四川省淺層地溫能開發(fā)利用影響條件淺析

陽光輝，唐曉玲，趙云紅

(四川省地質(zhì)工程勘察院，四川成都 610072)

四川省地理位置位于東經(jīng)97°21'～108°30'，北緯26°03'～34°19'，位于為亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，水資源豐富，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。淺層地溫能資源蘊(yùn)藏于地表水、地下水和土壤巖石中，開發(fā)較為便利，適宜于以熱泵技術(shù)加以開發(fā)和利用。

1 開發(fā)利用影響條件

1.1 溫度條件

四川省跨越寒冷、夏熱冬暖和夏熱冬冷三個(gè)氣候區(qū)［1］(如圖1)。寒冷地區(qū)夏季溫度15～25℃，冬季氣溫最低可達(dá)－20℃;西南攀枝花地區(qū)夏季氣溫高于35℃的天數(shù)達(dá)30 d 以上，冬季溫度一般在15℃左右;經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的夏熱冬冷地區(qū)，屬于典型的濕熱、濕冷氣候;該地區(qū)夏季氣溫高于34℃的酷熱天有10～40 d，極端氣候可達(dá)41℃，空氣濕度80%以上，冬季溫度低于5℃的天數(shù)達(dá)20～50 d，極端氣溫可達(dá)－10.2℃，日照嚴(yán)重不足，僅為15%左右，人體感到冬季陰冷潮濕，夏季悶熱難受。

圖1 四川省建筑氣候區(qū)劃圖

因此，從溫度條件來看，四川省西部寒冷地區(qū)可在冬季利用淺層低溫能資源制熱，夏熱冬暖的攀西地區(qū)夏季可利用熱泵技術(shù)制冷。有專家認(rèn)為，利用熱泵技術(shù)冬季制熱或夏季制冷的地區(qū)，冷量和熱量不能得到有效的平衡，建議不用或者少用熱泵技術(shù)。相比較而言，東部的夏熱冬冷地區(qū)冬季可以制熱、夏季可以制冷，熱量和冷量可以得到較為有效的平衡，該地區(qū)更適合利用熱泵技術(shù)開發(fā)和利用淺層地溫能資源。

1.2 水資源條件

1.2.1 地表水資源

四川境內(nèi)共有大小河流1419條，其中流域面積500 km2以上的河流有345條，1000 km2以上的有22條，號稱“千水之省”。除西北的白河、黑河由南向北注入黃河外，其余均屬長江水系。金沙江、岷江、嘉陵江、沱江、涪江等河流長度皆超過500 km。河網(wǎng)結(jié)構(gòu)明顯的分為三個(gè)不同類型:東部的四川盆地內(nèi)的水系，如岷江、沱江、嘉陵江和涪江等大體上由西北流向東南，最后匯入長江干流，構(gòu)成樹枝狀水系;西南部橫斷山區(qū)的金沙江、雅礱江和大渡河等水系，均作南北走向，東西依次平行排列，構(gòu)成典型的羽毛狀水系;西北隅的白河和黑河則由南向北而流注入黃河，是唯一北流的網(wǎng)狀水系。江河發(fā)育具有山區(qū)河道特征，谷坡陡峻，河道彎曲，比降大，流水切割強(qiáng)烈。

長江在宜賓以上稱金沙江。在長江水系中，除川東北邊境的漢江支流直接流出省境外，其余都在省境內(nèi)流入長江，主要河流有:金沙江、雅礱江、岷江、青衣江、大渡河、沱江、嘉陵江、渠江、涪江，還有宜賓至瀘州長江干流及部份支流。

發(fā)達(dá)的水系為熱泵技術(shù)直接利用江、湖、河水進(jìn)行熱交換創(chuàng)造了良好條件，在部分核心城市的臨近江河地段，可利用地表水作為交換熱源，有利于降低系統(tǒng)總體成本。這些城市包括長江流域的成都、德陽、樂山、宜賓、瀘州、綿陽、遂寧、南充等核心城市。

1.2.2 地下水資源

河流的沖刷、搬運(yùn)和沉積作用也造就了平原(壩)區(qū)的第四系松散巖類堆積體，豐富的地下水資源，也可作為交換熱源進(jìn)行開采和利用。四川地貌類型多樣、巖性齊全，受地貌及巖性控制，各巖土體的含水性、透水性、含水層類型及分布情況有所不同，根據(jù)上述因素及地下水動力特征，將地下水分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、碳酸鹽巖類裂隙溶洞水、基巖裂隙水等四大類。但后三類地下水具有埋深較大開采難度大、水量相對較小等特點(diǎn)，不適宜地源熱泵技術(shù)加以開采和利用。因此僅對松散巖類孔隙水做介紹。

