ℃。本區(qū)增溫帶上限深度一般為20 ~ 35 m,恒溫帶以下至150 m 深度內(nèi)地溫16. 5 ~21. 0 ℃,地溫梯度淮河以北地區(qū)2. 6 ~ 2. 8 ℃ /100m,淮河以南地區(qū)2. 9 ~ 3. 2 ℃ /100 m。地溫場(chǎng)垂向分布特征明顯。
(3)地溫場(chǎng)平面分布特征。淮河以南大部分地
區(qū)恒溫帶平均溫度17. 0 ~ 19. 0 ℃,其上、下限深度分別為7. 0 ~ 12. 5 m、22. 5 ~ 27. 5 m,厚度15. 0 ~20. 0 m;變溫帶較薄。淮河以北地區(qū)恒溫帶平均溫度16. 0 ~ 17. 5 ℃,其上、下限深度分別為10. 0 ~17. 5 m、20. 0 ~ 35. 0 m,厚10. 0 ~ 20. 0 m。區(qū)內(nèi)中部恒溫帶溫度多為16. 5 ~ 17. 5 ℃,由北至南恒溫帶溫度具有逐漸增大的特點(diǎn)。
(4)地溫滯后效應(yīng)。2010 年夏季氣溫最大月平
均值為8 月份(28. 4 ℃),0. 4 m 深處地溫值與氣溫值動(dòng)態(tài)變化基本一致,而1. 6,3. 2 m 深處年地溫最大值分別為9 月份(24. 6 ℃)和10 月份(21. 0 ℃),5 m 深處年地溫最大值多發(fā)生在11 月份。2010 年冬季最小月平均氣溫為1 月份(2. 8 ℃),1. 6,3. 2 m深處年地溫最小值分別為3 月份(11. 1 ℃) 和4 月份(14. 3 ℃)。在冬、夏季,年內(nèi)淺部地溫極值較氣溫極值分布相應(yīng)滯后1 ~ 4 個(gè)月。在一定深度內(nèi),隨深度增加,其地溫滯后時(shí)間較長(zhǎng)。地溫滯后效應(yīng)可減少換熱過(guò)程中的負(fù)面影響,有利于實(shí)現(xiàn)冷(熱) 平衡,是淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的有益現(xiàn)象。
巖土現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果客觀反映了松散層在淮河以北較厚、以南較薄,不同地質(zhì)單元的巖土熱響應(yīng)特征。試驗(yàn)孔巖土平均熱導(dǎo)率平原區(qū)為2. 09W/(m·K),波狀平原區(qū)為2. 87 W/(m·K)。試驗(yàn)孔平均熱導(dǎo)率值較高,適宜于地源型(地埋管) 方式淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用。
1. 3. 3 地溫場(chǎng)影響因素分析淺層地?zé)?/a>能地溫場(chǎng)指地表以下200 m 以淺地溫分布及變化狀態(tài)的總和。恒溫帶以淺熱源來(lái)自地球內(nèi)熱和太陽(yáng)輻射的綜合作用,恒溫帶以深熱源主要來(lái)自于地球深部的熱傳導(dǎo)。采取地質(zhì)鉆探、巖土測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)、地溫監(jiān)測(cè)等方法獲取了詳實(shí)數(shù)據(jù)。經(jīng)分析認(rèn)為,區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地層結(jié)構(gòu)、地下水及氣候等淺層地?zé)?/a>能賦存條件,是構(gòu)成地溫場(chǎng)分布及其變化的主要影響因素。其中地下水不僅是地溫載體,還具有良好的熱傳遞功能;固結(jié)巖類(lèi)基巖具有較高的熱導(dǎo)率;變溫帶地溫動(dòng)態(tài)受氣候條件影響。
地溫場(chǎng)垂向及平面分布均具有較明顯的差異性;在一定的深度內(nèi),地溫相對(duì)氣溫的變化有明顯滯后效應(yīng)。
2 開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀
溫存在反向溫差、可季節(jié)性調(diào)節(jié)。研究區(qū)約有8 個(gè)月可開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮?/a>進(jìn)行室內(nèi)制冷、取暖,其淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用尚處于起步階段,已有開(kāi)發(fā)利用工程具有示范推廣意義。目前,在蚌埠高鐵站廣場(chǎng)有高鐵站房和賓館綜合樓2 處淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用工程,均為地源型利用方式,其節(jié)能效果明顯( 趙繼昌等,2011)。
已有工程場(chǎng)地松散層厚16. 0 m 左右,下伏混合花崗巖。恒溫帶溫度17. 8 ℃,平均熱導(dǎo)率2. 87W/(m·K)。高鐵站站房空調(diào)面積8 000 m2;地埋管為外徑25 mm 的PE 管,共208 孔,孔深80 ~ 83 m,間距4. 0 ~ 4. 5 m;為地源熱泵系統(tǒng)+ 風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)+ 室內(nèi)多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。高鐵站賓館綜合樓空調(diào)面積29 000 m2,包括住宿、餐飲、商場(chǎng)及超市;照明主要利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電,空調(diào)利用淺層地?zé)崮?/a>,此2 種能源結(jié)合利用可提供熱水;地埋管為外徑25 mm 的PE 管,共400 孔,孔深102 m,間距5 m,回填材料為砂及原漿。
