淺層地溫能開發(fā)利用動態(tài)監(jiān)測網建設

何瀟楠

摘 要：淺層地熱能的開發(fā)利用在當前技術經濟條件下非常具備開發(fā)利用價值，動態(tài)監(jiān)測是其中一項很重要的工作。首先結合當?shù)販\層地熱能地質條件和開發(fā)利用現(xiàn)狀制定動態(tài)監(jiān)測網的原則和技術要求，建設地層溫度監(jiān)測站，運行系統(tǒng)監(jiān)測站及兩者皆有的監(jiān)測站，同時建立淺層地熱能開發(fā)利用試驗基地及動態(tài)監(jiān)測中心。

關鍵詞：淺層地熱能；動態(tài)監(jiān)測網；監(jiān)測站

隨著生活水平的提高，居民普遍采用空調降溫，電暖器采暖，能源浪費很大，造成建筑能耗急劇增長。當前，我國正處于加快推進工業(yè)化和城鎮(zhèn)化，節(jié)能工作肩負著艱巨的任務。如果大多數(shù)建筑采用傳統(tǒng)空調，將消耗大量電能，會對經濟社會的可持續(xù)發(fā)展帶來障礙，對能源安全和大氣環(huán)境帶來嚴重威脅。淺層地熱能是指地表以下一定深度范圍內（一般為恒溫帶至200m埋深），溫度低于250℃的地熱能[1]。它是一種新型的戰(zhàn)略資源和戰(zhàn)略能源，是優(yōu)質清潔的可再生能源，大力開發(fā)淺層地溫能，對于改善我國能源消費結構，減少二氧化碳排放，具有重要意義[2，3]。它是一種可再生、環(huán)保、清潔的新型能源，開發(fā)利用淺層地熱能是發(fā)展綠色經濟、低碳經濟和循環(huán)經濟的必然趨勢。

1 動態(tài)監(jiān)測網建設原則

（1）監(jiān)測網要能覆蓋整個利用區(qū)域，選擇區(qū)域地質、水文地質條件具有代表性的監(jiān)測點，兼顧地層結構、構造單元。（2）結合換熱系統(tǒng)工程現(xiàn)狀和實際情況，具備可操作性。（3）地溫監(jiān)測點選點要有代表性，結合重慶的地質特點將監(jiān)測點主要布設在以下四個典型的地質結構中：以砂巖為主的地層結構（平均每100米深，砂巖占70%以上）；以泥巖為主的地層結構（平均每100米深，泥巖占70%以上）；砂泥巖互層的地層結構（砂巖、泥巖交替分層）；灰?guī)r地層結構。以上四種地層為重慶地區(qū)典型的地質結構、地質單元，監(jiān)測網的布置應按照以上地質結構進行布置。（4）保證數(shù)據的連續(xù)性和準確性。（5）監(jiān)測內容要具有針對性。監(jiān)測網主要監(jiān)測內容為：地溫動態(tài)監(jiān)測、地源熱泵系統(tǒng)運行能效監(jiān)測、地源熱泵系統(tǒng)運行對環(huán)境地質影響監(jiān)測等。（6）結合一定的行政區(qū)劃，便于管理。根據重慶市城區(qū)建設規(guī)劃，本次監(jiān)測網建設覆蓋整個重慶主城區(qū)域內。

2 工作方法

在充分收集已有資料基礎上，選擇有代表性的地段或地點，建立淺層地溫能野外監(jiān)測站和淺層地溫能系統(tǒng)能效監(jiān)測站，并開展一個水文年的動態(tài)監(jiān)測，建立起淺層地溫能監(jiān)測系統(tǒng)。同時開展淺層地溫能監(jiān)測網系統(tǒng)示范建設。因此，在監(jiān)測系統(tǒng)建設過程中，將以地質學、地貌學、水文地質學及系統(tǒng)理論等學科為指導，將現(xiàn)代測溫技術、控制技術、太陽能應用、網絡通信技術等用于淺層地溫能應用監(jiān)測領域，緊密結合地方社會經濟發(fā)展，節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)境整治對淺層地溫能資源的要求，有針對性地開展淺層地溫能監(jiān)測系統(tǒng)建設，并致力將建設成果及時服務于社會，體現(xiàn)該工作的基礎性和公益性。