松散巖類孔隙水分布范圍在全省的面積達(dá)2.78×104km2，主要分布于成都平原、安寧河谷沖積平原、若爾蓋平壩，亦零星分布于其它河谷階地及山間盆地區(qū)。

(1)成都平原:面積0.647×104km2，分上下兩個(gè)含水層，上部含水層由第四系全新統(tǒng)(Qal+pl4)和上更新統(tǒng)(Ofgl3)砂、卵礫石和含泥砂、卵礫石層組成，層厚一般10～20 m，局部約40 m，其厚度由四周向中心增大;水位埋深一般1～6 m，含水層賦水性良好，單井出水量1200～2400 m3/d，沿主要河流及補(bǔ)給條件良好地帶大于3000 m3/d;下部含水層由第四系中、下更新(Qal+fgl2+1)泥質(zhì)礫卵石層組成，厚約70 m，東部埋深漸淺，含水中—微弱，單井出水量100～500 m3/d，具承壓性。而成都平原東部臺地地區(qū)松散層以黏性土為主，則基本無水。

(2)安寧河谷平原:面積0.187×104km2(包括西昌盆地)，分四個(gè)含水層，第一含水層由第四系全新統(tǒng)(Qal+pl4)砂、礫石層組成，厚15～70 m，水位埋深0.5～7 m，賦水性好，單井出水量1000～3000 m3/d。第二含水層為第四系上更新統(tǒng)(Qfgl3)砂、礫石透鏡體，水位埋深1～18 m，富水性不均，總體上為微弱～中等，單井出水量一般小于100 m3/d，西昌盆地水頭高出地面達(dá)18 m，自流量達(dá)440 m3/d，具承壓性。第三含水層由埋藏較深的中、下更新統(tǒng)(Qgl+fgl2+1)含泥砂、礫石層組成，頂板埋深60～170 m，厚10～25 m，水位埋深較淺，賦水性中等，單井涌水量100～1000 m3/d，具承壓性，局部自流。第四含水層為第三系昔格達(dá)組(N2x)松散礫石層組成，頂板埋深多大于200 m，水位埋深1～5 m，具承壓性，賦水性中等，單井出水量100～1000 m3/d。

(3)若爾蓋草原平壩:面積0.91×104km2，由第四系松散砂、礫卵石堆積組成，厚數(shù)十到數(shù)百米不等，沼澤發(fā)育，水位埋深0～5 m，賦水性中等，一般涌水量500～1000 m3/d，局部自流;白河中上游、加曲河沖積階地及熱爾大壩等地賦水性好，單井出水量1000～5000 m3/d，白河下游、黃河沿岸的沖積層等地帶富水性中等，單井出水量500～1000 m3/d，黑水河中、下游寬谷平壩及黃河高階地古河道、白河瓦切谷地等地地下水含水層賦水性中等，單井出水100～500 m3/d。

(4)其它山間盆地與河谷階地:面積約1.034×104km2，分布零星，一般由第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Qal+pl4)組成，賦水性中等，盆地主要河流階地含水層厚5～20 m，地下水位埋深1～5 m，單井出水量可達(dá)500～2000 m3/d［2］。

1.3 巖土體條件

四川省巖土體大致可分為兩類［3］、［4］，一類為平原區(qū)的松散巖類堆積區(qū)，代表地區(qū)為成都平原和彭眉夾平原，核心城市成都、綿陽、德陽、眉山、樂山即分布于該區(qū)，巖土體成分以砂礫卵石層為主，適宜開采淺層地下水和埋管，造價(jià)相對較為經(jīng)濟(jì);另一類為基巖分布區(qū)，地層包括前震旦系到新生代，巖石堅(jiān)硬，水量一般較小，不適宜開采淺層地下水，基本適宜豎式埋管，其中侏羅系、白堊系紅層丘陵區(qū)砂泥巖成孔成本相對較低，對降低系統(tǒng)成本較為有利。

1.4 經(jīng)濟(jì)發(fā)展

四川省轄18個(gè)市和3個(gè)自治州，幅員面積48.5×104km2，2005年底總?cè)丝跒?642.1 萬人，2005年國內(nèi)生產(chǎn)總值7385.11 億元，其中第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值為1481.14億元，第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值為3067.23 億元(其中工業(yè)生產(chǎn)總值為2527.08 億元，建筑業(yè)生產(chǎn)總值為540.15 億元)，第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值為2836.74 億元［5］。但是，地區(qū)間經(jīng)濟(jì)發(fā)展也極為不平衡，成都、綿陽、德陽、樂山、眉山等經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)，對開發(fā)利用淺層地溫能資源有較大的推動作用;丘陵區(qū)次之，高原山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平最為落后。