3 開(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)
3. 1 適宜性分區(qū)原則及方法
淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)貫穿于研究的
3. 1. 1 分區(qū)原則(1) 以地質(zhì)、水文地質(zhì)條件為基礎(chǔ),地質(zhì)條件是淺層地?zé)?/a>能賦存的重要基礎(chǔ),水文地質(zhì)條件是淺層地?zé)?/a>能賦存的主要影響因素。(2) 以淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用為目的,合理的開(kāi)發(fā)利用方式及有效的熱泵系統(tǒng)是重要媒介。(3) 經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境保護(hù)并重。在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下,開(kāi)發(fā)利用淺層地?zé)崮?/a>要擇優(yōu)選擇經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益及節(jié)能效果相對(duì)較好的地區(qū)和方式。(4) 平面劃分與垂向控制相結(jié)合。平面分區(qū)范圍為2020 年城市建設(shè)遠(yuǎn)期規(guī)劃區(qū),總體評(píng)價(jià)控制深度為200 m。
3. 1. 2 分區(qū)方法緊密結(jié)合本區(qū)淺層地?zé)崮?/a>賦存條件,首先采取關(guān)鍵因子法進(jìn)行適宜性必要條件劃分,再分別采用層次分析法及綜合指數(shù)法進(jìn)行適宜性級(jí)別的劃分。
層次分析法是定性和定量相結(jié)合、系統(tǒng)化及層
次化的分析方法,具有處理復(fù)雜決策問(wèn)題的實(shí)用性和有效性。
綜合指數(shù)法是指利用層次分析法計(jì)算的權(quán)重和
模糊評(píng)判法取得的數(shù)值提出經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。對(duì)適宜性劃分影響越大的因素其重要性就越大,建立比較矩陣,通過(guò)計(jì)算,檢驗(yàn)比較矩陣的一致性,必要時(shí)對(duì)比較矩陣進(jìn)行調(diào)整,以達(dá)到可以接受的一致性。
根據(jù)淺層地熱能賦存條件可分地源型( 地埋
管)、地下水源型、地表水源型3 種開(kāi)發(fā)利用方式,再分別劃分不同適宜區(qū)。地源型分適宜區(qū)、較適宜區(qū)、一般適宜區(qū)、差適宜區(qū)及不適宜區(qū)5 類(lèi),其中較適宜區(qū)分較適宜區(qū)松散巖類(lèi)亞區(qū)、較適宜區(qū)半固結(jié)巖類(lèi)亞區(qū)及較適宜區(qū)固結(jié)巖類(lèi)亞區(qū)3 個(gè)亞區(qū)。地下水源型分適宜區(qū)、較適宜區(qū)及不適宜區(qū)3 類(lèi)。地表水源型分適宜區(qū)及不適宜區(qū)2 類(lèi)。
3. 2 開(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)體系
3. 2. 1 地源型適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)體系選取地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、施工條件、熱物性、地形地貌及環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題等作為地源型開(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)的屬性層指標(biāo),其中松散層厚度、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度、地貌形態(tài)等為關(guān)鍵因子。
在判定關(guān)鍵因子的前提下,采用層次分析法及
綜合指數(shù)法進(jìn)行地源型淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)。
3. 2. 2 地下水源型適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)體系選取地下水富水性及地下水動(dòng)力場(chǎng)條件作為地下水源型適宜性評(píng)價(jià)的屬性層指標(biāo);單井涌水量、含水層有效厚度、回灌能力、水位埋深、水位下降速率及補(bǔ)給模數(shù)6 個(gè)指標(biāo)作為層次分析的要素層;其中地下水富水性、回灌能力及環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題為關(guān)鍵因子。在判定關(guān)鍵因子的前提下,采用層次分析法及綜合指數(shù)法進(jìn)行地下水源型淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)。
