甘肅省地?zé)崴Y源開發(fā)利用及發(fā)展建議

王魯軍，薛 媛，牛最榮

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

我國地?zé)崴Y源的開發(fā)利用速度加快，成效顯著[1]。地?zé)崴Y源是指具有較高溫度的地下水資源，也可以理解為“把熱由地下帶到地表的作為介質(zhì)的溫?zé)崴薄?因此，地?zé)崴Y源主要包括了人工與天然的2個源頭：一種是利用人工方式向地底投入涼水，再通過地?zé)峒訙?，最后由地下上溢；另一種則是通過人工構(gòu)筑物從地下采出蘊藏在地下含水空間的帶有較高溫度的自然地?zé)崴Y源[2]。地?zé)崴Y源的利用方式多樣，主要有醫(yī)療、溫泉、采暖、種植、養(yǎng)殖等[3]。

甘肅省位于我國西北地區(qū)，地處黃土高原、青藏高原、內(nèi)蒙古高原的交匯地帶，地形復(fù)雜。經(jīng)多年降雨下滲和大地?zé)崃鳝h(huán)境作用而形成豐富的地?zé)崴Y源，這是其開發(fā)利用的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著地?zé)崴Y源開發(fā)利用不斷加快，出現(xiàn)了一些問題，本文針對這些問題提出相應(yīng)的發(fā)展建議，以此作為甘肅省地?zé)崴Y源科學(xué)、合理開發(fā)利用的參考。

1 地?zé)崴Y源開發(fā)現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)有地?zé)崴Y料，甘肅省溫泉和地?zé)岙惓？坠灿?8處，其中溫泉有24處、地?zé)峋?4眼、地?zé)崴Y源有28處以上，主要分布在敦煌、酒泉、張掖、武威、蘭州、白銀、定西、平?jīng)觥c陽、天水、臨夏等市州?，F(xiàn)已開發(fā)利用的城市有蘭州、天水、武威等，具有地?zé)岙惓?shù)據(jù)顯示的主要重點城市有敦煌、嘉峪關(guān)、酒泉、張掖等，而白銀、平?jīng)觥c陽、定西等市也存在地?zé)醿Υ娴臉?gòu)造，并且具有一定的地?zé)峥碧嚼们熬癧4]。其中，蘭州市地?zé)犸@示比較突出，經(jīng)區(qū)域調(diào)查資料證實，蘭州市地下1000m處地溫達40℃，地下2000m處的地溫達60～70℃，其水溫范圍一般在40～70℃，礦化度3～5g/L，水化學(xué)類型為Cl-Na型，熱儲層主要為白堊系砂巖、砂礫巖地層；天水市熱儲層分上、下2層，第一層平均溫度30.65℃，第二層平均溫度65℃，礦化度在0.2～1.64范圍內(nèi)，水化學(xué)類型為SO4-HCO3-Na、SO4-Cl-Na-Ca型，熱儲層主要為花崗巖斷裂帶、下元古界牛頭河群碎裂狀硅化大理巖；武威市地?zé)崴Y源豐富，武威藥王溫泉坐落于武威市西南公里處西營鄉(xiāng)五溝村，其水溫范圍大致在30～55℃，礦化度0.5g/L，水化學(xué)類型為Cl-SO4-Na型，熱儲層主要為武威盆地北緣下更新統(tǒng)砂礫巖；其他城市的地?zé)崴Y源的水溫、礦化度、水化學(xué)類型、熱儲層地質(zhì)條件，見表1[4- 8]。

目前，開發(fā)的地?zé)崴Y源水溫大部分都在25～62℃，屬于低溫地?zé)崴Y源。其水化學(xué)類型多屬于HCO3-Na、HCO3-Ca、SO4-Na、SO4-Ca型，礦化度一般0.2～3g/L[8]，有些特殊地區(qū)的礦化度會高達5g/L，甚至23g/L。地?zé)崴泻写罅康蔫F、錳、鈉、碘、釩、鈦、鉀、硫、硼等礦物元素，可以促進人體全身的正常代謝，加速血液循環(huán)，舒經(jīng)活血，提高體質(zhì)，增加抵抗力和防治疾病[9]，因此，地?zé)崴饕糜跍厝?、洗浴、療養(yǎng)等方面。

表1 甘肅省其他城市地?zé)崴Y源情況表

2 地?zé)崴Y源開發(fā)利用存在的問題

2.1 開發(fā)利用對環(huán)境的影響

不合理利用地?zé)崴Y源會造成環(huán)境污染。隨意排放地?zé)嵛菜畷馃嵛廴?、地表水污染，隨著地表水下滲也會造成地下水不可逆的污染。這些被污染的地表水和地下水對農(nóng)作物進行種植或者對魚苗進行養(yǎng)殖，最后通過食物鏈的作用可能會危及到人類健康。

