徐 曉，駱祖江，常曉軍

(1.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京211100；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016)

?

江蘇丹陽(yáng)市濱江新城淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)研究

徐 曉1，駱祖江1，常曉軍2

(1.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京211100；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心，南京 210016)

為了實(shí)現(xiàn)丹陽(yáng)市濱江新城淺層地溫能的有效開(kāi)發(fā)和可持續(xù)利用，在丹陽(yáng)市濱江新城基礎(chǔ)地質(zhì)條件和巖土體熱物性特征綜合分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合淺層地溫能資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，采用層次分析法進(jìn)行地下水地源熱泵和地埋管地源熱泵系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū)。在此基礎(chǔ)上完成了地源熱泵系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用總適宜性分區(qū)。丹陽(yáng)市濱江新城面積139km2，地下水地源熱泵的適宜區(qū)、較適宜區(qū)的總面積為101.93km2；將地下水和地埋管所得出的適宜性分區(qū)圖疊加到一起，從而得出地下水地源熱泵適宜區(qū)和較適宜區(qū)均為地埋管地源熱泵的適宜區(qū)，二者均適宜的區(qū)域面積為36.27km2，主要分布在長(zhǎng)江古漫灘、古河道平原區(qū)；僅地埋管地源熱泵適宜的區(qū)域面積約為29.73km2，主要分布在長(zhǎng)江坡積平原地區(qū)。成果可為丹陽(yáng)市濱江新城淺層地溫能資源合理開(kāi)發(fā)利用提供借鑒。

淺層地溫能；適宜性分區(qū)；層次分析法；MAPGIS；丹陽(yáng)市

0 引言

淺層地溫能是在地球表層一定的深度內(nèi)參與熱量循環(huán)并在一定技術(shù)條件下可以被開(kāi)發(fā)利用的一種新型優(yōu)質(zhì)清潔能源[1～2]。在能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力下，這一清潔可再生的新能源，日益受到人們的重視[3～4]。但淺層地溫能的開(kāi)發(fā)利用必須依據(jù)具體地區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行，如果在一些不適宜地區(qū)盲目使用地源熱泵進(jìn)行淺層地溫能開(kāi)發(fā)，會(huì)引發(fā)一些環(huán)境問(wèn)題，比如：由于回灌條件的限制，所造成的回灌不及時(shí)引發(fā)了地面沉降、地面塌陷、地裂縫問(wèn)題[5]；由于水質(zhì)較差引起設(shè)備的腐蝕問(wèn)題；由于熱平衡引起的生態(tài)環(huán)境破壞問(wèn)題。這些由于建設(shè)場(chǎng)地選擇不當(dāng)造成的問(wèn)題，在很大的程度上將制約地源熱泵系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，基于以上原因在開(kāi)發(fā)利用淺層地溫能時(shí)，必須先開(kāi)展調(diào)查評(píng)價(jià)，做好適宜性分區(qū)和區(qū)域規(guī)劃[6～7]。

本文在充分分析江蘇省丹陽(yáng)市濱江新城區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)特征后，采用層次分析法構(gòu)建評(píng)價(jià)模型對(duì)其淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用的適宜性進(jìn)行分區(qū)，為丹陽(yáng)市淺層地溫能的資源量評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)利用方式規(guī)劃及政府管理提供了科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)特征

丹陽(yáng)市位于江蘇南部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)119°23′～119°54′，北緯31°44′～32°08′。研究區(qū)為丹陽(yáng)市濱江新城，面積約139km2，包括界牌鎮(zhèn)和丹北鎮(zhèn)(新橋、后巷、埤城)。

