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作者：劉建霞原曉軍索立濤單位：青島地質工程勘察院青島海洋地質研究所

魯東地區淺層地熱能適宜性分區

1魯東地區淺層地熱能開發概況

魯東地處華北平原東部，位于暖溫帶季風型半濕潤區—大陸性氣候區，受海洋調節，四季分明，河流屬半島邊緣水系，源短流急，全區土地面積35735km2，包括日照、青島、煙臺、威海4市。

魯東地區隸屬華北地層大區，魯東地層分區，巖漿侵入活動劇烈頻繁，所形成的侵入巖占魯東地區基巖面積的半數有余。魯東地區從2005年陸續開始應用地源熱泵技術開發利用淺層地熱能，2008年以后得到迅速發展，2008年后利用淺層地熱能的面積超過利用總面積的95％，目前已經建成和即將建成的地源熱泵系統供暖（冷）的建筑面積超過900萬m2，另有約600萬m2處于已規劃準備建設階段。魯東淺層地熱能利用的主要建筑型式有新建住宅小區、工廠廠房、城市基礎公共設施；海水源熱泵利用方式分布在沿海一線及海上建筑；地下水源熱泵利用方式在魯東地區較少；土壤源熱泵利用方式主要分布于城市新規劃區以及沒有集中供暖的發達鄉鎮和旅游區。

2魯東地區淺層地熱能適宜性分區評價類型及體系

（1）分區類型

魯東淺層地熱能資源開發利用分區主要指地下水熱泵適宜性分區和地埋管熱泵經濟性分區。地下水熱泵適宜性分區根據水文地質條件劃分為適宜區、較適宜區、一般適宜區及不適宜區；地埋管熱泵經濟性分區根據地質條件和投資成本劃分為經濟區、較經濟區和一般經濟區；綜合分區在適宜性和經濟性分區的基礎上進行，在適合地下水熱泵的地區優先選擇地下水熱泵。

（2）評價體系

地下水熱泵適宜區分區評價體系由3層構成，從頂層至底層分別由系統目標層、屬性層和要素指標層3級層次結構組成。系統目標層為淺層地熱能地下水熱泵適宜區劃分。屬性指標層由地質、水文地質條件、水動力場、水溫場、水化學場、地質環境、經濟成本指標組成。要素指標層由地下水系統、地層結構、含水層出水能力、含水層回灌能力、潛水流場、承壓水流場、地下水熱傳導速率、地下水熱影響范圍、地下水水質、水源地的保護、地面沉降、地裂縫、投資成本和運行成本等14個指標構成（圖1）。地埋管換熱系統分區指標包括場地巖土層的巖性、結構、地下水賦存狀況，巖土層的導熱性能、換熱效率、導熱系數、溫度，恒溫帶的深度和溫度，場地巖土體的密度、比熱，熱泵系統的投資成本、能耗及運行成本等15個指標（圖2）。

魯東地區淺層地熱能適宜性分區評價

（1）評價步驟

采用層次分析法（AHP）和GIS圖層制作、空間分析、疊加的技術來實現分區評價。首先按照AHP的要求，在評價體系的層次隸屬關系的基礎上，通過調查統計和室內研究分析，對各層對應的要素指標的重要性進行判斷比較，確定不同影響因素對適宜性劃分的影響大小，給出相應的權值；再對要素指標層各指標進行計算并歸一化處理，完成各指標的量化工作。輸入GIS制圖軟件中，利用GIS圖形制作功能編制各要素指標的圖層，完成各文件的制作，然后將各圖層根據權重疊加進行綜合評價；最后，將要素層各要素的評價參數數量化、歸一化后，對要素層、屬性層、目標層進行計算綜合評價，對程序運行計算結果按1．0～0．8、0．8～0．6、0．6～0．3、0．3～0分為4級，分別為適宜區、較適宜區、一般適宜區及不適宜區，應用GIS出圖。

（2）權值的確定

權值的確定首先采用統計學方法對現有的地下水熱泵運行影響因素進行分析研究；再對各影響要素進行劃分，劃分出自然要素和非自然要素。自然要素包括描述地質和水文地質條件的要素，描述水動力場、水溫場和水化學場的要素，描述地質環境的要素等；非自然要素主要是指描述經濟成本的要素。通過分析自然要素對非自然要素影響程度，按照各項自然要素對非自然要素影響的大小，統計出自然要素在適宜性分區劃分中所起的作用，并按所起作用的大小確定權值大小。最終確定對魯東地區地下熱泵運行影響最大的因素為含水層結構，其余依次是水動力場—水溫場—水化學場—地質環境。地埋管熱泵經濟性分區要素主要是考慮地下埋管的投資成本。