（1）野外調查選點。根據調查資料，選擇野外鉆孔的各類典型點，利用手持GPS進行定位，然后標注在1：5萬地形地質圖上，同時采用記錄、攝影、攝像等手段對點的特征進行描述。（2）水文地質鉆探。監(jiān)測孔鉆探屬于水文鉆探，全孔取芯，分為0～100m和0～200m兩種深度的鉆孔，主要布在規(guī)劃建設區(qū)域，以掌握巖層結構、巖性厚度、地下水參數(shù)等。在鉆孔內下測溫裝置，進行不同深度的地溫監(jiān)測。（3）室內試驗。巖土體物理性質、巖土體熱物理性質及水質狀況是淺層地溫能開發(fā)利用的重要指標，是水文地質調查工作的重要內容。（4）野外監(jiān)測站建設。在工作區(qū)內選擇區(qū)域地質、水文地質條件具有代表性的地點，兼顧地層結構、構造單元，建立地溫動態(tài)監(jiān)測站。監(jiān)測地溫變化情況以及地溫變化所帶來的環(huán)境影響情況。地溫動態(tài)監(jiān)測分為遠程全自動采集數(shù)據和人工現(xiàn)場采集數(shù)據兩種方式。（5）系統(tǒng)能效監(jiān)測站建設。在典型淺層地溫能應用項目（地源熱泵項目）中，建立應用項目監(jiān)測站。（6）監(jiān)測網中心站建設。建設監(jiān)測網中心站，將各野外監(jiān)測站、能效監(jiān)測站所有監(jiān)測數(shù)據傳輸?shù)街行恼?，進行數(shù)據的采集、儲存、分析及管理，建立相應的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據庫，中心站不僅是淺層地溫能監(jiān)測數(shù)據采集中心，也是科學試驗研究的基礎。

3 技術路線

收集、整理、分析工作區(qū)以往水文地質、地熱地質、應用項目以及當?shù)刈钚碌慕洕l(fā)展規(guī)劃、城鄉(xiāng)建設規(guī)劃等資料，結合區(qū)內地質、水文地質及淺層地溫能的需求程度，結合當?shù)販\層地溫能調查資料，選取有代表性的地點，進行水文地質鉆孔，開展相關室內測試，建立野外動態(tài)長期監(jiān)測站，建立重慶市淺層地溫能監(jiān)測系統(tǒng)，并建立相應的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據庫。

4 野外監(jiān)測站建設

野外現(xiàn)場監(jiān)測站由傳感器（如地溫場感應器）、數(shù)據采集傳輸設備、供電裝置、防護裝置組成。野外現(xiàn)場監(jiān)測站要具備測試精度高、功耗低、長期穩(wěn)定性好、高低溫適應性強、自動化程度高、數(shù)據存儲和發(fā)送安全可靠等特點，并能夠同時測量多路熱敏電阻溫度傳感器的傳感信號。應保證定時自動采集和自動上報數(shù)據，自動采集設備根據設定好的采集時刻定時自動采集地溫數(shù)據，每次采集完成后將采集到的地溫數(shù)據保存到存儲器。主要要求如下：（1）能夠對多個測孔多個溫度監(jiān)測點的熱敏電阻溫度傳感器實現(xiàn)定時自動地溫采集，測溫精度±0.05℃左右。（2）能夠保存一定時間內的測量數(shù)據，內置無線數(shù)據發(fā)送模塊可以將測量數(shù)據自動傳遞給監(jiān)測中心站。（3）應設置隱蔽數(shù)據接口，可實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據的現(xiàn)場人工下載。來保證遠程傳輸失敗的情況下備用。（4）自動采集和傳送：在規(guī)定的時間內自動采集數(shù)據和發(fā)送數(shù)據，其他時間處于休眠狀態(tài)。（5）系統(tǒng)狀態(tài)信息發(fā)送：每隔一定時間將現(xiàn)場采集終端的狀態(tài)信息發(fā)送到監(jiān)測中心站。

5 監(jiān)測網中心站建設

監(jiān)測網中心站由硬件平臺和軟件平臺組成?；竟δ苁墙邮宅F(xiàn)場站發(fā)回的地溫監(jiān)測數(shù)據，并對地溫數(shù)據進行存儲、查詢、分析、統(tǒng)計等。輔助功能是收集現(xiàn)場站設備運行狀態(tài)數(shù)據，并對現(xiàn)場站實施遠程配置，具體包括如下功能：（1）自動接受野外現(xiàn)場采集終端的數(shù)據，完成數(shù)據轉換、數(shù)據存儲工作；（2）接受人工指令，實時采集與傳輸野外監(jiān)測數(shù)據；（3）遠程管理配置現(xiàn)場終端設備；（4）監(jiān)控現(xiàn)場終端設備的運行狀態(tài)；（5）查詢統(tǒng)計分析采集的監(jiān)測數(shù)據；（6）提供監(jiān)測數(shù)據的對外服務。

參考文獻

[1]韓再生，由偉彥，佟紅兵，等.淺層地熱能勘查評價[J].中國地質，2007，4（6）：1115-1121.

[2]韓再生，由偉彥，佟紅兵，等.DZ/T0225-2009淺層地熱能勘查評價規(guī)范[S].中國：中國人民共和國國土資源部，2009.

[3]高新宇，范伯元，張宏光，等.淺層地溫能開發(fā)利用對地質環(huán)境影響程度的探索性研究[J].現(xiàn)代地質，2009，23（6）；1185-1193.