青海多巴训练基地浅层地温能适宜性分区研究

王 辉 马福兴 王万庆 赵爱玲

(1.青海省水文地质工程地质环境地质调查院，青海 西宁 810000; 2.青海省水文地质及地热地质重点实验室，青海 西宁 810000; 3.青海省第四地质矿产勘察院，青海 西宁 810000)

青海多巴训练基地浅层地温能适宜性分区研究

王 辉1，2马福兴1，2王万庆3赵爱玲1，2

(1.青海省水文地质工程地质环境地质调查院，青海 西宁 810000; 2.青海省水文地质及地热地质重点实验室，青海 西宁 810000; 3.青海省第四地质矿产勘察院，青海 西宁 810000)

通过实施水文地质钻探及抽水、回灌试验等，分析了区内含水层结构、含水层类型及埋藏条件，获得了水文地质参数、单井回灌量及相应的水位上升值等资料，为多巴国家高原体育训练基地进行地下水源地源热泵系统工程提供依据，同时，也为后期进行地下水源地源热泵系统工程设计提供参数。

水文地质，浅层地温能，训练基地，地下水

1 研究区概况

青海多巴国家高原体育训练基地位于青海省西宁市湟中县多巴镇西南2 km的大墩岭(象山)脚下，距省会西宁市22 km，地理坐标北纬36°39′44″，东经101°30′16″，占地面积2 645亩。区内交通方便，109国道和西湟高速公路从多巴国家高原体育训练基地南侧经过。

2 研究区地质背景

研究区内地层有古近系(Exn)和全新统(Q4)：

古近系(Exn)：在青海多巴国家高原体育训练基地内未有出露，下伏于全新统砂卵砾石层之下。31.0 m～36.0 m为浅棕红色泥岩，36.0 m～50.0 m为浅棕红色～肉红色泥质砂砾岩，呈胶结状。

全新统(Q4)：分布于青海多巴国家高原体育训练基地所在河谷区。表层为亚砂土，厚度自南向北逐渐变厚，为4.5 m～6.5 m。下层为砂卵砾石和泥质砂卵砾石，厚度自南向北逐渐变薄，为7.0 m～18.5 m。

3 研究区水文地质条件

1)河谷潜水的赋存条件与分布规律。河谷区第四系冲积砂卵砾石层是地下水赋存和运移的主要空间场所，是一个具有连续自由水面的潜水含水层。由湟水河至山前，地下水水位埋深逐渐变深，含水层厚度逐渐变薄。据本次施工的水文地质勘探孔资料，水位埋深13.735 m～17.205 m，含水层厚度13.795 m～17.625 m。

2)河谷潜水的富水性。区内河谷潜水水位埋深13.735 m～17.205 m，含水层为泥质砂砾卵石，厚度由山前至湟水河逐渐变厚，厚度为13.795 m～17.625 m，渗透系数146.901 m/d～165.766 m/d，计算涌水量为1 649.786 m3/d～4 132.162 m3/d，属水量丰富区，地下水水化学类型为HCO3·SO4-Na·Ca型、HCO3-Na·Ca型，矿化度0.769 g/L～1.037 g/L。

3)河谷潜水的补给径流排泄条件。河谷潜水主要接受湟水河河水入渗补给，接受补给后，大致由西向东径流。径流至黑咀附近，由于基底坡降减小，含水层厚度变薄，地下水大量泻出，泉点众多，小片沼泽发育。

4)河谷潜水水化学特征。研究区位于湟水河左岸Ⅱ级阶地上，其后缘地下水径流相对缓慢，加之河谷边缘第三系含盐量较高，地下水水化学类型为HCO3·SO4-Na·Ca型，矿化度1.073 g/L；由Ⅱ级阶地后缘至湟水河，地下水化学类型演变为HCO3-Na·Ca型，矿化度0.769 g/L。可见，由Ⅱ级阶地后缘至湟水河，矿化度逐渐降低。

4 抽水、回灌试验

表1 抽水试验成果资料一览表

2)回灌试验。ZK1号水文地质勘探孔回灌量为543.283 m3/d，上升值为0.865 m；ZK2号水文地质勘探孔回灌量为808.795 m3/d，上升值为0.770 m。单位回灌量：ZK1号水文地质勘探孔为628.073 m3/(d·m)，ZK2号水文地质勘探孔为1 050.383 m3/(d·m)(见表2)。

表2 水文地质勘探孔回灌试验成果资料一览表

5 研究区地下水资源评价

1)地下水天然资源。A—A′断面基本上代表了研究区地下水断面径流量，采用达西公式(计算公式为：Q=KIF)计算地下水断面径流量。

K——渗透系数(m/d)：由于稳定流理论计算的参数明显偏小，与实际出入较大，所以多选取与实际较接近的非稳定流理论计算的参数。即选取利用主孔水位恢复法计算的K值(见表3)。

计算代入数据，计算成果见表4。

由于研究区位于Ⅱ级阶地后缘，覆盖层亚砂土厚度大于3 m，地下水水位埋深大于10 m，大气降水及灌溉水入渗补给甚微。因此，研究区地下水天然资源量为0.88×104m3/d。

2)地下水开采资源量评价。结合研究区的实际情况，采用可开采系数法(计算公式为：Q开=Q补ρ)计算开采资源量。Q补用研究区地下水断面径流量代替，取0.88×104m3/d。ρ取经验值0.6。计算得，研究区地下水允许开采量为0.53×104m3/d。