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

丹陽(yáng)為平原城市，全市地勢(shì)西北高、東南低，地面高程在海拔7m左右(吳淞高程)。據(jù)后巷鎮(zhèn)濱江村鉆孔DYZ3Q揭示，該區(qū)第四系自上而下可劃分為全新世如東組(Qhr)，更新世滆湖組(Qp3g)、昆山組(Qp3k)、啟東組(Qp2q)及海門組(Qp1h)，下伏基巖為埤城巖群深灰色片麻巖。綜合分析丹陽(yáng)市濱江區(qū)域已完成的鉆孔資料后發(fā)現(xiàn)：該區(qū)第四系厚度變化較大，靠近南西部山體區(qū)域厚度較小；早-中更新世發(fā)育不全，多僅見(jiàn)中更新世上部硬塑粘土層；晚更新世區(qū)域受長(zhǎng)江古河道的影響，發(fā)育厚度較大的沙礫石層和中粗砂層，厚度在30～60m，向北東方向厚度逐漸增加；全新世在長(zhǎng)江河漫灘沉積廣布，并以“千層餅”狀薄層的粘土與粉砂互層為特征。

1.2 水文地質(zhì)特征

(1)淺層地下水含水層。主要為全新統(tǒng)(Qh)和上更新統(tǒng)上部(Q32)，含水層厚度為5.0～20.0m，地下水水位埋深為0.50～4.31m。地下水水化學(xué)類型簡(jiǎn)單，以HCO3型水為主，礦化度在0.23～0.75g/L，總硬度在117～418 mg/L。淺層地下水主要接受大氣降水的面狀垂直入滲補(bǔ)給和農(nóng)田灌溉用水的回滲補(bǔ)給，排泄主要是泄入地表水體和消耗于蒸發(fā)和植物蒸騰。

(2)第Ⅰ、Ⅱ承壓含水層。第Ⅰ承壓含水層為上更新統(tǒng)下部(Q31)沖湖積層，含水層頂板埋深32.0～34.0m，西薄東厚，厚度11.0～26.0mm，地下水水位埋深3.0～4.0m，富水性較好。第Ⅱ承壓含水層由第四系中更新統(tǒng)(Q2)沖積、湖積物組成，頂板埋深在45.0～55.0m，含水層厚度17.0～61.0m，地下水水位埋深3.0～4.0m，滲透系數(shù)3.2～33.0m/d，富水性好，是所研究區(qū)內(nèi)地下水主要的開(kāi)發(fā)利用層位。第Ⅰ、Ⅱ承壓水在開(kāi)采利用的條件下其補(bǔ)給來(lái)源主要是淺層地下水滲漏與越流補(bǔ)給及長(zhǎng)江水的激化補(bǔ)給。在開(kāi)采條件下的徑流方向有兩種：一種是水平徑流；另一種是垂直徑流。排泄途徑主要是人工開(kāi)采。

(3)第Ⅲ承壓含水層。為第四系下更新統(tǒng)(Q1)，頂板埋深在70.0～101.0m，西淺東深，含水層厚度5.0～35.0m，由西向東逐漸增厚。地下水水位埋深為3.0～5.0m，富水性較好。該含水層的補(bǔ)給來(lái)源主要以砂層的彈性釋放與粘性土層的塑性釋水形式消耗含水系統(tǒng)自身的貯存的地下水資源。在開(kāi)采條件下還可獲得一定數(shù)量鄰區(qū)含水系統(tǒng)的徑流補(bǔ)給。其排泄途徑主要為人工開(kāi)采。

1.3 地溫場(chǎng)特征

研究區(qū)50m埋深深度的地溫普遍低于19.5℃，為18.5～19.1℃。100m埋深深度的溫度比50m溫度略高，溫度在19.2～20.5℃。淺部大地?zé)崃髦禐?30.1～68.4mW/m2℃，平均值為52.24mW/m2℃。本區(qū)第四系松散沉積物比熱容測(cè)試結(jié)果為0.9～2.25kJ/(kg·K)，導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果為1.17～1.89W/(m·K)。地層綜合導(dǎo)熱性隨著第四系厚度的增加而降低，而蓄熱性則相反，當(dāng)?shù)谒南岛穸仍?0～50m時(shí)，地層綜合導(dǎo)熱性和蓄熱性均較低。

2 應(yīng)用層次分析法建立分區(qū)模型及確定指標(biāo)權(quán)重

2.1 層次分析法概述

層次分析法(analytic hierarchy process，AHP法)是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家沙旦(T.L.Saaty)于20世紀(jì)70年代提出的，是一種將所研究的問(wèn)題以定性與定量分析相結(jié)合的多層次多目標(biāo)決策分析的方法。近些年來(lái)這種評(píng)價(jià)方法在我國(guó)得到了廣泛的使用[8]。