魯東地區淺層地熱能適宜性分區評價結果

（1）地下水地源熱泵系統適宜性劃分魯東地區地下水地源熱泵系統適宜性可劃分為4個區（圖3）。圖3魯東地區地下水地源熱泵系統適宜性分區圖Fig．3SuitabilitydivisionofgroundwaterheatpumpareasineasternShandongarea適宜區（Ⅰ區）：區內地下水資源較貧乏，適宜區面積小，只分布在平度市南洼富水地段的崔家集鎮、中莊鎮南部，面積約105．8km2。較適宜區（Ⅱ區）：主要集中在平度南洼適宜區的外圍及沿海較大河流的下游，包括萊州土山鎮、沙河鎮周圍，西由鎮、金城鎮一帶，龍口市黃水河下游的中村鎮附近，煙臺牟平區的大窯鎮以西、姜戈莊鎮以南地帶。面積約401．26km2。一般適宜區（Ⅲ區）：分布在平度以南的較適宜區外圍、莒縣以北的堆積平原和其他較大河流的下游地區，常為較適宜區向不適宜區的中間過度地帶。面積約1086．6km2。

不適宜區（Ⅳ區）：魯東地區平原面積小，大部分地區為低山丘陵，基巖裸露，因此，魯東地區除了以上3個分區以外，大部分區域為不適宜區。（2）地埋管熱泵經濟性劃分魯東地區地埋管熱泵經濟性劃分為3個區（圖4）。經濟區（Ⅰ區）：主要分布在平度北部、招遠、棲霞、龍口蓬萊南部、煙臺牟平區南部、威海市絕大部分區域以及青島、城陽—膠南—日照沿海一帶，面積約20491km2。較經濟區（Ⅱ區）：包括煙臺市區周圍西起蓬萊市區向東延伸至威海市區以西的沿海地帶、萊西中部、萊陽、海陽大部、即墨東部、膠州南部、五蓮西北部、莒縣東部，面積約10772km2。一般經濟區（Ⅲ區）：主要包括平度南部、萊西南部、膠州北部、即墨西部區域以及萊州西部、莒縣西南部，面積約4472km2。（3）魯東地區淺層地熱能利用形式綜合區劃綜合區劃是在適宜性等級分區和經濟性等級分區的基礎上進行，由以上分析可以看出，地埋管熱泵較適宜級別及以上區域主要分布在魯東巖漿巖分布區，這是由于現代鉆井技術的提高使得花崗巖鉆探成本并不高，且具有易施工、進尺快、熱傳導性高等優點，所以花崗巖地區適合利用地埋管地源熱泵。地下水熱泵較適宜以上區域主要分布在較大的沖積湖積平原，另有少量分布在沖積洪積河谷地帶，這些地帶含有砂卵礫石層，富水性好，回灌能力強，水文地質條件優越，比較適宜地下水熱泵工程。這也說明了一般在地下水熱泵適宜的地區地埋管熱泵的經濟性不是最好的，而在地埋管熱泵經濟性最好的地區地下水熱泵適宜性也一般，兩者有一定的互補性。

結語

淺層地熱能開發利用適宜性分區是資源調查評價工作的主要內容，根據魯東地區淺層地熱能適宜性分區結果，地下水地源熱泵適宜性分為：適宜區、較適宜區、一般適宜區、不適宜區；根據地埋管地源熱泵經濟性分為：經濟區、較經濟區、一般經濟區；根據適宜性與經濟性可將調查區分為地下水熱泵適宜區、較適宜區，地埋管熱泵適宜區、較適宜區和地源熱泵不適宜區。在地質條件適宜區優先選擇地下水源熱泵系統，在不適宜利用地下水的區域優先選擇地埋管熱泵系統，鼓勵新建或改建的公共建筑、居民樓、農村集中建設的住宅采用淺層地熱能，政府投資的公益性項目優先利用淺層地熱能。

淺層地熱能開發利用適宜性分區的主要依據是資源賦存的地質條件，同時要注重考慮開發利用的技術經濟及環境保護條件。在魯東地區淺層地熱能適宜性分區評價過程中，利用層次分析法確定各個評價指標的權重，通過分析評價目標與評價指標之間的復雜關系構建層次結構，從而將問題簡單化，使得評價指標本身的相對重要性定量化，經過數學計算得到可靠的權重值，評價結果更為科學準確，能客觀反映評價區開發利用適宜性特征，為魯東淺層地熱能的合理開發利用提供科學依據和支持。