表3 渗透系数(K)计算成果统计表

表4 研究区断面径流量计算成果表

6 地源热泵水质评价

地下水地源热泵系统除对富水性有较高要求外，地下水水质也对其运行效率有重要影响，主要表现在其腐蚀性及结垢性上。据采集水文地质勘探孔全分析样水质资料，ZK1号水文地质勘探孔水样为有软硬沉淀物、锅垢多、非腐蚀性、起泡的水，水质量属较差型；ZK2号水文地质勘探孔水样为有软硬沉淀物、锅垢多、非腐蚀性、起泡的水，水质量属良好型。

7 浅层地温能适宜性评价

1)适宜性评价。浅层地温能资源开发利用方式及适宜评价，是进行不同开发利用热泵方式的浅层地温资源评价的基础。a.评价原则。以定性评价为主的原则：由于多巴国家高原体育训练基地地层相对简单，开发利用潜力不大，所以最终评价采用以地质和水文地质条件定性分析评价的基础上进行适宜性评价。b.评价依据。以地质背景条件和水文地质条件调查成果为依据。c.分区类型。参照规范要求，根据多巴国家高原体育训练基地地质、水文地质条件和存在的主要地质环境问题，初步拟定地下水地源热泵系统分区级别。地下水地源热泵适宜性分区为：适宜区、较适宜区、不适宜区。d.评价方法的选择。根据DZ/T 0225—2009浅层地温能勘查评价规范及中国地质调查局下发的相关技术要求，适宜性分区采用指标法进行定性评价分区。

2)地下水地源热泵适宜性评价。a.评价指标。对于地下水地源热泵，浅层地温能适宜性分区主要考虑含水层的富水性、回采比、地下水位年下降量及特殊地区等因素。主要指标见表5。b.评价结果。据本次施工的水文地质勘探孔资料，单位涌水量397.442 m3/(d·m)～988.879 m3/(d·m)，回采比54.34%～264.29%，地下水温度9 ℃～10 ℃。可见，研究区属地下水地源热泵较适宜区。

表5 地下水地源热泵适宜性分区

8 结论及建议

1)结论。a.研究区地下水温度9 ℃～10 ℃，地下水位埋深13.735 m～17.205 m，含水层类型为河谷潜水，岩性为泥质砂卵砾石，厚度13.795 m～31.635 m，降深1.345 m～2.035 m，单井涌水量808.795 m3/d～1 330.042 m3/d，属水量丰富区，地下水水化类型为HCO3·SO4-Na·Ca型，HCO3-Na·Ca型，矿化度0.769 g/L～1.037 g/L。b.据水文地质勘探孔回灌试验资料，ZK1号水文地质勘探孔回灌量Q=543.283 m3/d时，水位上升值为0.865 m；ZK2号水文地质勘探孔回灌量Q=808.790 m3/d时，水位上升值0.770 m。c.采用断面径流量法计算得，研究区地下水天然资源量0.88×104m3/d。采用可开采系数法计算得，研究区地下水允许开采量0.53×104m3/d。d.据采集水文地质勘探孔全分析样水质资料，ZK1号水文地质勘探孔水样为有软硬沉淀物、锅垢多、非腐蚀性、起泡的水，水质量属较差型；ZK2号水文地质勘探孔水样为有软硬沉淀物、锅垢多、非腐蚀性、起泡的水，水质量属良好型。e.研究区单位涌水量397.442 m3/(d·m)～988.879 m3/(d·m)，回采比54.34%～264.29%，地下水温度9 ℃～10 ℃。可见，研究区属地下水地源热泵较适宜区。

2)建议。a.由于该地区地下水位埋深大于10 m，建议采用定降深法无压回灌。b.建议继续对区内施工的水文地质勘探孔开展地下水动态、地温及水温动态监测。

[1] 国土资源部.浅层地热能—全国地热(浅层地热能)开发利用现场交流会论文集.北京：地质出版社，2007.

[2] 韩再生，冉伟彦，佟红兵，等.浅层地热能勘查评价.中国地质，2007(6)：43-45.

[3] 王 钧，黄尚瑶，黄歌山，等.中国地温分布的基本特征.北京：地震出版社，1990.

[4] 黄少鹏.全球大地热流—岩石生热率关系综合分析.地球物理学报，1998，41(1)：42-43.

Study on shallow geothermal energy suitability zoning of Duoba training base in Qinghai

Wang Hui1,2Ma Fuxing1,2Wang Wanqing3Zhao Ailing1,2

(1.QinghaiHydrologicalEngineeringGeologyEnvironmentGeologySurveyInstitute,Xining810000,China;2.QinghaiHydrologyandGeothermalGeologyLaboratory,Xining810000,China;3.Qinghai4thGeologyMineralSurveyInstitute,Xining810000,China)

Through implementing hydrological drilling, pumping and recharging test and so on, the paper analyzes regional aquifer structure, aquifer categories and embedding conditions, and acquires hydrogeological parameters and water temperature, single-well recharging volume and corresponding water leveling raising rate and other data, which not only provides basis for carrying out groundwater geothermal pumping system engineering of plateau gym training base in Duoba, but also provides parameters for carrying out groundwater source geothermal heating pumping system engineering design in future.

hydrology, shallow geothermal energy, training base, groundwater

2015-09-10

王 辉(1982- )，男，助理工程师； 马福兴(1988- )，男，助理工程师； 王万庆(1988- )，女，助理工程师； 赵爱玲(1987- )，女，助理工程师

1009-6825(2015)33-0091-02

P624

A