2 四川省淺層地溫能利用適宜性評價(jià)

2.1 適宜利用地表水的地區(qū)

本區(qū)的城市(城鎮(zhèn))臨河地段可直接利用地表水(江河水和湖泊水)作為空調(diào)系統(tǒng)交換熱源，可節(jié)約室外成井費(fèi)用，且不用對地下水抽取和回灌，對建筑物地基穩(wěn)定性無影響。成本主要為空調(diào)主機(jī)成本、安裝成本，相對最為經(jīng)濟(jì)。據(jù)測算，每1 m2造價(jià)約為200～250 元。但由于受地表徑流條件和便利程度的影響較大，直接利用地表水作為熱源的限制條件較多，項(xiàng)目開發(fā)應(yīng)該因地制宜，合理利用地表水作為熱交換源。

全省能夠直接利用江、河、湖泊水作為熱交換的城市主要位于長江(包括金沙江)、岷江、涪江、青衣江、大渡河、嘉陵江、渠江干流及其主要支流兩側(cè)，如樂山市、眉山市、成都市、綿陽市、宜賓市、瀘州市、內(nèi)江市、資陽市、馬爾康縣、康定縣、攀枝花市、雅安市、西昌市等，部分經(jīng)濟(jì)條件較好的縣城也可根據(jù)條件發(fā)展。

2.2 適宜利用淺層地下水的地區(qū)

本區(qū)地下水資源較為豐富，地下水滲透性較好，利于地下水的抽取和回?fù)P，是直接利用地下水作為換熱源的良好地區(qū)。適宜范圍主要包括位于平原區(qū)的核心城市，部分川西高原重點(diǎn)城市冬季也可利用。系統(tǒng)成本主要為空調(diào)主機(jī)成本、安裝成本和室外抽水井和回灌井施工成本，相對較為經(jīng)濟(jì)。據(jù)測算，每1 m2造價(jià)約為250～350 元。該區(qū)也是我省經(jīng)濟(jì)條件最好和經(jīng)濟(jì)發(fā)展最迅速的地區(qū)，對項(xiàng)目的推廣和開發(fā)利用比較有利。為保證地下水的抽水和回灌能夠順利實(shí)施，須做好項(xiàng)目的前期論證及勘察評價(jià)工作。

2.3 適宜地埋管的地區(qū)

不具備前兩者條件的地區(qū)，可利用土壤源的方式開發(fā)和利用淺層地溫能。主要包括我省的紅層丘陵地區(qū)和攀西地區(qū)。該區(qū)地層巖石硬度相對較小，鉆探成本相對較低，適宜于利用土壤源豎式埋管作為熱交換源加以開發(fā)利用。系統(tǒng)成本為空調(diào)主機(jī)、安裝和室外埋管鉆孔和回填等施工成本，根據(jù)地層條件，系統(tǒng)每1 m2造價(jià)為350～400 元。

2 結(jié)論與建議

(1)四川省土地面積大，水資源豐富，地層溫度變化較小，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不甚平衡，基本適宜開發(fā)和利用淺層地溫能資源。各地區(qū)應(yīng)根據(jù)氣候、地質(zhì)、水文地質(zhì)、水資源等條件，因地制宜，合理開發(fā)和利用淺層地溫能。

(2)四川盆地為夏熱冬冷地區(qū)，經(jīng)濟(jì)條件相對較好，人口密集，是我省最適宜開發(fā)利用淺層地溫能的地區(qū)。寒冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)適宜應(yīng)根據(jù)自身地質(zhì)條件和經(jīng)濟(jì)條件，合理開發(fā)和利用淺層地溫能。

(3)建議在系統(tǒng)運(yùn)行后做好地溫變化應(yīng)先范圍監(jiān)測，以及水質(zhì)變化和水環(huán)境影響監(jiān)測，以保證淺層低溫能資源可持續(xù)開發(fā)和利用，也可保證生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

［1］四川省建設(shè)廳.四川省夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.成都:2002

［2］劉宗祥.四川省環(huán)境地質(zhì)調(diào)查總結(jié)報(bào)告［R］.2000

［3］四川省地礦局.四川省1.20 萬區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告［R］

［4］四川省地礦局.四川省1.50 萬區(qū)域地質(zhì)圖［M］

［5］四川省統(tǒng)計(jì)局，四川調(diào)查總隊(duì).四川統(tǒng)計(jì)年鑒－2006［M］.北京:中國統(tǒng)計(jì)出版社，2006