2.2 利用不充分，資源浪費嚴重

目前，由于對地?zé)崴哪茉葱再|(zhì)缺乏系統(tǒng)的認識，導(dǎo)致地?zé)崴Y源的利用方式粗放、利用率偏低，資源浪費比較嚴重。據(jù)調(diào)查，大部分地?zé)崴Y源在完成供暖工作之后便會對尾水進行排放，但是這部分地?zé)嵛菜€具有一定的溫度(40℃左右)，這些高溫尾水不僅沒有得到任何利用而白白流失，而且排放的高溫尾水對當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定的熱污染[10]。

2.3 結(jié)垢和腐蝕

在地?zé)崴Y源綜合利用過程中，因為其富含氧化鐵、硫酸鈣、碳酸鈣和硅酸鹽等化學(xué)成分，致使地?zé)崴谑褂眠^程中會形成管道結(jié)垢。當(dāng)結(jié)垢形成后，一方面會加大輸水系統(tǒng)的流動阻力，增大流體輸送的能耗；另一方面因為結(jié)垢的傳熱性能較差，會降低熱效率，使得換熱器的傳熱性能變差。嚴重時，甚至?xí)瓜到y(tǒng)堵塞，不能維持正常運行。

地?zé)崴懈缓V物元素，除了結(jié)垢問題，地?zé)崴苯永眠^程中存在的另一個關(guān)鍵問題便是腐蝕問題。地?zé)崴畬κ褂迷O(shè)備及管道的腐蝕主要是由于地?zé)崴械难鹾吐冗@2個元素造成的。地?zé)崴畬饘俨牧系母g機理主要為電化學(xué)腐蝕，其根本原因是金屬材料表面以及內(nèi)部產(chǎn)生了宏觀電池、濃差電池和微觀電池[11]。為有效提高室內(nèi)供暖系統(tǒng)裝置的使用安全性，盡可能地采用多種相應(yīng)的防護措施降低系統(tǒng)腐蝕。為延長管道和設(shè)備的使用壽命，采用全封閉的地?zé)崴_采模式，防止空氣進入系統(tǒng)中[12]。

2.4 回灌技術(shù)不充分

地?zé)崴Y源作為一種清潔能源可以發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟、優(yōu)化當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)。但是在地?zé)崴Y源開發(fā)利用過程中，只關(guān)注開采，而不考慮尾水的回灌，這會造成地?zé)崴Y源的浪費，引發(fā)地面沉降、環(huán)境污染、地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性改變等一系列的環(huán)境問題。目前而言，甘肅省的地?zé)崴Y源開采偏粗放型，很少在開采利用后設(shè)置地?zé)崴毓嗑?，這就造成了地?zé)崴Y源的浪費。所以，現(xiàn)在開采利用地?zé)崴Y源，應(yīng)積極地設(shè)置地?zé)崴毓嗑捎貌晒嘟Y(jié)合的模式。

地?zé)崴幕毓嗍菍⒌責(zé)嵛菜毓嗟降貙由畈康倪^程?；毓嗟綗醿拥牡蜏氐?zé)崴梢晕諑r層中蘊藏的巨大熱量，使地?zé)崴靡匝a給，實現(xiàn)地?zé)崴稍偕⒖裳h(huán)，維持熱儲層地?zé)崴膲毫13]，實現(xiàn)地?zé)崴Y源的可持續(xù)發(fā)展。在地質(zhì)和經(jīng)濟條件允許的情況下，為更好地利用地?zé)崴Y源，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展，需設(shè)置地?zé)崴毓嗑甗14]。但是往往在使用地?zé)崴毓嗑臅r候會遇到以下問題：地?zé)崴毓喽氯?、回灌水量不足或回灌水質(zhì)不達標。對于地?zé)崴毓喽氯那闆r，主要原因是回灌水中有懸浮顆粒、氣體、微生物及黏土物質(zhì)等，因此地?zé)嵛菜毓鄷r要過濾回灌水。對于地?zé)崴毓嗨康那闆r，可能會引起地下的水動力場、應(yīng)力場發(fā)生變化，從而影響底下的地層結(jié)構(gòu)，因此地?zé)嵛菜诨毓鄷r要考察分析回灌地區(qū)的地質(zhì)情況。對于地?zé)崴毓嗨|(zhì)的情況，須對回灌水和地?zé)崴旌虾蟮牡責(zé)崃黧w進行化學(xué)分析，使地?zé)嵛菜毓嗪蟛粫蛘弑M可能少地對下一次開采產(chǎn)生影響。這樣能使地?zé)崴毓嗑_到預(yù)期的回灌效果。

2.5 制度、法規(guī)不健全

目前，甘肅省對于地?zé)崴Y源相關(guān)的地方法規(guī)尚不夠完善，導(dǎo)致管控不能完全到位，造成地?zé)崴Y源不必要的浪費。長期浪費，對于水資源和甘肅省的經(jīng)濟建設(shè)會造成很大的影響，這會影響地?zé)崴Y源未來的發(fā)展。由于法律法規(guī)的不完善，有的企業(yè)利用地?zé)崴Y源，只向政府交納補償費，并非單獨從市場有償購買。而其采暖收費卻又執(zhí)行同煤、燃油的統(tǒng)一標準[15]。這種現(xiàn)象一旦出現(xiàn)而沒有相應(yīng)完善的法律法規(guī)加以制止勢必會漫延。企業(yè)為追求利益，大規(guī)模的開采地?zé)崴Y源，長此以往，造成掠奪式開采，這對于地?zé)崴Y源的可持續(xù)健康發(fā)展極其不利。

