青海多巴訓(xùn)練基地淺層地溫能適宜性分區(qū)研究

王 輝 馬福興 王萬慶 趙愛玲

(1.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810000; 2.青海省水文地質(zhì)及地?zé)岬刭|(zhì)重點(diǎn)實驗室，青海 西寧 810000; 3.青海省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院，青海 西寧 810000)

青海多巴訓(xùn)練基地淺層地溫能適宜性分區(qū)研究

王 輝1，2馬福興1，2王萬慶3趙愛玲1，2

(1.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810000; 2.青海省水文地質(zhì)及地?zé)岬刭|(zhì)重點(diǎn)實驗室，青海 西寧 810000; 3.青海省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院，青海 西寧 810000)

通過實施水文地質(zhì)鉆探及抽水、回灌試驗等，分析了區(qū)內(nèi)含水層結(jié)構(gòu)、含水層類型及埋藏條件，獲得了水文地質(zhì)參數(shù)、單井回灌量及相應(yīng)的水位上升值等資料，為多巴國家高原體育訓(xùn)練基地進(jìn)行地下水源地源熱泵系統(tǒng)工程提供依據(jù)，同時，也為后期進(jìn)行地下水源地源熱泵系統(tǒng)工程設(shè)計提供參數(shù)。

水文地質(zhì)，淺層地溫能，訓(xùn)練基地，地下水

1 研究區(qū)概況

青海多巴國家高原體育訓(xùn)練基地位于青海省西寧市湟中縣多巴鎮(zhèn)西南2 km的大墩嶺(象山)腳下，距省會西寧市22 km，地理坐標(biāo)北緯36°39′44″，東經(jīng)101°30′16″，占地面積2 645畝。區(qū)內(nèi)交通方便，109國道和西湟高速公路從多巴國家高原體育訓(xùn)練基地南側(cè)經(jīng)過。

2 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)內(nèi)地層有古近系(Exn)和全新統(tǒng)(Q4)：

古近系(Exn)：在青海多巴國家高原體育訓(xùn)練基地內(nèi)未有出露，下伏于全新統(tǒng)砂卵礫石層之下。31.0 m～36.0 m為淺棕紅色泥巖，36.0 m～50.0 m為淺棕紅色～肉紅色泥質(zhì)砂礫巖，呈膠結(jié)狀。

全新統(tǒng)(Q4)：分布于青海多巴國家高原體育訓(xùn)練基地所在河谷區(qū)。表層為亞砂土，厚度自南向北逐漸變厚，為4.5 m～6.5 m。下層為砂卵礫石和泥質(zhì)砂卵礫石，厚度自南向北逐漸變薄，為7.0 m～18.5 m。

3 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

1)河谷潛水的賦存條件與分布規(guī)律。河谷區(qū)第四系沖積砂卵礫石層是地下水賦存和運(yùn)移的主要空間場所，是一個具有連續(xù)自由水面的潛水含水層。由湟水河至山前，地下水水位埋深逐漸變深，含水層厚度逐漸變薄。據(jù)本次施工的水文地質(zhì)勘探孔資料，水位埋深13.735 m～17.205 m，含水層厚度13.795 m～17.625 m。

2)河谷潛水的富水性。區(qū)內(nèi)河谷潛水水位埋深13.735 m～17.205 m，含水層為泥質(zhì)砂礫卵石，厚度由山前至湟水河逐漸變厚，厚度為13.795 m～17.625 m，滲透系數(shù)146.901 m/d～165.766 m/d，計算涌水量為1 649.786 m3/d～4 132.162 m3/d，屬水量豐富區(qū)，地下水水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Na·Ca型、HCO3-Na·Ca型，礦化度0.769 g/L～1.037 g/L。

3)河谷潛水的補(bǔ)給徑流排泄條件。河谷潛水主要接受湟水河河水入滲補(bǔ)給，接受補(bǔ)給后，大致由西向東徑流。徑流至黑咀附近，由于基底坡降減小，含水層厚度變薄，地下水大量瀉出，泉點(diǎn)眾多，小片沼澤發(fā)育。

4)河谷潛水水化學(xué)特征。研究區(qū)位于湟水河左岸Ⅱ級階地上，其后緣地下水徑流相對緩慢，加之河谷邊緣第三系含鹽量較高，地下水水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Na·Ca型，礦化度1.073 g/L；由Ⅱ級階地后緣至湟水河，地下水化學(xué)類型演變?yōu)镠CO3-Na·Ca型，礦化度0.769 g/L?？梢?，由Ⅱ級階地后緣至湟水河，礦化度逐漸降低。

