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摘 要：地热资源作为一种具有巨大开发利用价值的清洁能源，对改善我国能源结构、缓解能源短缺和环境污染都有重大作用。近年来，部分地区市镇已经较大规模地利用地热资源开展供暖，但不合理的开发利用与粗放的管理引发了一系列资源环境问题。本文以衡水市某地为例，介绍了该地区利用地热资源供暖过程中产生的资源环境问题，并有针对性地提出了相应解决思路与技术、政策建议。
关键词：地热供暖；尾水回灌
1 概述
地热资源可以划分为浅层地温能、中深层地热能和干热岩三大类，其中地下热水资源是目前被利用最为广泛和成熟的。我国地下热水资源每年可采资源量折合标准煤19亿吨[1]，被广泛应用在城镇供暖、特种种植、特种养殖、医疗洗浴、旅游开发等产业中，但在部分地区对地下热水资源不合理的开发利用、粗放的监督管理反而引起了新的资源环境问题。
本文以河北省衡水市某地地下热水资源供暖过程中存在的问题为例，结合相关专业知识，提出了若干解决此类问题的思路和对策，希望能够为相关主管部门和开发单位提供参考。
2 衡水市某地主要利用热储概况
该地市位于饶阳断凹之上，属沉积盆地传导型地热田，新生界地温梯度为3.0～3.25℃/100m。城区地热井多在3000m以浅，开发利用的热储层有新近系明化镇组和馆陶组，其中馆陶组孔隙热储为城镇供暖主要利用热储层。
明化镇组孔隙热储（Nm），岩性以中砂岩、细砂岩为主，涌水量20m3/h左右，出水温度52.5℃左右，矿化度1.0g/L左右，水质类型主要为HCO3-Na型。馆陶组孔隙热储（Ng），岩性以砂岩、含砾砂岩、砂砾岩、砾岩为主，涌水量约40～102m3/h，出水溫度74～83℃，矿化度1.0～3.0g/L，水质类型主要为HCO3-Na、HCO3·Cl-Na型[2]。多年观测数据显示，该地市地下热水水位埋深呈锯齿状逐年下降趋势。
3 地热资源开发利用现状
截至2016年7月，该地城区范围内已开发利用的地热井有24眼。其中1眼仅利用明化镇组热储洗浴和供暖；其余全部主要利用馆陶组热储供暖。2015-2016年供暖期内单井开采水量在20～100m3/h之间不等，地下热水资源开采总量约352万m3，单井供暖面积约1.7～29万m2不等，地热井供暖总面积约234万m2。所有供暖地热开采井中，仅有1眼采取了热交换措施，其余均为地热水直接供暖模式。所有供暖尾水的余热几乎都未利用，仅有2眼井利用附近废弃地热井实现了部分尾水回灌。另外，城区所有供暖开采井分属17个地热供暖公司或开发商，各供暖公司管网相对独立，供暖流程和供暖设备各不相同。
4 地热供暖开发过程中存在的主要问题
地热供暖尾水直排严重浪费资源、污染环境。城区地热供暖尾水排放方式多为直接排入市政污水管网，排放温度在25～30℃，矿化度约1～3g/L。供暖期内，城区约有300多万m3地热供暖尾水直接排放，尾水中的热能未能够再利用，能量流失严重。与此同时，地热尾水矿化度普遍偏高，易造成水土环境污染。
地热水水位下降情况严重，资源枯竭状况加剧。城区内某利用馆陶组热储的地热井1996年成井时静水位埋深4.54m，2008年11月（供暖开始前）水位埋深降至32.56m，年均下降速率2.34m/a，随着近年开采井数量快速增加，水位下降趋势加剧，2016年8月实测该井静水位埋深95.50m，近8年水位下降速率达7.87m/a。以目前水位降速预测，13年后利用城区内馆陶组热储的地热开采井静水位埋深将超过200m，存在现有地热井报废、地热资源枯竭的可能。个别井距离过近，供暖期相互干扰严重，也加剧了水位下降。