3 地?zé)崴_發(fā)利用的發(fā)展建議

3.1 建立水環(huán)境監(jiān)測體系

地?zé)崴Y源開發(fā)利用會造成一定的環(huán)境影響。因此地?zé)崴Y源開發(fā)利用過程中，應(yīng)加強管理，建立水環(huán)境監(jiān)測體系來監(jiān)測地?zé)崴Y源開采、使用、排放和回灌各個環(huán)節(jié)的水質(zhì)指標，進而確定地?zé)崴Y源的采、用、排的最優(yōu)方案。

3.2 發(fā)展相關(guān)研究，實現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)利用

地?zé)崴Y源是一種可再生的水資源，與此同時，地?zé)崴Y源的補給過程是比較緩慢的，因此，地?zé)崴Y源是有限的水資源。在開發(fā)利用地?zé)崴Y源時，因地?zé)崴羌療?、礦、水為一體的一種資源，所以從3個方面綜合考慮，防止利用方式的單一化趨勢。大力推廣地?zé)崴Y源的梯級開發(fā)綜合利用，使各個溫度層范圍內(nèi)的地?zé)崴Y源得到梯級利用，發(fā)揮資源優(yōu)勢，減少浪費，提高地?zé)崴Y源的可用率。同時在考慮經(jīng)濟效益和利用率時，也要考慮生態(tài)環(huán)境的保護，走可持續(xù)發(fā)展的道路，采取限制打井?dāng)?shù)量和開采量、推進地?zé)崴毓嗑氖褂谩⒓訌姽芾淼却胧﹣砗侠黹_采地?zé)崴Y源。

3.3 管道系統(tǒng)的耐腐蝕防護

地?zé)崴Y源中富含礦物元素，使用設(shè)備及管道時應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)問題和腐蝕問題。定期對管道系統(tǒng)進行補水和排污，并做好記錄。管道系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)丶尤刖徫g阻垢劑和Na2SO3等緩蝕劑延長其使用壽命。系統(tǒng)采用特殊材質(zhì)的塑料管道等耐腐蝕材料。加強地面上地?zé)崴b置和閥門及管道接口處的密封，防止大量的氧進入。在利用地?zé)岵膳膱龊峡紤]間接地?zé)岵膳?，地?zé)崴恢苯舆M入供熱循壞系統(tǒng)，通過使用換熱器將熱量傳遞給循環(huán)水，降低管道系統(tǒng)被腐蝕的可能，降低維護成本。

3.4 實行采灌結(jié)合

實行采、灌結(jié)合，提高回灌率。由于開采手段不完善，一般未能制定科學(xué)合理的開發(fā)方案，致使過量開采，熱儲水位迅速下降，地?zé)崴Y源嚴重浪費。為保護地?zé)崴Y源，應(yīng)實行采、灌結(jié)合，盡可能做到少消耗儲層中的地?zé)崴?，通過回灌技術(shù)采取儲層中的熱量，維持熱儲層地?zé)崴膲毫Γ瑢崿F(xiàn)資源的可持續(xù)利用[16]。

3.5 完善相關(guān)法律，加強宏觀調(diào)控

地?zé)崴Y源開發(fā)利用過程中，過度開發(fā)會引發(fā)一系列問題。地?zé)崴Y源是國家所有，對地?zé)崴Y源的開發(fā)利用要納入政府管理，應(yīng)適時設(shè)立專門機構(gòu)去行使地?zé)崴Y源的勘探、規(guī)劃、評估、開采利用和政策制定等職能。政府調(diào)整保護和合理開發(fā)地?zé)崴Y源的相關(guān)政策，加大監(jiān)管力度，公開相關(guān)信息，規(guī)范開發(fā)行為，并在開采總量上進行嚴格控制，科學(xué)合理地開發(fā)地?zé)崴Y源。

綜上，地?zé)崴F(xiàn)狀及發(fā)展建議[17]可見表2。

表2 地?zé)崴F(xiàn)狀及發(fā)展建議

4 結(jié)語

本文通過蘭州、天水等城市的地?zé)崴Y源情況，分析了甘肅省地?zé)崴Y源現(xiàn)狀，探討了地?zé)崴Y源利用不充分、回灌技術(shù)不充分、管道系統(tǒng)結(jié)垢及腐蝕等開發(fā)利用中存在的問題。針對這些問題，提出了建立水環(huán)境監(jiān)測體系、發(fā)展相關(guān)研究、增強管道系統(tǒng)的耐腐蝕防護、實行采灌結(jié)合，以及完善相關(guān)法律法規(guī)的建議。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，低碳生活、節(jié)約能源是高質(zhì)量發(fā)展的要求，地?zé)崴Y源作為一種清潔能源，其科學(xué)合理的開發(fā)利用勢必會成為未來水資源可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。