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论文依托浙江省国土资源厅下达的“杭州市萧山区浅层地热能调查与评价”工作项目。该项目的总体目标是:查明杭州市萧山区地热地质背景和浅层地热能赋存条件,分析评价浅层地热能资源数量、质量以及分布规律,进行开发利用区划,为浅层地热能可持续利用提供依据,总结浅层地热能调查评价技术方法,为全省浅层地热能调查评价提供示范。
项目工作区范围为杭州市萧山平原区,其中以江南城和江东新城约259km2为重点凋查区。其余区域考虑到地域经济发展潜力不大,作为一般调查区。
论文回顾了浅层地热能开发利用的国内外发展现状。浅层地热能大规模地开发利用始于上世纪70年代,得益于能源危机的推动。目前,欧美地源热泵技术与理论相对成熟,应用较广。我国浅层地热能开发利用虽然起步较晚,但是发展势头迅猛,潜力巨大。2004年,我国浅层地热能应用面积为767×104 m2,而到了2009年,应用面积为8×107 m2。杭州市浅层地热能应用项目也已80有余,前景乐观。
纵观国内的浅层地热能应用项目,虽然发展形势很好,但由于对场地地热地质背景知之甚少,盲目开发,不少项目运行状况不容乐观。因此,本文从分析区域地质与浅层地热能之间的关系入手,结合“杭州市萧山区浅层地热能调查与评价”项目,展开区域浅层地热能评价方法研究,旨在为浅层地热能开发利用提供科学指导。
根据萧山平原区大量钻孔资料,论文分析研究了萧山平原区的地层结构和地下水的赋存条件;根据钻探样品的室内土工试验和热物性试验成果,获取了不同地层的热物性参数,为进行浅层地热资源评价积累了第一手资料;分析研究了岩土体的含水量、孔隙度、天然密度以及地层年代对岩土层热物性的影响。
根据遍布全区的地埋管和水井中一年的地温监测数据,确定了萧山地区的恒温层埋藏深度与温度值的范围,同时也确定了区域大地热流的范围值。通过整理全区地温场的平面分布特征,结合区域地质构造条件,分析研究了二者之间的关系。
论文还对区域浅层地热能资源的评价方法进行了研究,利用层次分析法对浅层地热能资源进行区域划分。计算了萧山平原区的浅层地热能静态总储量(2.50×1014kJ/℃)和单位面积的可利用总量(1.54×107kW/km2)。同时,通过对重点调查区的2个孔的原位热响应试验测试结果进行分析研究,确定了岩土体的平均热影响半径、单位长度地埋管换热孔的换热量,获得了区域地热能的开发潜力,为合理开发利用浅层地热能奠定了基础。同时,本论文还利用Matlab软件模拟了换热过程中钻孔周边岩土体温度场的变化情况。
最后,对浅层地热能开发的环境效益进行了初步评估,指出了开发过程中可能会出现的问题,为后续的开发利用提供示范。