本文采用層次分析法對(duì)研究區(qū)的地下水地源熱泵和地埋管地源熱泵這兩種開(kāi)發(fā)利用方式，分別進(jìn)行適宜性分區(qū)指標(biāo)權(quán)重的確定。大體上可按四個(gè)步驟進(jìn)行：①建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型，結(jié)構(gòu)模型由目標(biāo)層(O，Object)、屬性層(A，Attribute)以及要素指標(biāo)層(F，F(xiàn)actor)3個(gè)層次構(gòu)成；②構(gòu)造出各層次中的所有判斷矩陣；③層次單排序及一致性檢驗(yàn)；④層次總排序及一致性檢驗(yàn)。見(jiàn)圖1。

圖1 層次分析法計(jì)算步驟程序圖Figure 1 AHP computation procedure

2.2 地下水地源熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的建立與指標(biāo)權(quán)重的確定

2.2.1 建立結(jié)構(gòu)模型

對(duì)于層次結(jié)構(gòu)模型的建立首先要選取評(píng)價(jià)因子，本文根據(jù)《淺層地?zé)崮芸辈樵u(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T0225-2009)的分區(qū)要求和上述研究區(qū)所掌握的實(shí)際情況，綜合分析后主要選擇地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、水動(dòng)力條件、水溫場(chǎng)、水化學(xué)條件和地質(zhì)環(huán)境條件等地質(zhì)因素為屬性層，現(xiàn)分述如下。

(1)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件。選取地層結(jié)構(gòu)、沉積環(huán)境、含水層的分布特征、富水特征、地下水的補(bǔ)給能力等地質(zhì)、水文地質(zhì)條件為評(píng)價(jià)因子。

①含水層出水能力。該指標(biāo)賦值的大小與單井涌水量成正相關(guān)。研究區(qū)臨近長(zhǎng)江對(duì)出水能力敏感，對(duì)地源熱泵的開(kāi)發(fā)有重要影響。

②含水層回灌能力?；毓嗄芰?qiáng)的賦值大。

③含水層厚度。一般情況下，含水層的厚度越大時(shí)，供給水量也就越大，所以賦值也就越大。

④地下水補(bǔ)給模數(shù)。當(dāng)補(bǔ)給模數(shù)越大時(shí)，反映出研究區(qū)在接受補(bǔ)給方面的能力也就越大，地下水源熱泵的開(kāi)發(fā)應(yīng)用就更加適宜，相對(duì)應(yīng)的賦值就較大。

(2)水化學(xué)條件。按照“DZ/T0225-2009”規(guī)范

對(duì)水質(zhì)的要求。本文主要選取水的硬度和礦化度來(lái)做適宜性分區(qū)的指標(biāo)。水的硬度越小，則賦值越大。礦化度越低，賦值越大。

(3)水溫場(chǎng)。地下水的溫度越適宜，那么可以利用的熱量就越多，水溫越接近20℃賦值就越大。

(4)環(huán)境地質(zhì)條件。環(huán)境地質(zhì)條件在地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜性評(píng)價(jià)中起著決定性的作用，丹陽(yáng)市濱江新城易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害主要為崩塌、滑坡，在地質(zhì)環(huán)境差的地方，不管已評(píng)價(jià)的幾個(gè)指標(biāo)是好是壞，所評(píng)價(jià)區(qū)域都將不再適宜開(kāi)發(fā)淺層地溫能。

根據(jù)以上分析選取的評(píng)價(jià)因子，建立地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)層次結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖2。

圖2 地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)體系Figure 2 Assessment system of groundwater GSHP suitability zoning

再根據(jù)各個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)適宜性分區(qū)的影響的重要程度，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外的各分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)，制定地下水源熱泵各評(píng)價(jià)指標(biāo)具體的賦值標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1：

