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研究内容与研究方法

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  河南省省辖18个城市广泛分布第四纪松散地层,其浅层土体以及赋存的浅层地下水中低品位的地热能资源丰富。为合理开发利用城市浅层地热能资源,河南省地质调查院于2006年向河南省国土资源厅立项申请开展“河南省重点城市浅层地热能评价与开发利用研究”项目,得到河南省国土资源厅批准,并列为“河南省国土资源厅地质矿产科技攻关项目”(科研项目编号02号),2007年初编写了项目设计书,于2007年3月通过河南省国土资源厅审核,于2009年8月26日通过了河南省国土资源厅的验收和科技鉴定。

  原项目研究范围:郑州、开封、新乡、许昌、漯河、周口、安阳、濮阳、焦作、洛阳、南阳等11个重点城市的城市建成区及规划区,面积约5000km2。研究过程中根据社会发展状况,调整工作区面积为2020年规划区面积。

  本书研究范围是根据专家意见及河南省的实际情况,增加了鹤壁、济源、三门峡、商丘、平顶山、驻马店、信阳等7个城市的相应内容,同时,根据《浅层地热能勘查评价规范》(DZ/TO225—2009),增加了地埋管热泵系统应用适宜性评价与区划研究内容。

  本项目研究目的是为科学利用与保护浅层地热资源,初步研究河南省重点城市浅层地热资源类型与潜力,进行开发利用区划,促进河南省城市浅层地热能的合理开发利用,减少投资风险等提供科学依据。

  为保证本项目研究目的及任务的实现,有利于科技攻关,提高成果科技水平及实用性,本书主要从以下4个方面进行研究。

  该课题针对城市所处的山前冲洪积平原、河流冲积平原、河谷及盆地等水文地质单元,对浅层地热能埋藏分布规律和循环体征进行研究,是此次研究项目的基础,重点研究以下内容。

  4)建立和确定浅层地热资源评价参数系列,包括渗透系数、太阳gg娱乐登录储水系数、地温梯度、回灌渗透系数、热导率和大地热流值等。

  该课题是城市浅层地热能资源合理开发利用区划的主要依据,针对不同的水文地质单元,主要研究如下内容:

  1)根据地(水)温观测、抽水和回灌试验及室内测试,计算和确定浅层地热能资源计算与评价参数值。

  4)根据浅层地热资源现状开采量与可采资源量,计算开采潜力,并进行开采潜力分区。

  该课题也是进行浅层地热能合理开发利用区划的主要依据。主要针对不同水文地质单元的地质和水文地质条件,结合现有工程开展回灌技术和现场试验,研究回灌量和水质及水温对浅层地热能储存条件和可采资源量的影响;研究施工工艺,确定浅层地热能采集与回灌的技术条件,包括合理井深、井间距、井结构、开采量与降深、太阳gg娱乐登录回灌量等;确定合理的“即采即用即灌”方案。

  在以上课题研究的基础上,进行浅层地热能开发利用适宜性分区;根据开发利用技术条件,确定浅层地热能开发利用方式;对地下水资源和浅层地热能资源提出相应的保护措施与保护目标。

  项目执行过程中广泛收集18个重点城市的社会经济发展、区域地质、水文地质、浅层地热能利用、遥感、水文、气象、环保、城市建设规划和城市节能规划等方面的资料,并进行系统地综合整理。研究内容包括:①地层结构、构造特征;②浅层地热能利用层位水文地质条件;③总结浅层地热能开发利用现状与存在的问题。

  在地面调查的基础上,重点对此次研究的18个城市区浅层地热能利用项目进行调查,调查内容包括工程占地面积、应用建筑面积、抽、回水井数量、井间距、抽水量与地下水温、回水量与回灌水温、运行期间地下水动态变化、制冷(热)效果等。

  浅层地热能资源可称为是一种主要以水为载体的可流动资源,为研究地下水的径流条件,开展了地下水位统测和动态监测。在枯水期部署地下水位统测工作,统测点密度一般为每4km2一个点;选择已有的浅层地热能空调系统进行长期监测,以研究地下水源热泵系统运行对地下水环境的影响,监测时间不少于一个水文年,监测内容包括抽水量、回灌量、水位、水质、水温及利用效能等。其中水质监测选择在浅层地热能空调系统运行前、运行过程中及运行后分别采取水样;水位及水温观测频率每5天1次。

  为研究浅层地温分布特征,对浅层地下水温度进行了调查。主要是结合水动力场研究开展地下水温度场分布测量,仪器采用井中测温仪(型号JL-1),平面上测量点密度大体按每25m2设1个点布设;垂向上测点密度为每2m设1个点,测深视井结构具体条件确定。

  地下水的水化学组成反映了浅层地热能的形成环境与条件,可通过水化学成分研究其成因与形成年龄,评价浅层地热能的科学用途。为分析不同水质对浅层地热能空调系统的影响,研究提出相应的处理工艺措施,结合已有资料,分别在浅层地热能空调系统动态监测点与水化学资料相对较少的研究区补充布置水质全项分析水样并送实验室测试。

  为了解含水层富水性,计算水文地质参数,研究地下水回灌量和水质、水温对浅层地热能储存条件和开采资源量的影响,确定合理的“即采即用即灌”方案;研究适宜于东部平原细颗粒含水层地区抽水、回灌井科学的施工工艺和成井结构,研究浅层地热能采集技术的适用条件,针对不同的水文地质条件,结合已有或在建浅层地热能利用工程,布置注水试验和抽水试验。为求得不同地层岩性的热物理参数,在郑州市布置施工地质取样孔1眼,所取样品送往南京大学实验室测试。

  建立浅层地热能补给量、排泄量与储存变化量的均衡模型,评价浅层地热能资源量;根据水文地质条件,采用热流量法或数值法预测评价浅层地热能的可利用资源量;根据开采资源与现状开采量评价浅层地热能开发利用潜力。

  选择资料丰富且类型典型的地热区段,运用HST3D数值模拟软件,对地热流体运移进行模拟;预测评价规划开采和浅层地热流体利用条件下,地热流体温度的时空变化趋势;模拟不同地质、水文地质、地热条件下,地下水的流场和温度场的分布特征;评价浅层含水层的储热功能和热储量,为合理、科学地开发浅层地热流体资源提供科学依据。

  在上述方法研究的基础上,研究提出不同地质水文地质条件下浅层地热能采集技术方案,制定各市浅层地热能合理开发利用区划。

  对收集的资料、新取得的各项资料进行整理装订成册,并统一使用GIS软件平台,按要求建立数据库。对原始图件及成果图件等实施数字化,并建立图形属性库及外挂属性库。

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