鲁西北平原区地热资源开发对地下水环境的影响

王浩，赵季初

(山东省鲁北地质工程勘察院，山东 德州　253015)



鲁西北平原区地热资源开发对地下水环境的影响

王浩，赵季初

(山东省鲁北地质工程勘察院，山东 德州253015)

地热资源是集热、水、矿为一体的新型能源，具有污染小、易开发、投资小和环保的特点。在鲁西北平原区地热井多集中分布在城区内，且同一地区地热井的取水区段基本一致，开发利用方式单一，没有较为完善的回灌措施，且尾水处理工艺简陋甚至直接排放，造成了地热资源开采区及排放流经区域水土污染，该文在对区内地热资源开发利用现状调查的基础上，对开发利用过程中可能引起的浅层及深层地下水污染情况进行了分析，并提出了一些防治措施与建议。

地热尾水；地下水环境；鲁西北平原

引文格式：王浩，赵季初.鲁西北平原区地热资源开发对地下水环境的影响[J].山东国土资源，2015，31(7)：36-39.WANG Hao, ZHAO Jichu.Effect of Geothermal Resources Exploitation to Groundwater Environment in Northwestern Plain in Shandong Province[J].Shandong Land and Resources,2015，31(7)：36-39.

0　引言

鲁西北平原区地热资源的开发最早缘于20世纪70年代胜利油田的石油钻探，在石油勘探中，最先在东营地区打出了十几口水温大于50℃的地热井，其中五号桩的桩12地热井，井口水温达98℃，居全省之冠；同时在聊城市军王屯及宁津县的西吉扬也打出了水温大于50℃的地热井。山东省地质矿产勘查开发局在鲁西北进行了广泛的地热资源普查和地热井钻探工作，地热井迅速增加，地热水开采量急剧增长，目前，区内共建有地热井180余眼，地热水开采量2989.3×104m3/a，占全省总开采量的80%以上，主要用于供暖，其次是洗浴与疗养。

地热资源开发对地下水环境产生了一定的影响，主要表现在2个方面：一是地热尾水排放后对沟渠两侧浅层地下水的污染，二是地热井钻探与使用过程中可能对热储的上伏含水层造成串层污染。前者与浅层地下水水位、沟渠的防渗性能等有关；后者隐蔽性高，主要与钻探工艺、成井质量有关[1]。

1　地热尾水排放分析

1.1地热尾水排放对地下水环境的影响

地热尾水排放对地下水环境的影响，主要表现在地热尾水对排放沟渠附近地下水质量产生影响，其次是地热尾水汇入地表水后，由于河流的渗流及农业灌溉而对地表水体附近地下水造成污染[2]。

1.2地热尾水排放尾水排放现状

目前地热资源的开发主要集中在各城区，地热尾水直接排入城市下水道中，与城市生活废水一道经城市污水处理厂处理后排入城市排污河道。

1.3地热尾水排放影响因素分析

2　地热尾水排放评价

2.1地热尾水排放对城区地下水的影响

目前，区内地热井多位于城区，地热尾水直接排入城市下水道中，城市下水道一般为混凝土管道，尾水的排放不会对城区地下水质量造成影响。地热尾水经与城市生活污水混和后，矿化度大大降低，在排入城市的排污河道后，对地下水也基本没有影响。

2.2地热尾水排放对排放流经区地下水的影响

区内地热水的矿化度由西南向东北逐渐升高，最可能对地下水环境造成影响的地区为东北的孤岛地区，该地区地热水矿化度高达23g/L，且由于靠海较近，地热尾水直接排入入海沟渠，为研究地热尾水对浅层地下水质量影响范围和影响程度，在河口区孤岛镇选取2处地下水监测点，一处是孤热1井东南约150m排水渠西侧；另一处为军热1井南约200m排水沟渠西侧。每处3个孔点，监测孔深1.5～3m，离水渠边距分别为1m，2m，5m。

图1　孤热1井尾水排放沟渠Na，Cl矿化度影响范围分析图

图2　军热1井尾水排放沟渠Na，Cl矿化度影响范围分析图

项目孤1-1(孤孔1)孤1-2(孤孔2)孤1-3(孤孔3)孤热1井20102011增加值倍数20102011增加值倍数20102011增加值倍数2006K+3.118.215.15.79.912.82.91.2911.67.4-4.20.6485.00Na+687.51335.0647.51.94625.0925.0300.01.48625.0837.5212.51.346625.00Ca2+155.3242.387.01.56124.3138.814.51.185.979.7-6.20.931766.51Mg2+119.9233.6113.71.95123.7150.727.01.2298.088.5-9.50.9170.80Cl-1230.42682.81452.42.181158.01688.8530.81.461085.71220.8135.11.1213848.19SO2-4173.9318.2144.31.8138.1134.0-4.10.9784.488.03.61.04191.86HCO-3591.9473.5-118.40.80476.6557.681.01.17498.4707.18.71.4277.88矿化度2971.05311.82340.81.792668.63617.7949.11.362500.13044.8544.71.2222889.36

表2　孤岛镇军热1试验地地下水水质对比(mg/L)