表1 地下水源型各指標(biāo)賦值表

2.2.2 確定指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)各評(píng)價(jià)因子的層次隸屬關(guān)系，通過(guò)統(tǒng)計(jì)和研究分析，采用1～9標(biāo)度法將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可以互相比較運(yùn)算的無(wú)量綱數(shù)值，之后構(gòu)造比較矩陣，計(jì)算后求出各個(gè)要素在目標(biāo)層中所占的權(quán)重大小。各評(píng)價(jià)因子相對(duì)重要性標(biāo)度及含義見(jiàn)表2。

表2 層次分析法兩因素比值標(biāo)度及含義

續(xù)表

屬性層因素判斷矩陣為A1：

經(jīng)計(jì)算屬性層因素判斷矩陣一致性比例為0.090 8，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重為1.000 0，屬性層地質(zhì)水文地質(zhì)條件、水化學(xué)場(chǎng)條件、水溫場(chǎng)條件、環(huán)境地質(zhì)條件的權(quán)重分別為：0.651 5，0.190 7，0.104 8，0.053 0。

地質(zhì)、水文地質(zhì)條件影響因素判斷矩陣為B1：

地質(zhì)、水文地質(zhì)條件影響因素判斷矩陣一致性比例為0.011 6，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重為0.651 5。

地下水化學(xué)場(chǎng)條件影響因素判斷矩陣為C1：

地下水化學(xué)場(chǎng)條件影響因素判斷矩陣一致性比例為0.000 0，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重為0.190 7。

地下水地源熱泵權(quán)重結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 要素層各要素的有效權(quán)重表

2.3 地埋管地源熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的建立與指標(biāo)權(quán)重的確定

2.3.1 建立結(jié)構(gòu)模型

綜合上述研究區(qū)地質(zhì)水文地質(zhì)數(shù)據(jù)資料，針對(duì)地埋管地源熱泵分區(qū)中的相異部分進(jìn)行比較分析后，選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)分別是：第四系厚度、地下水徑流條件、綜合熱傳導(dǎo)系數(shù)、地溫梯度、平均比熱容和鉆進(jìn)條件，現(xiàn)分述如下。

(1)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件。在對(duì)研究區(qū)進(jìn)行深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，選取第四系厚度、地下含水層的分布、地下水徑流條件以及地下水水質(zhì)狀況。

①第四系厚度。研究區(qū)第四系松散層的分布對(duì)地埋管式地源熱泵評(píng)價(jià)指標(biāo)有重要影響。

②含水層厚度。第四系松散孔隙含水層中的砂層厚度與地下水的儲(chǔ)存量有直接的關(guān)系，而地下水作為地層中熱儲(chǔ)存和熱傳導(dǎo)的媒介，在研究區(qū)適宜性評(píng)價(jià)中占有一定比例。

③地下水徑流條件。研究區(qū)地層中地下水徑流條件的優(yōu)劣直接影響到冷、熱能的擴(kuò)散速度，在本適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)中占較大的比例。

④地下水水質(zhì)。由于熱泵工程對(duì)研究區(qū)水質(zhì)會(huì)造成一定的影響，因此將水質(zhì)的優(yōu)劣也納入到熱泵系統(tǒng)適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)當(dāng)中。

(2)地層熱物性。地下埋管處巖土的地溫場(chǎng)和熱物性參數(shù)(平均比熱容、地溫梯度、綜合導(dǎo)熱系數(shù))對(duì)研究區(qū)埋管換熱性能有著重要影響，影響開(kāi)發(fā)利用換熱孔深、施工綜合設(shè)計(jì)等[]。

(3)鉆進(jìn)條件?；鶐r鉆進(jìn)條件和礫石層的厚度影響施工的進(jìn)度和成本，即對(duì)地埋管熱泵工程的經(jīng)濟(jì)性有著重要的影響。

根據(jù)以上分析選取的評(píng)價(jià)因子，建立地埋管地源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)層次結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖3。

圖3 地埋管地源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)體系Figure 3 Assessment system of closed-loop GSHP suitability zoning

評(píng)價(jià)因子確定之后，同樣根據(jù)各評(píng)價(jià)因子對(duì)適宜性分區(qū)的影響程度，結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)地埋管地源熱泵系統(tǒng)各分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)，制定相應(yīng)的開(kāi)發(fā)利用各要素具體賦值標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表4：

