合肥市浅层地温能初步评价

2014-09-18王少龙

地下水 2014年4期

王少龙

(安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽蚌埠233000)

浅层地温能是指蕴藏在地表以下一定深度(一般200 m)范围内岩土体、地下水中具有开发利用价值的热能。热储介质是岩土体和地下水体［1］。

自上世纪90年代开始，地源热泵技术已经广泛应用于国内的空调工程领域，目前已经成为华北和中原地区空调系统的一大热点，而且其应用地区，已经从北京、山东、河南、河北，迅速扩大到湖北、湖南、内蒙和东北等地。截至2010年全国利用浅层地温能供暖制冷的建筑面积已达到1.5亿m2，在节能减排和保护环境方面做出了巨大贡献［2］。

但是浅层地温能作为一种资源并非用之不竭、取之不尽的，过量开采会造成资源枯竭。合理开发利用和保护浅层地热能资源迫在眉睫，通过对浅层地温能的评价为制定合理科学的开发利用方案提供依据。

合肥市是安徽省省会所在地，东距江苏省南京市150 km，西到六安市75 km，南距安庆市160 km，北到蚌埠市130 km。位于安徽省中部，是中国东部公路、铁路、航空的交通枢纽。市辖庐阳区、瑶海区、蜀山区、包河区，2010统计共有44个街道办事处，352个社区居民委员会，6个镇政府、2个乡政府以及77个村民委员会。市区人口209万，人口密度2 488.55人/km2。

1 水文地质条件

1.1 地下水类型及富水性

根据地下水的赋存条件、水力性质及地层岩性组合特征，本区的地下水可划分为以下三种类型。

1.1.1 松散岩类孔隙水

主要分布在南淝河沿岸漫滩一带，主要含水层岩性由第四系全新统粉砂、亚砂土组成，主要含水砂层厚度2～5 m，呈长条状和透镜状分布。地下水的水力性质以潜水—微承压水为主，地下水位埋深一般在2～4 m不等，年变幅在1～2 m，单井出水量小于100 m3/d，地下水的开采方式主要是分散的手压井，主要用于当地分散农村居民和小型企事业的生活用水。

在河流、谷冲的上游以及坡岗地区，广泛分布着上更新统粘性土，由于缺少透水性、储水性较好的砂层分布，因此地下水资源贫乏。松散层厚度一般在5～30不等，单井出水量＜50 m3/d，地下水主要储存在基岩风化接触带，含水层厚度一般小于1 m，水力性质多为潜水。地下水位埋深一般在3～6 m不等，年变幅2 m左右。地下水的开采方式主要是分散的手压井，仅能满足于当地分散农村居民生活用水。

1.1.2 碎屑岩类(红层)裂隙孔隙水

主要储存在中生代白垩纪以及新生代早第三纪的“红层”中，常被称为:“红层”裂隙孔隙水。含水岩组呈多层(泥岩与砂岩)交互分布，泥岩结构密实、胶结的较好，一般视为隔水层;砂岩尤其是钙质砂岩在地下水的溶滤作用下，结构较密实，一般视为含水层。主要含水层的岩性为钙质砂砾岩和钙质砂岩，砂岩的颗粒以粉细砂为主，矿物成分以长石石英为主。单井涌水量一般为50～100 m3/d，在张性断裂带附近富水性较好，单井涌水量100～500 m3/d。在合肥市集中供水的初期，由于管网覆盖不到，碎屑岩类(红层)裂隙孔隙水一度成为企事业单位的主要生活用水。

1.1.3 基岩裂隙水

仅分布于大蜀山，基岩出露面积约2.5 km2，主要岩性为辉绿玢岩，属于新生代早第三纪的基性火山岩。由于岩石裂隙不发育，缺少地下水必要的储水空间，根据已有资料分布区地下水资源贫乏，单井涌水量小于50 m3/d。

1.2 地下水补、径、排条件

1.2.1 地下水补给

合肥市区大气降水多年平均超过1 000 mm，在形成地表径流的同时也是地下水的主要补给来源。在地形坡度较平缓的区域更有利于降水补给，但本区地表大都被透水性较差的上更新统粘性土覆盖，地下水位埋深差异较大，一般大于10 m，影响了降水的补给，一般降水时间短、降水量小，很难补给地下水，只能形成粘性土层中的包气带水。由于地形起伏，在降雨时间短、雨量集中时，大部分降水形成地表径流流失，补给地下水的部分很少，但降水量较大、时间较长的细雨，特别是夏初的连绵“梅雨”季节，在重力作用下对地下水有显著的补给作用，雨后地下水位有明显的上升，所以本区地下水的主要补给来源仍是大气降水。地下径流和水库、塘、灌渠水也能补给地下水，仅靠近地表水体附近的民井水位往往较高。另外，河流在丰水季节对地下水也有一定的补给作用。

1.2.2 地下水径流

天然状态下，地下水径流方向与地表水流方向基本一致，从北西向东南。沿风化接触带、古河道和河谷地带径流速度较快，从岗坡向谷地汇流。由于主要岩性为粘性土，地下水的运移速度缓慢。

受城市改造和地下水开采影响，地下水径流方向集中流向开采漏斗的中心。

1.2.3 地下水排泄

本区水位埋深较大，蒸发作用己不明显，排泄形式主要为季节性补给河水，其次是人工开采。

2 岩土体热物性特征

根据测试结果统计，第四系土样导热系数范围为1.14～2.4 W/m·K，热扩散系数在 0.45 ～1.69 mm2/s之间，体积比热容在0.79～3.19 MJ/m3·K之间;基岩岩样导热系数范围为 1.01 ～2.53 W/m·K，热扩散系数在 0.3 ～1.25 mm2/s之间，体积比热容在0.94～4.5 MJ/m3·K之间。岩土体的导热系数、热扩散系数、体积比热容，大小排列如下:第四系＜第三系＜白垩系＜侏罗系。

岩土体物理性特征，“红层”含水率8.8% ～16.8%，干密度 2.10～2.40 g/cm3;松散土体天然含水量 18.1% ～24.0%，干密度 1.47 ～1.70 g/cm3，湿密度 1.80 ～ 2.04 g/cm3。

3 浅层地热能开发利用适宜性分区

3.1 地下水地源热泵适宜性分区

通过水文地质调查和现场抽水试验以及收集以往地质工作成果，合肥市区埋深200 m以浅地下水资源贫乏，地下水静水位埋深一般10～30 m，单井出水量一般小于200 m3/d，单位涌水量0.2～1.5 m3/h·m;导水系数一般小于150 m2/d。渗透系数一般0.05～1.0 m/d。根据地下水富水性的划分标准，合肥市区80%的区域单位涌水量小于1 m3/h·m，属于极贫水区，20%的区域单位涌水量小于1～5 m3/h·m，属于贫水区。

因此，本地区不具备地下水换热的基本条件。通过回灌试验，地下水回灌量占出水量的20% ～30%，也不具备地下水换热的基本条件。

因此本次适宜性分区不对地下水地源热泵进行适宜性分区。