城市及其周邊由于建筑物密集，人口密度大，加之城市化進程的縱深推進，城市發(fā)展對能源的需求與日俱增，發(fā)展城市地區(qū)淺層地熱能，減少化石能源的使用，拓寬城市地區(qū)淺層地熱能市場已是大勢所趨，通過對焦作市淺層地熱能的賦存條件和分布規(guī)律進行分析，評價了焦作市淺層地熱能資源量，對淺層地熱能開發(fā)利用適宜區(qū)進行了劃分，并提出合理開發(fā)、可持續(xù)利用淺層地熱能的建議；在淺層地熱能開發(fā)利用適宜性評價領(lǐng)域，區(qū)內(nèi)適宜采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)開發(fā)利用淺層地熱能；選取含水層富水性、補給模數(shù)、地下水開采潛力、含水層巖性、地下水位埋深、含水層回灌能力、礦化度、總硬度和地下水的腐蝕性共9個要素指標進行賦值計算，對漯河市淺層地熱能開發(fā)利用適宜性評價分析；為了解決魯北平原區(qū)農(nóng)村冬季清潔供暖問題，總結(jié)了魯北平原區(qū)內(nèi)4個水文地質(zhì)勘探孔抽水試驗與回灌試驗成果，對區(qū)內(nèi)地下咸水淺層地熱能開發(fā)利用條件進行研究和分析；這些研究成果為淺層地熱能的開發(fā)利用提供了科學依據(jù)。

本文以安徽省六安市城區(qū)為例，綜合調(diào)查區(qū)內(nèi)淺層地熱能、地質(zhì)鉆探、巖土熱響應(yīng)室內(nèi)測試及現(xiàn)場試驗、地溫場監(jiān)測和水質(zhì)分析等基礎(chǔ)資料，為日后城市基建、淺層地熱能的開發(fā)和利用提供理論基礎(chǔ)和實踐依據(jù)。

1 淺層地溫場分布特征

采用測量水溫的方式測量地溫，測量數(shù)據(jù)精確到0.1℃。利用安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站地下水動態(tài)監(jiān)測孔及巖土現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗孔進行1個氣候年的地溫動態(tài)監(jiān)測，分析天然地溫場在空間、時間上的變化規(guī)律。

1.1 地溫場垂向分布特征

受巖石和土體導熱系數(shù)的影響，地溫無時無刻不在變化，地球內(nèi)部熱量主要控制著恒溫帶以下的地溫。在200 m以淺范圍，地溫場隨著深度的增加，可分為變溫帶、恒溫帶和增溫帶。據(jù)本次地溫監(jiān)測資料，選取能代表區(qū)內(nèi)環(huán)境地質(zhì)特征的，且地溫測量穩(wěn)定的LDW01監(jiān)測孔，總結(jié)地溫場垂向變化特征，見圖1。

變溫帶：該層地下3.5 m處年最高溫度21.5℃，最低溫度13.8℃，變化幅度7.7℃；地下5 m處年最高溫度20.1℃，最低溫度16.2℃，變化幅度3.9℃。區(qū)內(nèi)變溫帶下限深度9～13 m。

恒溫帶：該層熱能相對平衡，溫度一般18.1～18.5℃，恒溫帶上限埋深9～11 m，下限深度19～45 m，厚8～26 m。

增溫帶：研究區(qū)增溫帶上限深度為19～44 m，其下由淺至深溫度逐漸增加為增溫帶，平均增溫率為1.4℃·（100 m)-1。

1.2 地溫場平面分布特征

研究區(qū)在平面上地層巖性及結(jié)構(gòu)和地下水動力等地質(zhì)條件存在明顯差異，其地溫場特征也有所迥異。恒溫帶平面分布特征的劃分主要依據(jù)區(qū)內(nèi)13個地溫監(jiān)測孔的實測地溫數(shù)據(jù)，結(jié)合淺層地熱能綜合調(diào)查、巖土現(xiàn)場熱響應(yīng)試驗和本地城區(qū)年平均氣溫資料而綜合確定。區(qū)內(nèi)西側(cè)位于淠河周邊，恒溫帶上限深度小于東側(cè)區(qū)域，上限深度一般9～17 m；東側(cè)及中部地區(qū)，恒溫帶上限深度約為21 m；區(qū)內(nèi)中心城區(qū)及東部地帶恒溫帶平均溫度大于17.6℃，北側(cè)地帶恒溫帶平均溫度小于17.3℃，剩余部分大范圍地區(qū)恒溫帶平均溫度為17.3～17.6℃。恒溫帶厚度約9～25 m。

 圖1 研究區(qū)內(nèi)變溫帶地溫垂向變化圖

2 評價方法研究

適宜性評價分析方法有很多，目前廣泛應(yīng)用的有綜合指數(shù)法、層次分析法、權(quán)重分析法、專家打分法、主成分分析法以及系統(tǒng)動力學法。此外，上述分析方法并非獨立參與評價的，往往是將上述兩種及兩種以上的方法互相結(jié)合，構(gòu)建指標體系后再使用。