表4 地埋管源型各指標(biāo)賦值表

2.3.2 確定指標(biāo)權(quán)重

地埋管地源熱泵系統(tǒng)屬性層因素判斷矩陣為A2：

經(jīng)計(jì)算屬性層因素判斷矩陣一致性比例為0.051 8，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重為1.000 0，屬性層地質(zhì)水文地質(zhì)條件、熱物性、施工條件的權(quán)重分別為：0.579 4， 0.234 1， 0.186 5。

地質(zhì)、水文地質(zhì)條件影響因素判斷矩陣為B2：

地質(zhì)、水文地質(zhì)條件影響因素判斷矩陣一致性比例為0.090 8，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重為0.579 4。

熱物性影響因素判斷矩陣為C2：

熱物性影響因素判斷矩陣一致性比例為0.005 3，對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重為0.234 1。

地埋管地源熱泵權(quán)重結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 要素層各要素的有效權(quán)重表

3 應(yīng)用綜合指數(shù)法對(duì)研究區(qū)淺層地溫能適宜性進(jìn)行分區(qū)

3.1 屬性賦值和賦值提取

采用MAPGIS制圖軟件制作各要素指標(biāo)的圖件，對(duì)每一幅圖件中的各個(gè)區(qū)域范圍進(jìn)行屬性賦值。對(duì)研究區(qū)進(jìn)行剖分，把已經(jīng)賦過(guò)值的圖件進(jìn)行對(duì)應(yīng)面元的疊加，通過(guò)其空間分析功能對(duì)各圖層提取賦值。最后就可以把圖件中的具體賦值對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的網(wǎng)格點(diǎn)上。

針對(duì)研究區(qū)地下水地源熱泵系統(tǒng)的各要素指標(biāo)的賦值，在MAPGIS上制作各個(gè)要素指標(biāo)的分區(qū)賦值圖件[10-11]，以含水層回灌能力圖為例，見(jiàn)圖4。

對(duì)于地埋管地源熱泵系統(tǒng)的各要素指標(biāo)的賦值，在MAPGIS制圖軟件上編制基礎(chǔ)圖件，以綜合導(dǎo)熱系數(shù)分區(qū)賦值圖為例，見(jiàn)圖5。

在計(jì)算得到各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值后，根據(jù)利用空間分析所得到的網(wǎng)格點(diǎn)屬性指標(biāo)值，進(jìn)而對(duì)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的適宜性分區(qū)運(yùn)用綜合指數(shù)法來(lái)計(jì)算最終的分區(qū)指標(biāo)值[12]。計(jì)算公式如下：

3.2 地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)所得適宜性分區(qū)指標(biāo)值的具體情況，劃定地下水地源熱泵各分區(qū)指數(shù)范圍值見(jiàn)表6。

表6 地下水地源熱泵適宜性分區(qū)指標(biāo)值

圖4 含水層回灌能力賦值圖Figure 4 Aquifer artificial recharge capacity assignment graph

圖5 綜合導(dǎo)熱系數(shù)賦值圖Figure 5 Integrated coefficient of thermal conductivity assignment graph

評(píng)價(jià)結(jié)果顯示地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜區(qū)主要集中在沿江一帶，包括界牌鎮(zhèn)、新橋鎮(zhèn)北部以及后巷鎮(zhèn)東部， 區(qū)內(nèi)含水層富水性好， 單井出水量>3 000m3/d，孔隙含水層厚度>40m，灌采比大于50%，補(bǔ)給模數(shù)>20m3/km2·a，地下水硬度<450mg/L，總面積約為36.27km2，占濱江新城總面積的26.1%。見(jiàn)圖6。

地下水地源熱泵系統(tǒng)的較適宜區(qū)主要包括新橋鎮(zhèn)和后巷鎮(zhèn)北部一帶。該區(qū)內(nèi)的富水性較好，單井出水量在1 000～3 000m3/d?？紫逗畬雍穸葹?0～40m，灌采比30%～50%，補(bǔ)給模數(shù)15～25m3/km2·a，地下水硬度小于450mg/L，總面積約19.81km2，占濱江新城總面積的14.25%。

