浅层地温能开发利用动态监测网建设

何潇楠

摘 要：浅层地热能的开发利用在当前技术经济条件下非常具备开发利用价值，动态监测是其中一项很重要的工作。首先结合当地浅层地热能地质条件和开发利用现状制定动态监测网的原则和技术要求，建设地层温度监测站，运行系统监测站及两者皆有的监测站，同时建立浅层地热能开发利用试验基地及动态监测中心。

关键词：浅层地热能；动态监测网；监测站

随着生活水平的提高，居民普遍采用空调降温，电暖器采暖，能源浪费很大，造成建筑能耗急剧增长。当前，我国正处于加快推进工业化和城镇化，节能工作肩负着艰巨的任务。如果大多数建筑采用传统空调，将消耗大量电能，会对经济社会的可持续发展带来障碍，对能源安全和大气环境带来严重威胁。浅层地热能是指地表以下一定深度范围内（一般为恒温带至200m埋深），温度低于250℃的地热能[1]。它是一种新型的战略资源和战略能源，是优质清洁的可再生能源，大力开发浅层地温能，对于改善我国能源消费结构，减少二氧化碳排放，具有重要意义[2，3]。它是一种可再生、环保、清洁的新型能源，开发利用浅层地热能是发展绿色经济、低碳经济和循环经济的必然趋势。

1 动态监测网建设原则

（1）监测网要能覆盖整个利用区域，选择区域地质、水文地质条件具有代表性的监测点，兼顾地层结构、构造单元。（2）结合换热系统工程现状和实际情况，具备可操作性。（3）地温监测点选点要有代表性，结合重庆的地质特点将监测点主要布设在以下四个典型的地质结构中：以砂岩为主的地层结构（平均每100米深，砂岩占70%以上）；以泥岩为主的地层结构（平均每100米深，泥岩占70%以上）；砂泥岩互层的地层结构（砂岩、泥岩交替分层）；灰岩地层结构。以上四种地层为重庆地区典型的地质结构、地质单元，监测网的布置应按照以上地质结构进行布置。（4）保证数据的连续性和准确性。（5）监测内容要具有针对性。监测网主要监测内容为：地温动态监测、地源热泵系统运行能效监测、地源热泵系统运行对环境地质影响监测等。（6）结合一定的行政区划，便于管理。根据重庆市城区建设规划，本次监测网建设覆盖整个重庆主城区域内。

2 工作方法

在充分收集已有资料基础上，选择有代表性的地段或地点，建立浅层地温能野外监测站和浅层地温能系统能效监测站，并开展一个水文年的动态监测，建立起浅层地温能监测系统。同时开展浅层地温能监测网系统示范建设。因此，在监测系统建设过程中，将以地质学、地貌学、水文地质学及系统理论等学科为指导，将现代测温技术、控制技术、太阳能应用、网络通信技术等用于浅层地温能应用监测领域，紧密结合地方社会经济发展，节能减排、生态环境整治对浅层地温能资源的要求，有针对性地开展浅层地温能监测系统建设，并致力将建设成果及时服务于社会，体现该工作的基础性和公益性。

（1）野外调查选点。根据调查资料，选择野外钻孔的各类典型点，利用手持GPS进行定位，然后标注在1：5万地形地质图上，同时采用记录、摄影、摄像等手段对点的特征进行描述。（2）水文地质钻探。监测孔钻探属于水文钻探，全孔取芯，分为0～100m和0～200m两种深度的钻孔，主要布在规划建设区域，以掌握岩层结构、岩性厚度、地下水参数等。在钻孔内下测温装置，进行不同深度的地温监测。（3）室内试验。岩土体物理性质、岩土体热物理性质及水质状况是浅层地温能开发利用的重要指标，是水文地质调查工作的重要内容。（4）野外监测站建设。在工作区内选择区域地质、水文地质条件具有代表性的地点，兼顾地层结构、构造单元，建立地温动态监测站。监测地温变化情况以及地温变化所带来的环境影响情况。地温动态监测分为远程全自动采集数据和人工现场采集数据两种方式。（5）系统能效监测站建设。在典型浅层地温能应用项目（地源热泵项目）中，建立应用项目监测站。（6）监测网中心站建设。建设监测网中心站，将各野外监测站、能效监测站所有监测数据传输到中心站，进行数据的采集、储存、分析及管理，建立相应的动态监测数据库，中心站不仅是浅层地温能监测数据采集中心，也是科学试验研究的基础。

3 技术路线

收集、整理、分析工作区以往水文地质、地热地质、应用项目以及当地最新的经济发展规划、城乡建设规划等资料，结合区内地质、水文地质及浅层地温能的需求程度，结合当地浅层地温能调查资料，选取有代表性的地点，进行水文地质钻孔，开展相关室内测试，建立野外动态长期监测站，建立重庆市浅层地温能监测系统，并建立相应的动态监测数据库。

4 野外监测站建设

野外现场监测站由传感器（如地温场感应器）、数据采集传输设备、供电装置、防护装置组成。野外现场监测站要具备测试精度高、功耗低、长期稳定性好、高低温适应性强、自动化程度高、数据存储和发送安全可靠等特点，并能够同时测量多路热敏电阻温度传感器的传感信号。应保证定时自动采集和自动上报数据，自动采集设备根据设定好的采集时刻定时自动采集地温数据，每次采集完成后将采集到的地温数据保存到存储器。主要要求如下：（1）能够对多个测孔多个温度监测点的热敏电阻温度传感器实现定时自动地温采集，测温精度±0.05℃左右。（2）能够保存一定时间内的测量数据，内置无线数据发送模块可以将测量数据自动传递给监测中心站。（3）应设置隐蔽数据接口，可实现监测数据的现场人工下载。来保证远程传输失败的情况下备用。（4）自动采集和传送：在规定的时间内自动采集数据和发送数据，其他时间处于休眠状态。（5）系统状态信息发送：每隔一定时间将现场采集终端的状态信息发送到监测中心站。

5 监测网中心站建设

监测网中心站由硬件平台和软件平台组成。基本功能是接收现场站发回的地温监测数据，并对地温数据进行存储、查询、分析、统计等。辅助功能是收集现场站设备运行状态数据，并对现场站实施远程配置，具体包括如下功能：（1）自動接受野外现场采集终端的数据，完成数据转换、数据存储工作；（2）接受人工指令，实时采集与传输野外监测数据；（3）远程管理配置现场终端设备；（4）监控现场终端设备的运行状态；（5）查询统计分析采集的监测数据；（6）提供监测数据的对外服务。

参考文献

[1]韩再生，由伟彦，佟红兵，等.浅层地热能勘查评价[J].中国地质，2007，4（6）：1115-1121.

[2]韩再生，由伟彦，佟红兵，等.DZ/T0225-2009浅层地热能勘查评价规范[S].中国：中国人民共和国国土资源部，2009.

[3]高新宇，范伯元，张宏光，等.浅层地温能开发利用对地质环境影响程度的探索性研究[J].现代地质，2009，23（6）；1185-1193.