地热资源调配不合理，热能利用效率低下。如城西某地热井单井水量约60m3/h，出口水温82℃，推算可解决供暖面积约6万m2（无梯级利用前提下），现状供暖面积多达29万m2，严重超负荷运转，供暖效果不佳；而城西北某地热井开采能力可达60m3/h，出口水温86℃，前供暖面积仅约1.7万m2，地热能利用效率严重不足。
5 解决以上环境、社会问题的思路与对策
（1）地热尾水回灌是最为直接有效的保持热储压力，充分利用能源的方式。该地区馆陶组热储按照100年开采年限、允许下降水位150m计，年可开采量约77万m3，若能实现现状开采量下85%的尾水回灌，实际开采量可降至59.30万m3，预计城区馆陶组地热水水位埋深年下降速率可降低至现状下降速率的17%，约1.16m/年（不考虑自然状态地热水承压水头下降），由此可大大延长地热资源的使用寿命。
（2）建议由政府或职能部门牵头，将市区内供暖进行统一管理和服务，改变地热水直供的开发利用模式，增加换热器、热泵等设备设施，实现地热水的梯级利用。
（3）根据城镇规划与供暖需要，充分论证与整合现有供暖管网，合理调配热能资源。在地热井密集开采区域，新增或改造现有供暖泵站，采用“分配站供暖模式”，实现供暖水源的互联互通，以达到充分利用热能目的。对不能覆盖地热资源供暖的区域采用太阳能、空气能、浅层地热能等方式满足市镇供暖需求。
（4）建立区域性地热资源监测监控体系，对所有地热开采井、回灌井配套自动监测设备，实现地热资源开发利用数字化、可视化的动态监测。
6 结语
解决此类问题需要当地政府或职能部门充分论证，分期、分批、分步骤采取措施，切不可一蹴而就。目前全国尚无此类提升改造工程作为参考，相关部门应对此加以重视，建立示范工程，从点到面，逐步推广技术可行、管理有效、指导性强的地热供暖提升改造模式。
参考文献：
[1]汪民，等.中国矿产资源报告[R].北京：中华人民共和国国土资源部，2016：39.
[2]张德忠，刘志刚，卢红柳，等.河北地热[M].北京：地质出版社，2013：204-205.
作者简介：韩硕（1989-），男，汉族，本科，水工环助理工程师，主要从事水工环、地热地质工作。
关键词：地热供暖；尾水回灌
1 概述
地热资源可以划分为浅层地温能、中深层地热能和干热岩三大类，其中地下热水资源是目前被利用最为广泛和成熟的。我国地下热水资源每年可采资源量折合标准煤19亿吨[1]，被广泛应用在城镇供暖、特种种植、特种养殖、医疗洗浴、旅游开发等产业中，但在部分地区对地下热水资源不合理的开发利用、粗放的监督管理反而引起了新的资源环境问题。
本文以河北省衡水市某地地下热水资源供暖过程中存在的问题为例，结合相关专业知识，提出了若干解决此类问题的思路和对策，希望能够为相关主管部门和开发单位提供参考。
2 衡水市某地主要利用热储概况
该地市位于饶阳断凹之上，属沉积盆地传导型地热田，新生界地温梯度为3.0～3.25℃/100m。城区地热井多在3000m以浅，开发利用的热储层有新近系明化镇组和馆陶组，其中馆陶组孔隙热储为城镇供暖主要利用热储层。
明化镇组孔隙热储（Nm），岩性以中砂岩、细砂岩为主，涌水量20m3/h左右，出水温度52.5℃左右，矿化度1.0g/L左右，水质类型主要为HCO3-Na型。馆陶组孔隙热储（Ng），岩性以砂岩、含砾砂岩、砂砾岩、砾岩为主，涌水量约40～102m3/h，出水溫度74～83℃，矿化度1.0～3.0g/L，水质类型主要为HCO3-Na、HCO3·Cl-Na型[2]。多年观测数据显示，该地市地下热水水位埋深呈锯齿状逐年下降趋势。
3 地热资源开发利用现状
