青州市城区浅层地热能资源状况分析及回灌技术探讨

青州市城区浅层地热能资源状况分析及回灌技术探讨

宋文安，于兴乾，周磊

潍坊市水文中心，山东 潍坊 261061

[摘要] 本文在青州市城区浅层地热赋存条件的基础上进行探讨，得出适宜区地下水热储量计算结果为21.438km2，浅层地能储热量1.267×1013KJ。并对地下水开发利用及回灌技术进行研究，并提出了解决措施。

[关键词] 浅层地热能；回灌技术；开发利用；

1 研究区水文地质条件

青州市区位于青州西南山区与东北部平原区的交汇处，其西侧及南侧为寒武——奥陶系石灰岩山区，是南阳河、北阳河形成的冲积扇的上部，此处第四系地层厚度较大。东南部较薄，为30-40米，越向西北越厚，最厚达130-140米。第四系地层之下大部分有一层厚度达40-50米的第三系玄武岩，裂隙不发育，底部无松砂岩，含水微弱。再向下为巨厚层白垩系砂砾岩，为非含水层，仅在南部边缘及西部边缘。在南阳河东岸一般50-60米，西岸大部分可达110-120米，在铁路以北隔水底板一般为85-92米，地下水热泵适宜区与冲积扇的主体部位一致。

2 浅层地下水水质状况及特征

2.1地下水化学特征

地下水化学成分与地下水的运动条件、周围介质、地形地貌及人类活动密切相关，水化学特征与水文地质条件相一致。按舒卡列夫水化学分类，城区第四系孔隙水水化学类型可分为HCO3 型和HCO3-Cl型两类。阳离子主要有Ca2+、Mg2+和Na+。

HCO3— Ca·Mg型水主要分布在城区南部及近郊区等地带，水质较好，矿化度一般在300-600mg/L，总硬度一般在240-300 mg/L，属低硬度、低矿化度水。

2.2地下水水质状况

潍坊水环境监测中心根据《地下水环境质量标准》（GB/T14848-93），对本区取水水源井裂隙岩溶地下水的水质监测进行分析，根据城区地下水水质监测成果，研究区所取地下水水质符合国家《地下水环境质量标准》（GB/T14848-93）Ⅱ类水的要求，综合评价此水水质为优良，达到按地下水质量标准要求。

3 浅层地热能储量计算

3.1  适宜区划分原则

根据城区的水文地质条件，我们确定适宜区的原则有以下四个条件：

⑴单井出水量不小于每小时20方；

⑵从静水位至含水层下伏的隔水底板的厚度不小于5米；

⑶含水层以中砂以上的砂层为主，或是富水性较好的第三系玄武岩；

⑷含水层有较好的可灌性。

3.2  适宜区具体划分

根据适宜区的地层结构及含水层状况可分为Ⅰ区和Ⅱ区，城市规划区适宜区分布图，见图1。

3.2.1 适宜区Ⅰ区：Ⅰ区位于铁路以北，工业用水较为集中，其原始水文地质条件与Ⅱ区相本相同，原来的单井出水量较大，后因工业用水过大，在铁路以北，王母宫街办中心路以南，地下水位埋深已降至50-60米，单井湧水量已降至20-40方/时。

3.2.2适宜区Ⅱ区：Ⅱ区位于铁路以南，大量的自备井已被封存，地下水位埋深已恢复到20米左右，单井出水量达到50-80方/时。

图1 青州市城市规划区适宜性分布图

3.3浅层地下水热储量计算

热储存量计算要求用热储法分别对包气带和饱水带进行计算，我们认为计算包气带的热储量意义不大，故没有计算包气带的热储量。本次采用第四系地层地下水热能储存量计算公式为：Q4R＝QS+QW；第三系地层地下水地热能储存量计算公式为：Q3R＝QS+QW计算的热量。

经计算，浅层地下水热泵适宜区总面积21.438km2，占规划总用地面积的41％，地下水热储量1.267×1013KJ，见表1。

表1            青州市城区浅层地下水热储量计算表

4地下水回灌技术及解决的措施

4.1地下水回灌技术

地下水源热泵中央空调能充分利用可再生的地温资源，不污染水质，符合节能环保的大方向，发展前景十分广阔。同时存在回灌技术问题。在地下水为层流运动时，完整管井抽水试验出水量的计算公式为：

承压水：Q＝      无压水：Q＝

式中Q－管井出水量；

R－影响半径；

r0－管井半径；

K－渗透系数；

M－承压水含水层厚度；

H－无压水含水层厚度；

S－抽水降深。

由上述公式计算出渗透系数K值。如果管井设计合理，洗井彻底，在水文地质学中可以利用上述公式进行管井的注水试验，据此同样可以计算出渗透系数K值。在其他参数都相同的条件下，管井抽水的出水量在理论上与管井注水的灌水量是完全相同的。

4.2回灌解决措施

4.2.1严控打井质量，从源头上解决悬浮物堵塞问题

（1）过滤效果要好，水的浑浊度必须不低于生活饮用水标准，更不能有含砂量；

（2）滤网及滤层的容污能力要强，以尽量延长反冲洗间隔时间；

（3）地下水向井中的流速要小于安全流速，防止地层中的细颗粒大量地向井周运移，保持井的出水量长久不衰。通过采用“双极电极系”井下电法测井，保证机井质量。

4.2.2减少水中气体含量，防止气相堵塞

造成气相堵塞的主要原因是由于在管路系统中局部出现负压，使水产生汽化造成的。管道中的真空度越大，汽化越严重。水汽从汽水混合物中逸出后便形成汽泡，造成堵塞。

4.2.3其他技术措施

（1）输水管道及打井材料全部实现了非金属化，可以有效地防止氢氧化铁及嗜铁细菌等生化堵塞。

（2）当静水位太高时，利用专门用于压力回灌的专用器具，进行压力回灌。

（3）在条件适宜的地区，采用管井与渗渠相结合，实施回灌。

5结语

（1）城区适宜区面要搞好机井设计，严格成井工艺，对打空调井队伍加强技术指导，保证工程质量。

（2）要根据小区的水文地质条件、场地条件、冷热负荷的均衡程度和供热（冷）面积对热源井工程因地制宜地进行合理布局，防止出现水源井之间出现过大的水量干扰和水温影响，提高使用效果。

（3）有关部门加强对地下水资源的管理，要做到100%回灌；加强地下水水质、水位、监测，预防发生地质问题，以实现地下水资源的可持续利用。

参考文献：

[1]王松涛，吴振，王华军．基岩地区地埋管换热器传热特性的测试研究[Ｊ]．河北工业大学学报，2012，41（６）：69－73．

[2]孔庆友，张天祯，徐军祥等．山东矿床[Ｍ]．济南：山东科学技术出版社，2006．

[3]刘树亮，许静波，衣伟虹等．潍坊市浅层地热能资源调查及开发利用研究[Ｊ]．山东国土资源，2013，29（10）：67－69．

作者简介：宋文安 1993年9月 男 山东安丘 汉族 大学本科 助理工程师 潍坊市水文中心 研究方向:水文水资源研究