甘肅省天水市淺層地溫能應(yīng)用前景探討

張瑛

摘?要：通過對淺層地溫能系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及天水市現(xiàn)有淺層地溫能特征的分析，結(jié)合淺層地溫能應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)的總結(jié)，對整個天水市淺層地溫應(yīng)用前景進行探討，結(jié)合天水市地質(zhì)地貌特征、水文地質(zhì)特征等方面的特征綜合分析，在天水市開展淺層地溫能應(yīng)用前景是非常廣闊。

關(guān)鍵詞：淺層地溫能;熱泵系統(tǒng);開發(fā)前景

隨著環(huán)境污染和能源短缺問題的日益嚴重，尋找一種儲備大、無污染的新能源已經(jīng)成為世界各國的重要戰(zhàn)略計劃，而淺層地溫能作為一種新能源加以有效的利用，可以高效的代替很多高耗能、高污染能源，對環(huán)境污染的改善及社會經(jīng)濟的快速發(fā)展有極大的作用。天水地區(qū)淺層地溫能資源豐富，如果加大勘查投資力度，將會發(fā)現(xiàn)一批可供開發(fā)地地?zé)崽?，對提升天水市旅游?jīng)濟將會起到舉足輕重的作用。主要為一些陸相斷陷盆地沉積建造，由新近系、白堊系及侏羅系等地層組成，侏羅系的碎屑巖系和中酸性火山巖都是良好的地溫儲層，且渭河穿城而過，地下水及地表水流量大，利用和開發(fā)淺層地溫能條件極其充分。

1 淺層地溫能研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

淺層地溫能最早是由瑞士科學(xué)家提出來的（H.Zoelly，1912），但由于當(dāng)時對新能源需求低，未能得到重視，沒有進行專門的研究。直到20世紀(jì)70年代，環(huán)境惡化，能源緊缺問題越發(fā)嚴重，對新能源的需求十分迫切，各國都重視了對淺層地溫能的研究和利用，淺層地溫能技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展。目前，歐美日等發(fā)達國家對淺層地溫能的應(yīng)用已經(jīng)成熟，并向新的方向研究，轉(zhuǎn)向土壤源熱泵系統(tǒng)與整個空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合運行研究（丁宏偉等，2016）。我國對淺層地溫能研究起步晚，但發(fā)展速度快，近20年來取得了很多成果，應(yīng)用的工程數(shù)量及供熱制冷面積已居世界第二位，淺層地溫能應(yīng)用技術(shù)也取得了很大的進步，在對不同回填介質(zhì)、不同連接方式、不同傳導(dǎo)模型和不同地下水流速等關(guān)鍵技術(shù)方面都取得了突破。

1.2 天水市淺層地溫研究現(xiàn)狀

2010年以來，中國地質(zhì)調(diào)查局開展很多對淺層地溫能資源的區(qū)域性勘查評價項目，2014年中國地質(zhì)調(diào)查局組織實施“主要城市淺層地溫能開發(fā)區(qū)1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查”項目，由甘肅省水勘院承擔(dān)完成的“甘肅省主要城市淺層地溫能開發(fā)區(qū)1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查”項目涉及甘肅省13個城市，其中就包括天水市，通過運用野外調(diào)查、鉆探、水文測井、抽水及回灌試驗等手段，對該地區(qū)淺層地溫能展開調(diào)查。

天水市城區(qū)（含秦州區(qū)、麥積區(qū)）、武山、甘谷、秦安、清水、張川縣城及三陽川一帶屬渭河及其支流的河谷平原區(qū)，賦存著豐富的第四系松散巖類孔隙潛水，地下水位埋深一般在20米以下，可利用水量10萬立方米/小時;地下水溫度12-15攝氏度，溫度年變幅2-3攝氏度，溫度動態(tài)基本穩(wěn)定。具有水位埋藏淺、富水性強的優(yōu)點，因此淺層地溫能資源相對豐富。熱儲層為第四系松散巖類含水層，以河（溝）谷沖洪積相砂礫卵石含水層為主。經(jīng)初步估算土壤和地下水中所蘊藏的淺層地溫?zé)崮転?162百萬千瓦，采用熱泵技術(shù)進行采集利用后，不僅可以供暖，也可以制冷，具有良好的節(jié)能與環(huán)境效益，潛能巨大。

2 淺層地溫能技術(shù)的利用

淺層地溫能被利用的實質(zhì)是冬、夏兩季地層中比較恒定的溫度與外界空氣的溫度存在較大的反向溫差。地源熱泵是利用地球表面的淺層地溫能資源作為冷熱源進行能量轉(zhuǎn)換，從而為建筑物進行供曖和制冷的機械設(shè)備。

地源熱泵系統(tǒng)的工作原理是利用水與地溫能進行冷熱交換，冬季把地溫能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地溫能為“熱源”;夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地溫能為“冷源”。按照不同的熱泵交流方式，可分為三種類型，地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)地表水地源熱泵系統(tǒng)。

3 天水市淺層地溫能開發(fā)前景

天水地區(qū)位于渭河流域的中、上游，縱貫本區(qū)的葫蘆河在天水市附近匯入渭河。全新世黃土在本區(qū)一般厚約1～1.5m，一些階地面和塬面的淺洼地面，可厚達2.5～3m。在漫長的地殼演化發(fā)展過程中，本區(qū)地區(qū)經(jīng)歷了十分復(fù)雜的演化過程，特別是第三紀(jì)以來新構(gòu)造運動的活動，對該區(qū)淺層地溫能的發(fā)展起著控制作用。

在全區(qū)范圍內(nèi)，新三系與古近系間、上新統(tǒng)與中新統(tǒng)間、第四系與第三系間以及第四系各統(tǒng)之間普遍存在著角度不整合，這反映了新構(gòu)造運動的頻繁。在天水市北道區(qū)渭河北側(cè)的社棠—伯陽—元龍北—葡萄園一線，分布有古近紀(jì)噴發(fā)的淺源陸相中酸性火山巖，火山巖呈線狀展布，與渭河斷裂的活動密切相關(guān)。這些都為淺層地溫能的發(fā)育提供了良好的熱源和儲層。

山地河流以侵蝕作用為主，堆積為輔。河谷形態(tài)為“U”字型谷、嶂谷，深切數(shù)百米。河谷縱剖面多見跌水瀑布。黃河河谷發(fā)育一～六級階地，三級以上階地多為基座式堆積階地。渭河發(fā)育九級階地，四級以上階地多為基座式堆積階地，局部為侵蝕階地。水文地質(zhì)條件發(fā)育極好，可以為淺層地溫能的利用提供交換和儲能介質(zhì)。

總的來說，目前天水地區(qū)淺層地溫能資源極其豐富，利用可發(fā)條件也極其充足，具有非常好的開發(fā)利用前景。

4 結(jié)論

天水市淺層地溫能開發(fā)應(yīng)用還處于起步階段，現(xiàn)有的地質(zhì)地貌、水文地質(zhì)、氣象水文等條件都非常滿足淺層地溫能系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，結(jié)合已經(jīng)非常成熟的熱泵淺層地溫能系統(tǒng)，會對整個天水地區(qū)環(huán)境的改善和社會經(jīng)濟的發(fā)展有極大的作用。

參考文獻：

[1]丁宏偉，魏莉莉，等.淺層地溫能系統(tǒng)的國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀綜述[J].甘肅地質(zhì)，2016，25（4）：61-68.