地下水地源熱泵的不適宜區(qū)主要在山前崗地及基巖出露地區(qū)，區(qū)內(nèi)含水層富水性差，單井出水量<100m3/d，灌采比<30%，補(bǔ)給模數(shù)<5m3/km2·a，孔隙含水層厚度<10m?？偯娣e約82.92km2，占濱江新城總面積的59.6%。

3.3 地埋管地源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)所得適宜性分區(qū)指標(biāo)值的分布情況，劃定地源熱泵各個(gè)適宜區(qū)的分?jǐn)?shù)范圍值，見(jiàn)表7。

圖6 地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜分區(qū)圖Figure 6 Groundwater GSHP suitability zoning

指標(biāo)適宜類型0～5不適宜區(qū)5～6較適宜區(qū)6～9適宜區(qū)

丹陽(yáng)市濱江新城地埋管式的適宜區(qū)主要分布于長(zhǎng)江三角洲平原區(qū)，面積約85.81km2，占濱江新城總面積61.7%。該區(qū)域第四系松散層的厚度>60m，地下水徑流條件較好，地層熱儲(chǔ)蓄和熱傳遞能力等條件好，適合布置100m地埋管，見(jiàn)圖7。

地埋管式的較適宜區(qū)主要分布于工作區(qū)山崗地區(qū)域，面積約16.12km2，約占濱江新城總面積的

11.6%。該區(qū)域第四系厚度小于30m或50～60m；地層的熱儲(chǔ)蓄和熱傳遞能力等條件較好，是地埋管式熱泵開(kāi)發(fā)的比較適宜區(qū)。

地埋管式的不適宜區(qū)主要分布于基巖出露區(qū)，面積約38km2，占濱江新城總面積的27.3%。該區(qū)域第四系缺失或在30～50m，地層熱儲(chǔ)蓄和熱傳遞能力等條件較差，松散層下伏的基巖鉆進(jìn)難度較高，不適宜布置地埋管。

3.4 地源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)綜合評(píng)價(jià)

將地下水和地埋管所得出的適宜性分區(qū)圖疊加到一起，用線條或符號(hào)表示地下水式，用普染色表示地埋管式，從而得出地源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)圖(圖8)。

圖7 地埋管地源熱泵系統(tǒng)適宜分區(qū)圖Figure 7 Closed-loop GSHP suitability zoning

圖8 地源熱泵系統(tǒng)適宜分區(qū)圖Figure 8 GSHP system suitability zoning

由圖8可以得出，地下水熱泵適宜區(qū)和較適宜區(qū)均為地埋管熱泵的適宜區(qū)，二者均適宜的區(qū)域面積為36.27km2，主要分布在長(zhǎng)江古漫灘、古河道平原區(qū)；僅地埋管熱泵適宜的區(qū)域面積約為29.73km2， 主要分布在長(zhǎng)江坡積平原地區(qū)。

4 結(jié)論

(1)應(yīng)用層次分析法所建立的評(píng)價(jià)模型對(duì)丹陽(yáng)市濱江新城淺層低溫能開(kāi)發(fā)利用適宜性作分區(qū)評(píng)價(jià)，結(jié)果客觀、正確、可信。

(2)丹陽(yáng)市濱江新城地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜區(qū)主要集中在沿江一帶，包括界牌鎮(zhèn)、新橋鎮(zhèn)北部以及后巷鎮(zhèn)東部， 總面積約為36.27km2； 較適宜區(qū)主要包括新橋鎮(zhèn)和后巷鎮(zhèn)北部一帶，總面積約19.81km2；不適宜區(qū)主要在山前崗地及基巖出露地區(qū)總面積約82.92km2。

(3)丹陽(yáng)市濱江新城地埋管地源熱泵適宜區(qū)主要分布于長(zhǎng)江三角洲平原區(qū)，面積約85.81km2；較適宜區(qū)主要分布于研究區(qū)山崗地區(qū)域，面積約16.12km2；不適宜區(qū)主要分布于基巖出露區(qū)，面積約38km2。

(4)地埋管地源熱泵系統(tǒng)在丹陽(yáng)市濱江新城具有更廣泛的適用性，在沖積平原、低山丘陵區(qū)都能進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，因此在濱江新城具有十分廣闊的開(kāi)發(fā)利用空間。

[1]宋小慶,段啟杉.貴陽(yáng)市土壤源淺層地溫能適宜性分區(qū)及資源量評(píng)價(jià)[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2015,32(12):14-17.