① 地面沉降量> 500 mm 的地區(qū)為地下水源型不適宜區(qū)② 地面沉降量0 ~ 500 mm 的地區(qū),取降一個(gè)適宜性級(jí)別3. 2. 3 地表水源型適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)體系地表水源型淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用方式分開(kāi)式及閉式2 類(lèi)。
地表水源型適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要為地表水體的可循環(huán)利用量、水深、水溫、水質(zhì)及距利用工程的距離等(表4)。
3. 3 開(kāi)發(fā)利用適宜性綜合評(píng)價(jià)
研究區(qū)主要適宜地源型開(kāi)發(fā)利用方式:其適宜
區(qū)分布于松散層厚度大于100 m 的淮河以北地區(qū);較適宜區(qū)主要分布在松散層厚度50 ~ 100 m 和小于30 m 的淮河兩側(cè)及其以南地區(qū);一般適宜區(qū)局部分布于淮河兩側(cè)地帶;差適宜區(qū)局部分布于南部中丘及中丘以上地區(qū)。地下水源型較適宜區(qū)僅分布于北部地區(qū),今后開(kāi)發(fā)利用時(shí)需加強(qiáng)地下水回灌,防止因過(guò)量開(kāi)采地下水引發(fā)地下水資源枯竭及地面沉降等問(wèn)題。地表水源型適宜區(qū)分布于淮河兩側(cè)0. 5 km范圍內(nèi),開(kāi)發(fā)利用時(shí)尚需綜合考慮相關(guān)條件。
4 淺層地?zé)崮苜Y源潛力評(píng)價(jià)
4. 1 淺層地?zé)崮苜Y源量
4. 1. 1 淺層地?zé)?/a>容量淺層地?zé)?/a>容量是指在淺層巖土體、地下水和地表水中儲(chǔ)藏的單位溫差熱量,采用體積法計(jì)算。計(jì)算參數(shù)主要有巖土體密度、比熱容、孔隙率等。區(qū)內(nèi)潛水位埋深3 m 左右,據(jù)地下?lián)Q熱系統(tǒng)埋設(shè)特點(diǎn),包氣帶淺層地?zé)崛萘坑?jì)算略去。
計(jì)算厚度為潛水面至計(jì)算下限的巖土體厚度,計(jì)算面積為城市規(guī)劃區(qū)面積。地表水為枯水年枯水期的淮河地?zé)崛萘俊?/div>
經(jīng)計(jì)算,本區(qū)巖土體、地下水和地表水中淺層地?zé)峥偀崛萘繛?. 00 × 1015 kJ。熱容量可折合標(biāo)準(zhǔn)煤981. 61 萬(wàn)t,減排量(CO2、SO2、NOx、懸浮質(zhì)粉塵)2 372. 56 萬(wàn)t,節(jié)省治理費(fèi)272 986 萬(wàn)元。
4. 1. 2 可利用資源量可利用資源量是指采用一定的換熱方式從淺層巖土體、地下水和地表水中單位時(shí)間內(nèi)可提取的熱量,以換熱功率表示。它不僅受淺層地?zé)崮苜x存條件影響,還與開(kāi)發(fā)利用方式有關(guān)。可利用資源量計(jì)算方法:地源型利用方式采用熱傳導(dǎo)法,地下水源型及地表水源型利用方式采用水量折算法。采用《淺層地?zé)崮芸辈?/a>評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ /T 0225—2009)附錄A 中的A. 7 式計(jì)算地埋管單孔換熱功率,A. 10 式計(jì)算地下水和地表水的換熱功率。
(1)地源型方式可利用資源量。根據(jù)區(qū)內(nèi)地層巖性、地層結(jié)構(gòu)等條件,分別計(jì)算地源型利用方式單孔換熱功率和計(jì)算區(qū)域內(nèi)可利用資源量。本區(qū)適宜區(qū)、較適宜區(qū)和一般適宜區(qū)面積為528 km2;孔間距5 m,雙U 型;地源型淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用綜合考慮工程布局、建筑負(fù)荷、占地面積、資源承載力及農(nóng)田保護(hù)等因素,可利用土地系數(shù)城鎮(zhèn)和農(nóng)村分別取19. 6%和4. 8%;本區(qū)可設(shè)置換熱孔城鎮(zhèn)和農(nóng)村分別為2 970 576,286 272 個(gè);據(jù)現(xiàn)場(chǎng)熱響應(yīng)試驗(yàn)獲得利用溫差,計(jì)算時(shí)間為1 個(gè)制冷和供暖周期。本區(qū)地源型方式冬、夏季可利用換熱功率分別為3. 719× 105,5. 206 × 106 kW。開(kāi)發(fā)利用后每年相當(dāng)于可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤236. 81 萬(wàn)t,減排量572. 37 萬(wàn)t,節(jié)省治理費(fèi)65 857 萬(wàn)元。