3　地热资源开发对地下水串层的污染

串层污染主要发生在基岩裂隙带状热储地热井中，在层状热储中表现不明显。层状热储均下入了套管，止水效果好，并且随着时间的延长，井管外由于孔壁的自然坍落与淤积，地热水与深层或浅层地下水的串层污染发生的概率很小。基岩裂隙带状热储在成井时，仅在上部松散层中下入了套管，下部基岩一般采用裸眼，这无疑增加了串层污染的风险，如济南市平阴县大孙庄地区，在找铁矿的过程中形成了一眼地热井，由于止水的失败，造成了高矿化度的地热水向上部奥陶纪灰岩含水层排泄，并通过灰岩含水层向浅层含水层顶托排泄，造成了井周围浅层地下水水质变差。后通过在灰岩段下入套管止水，解决了串层污染的问题。据调查，除大孙庄地区外，其他地区没有发现地热水串层污染的问题。

4　地热资源开发对地下水环境影响与对策

4.1地下水环境影响预测

区内地表水资源较缺乏，浅层地下水资源开采强度较大，从而导致浅层地下水水位埋深大，地下水与河流的补排关系为河流补给地下水。分布区内的沟渠与河道多为季节性的引水与泄洪河道，在冬季，由于降水量小，河道多干枯，地热尾水直接排入这种干枯的河道，可以直接入渗补给河道附近的地下水，对地下水的影响较大[5]。

4.2对地下水环境影响处理对策

在乡镇或农村开发利用地热资源一定要做好地热尾水的合理排放工作，充分利用农村土地资源较丰富的特点，开展地热尾水的梯级利用工作。区内地热水水质较好，是渔业养殖的优质水源，可以开挖坑塘并做好防渗处理工作，引用供暖尾水进行渔业养殖[6]。根据区内气候特征分析，大气降水集中在7—8月，其余月份降水量很小；蒸发量是降水量的2～3倍，且集中分布于冬春两季，采暖季节与蒸发量最大的月份基本重合，因此，在保证渔业连续用水的前提下，可以做到地热尾水的零排放，尾水不够时可以利用雨季进行补水，也可以在雨季替换出部分尾水，保证坑塘水中矿物质浓度符合渔业用水要求。在采用供暖与渔业养殖梯级利用后，地热尾水不会对地下水环境造成影响。区内为层状热储，在做好止水工作的前题下，地热井建设及使用过程中不会对地下水造成串层污染[7]。

5　结论

(1)目前，区内地热井多位于城区，地热尾水直接排入城市下水道中，城市下水道一般为混凝土管道，尾水的排放不会对城区地下水质量造成影响。地热尾水经与城市生活污水混和后，对地下水也基本没有影响。

(2)区内地热水的矿化度由西南向东北逐渐升高，对地下水环境造成一定影响的地区为东北的孤岛地区。

(3)该区地热水主要赋存于层状热储中，而层状热储在成井中均下入了套管，止水效果好，并且随着时间的延长，井管外由于孔壁的自然坍落与淤积，地热水与深层或浅层地下水的串层污染发生的概率很小。

(4)在乡镇或农村开发利用地热资源时，如地热尾水直接排入河道，可能引起附近的地下水的污染，应做好梯级利用与尾水处理工作。

[1]王卫东,彭建兵,张永志,等.西安市地热水开采现状及其环境问题[J].水土保持研究,2005，12(5)：266-267.

[2]王卫东,彭建兵,张永志,等.西安市地热水开采与地震活动的关系研究[J].水土保持研究,2007，14(2)：84-85.

[3]李莲花，张建斌.地热水资源开发引起的环境问题分析[J].地下水，2004，26(3)：194-195.

[4]杨明金，杨明华，杨帆，等.地热水水质及其对环境与农作物及健康的影响研究[J].海峡预防医学杂志,2002，12(2)：15-17.

[5]邹叶峰，陈锁忠.地下热水开发引起的环境问题分析[J].中国给水排水,2012：1032-34.

[6]胡彩萍,潘拥军.东营市地热资源开发保护与行政保障措施探讨[J].山东国土资源，2012，28(9)：81-83.

[7]赵季初.鲁北砂岩热储地热尾水回灌试验研究[J].山东国土资源,2013,29(9)：24-30.

Effect of Geothermal Resources Exploitation to Groundwater Environment in Northwestern Plain in Shandong Province

WANG Hao, ZHAO Jichu

(Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253015, China)

Geothermal resources is a new type energy which collect heat, water and mineral resource as a whole. It has the characteristics of small pollution, easy exploration, small investment and environmental protection. In the plain areas in northwestern Shandong province, geothermal wells are concentrated in urban areas. Water intaking sections of geothermal wells in the same area ares are basically the same, development and utilization mode is single. There are no perfect recharge countermeasures, and tail water treatment process is simple, and sometimes geothermal water are even directly discharged. It has caused regional soil and water pollution in geothermal resources mining areas and discharging areas. In this paper, on the basis of surveying present condition of development and utilization of geothermal resources in the area, groundwater pollution situation in shallow and deep parts which may be caused in the process of development and utilization have been analyzed, and some prevention countermeasures and suggestions have been put forward as well.

Geothermal tail water; groundwater environment; plain in northwestern Shandong province

2014-10-11；

2014-11-27；编辑：曹丽丽

王浩(1980—)，男，甘肃武山人，工程师，主要从事工程地质水文地质工作，E-mail:whao016@163.com

P314

B