四川省浅层地温能开发利用影响条件浅析

2013-06-29阳光辉唐晓玲赵云红

四川建筑 2013年4期

关键词：夏热冬单井浅层

阳光辉，唐晓玲，赵云红

(四川省地质工程勘察院，四川成都 610072)

四川省地理位置位于东经97°21'～108°30'，北纬26°03'～34°19'，位于为亚热带季风气候区，水资源丰富，地质条件较为复杂。浅层地温能资源蕴藏于地表水、地下水和土壤岩石中，开发较为便利，适宜于以热泵技术加以开发和利用。

1 开发利用影响条件

1.1 温度条件

四川省跨越寒冷、夏热冬暖和夏热冬冷三个气候区［1］(如图1)。寒冷地区夏季温度15～25℃，冬季气温最低可达－20℃;西南攀枝花地区夏季气温高于35℃的天数达30 d 以上，冬季温度一般在15℃左右;经济相对发达的夏热冬冷地区，属于典型的湿热、湿冷气候;该地区夏季气温高于34℃的酷热天有10～40 d，极端气候可达41℃，空气湿度80%以上，冬季温度低于5℃的天数达20～50 d，极端气温可达－10.2℃，日照严重不足，仅为15%左右，人体感到冬季阴冷潮湿，夏季闷热难受。

图1 四川省建筑气候区划图

因此，从温度条件来看，四川省西部寒冷地区可在冬季利用浅层低温能资源制热，夏热冬暖的攀西地区夏季可利用热泵技术制冷。有专家认为，利用热泵技术冬季制热或夏季制冷的地区，冷量和热量不能得到有效的平衡，建议不用或者少用热泵技术。相比较而言，东部的夏热冬冷地区冬季可以制热、夏季可以制冷，热量和冷量可以得到较为有效的平衡，该地区更适合利用热泵技术开发和利用浅层地温能资源。

1.2 水资源条件

1.2.1 地表水资源

四川境内共有大小河流1419条，其中流域面积500 km2以上的河流有345条，1000 km2以上的有22条，号称“千水之省”。除西北的白河、黑河由南向北注入黄河外，其余均属长江水系。金沙江、岷江、嘉陵江、沱江、涪江等河流长度皆超过500 km。河网结构明显的分为三个不同类型:东部的四川盆地内的水系，如岷江、沱江、嘉陵江和涪江等大体上由西北流向东南，最后汇入长江干流，构成树枝状水系;西南部横断山区的金沙江、雅砻江和大渡河等水系，均作南北走向，东西依次平行排列，构成典型的羽毛状水系;西北隅的白河和黑河则由南向北而流注入黄河，是唯一北流的网状水系。江河发育具有山区河道特征，谷坡陡峻，河道弯曲，比降大，流水切割强烈。

长江在宜宾以上称金沙江。在长江水系中，除川东北边境的汉江支流直接流出省境外，其余都在省境内流入长江，主要河流有:金沙江、雅砻江、岷江、青衣江、大渡河、沱江、嘉陵江、渠江、涪江，还有宜宾至泸州长江干流及部份支流。

发达的水系为热泵技术直接利用江、湖、河水进行热交换创造了良好条件，在部分核心城市的临近江河地段，可利用地表水作为交换热源，有利于降低系统总体成本。这些城市包括长江流域的成都、德阳、乐山、宜宾、泸州、绵阳、遂宁、南充等核心城市。

1.2.2 地下水资源

河流的冲刷、搬运和沉积作用也造就了平原(坝)区的第四系松散岩类堆积体，丰富的地下水资源，也可作为交换热源进行开采和利用。四川地貌类型多样、岩性齐全，受地貌及岩性控制，各岩土体的含水性、透水性、含水层类型及分布情况有所不同，根据上述因素及地下水动力特征，将地下水分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙溶洞水、基岩裂隙水等四大类。但后三类地下水具有埋深较大开采难度大、水量相对较小等特点，不适宜地源热泵技术加以开采和利用。因此仅对松散岩类孔隙水做介绍。

松散岩类孔隙水分布范围在全省的面积达2.78×104km2，主要分布于成都平原、安宁河谷冲积平原、若尔盖平坝，亦零星分布于其它河谷阶地及山间盆地区。

(1)成都平原:面积0.647×104km2，分上下两个含水层，上部含水层由第四系全新统(Qal+pl4)和上更新统(Ofgl3)砂、卵砾石和含泥砂、卵砾石层组成，层厚一般10～20 m，局部约40 m，其厚度由四周向中心增大;水位埋深一般1～6 m，含水层赋水性良好，单井出水量1200～2400 m3/d，沿主要河流及补给条件良好地带大于3000 m3/d;下部含水层由第四系中、下更新(Qal+fgl2+1)泥质砾卵石层组成，厚约70 m，东部埋深渐浅，含水中—微弱，单井出水量100～500 m3/d，具承压性。而成都平原东部台地地区松散层以黏性土为主，则基本无水。