4 抽水、回灌試驗

表1 抽水試驗成果資料一覽表

2)回灌試驗。ZK1號水文地質(zhì)勘探孔回灌量為543.283 m3/d，上升值為0.865 m；ZK2號水文地質(zhì)勘探孔回灌量為808.795 m3/d，上升值為0.770 m。單位回灌量：ZK1號水文地質(zhì)勘探孔為628.073 m3/(d·m)，ZK2號水文地質(zhì)勘探孔為1 050.383 m3/(d·m)(見表2)。

表2 水文地質(zhì)勘探孔回灌試驗成果資料一覽表

5 研究區(qū)地下水資源評價

1)地下水天然資源。A—A′斷面基本上代表了研究區(qū)地下水?dāng)嗝鎻搅髁?，采用達(dá)西公式(計算公式為：Q=KIF)計算地下水?dāng)嗝鎻搅髁俊?/p>

K——滲透系數(shù)(m/d)：由于穩(wěn)定流理論計算的參數(shù)明顯偏小，與實際出入較大，所以多選取與實際較接近的非穩(wěn)定流理論計算的參數(shù)。即選取利用主孔水位恢復(fù)法計算的K值(見表3)。

計算代入數(shù)據(jù)，計算成果見表4。

由于研究區(qū)位于Ⅱ級階地后緣，覆蓋層亞砂土厚度大于3 m，地下水水位埋深大于10 m，大氣降水及灌溉水入滲補(bǔ)給甚微。因此，研究區(qū)地下水天然資源量為0.88×104m3/d。

2)地下水開采資源量評價。結(jié)合研究區(qū)的實際情況，采用可開采系數(shù)法(計算公式為：Q開=Q補(bǔ)ρ)計算開采資源量。Q補(bǔ)用研究區(qū)地下水?dāng)嗝鎻搅髁看?，?.88×104m3/d。ρ取經(jīng)驗值0.6。計算得，研究區(qū)地下水允許開采量為0.53×104m3/d。

表3 滲透系數(shù)(K)計算成果統(tǒng)計表

表4 研究區(qū)斷面徑流量計算成果表

6 地源熱泵水質(zhì)評價

地下水地源熱泵系統(tǒng)除對富水性有較高要求外，地下水水質(zhì)也對其運(yùn)行效率有重要影響，主要表現(xiàn)在其腐蝕性及結(jié)垢性上。據(jù)采集水文地質(zhì)勘探孔全分析樣水質(zhì)資料，ZK1號水文地質(zhì)勘探孔水樣為有軟硬沉淀物、鍋垢多、非腐蝕性、起泡的水，水質(zhì)量屬較差型；ZK2號水文地質(zhì)勘探孔水樣為有軟硬沉淀物、鍋垢多、非腐蝕性、起泡的水，水質(zhì)量屬良好型。

7 淺層地溫能適宜性評價

1)適宜性評價。淺層地溫能資源開發(fā)利用方式及適宜評價，是進(jìn)行不同開發(fā)利用熱泵方式的淺層地溫資源評價的基礎(chǔ)。a.評價原則。以定性評價為主的原則：由于多巴國家高原體育訓(xùn)練基地地層相對簡單，開發(fā)利用潛力不大，所以最終評價采用以地質(zhì)和水文地質(zhì)條件定性分析評價的基礎(chǔ)上進(jìn)行適宜性評價。b.評價依據(jù)。以地質(zhì)背景條件和水文地質(zhì)條件調(diào)查成果為依據(jù)。c.分區(qū)類型。參照規(guī)范要求，根據(jù)多巴國家高原體育訓(xùn)練基地地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和存在的主要地質(zhì)環(huán)境問題，初步擬定地下水地源熱泵系統(tǒng)分區(qū)級別。地下水地源熱泵適宜性分區(qū)為：適宜區(qū)、較適宜區(qū)、不適宜區(qū)。d.評價方法的選擇。根據(jù)DZ/T 0225—2009淺層地溫能勘查評價規(guī)范及中國地質(zhì)調(diào)查局下發(fā)的相關(guān)技術(shù)要求，適宜性分區(qū)采用指標(biāo)法進(jìn)行定性評價分區(qū)。