截至2016年7月，该地城区范围内已开发利用的地热井有24眼。其中1眼仅利用明化镇组热储洗浴和供暖；其余全部主要利用馆陶组热储供暖。2015-2016年供暖期内单井开采水量在20～100m3/h之间不等，地下热水资源开采总量约352万m3，单井供暖面积约1.7～29万m2不等，地热井供暖总面积约234万m2。所有供暖地热开采井中，仅有1眼采取了热交换措施，其余均为地热水直接供暖模式。所有供暖尾水的余热几乎都未利用，仅有2眼井利用附近废弃地热井实现了部分尾水回灌。另外，城区所有供暖开采井分属17个地热供暖公司或开发商，各供暖公司管网相对独立，供暖流程和供暖设备各不相同。
4 地热供暖开发过程中存在的主要问题
地热供暖尾水直排严重浪费资源、污染环境。城区地热供暖尾水排放方式多为直接排入市政污水管网，排放温度在25～30℃，矿化度约1～3g/L。供暖期内，城区约有300多万m3地热供暖尾水直接排放，尾水中的热能未能够再利用，能量流失严重。与此同时，地热尾水矿化度普遍偏高，易造成水土环境污染。
地热水水位下降情况严重，资源枯竭状况加剧。城区内某利用馆陶组热储的地热井1996年成井时静水位埋深4.54m，2008年11月（供暖开始前）水位埋深降至32.56m，年均下降速率2.34m/a，随着近年开采井数量快速增加，水位下降趋势加剧，2016年8月实测该井静水位埋深95.50m，近8年水位下降速率达7.87m/a。以目前水位降速预测，13年后利用城区内馆陶组热储的地热开采井静水位埋深将超过200m，存在现有地热井报废、地热资源枯竭的可能。个别井距离过近，供暖期相互干扰严重，也加剧了水位下降。
地热资源调配不合理，热能利用效率低下。如城西某地热井单井水量约60m3/h，出口水温82℃，推算可解决供暖面积约6万m2（无梯级利用前提下），现状供暖面积多达29万m2，严重超负荷运转，供暖效果不佳；而城西北某地热井开采能力可达60m3/h，出口水温86℃，前供暖面积仅约1.7万m2，地热能利用效率严重不足。
5 解决以上环境、社会问题的思路与对策
（1）地热尾水回灌是最为直接有效的保持热储压力，充分利用能源的方式。该地区馆陶组热储按照100年开采年限、允许下降水位150m计，年可开采量约77万m3，若能实现现状开采量下85%的尾水回灌，实际开采量可降至59.30万m3，预计城区馆陶组地热水水位埋深年下降速率可降低至现状下降速率的17%，约1.16m/年（不考虑自然状态地热水承压水头下降），由此可大大延长地热资源的使用寿命。
（2）建议由政府或职能部门牵头，将市区内供暖进行统一管理和服务，改变地热水直供的开发利用模式，增加换热器、热泵等设备设施，实现地热水的梯级利用。
（3）根据城镇规划与供暖需要，充分论证与整合现有供暖管网，合理调配热能资源。在地热井密集开采区域，新增或改造现有供暖泵站，采用“分配站供暖模式”，实现供暖水源的互联互通，以达到充分利用热能目的。对不能覆盖地热资源供暖的区域采用太阳能、空气能、浅层地热能等方式满足市镇供暖需求。
（4）建立区域性地热资源监测监控体系，对所有地热开采井、回灌井配套自动监测设备，实现地热资源开发利用数字化、可视化的动态监测。
6 结语
解决此类问题需要当地政府或职能部门充分论证，分期、分批、分步骤采取措施，切不可一蹴而就。目前全国尚无此类提升改造工程作为参考，相关部门应对此加以重视，建立示范工程，从点到面，逐步推广技术可行、管理有效、指导性强的地热供暖提升改造模式。
参考文献：
[1]汪民，等.中国矿产资源报告[R].北京：中华人民共和国国土资源部，2016：39.
[2]张德忠，刘志刚，卢红柳，等.河北地热[M].北京：地质出版社，2013：204-205.
作者简介：韩硕（1989-），男，汉族，本科，水工环助理工程师，主要从事水工环、地热地质工作。