(2)安宁河谷平原:面积0.187×104km2(包括西昌盆地)，分四个含水层，第一含水层由第四系全新统(Qal+pl4)砂、砾石层组成，厚15～70 m，水位埋深0.5～7 m，赋水性好，单井出水量1000～3000 m3/d。第二含水层为第四系上更新统(Qfgl3)砂、砾石透镜体，水位埋深1～18 m，富水性不均，总体上为微弱～中等，单井出水量一般小于100 m3/d，西昌盆地水头高出地面达18 m，自流量达440 m3/d，具承压性。第三含水层由埋藏较深的中、下更新统(Qgl+fgl2+1)含泥砂、砾石层组成，顶板埋深60～170 m，厚10～25 m，水位埋深较浅，赋水性中等，单井涌水量100～1000 m3/d，具承压性，局部自流。第四含水层为第三系昔格达组(N2x)松散砾石层组成，顶板埋深多大于200 m，水位埋深1～5 m，具承压性，赋水性中等，单井出水量100～1000 m3/d。

(3)若尔盖草原平坝:面积0.91×104km2，由第四系松散砂、砾卵石堆积组成，厚数十到数百米不等，沼泽发育，水位埋深0～5 m，赋水性中等，一般涌水量500～1000 m3/d，局部自流;白河中上游、加曲河冲积阶地及热尔大坝等地赋水性好，单井出水量1000～5000 m3/d，白河下游、黄河沿岸的冲积层等地带富水性中等，单井出水量500～1000 m3/d，黑水河中、下游宽谷平坝及黄河高阶地古河道、白河瓦切谷地等地地下水含水层赋水性中等，单井出水100～500 m3/d。

(4)其它山间盆地与河谷阶地:面积约1.034×104km2，分布零星，一般由第四系全新统冲洪积层(Qal+pl4)组成，赋水性中等，盆地主要河流阶地含水层厚5～20 m，地下水位埋深1～5 m，单井出水量可达500～2000 m3/d［2］。

1.3 岩土体条件

四川省岩土体大致可分为两类［3］、［4］，一类为平原区的松散岩类堆积区，代表地区为成都平原和彭眉夹平原，核心城市成都、绵阳、德阳、眉山、乐山即分布于该区，岩土体成分以砂砾卵石层为主，适宜开采浅层地下水和埋管，造价相对较为经济;另一类为基岩分布区，地层包括前震旦系到新生代，岩石坚硬，水量一般较小，不适宜开采浅层地下水，基本适宜竖式埋管，其中侏罗系、白垩系红层丘陵区砂泥岩成孔成本相对较低，对降低系统成本较为有利。

1.4 经济发展

四川省辖18个市和3个自治州，幅员面积48.5×104km2，2005年底总人口为8642.1 万人，2005年国内生产总值7385.11 亿元，其中第一产业生产总值为1481.14亿元，第二产业生产总值为3067.23 亿元(其中工业生产总值为2527.08 亿元，建筑业生产总值为540.15 亿元)，第三产业生产总值为2836.74 亿元［5］。但是，地区间经济发展也极为不平衡，成都、绵阳、德阳、乐山、眉山等经济最为发达，对开发利用浅层地温能资源有较大的推动作用;丘陵区次之，高原山区经济发展水平最为落后。

2 四川省浅层地温能利用适宜性评价

2.1 适宜利用地表水的地区

本区的城市(城镇)临河地段可直接利用地表水(江河水和湖泊水)作为空调系统交换热源，可节约室外成井费用，且不用对地下水抽取和回灌，对建筑物地基稳定性无影响。成本主要为空调主机成本、安装成本，相对最为经济。据测算，每1 m2造价约为200～250 元。但由于受地表径流条件和便利程度的影响较大，直接利用地表水作为热源的限制条件较多，项目开发应该因地制宜，合理利用地表水作为热交换源。

全省能够直接利用江、河、湖泊水作为热交换的城市主要位于长江(包括金沙江)、岷江、涪江、青衣江、大渡河、嘉陵江、渠江干流及其主要支流两侧，如乐山市、眉山市、成都市、绵阳市、宜宾市、泸州市、内江市、资阳市、马尔康县、康定县、攀枝花市、雅安市、西昌市等，部分经济条件较好的县城也可根据条件发展。

2.2 适宜利用浅层地下水的地区

本区地下水资源较为丰富，地下水渗透性较好，利于地下水的抽取和回扬，是直接利用地下水作为换热源的良好地区。适宜范围主要包括位于平原区的核心城市，部分川西高原重点城市冬季也可利用。系统成本主要为空调主机成本、安装成本和室外抽水井和回灌井施工成本，相对较为经济。据测算，每1 m2造价约为250～350 元。该区也是我省经济条件最好和经济发展最迅速的地区，对项目的推广和开发利用比较有利。为保证地下水的抽水和回灌能够顺利实施，须做好项目的前期论证及勘察评价工作。

2.3 适宜地埋管的地区

不具备前两者条件的地区，可利用土壤源的方式开发和利用浅层地温能。主要包括我省的红层丘陵地区和攀西地区。该区地层岩石硬度相对较小，钻探成本相对较低，适宜于利用土壤源竖式埋管作为热交换源加以开发利用。系统成本为空调主机、安装和室外埋管钻孔和回填等施工成本，根据地层条件，系统每1 m2造价为350～400 元。