2)地下水地源熱泵適宜性評價。a.評價指標(biāo)。對于地下水地源熱泵，淺層地溫能適宜性分區(qū)主要考慮含水層的富水性、回采比、地下水位年下降量及特殊地區(qū)等因素。主要指標(biāo)見表5。b.評價結(jié)果。據(jù)本次施工的水文地質(zhì)勘探孔資料，單位涌水量397.442 m3/(d·m)～988.879 m3/(d·m)，回采比54.34%～264.29%，地下水溫度9 ℃～10 ℃?？梢?，研究區(qū)屬地下水地源熱泵較適宜區(qū)。

表5 地下水地源熱泵適宜性分區(qū)

8 結(jié)論及建議

1)結(jié)論。a.研究區(qū)地下水溫度9 ℃～10 ℃，地下水位埋深13.735 m～17.205 m，含水層類型為河谷潛水，巖性為泥質(zhì)砂卵礫石，厚度13.795 m～31.635 m，降深1.345 m～2.035 m，單井涌水量808.795 m3/d～1 330.042 m3/d，屬水量豐富區(qū)，地下水水化類型為HCO3·SO4-Na·Ca型，HCO3-Na·Ca型，礦化度0.769 g/L～1.037 g/L。b.據(jù)水文地質(zhì)勘探孔回灌試驗資料，ZK1號水文地質(zhì)勘探孔回灌量Q=543.283 m3/d時，水位上升值為0.865 m；ZK2號水文地質(zhì)勘探孔回灌量Q=808.790 m3/d時，水位上升值0.770 m。c.采用斷面徑流量法計算得，研究區(qū)地下水天然資源量0.88×104m3/d。采用可開采系數(shù)法計算得，研究區(qū)地下水允許開采量0.53×104m3/d。d.據(jù)采集水文地質(zhì)勘探孔全分析樣水質(zhì)資料，ZK1號水文地質(zhì)勘探孔水樣為有軟硬沉淀物、鍋垢多、非腐蝕性、起泡的水，水質(zhì)量屬較差型；ZK2號水文地質(zhì)勘探孔水樣為有軟硬沉淀物、鍋垢多、非腐蝕性、起泡的水，水質(zhì)量屬良好型。e.研究區(qū)單位涌水量397.442 m3/(d·m)～988.879 m3/(d·m)，回采比54.34%～264.29%，地下水溫度9 ℃～10 ℃?？梢?，研究區(qū)屬地下水地源熱泵較適宜區(qū)。

2)建議。a.由于該地區(qū)地下水位埋深大于10 m，建議采用定降深法無壓回灌。b.建議繼續(xù)對區(qū)內(nèi)施工的水文地質(zhì)勘探孔開展地下水動態(tài)、地溫及水溫動態(tài)監(jiān)測。

[1] 國土資源部.淺層地?zé)崮堋珖責(zé)?淺層地?zé)崮?開發(fā)利用現(xiàn)場交流會論文集.北京：地質(zhì)出版社，2007.

[2] 韓再生，冉偉彥，佟紅兵，等.淺層地?zé)崮芸辈樵u價.中國地質(zhì)，2007(6)：43-45.

[3] 王 鈞，黃尚瑤，黃歌山，等.中國地溫分布的基本特征.北京：地震出版社，1990.

[4] 黃少鵬.全球大地?zé)崃鳌獛r石生熱率關(guān)系綜合分析.地球物理學(xué)報，1998，41(1)：42-43.

Study on shallow geothermal energy suitability zoning of Duoba training base in Qinghai

Wang Hui1,2Ma Fuxing1,2Wang Wanqing3Zhao Ailing1,2

(1.QinghaiHydrologicalEngineeringGeologyEnvironmentGeologySurveyInstitute,Xining810000,China;2.QinghaiHydrologyandGeothermalGeologyLaboratory,Xining810000,China;3.Qinghai4thGeologyMineralSurveyInstitute,Xining810000,China)

Through implementing hydrological drilling, pumping and recharging test and so on, the paper analyzes regional aquifer structure, aquifer categories and embedding conditions, and acquires hydrogeological parameters and water temperature, single-well recharging volume and corresponding water leveling raising rate and other data, which not only provides basis for carrying out groundwater geothermal pumping system engineering of plateau gym training base in Duoba, but also provides parameters for carrying out groundwater source geothermal heating pumping system engineering design in future.

hydrology, shallow geothermal energy, training base, groundwater

2015-09-10

王 輝(1982- )，男，助理工程師； 馬福興(1988- )，男，助理工程師； 王萬慶(1988- )，女，助理工程師； 趙愛玲(1987- )，女，助理工程師

1009-6825(2015)33-0091-02

P624

A