(2)地下水源型方式可利用資源量。區(qū)內(nèi)地下水源型換熱方式較適宜區(qū)面積農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)分別為56. 7,26. 7 km2;地下水循環(huán)利用量取單井涌水量均值2 000 m3 /d;井間距200 m;地下水源型淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用綜合考慮工程布局、建筑負(fù)荷、占地面積、資源承載力、農(nóng)田保護(hù)及地下水連通性等因素,可利用土地系數(shù)城鎮(zhèn)和農(nóng)村分別取52. 2%,12. 8%;較適宜區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)和農(nóng)村分別可布設(shè)抽水井269,1 098 眼。地下水源型方式冬、夏季可利用換熱功率分別為1. 96 × 105,2. 75 × 105 kW。開(kāi)發(fā)利用后相當(dāng)于每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤12. 5 萬(wàn)t,減排量30. 2 萬(wàn)t,節(jié)省治理費(fèi)3 300 萬(wàn)元。
(3)地表水源型方式可利用資源量。地表水源型方式適宜區(qū)主要為淮河兩側(cè)地帶,其枯水期平均水深5 m,可循環(huán)利用量1 040 × 104 m3。在可利用溫差1 ℃時(shí),地表水源型方式冬、夏季可利用換熱功率均為5. 04 × 105 kW。開(kāi)發(fā)利用后每年相當(dāng)于可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤26. 76 萬(wàn)t,減排量64. 68 萬(wàn)t,節(jié)省治理費(fèi)7 442萬(wàn)元。
4. 1. 3 資源量評(píng)價(jià)淺層地?zé)崮苜Y源量計(jì)算方法依據(jù)《淺層地?zé)崮芸辈?/a>評(píng)價(jià)規(guī)范》( DZ /T 0225—2009);計(jì)算參數(shù)主要來(lái)自本項(xiàng)目實(shí)測(cè)及計(jì)算數(shù)據(jù),部分為經(jīng)驗(yàn)值及常量數(shù)據(jù)。其淺層地?zé)崮苜Y源計(jì)算方法正確,參數(shù)可靠,結(jié)果可信。本區(qū)淺層地?zé)豳Y源豐富:淺層地?zé)崛萘繛?. 00 × 1015 kJ,可利用資源總量9. 682 × 106 kW,其中地表水源型可利用換熱功率為1 ℃溫差下的資源量。
4. 2 資源潛力評(píng)價(jià)
資源潛力評(píng)價(jià)是指依據(jù)可利用資源量,采用不同適宜區(qū)的單位面積可供暖和制冷面積,進(jìn)行淺層地?zé)崮苜Y源開(kāi)發(fā)利用潛力評(píng)價(jià)。當(dāng)?shù)仄胀ㄗ≌?a href="http://lichunhm.cn/t/冬季供暖.html" >冬季供暖、夏季制冷負(fù)荷分別按50,70 W/m2 計(jì)( 國(guó)土資源部地質(zhì)環(huán)境司,2011)。
據(jù)不同換熱方式的適宜性分區(qū)和可利用資源量,地源型方式冬季供暖、夏季制冷面積各為7. 44 × 107m2,供暖和制冷資源潛力各為每平方千米1. 41 × 105m2;地下水源型冬季供暖、夏季制冷面積各為3. 92 ×106 m2,冬季供暖、夏季制冷資源潛力各為每平方千米4. 70 ×104 m2;地表水源型供暖面積1. 01 × 107 m2,制冷面積0. 72 × 107 m2,資源潛力供暖為每平方千米9. 70 ×105 m2,制冷為每平方千米6. 93 ×105 m2。
本區(qū)可利用換熱功率高,資源潛力大,具有顯著的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。如合理開(kāi)發(fā)利用,每年可相當(dāng)于節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤276. 07 萬(wàn)t,減排量667. 25 萬(wàn)t,節(jié)省治理費(fèi)用76 599 萬(wàn)元。
5 結(jié)論
(1)蚌埠城市規(guī)劃區(qū)淺層地?zé)崮苜Y源豐富,其時(shí)空分布主要與地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地下水、地層結(jié)構(gòu)及氣候等條件有關(guān)。資源開(kāi)發(fā)利用潛力較大,預(yù)期節(jié)能減排效果顯著。
(2)本區(qū)主要適宜地源型淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用方式,局部適宜地表水源型、地下水源型利用方式。
(3) 建議在區(qū)域淺層地?zé)崮苷{(diào)查評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,編制城市淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用規(guī)劃;在建設(shè)開(kāi)發(fā)利用工程時(shí),需進(jìn)行場(chǎng)地淺層地?zé)崮?a href="http://lichunhm.cn/t/勘查.html" >勘查評(píng)價(jià)。
(4)采用新技術(shù)、新方法進(jìn)行了區(qū)域淺層地?zé)崮苎芯浚欠?wù)于新能源開(kāi)發(fā)利用新的專(zhuān)業(yè)技術(shù)研究領(lǐng)域,其研究方法及相關(guān)內(nèi)容尚需進(jìn)一步探討和完善。