研究區(qū)適宜性分析主要為地源型（地埋管）開發(fā)利用方式，選取安徽省六安市城區(qū)，采用層次分析法綜合確定各評價因子的權(quán)重值，運用綜合指數(shù)法進行量化分析，借助MapGIS軟件實現(xiàn)六安市城區(qū)淺層地熱能開發(fā)利用適宜性分析的可視化。

2.1 構(gòu)建評價體系

適宜性劃分層次結(jié)構(gòu)模型：根據(jù)層次結(jié)構(gòu)，建立開發(fā)利用適宜性劃分層次結(jié)構(gòu)模型。

要素層共有9項指標。1）第四系厚度：區(qū)內(nèi)第四系為較固結(jié)及固結(jié)類地層，第四系松散層厚度小于35 m，統(tǒng)一劃分為單一基巖地層結(jié)構(gòu)。2）地下水水位：區(qū)內(nèi)松散巖類孔隙水埋深多為1.9～3.0 m，承壓水埋深多為2.0～4.1 m；碎屑巖類孔隙裂隙潛水單井涌水量10～100 m3·d-1，承壓水單井涌水量10～100 m3·d-1，含水層頂板埋深小于100 m。3）地下水徑流條件：區(qū)內(nèi)地下水徑流條件主要體現(xiàn)在地下水的徑流強度，即單位時間內(nèi)通過單位過水斷面的水量——滲透速度來表征，計算公式為：滲流速度=水力梯度×巖土體滲流系數(shù)。4）地下水水質(zhì)：區(qū)內(nèi)松散巖和碎屑巖類孔隙水及承壓水水質(zhì)均較好，均為HCO3-Ca·Na型，溶解性總固體小于1 g·L-1。5）地層巖性：區(qū)內(nèi)地層屬華北地層大區(qū)淮河地層小區(qū)，根據(jù)淺層地熱能開發(fā)利用特點，結(jié)合安徽省地質(zhì)條件，區(qū)內(nèi)地層巖性主要劃分為松散巖類、半固結(jié)及固結(jié)巖類地層。6）鉆進條件：巖類較松散，利于鉆進；巖類固結(jié)堅硬，不利于鉆進。按照區(qū)內(nèi)較固結(jié)及固結(jié)巖類評價鉆進條件，可將地層巖性固結(jié)程度分為兩大類別。其一是新生界第三系及中生界白堊系的較固結(jié)地層，其二是中生界侏羅系的固結(jié)巖類地層。7）城市功能分區(qū)：分為城市地區(qū)土地現(xiàn)狀和城市周邊土地兩部分，描繪出城市地區(qū)功能分區(qū)范圍。8）地層熱傳導系數(shù)：結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件，地層綜合熱導系數(shù)可分為松散巖類和固結(jié)巖類。9）地層比熱容：評價方法與綜合熱導率相同。

研究區(qū)內(nèi)恒溫帶平面分布特征圖

3 適宜性評價結(jié)果

3.1 分區(qū)方法

通過上述網(wǎng)格剖分（1 000 m×1 000 m網(wǎng)格）及對每個網(wǎng)格進行賦值，運用綜合指數(shù)法將所得賦值與其相對應(yīng)的權(quán)重值相乘后求和，可得到各網(wǎng)格點分值。根據(jù)分值確定適宜性分區(qū)劃分標準，劃分出不同的適宜性分區(qū)。

3.2 分區(qū)評價結(jié)果

綜上所述，研究區(qū)內(nèi)適宜性評價主要為地埋管地源熱泵開發(fā)利用方式，分區(qū)劃分標準為：分值在0～5范圍內(nèi)為不適宜區(qū)，>5～7范圍內(nèi)為較適宜區(qū)，>7～9范圍內(nèi)為適宜區(qū)。

適宜區(qū)：區(qū)內(nèi)無分布。

較適宜區(qū)：主要分為2種類型。1）較固結(jié)巖類：主要分布在區(qū)內(nèi)中、西部地區(qū)，第四系松散層厚度小于35 m，下伏地層為下新生界第三系及中生界白堊系細砂巖、粉砂巖、泥巖；2）固結(jié)巖類亞區(qū)：主要分布在區(qū)內(nèi)東、東南部地區(qū)，第四系松散層厚度小于10 m，下伏地層為中生界侏羅系砂巖、礫巖及中細砂巖夾粉砂巖。

不適宜區(qū)：分布于區(qū)內(nèi)三十里鋪局部地區(qū)，范圍較小。為高丘地貌，開發(fā)利用適宜性較差。

 地源型（地埋管）開發(fā)利用適宜性分區(qū)評價圖

4 結(jié)論

安徽省六安市城區(qū)淺層地熱能地源型（地埋管）開發(fā)利用適宜性劃分為較適宜區(qū)和不適宜性區(qū)兩種類型。其中較適宜區(qū)面積共519.96 km2，占評價區(qū)總面積的92.85%；不適宜區(qū)面積共40.04 km2，占評價區(qū)總面積的7.15%。因此，六安市城區(qū)大部分范圍內(nèi)均適宜地源型（地埋管）地熱的開發(fā)利用。

在建立評價體系過程中未考慮城市地質(zhì)災(zāi)害因素，在以后的工作和實踐中應(yīng)詳細調(diào)查地面沉降、裂縫城市地質(zhì)災(zāi)害，完善評價體系。