[2]王楠,曹劍峰,趙繼昌,等.長(zhǎng)春市區(qū)淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用方式適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地),2012,42(4):1139-1144.

[3]Vangkilde-Pedersen T, Ditlefsen C, Hojberg A L. Shallow geothermal energy in Denmark[J].Pedersen,2012,26.

[4]王琰,駱祖江,李偉,等.淺層地溫能開(kāi)發(fā)與地下水環(huán)境影響模擬預(yù)測(cè)[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2015,36(5):1231-1238.

[5]付延玲,駱祖江,王增輝. 用聚類分析模糊綜合評(píng)判評(píng)價(jià)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量[J].煤田地質(zhì)與勘探,1999,(06):47-50.

[6]苑雷,陳剛.改進(jìn)層次分析法下的淺層地溫能適宜性評(píng)價(jià)[J].可再生能源,2013,31(7):112-115.

[7]張甫仁,朱方圓,彭清元,等.重慶主城區(qū)淺層地溫能適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版,2013,32(4):647-651.

[8]《運(yùn)籌學(xué)》教材編寫組.運(yùn)籌學(xué)[M].第三版.清華大學(xué)出版社,2005.

[9]王秉忱,田廷山,趙繼昌.我國(guó)地溫資源開(kāi)發(fā)與地源熱泵技術(shù)應(yīng)用及存在問(wèn)題[C].// 地溫能與熱泵技術(shù)應(yīng)用高層論壇——水/地源空調(diào)及地?zé)岜貌膳c地下能源的平衡分會(huì)會(huì)議.2007.

[10]劉九龍,林黎,程萬(wàn)慶.天津市地下水源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地),2012(S1):380-385.

[11]Goodchild M F, Haining R P. GIS and spatialdataanalysis:Converging perspectives[J]. Papers in Regional Science, 2003, 83(1):363-385.

[12]許苗娟,姜媛,謝振華,等.基于層次分析法的北京市平原區(qū)水源熱泵適宜性分區(qū)研究[J].城市地質(zhì),2009,4(1):18-21.

Study on Shallow Geothermal Energy Exploitation and Utilization Suitability Zoning in Binjiang New Residential Quarter, Danyang City, Jiangsu Province

Xu Xiao1, Luo Zujiang1and Chang Xiaojun2

(1. School of Earth Sciences, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 211100; 2. Nanjing Center, China Geological Survey, Nanjing, Jiangsu 210016)

To realize the shallow geothermal energy effective exploitation and sustainable utilization in the Binjiang new residential quarter, Danyang City, based on foundation geological condition and rock-soil mass thermophysical property features comprehensive analysis in the area, combined with shallow geothermal energy exploitation and utilization status quo, through the AHP carried out groundwater GSHP and closed-loop GSHP system exploitation and utilization suitability analysis. And then have completed the general GSHP system exploitation and utilization suitability zoning. The quarter has 139km2of floor space; the groundwater GSHP suitable and rather suitable area total is 101.93km2. Superimposing groundwater and closed-loop GSHP suitability partitioning maps together have found that the overlapping area is 36.27km2and distributed mainly on the Yangtze River fossil flood plain and stream channel, in which, total closed-loop GSHP suitable and rather suitable area 29.73km2is included and distributed on slope wash plain. The result can provide a reference for shallow geothermal energy exploitation and utilization in Binjiang new residential quarter.

shallow geothermal energy; suitability partitioning; AHP; MAPGIS; Danyang City

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.05.09

1674-1803(2017)05-0045-08

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局江蘇省合作項(xiàng)目(12120114023101)。

徐曉(1991—)，男，江蘇連云港人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樗牡刭|(zhì)。

駱祖江，男，江蘇吳江人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事水文地質(zhì)等方面的研究與教學(xué)工作。

2017-02-05

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

責(zé)任編輯：樊小舟