所属栏目：农业工程论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:185
副标题#e#摘 要：天津地区地热资源十分丰富，至2005 年底，已有地热井269 眼，年开采量2564 万m3。合理的开发利用地热资源是建设节能环保型的滨海城市有利条件之一。但目前的开发基本属于粗放式开发利用模式，存在利用率不高，回灌率相当低等不足，并已引起了地下水位下降、地面沉降等问题。走回灌开发道路是实现地热资源可持续开发利用的重要保障。
关键词：地热资源；回灌；地面沉降
一、地热资源概况
地热资源是指埋藏在地下一定深度范围内的可以开采出来的且技术上可行经济上合理的地热能，作为一种新型能源，地热资源具有很多优点。相对于煤炭石油等传统能源，它是一种洁净的能源；就开采而言，与其它燃料相比，地热资源易开采，成本低；就利用而言，地热资源有较高的有效利用率，而且可以综合利用，其设施的运行和维修费也较低[1]。
天津市地处华北平原东北部，东临渤海，北依燕山，位于渤海盆地的中部，构造特征是中间隆，两侧凹（图1-1），是中国地热资源丰富，开发规模最大的滨海城市。通过普查，在宁河-宝坻断裂以南，天津地区地热资源分布面积达8700km2，据估算全区可采资源量8.54×109m3，按盖层平均地温梯度大于3.5℃/100 m 划分，共圈定了王兰庄、山岭子、万家码头、潘庄、周良庄、桥沽、王庆坨、沙井子、唐官屯以及看财庄10个地热异常区，中低温地热资源十分可观[2]。
二、开发与利用
天津市地处渤海湾，在中国北方经济发展中具有极其重要的倡议地位。地热资源作为一种可再生能源，其开发利用可缓解天津市的能源紧张状况，并起到示范作用。
1.开发利用情况
上个世纪七十年代，天津开始了大规模开发利用地热资源，至今已形成了研究程度最深、开发利用规模最大的“地热城”。目前，天津地热开发利用主要集中在市区、塘沽、大港和武清城区。天津市地热资源被广泛应用于供暖、生活用水、温泉洗浴、农业养殖、矿泉开发以及康乐旅游等领域。据统计，截止2005 年底，天津市共有地热井269 眼，其中回灌井14 眼。地热水年开采量达2564万方，回灌量为177.6万方，占开采总量的6.93％[3]。
据2005 年统计，在供暖方面，天津市有116个单位利用地热水进行居民采暖，供暖总面积1000万m2，是我国利用地热采暖规模最大的城市。生活用水方面，全市有81.92 万户居民使用地热水，月平均85万人次利用地热水洗浴。由于明化镇组热储层地热水温度在42~72℃之间，平均温度52.13℃，加之水质良好，被居民洗浴利用较广。
此外，以地热能包括地下水、土壤、地表水等作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源，实现采暖、供冷、供生活热水，替代传统的制冷机与锅炉的建筑物空调、采暖、供热模式，是改善城市大气环境、节约能源的一条有效途径。地热泵可以为商业楼宇、公用设施、住宅、体育场馆、别墅、学校、医院、宾馆、商场、办公室提供热量、冷量，也可为游泳池、温室和养殖设施提供热源或冷源。天津市地源热泵技术应用面积也超过1000万平方米。其中，地下水地源热泵系统应用面积约占全部市场份额的45%，土壤源地源热泵系统约占35%，地表水地源热泵系统约占20%。地源热泵市场空间超过10亿元，并以多年20%的速度在增长。
2.开发地热资源存在的问题
地面沉降速度加快。天津市滨海地区包括塘沽、汉沽和大港，新生界松散及半胶结的沉积层厚度巨大，蕴藏有较丰富的地热资源。滨海地区在开发利用深层地下热水供暖方面，规模不断扩大，在地热综合利用方面，也不断取得了进展和明显的经济效益，开采地下热水资源，使热储层压力逐年下降，已对地面沉降产生一定的影响。目前，天津滨海地区是天津市地面沉降较严重的地区，形成了塘沽区、汉沽区、大港区沉降中心[4]。由于滨#p#副标题#e#海地区第三系明化镇组及馆陶组热储层，其地层的固结状态均属正常固结的地层。依据固结理论，这类地层不存在“临界水位值”，只要开采热储层的热流体，引起水位下降，就会导致地层进一步固结压密，从而形成地面沉降。
地热利用率低。由于各热储层的水温、流量、水质的不同，因此其地热利用率也存在差异。据统计，2003年各热储层地热尾水排放普遍在40℃左右。从表1中可以看出，地热利用率最大值也仅在50.75% ~62.41%之间，利用率相当的低。 
回灌率低。回灌是将地热水中的热利用后，把地热尾水回注到热储层。地热回灌的主要优点是将地热资源储量由静态变为动态，真正成为可再生能源，同时有效地延长地热田生产寿命，避免尾水排放造成热污染及土壤污染[5]。天津市2001~2004 年的地热回灌率分别为6.58%、7.94%、5.33%和6%，回灌率严重偏低，导致采灌失衡，地下水位快速下降。
地热泵系统设计中的岩土工程问题。由于地源热泵系统是一种利用地下土壤或地下水作为冷、热源进行冬季供暖、夏季制冷的空调系统。室外的冷热源交换系统的设计涉及地下土体性质（主要是温度），地下水的水文地质条件，河流、湖泊及海水的水文性质等，其室外的冷热源交换系统的建造涉及大量的岩土工程问题及非开挖管线施工等领域[6]。为了准确设计室外的冷热源交换系统，应该全面掌握建设场地周围地下环境评价、地层深部的工程地质与水文地质勘察、河流、湖泊及海水的水文地质条件、当地的水文气象条件、以及地下管线的埋藏情况等信息。同时还应注重地热泵系统建造中的岩土工程施工及非开挖施工技术。
三、地热资源的可持续化利用
地热资源作为一种可再生能源，应保持其循环能源的优势，按照资源客观产出能力为条件进行开发，在开发中保护，在保护中开发。为了使地热资源能够得以可持续利用，应遵从以下几种原则，依据各热储层资源类型和特点，选择相适宜的利用方式，使地热资源开发利用达到最佳优化组合；重视地热回灌试验，并指导回灌，增加回灌井数和单井回灌量，全面提高回灌率；提高地热资源利用率，强化对地热资源的梯级开发利用规划，优化资源利用模式、工程设计和工艺流程，注重地热资源从高温到低温的有效利用，同时，热泵技术是有效提高地热能利用率的手段之一；加强地热水动态的监测工作，为进一步开发利用地热水提供可靠的资料。
四、结语
严格来说，只有在合理的开发利用条件下，地热资源才属于可再生资源，要充分开采热储层的热资源，就必须维持热储层的压力，保持水井的出水能力。回灌开采可使储层压力得到恢复，是实现地热资源可持续利用的有效方法。同时，选用合理的利用方式、梯级开发，在利用热泵技术时，充分考虑周围岩土工程条件，可以使资源得到最优化利用。
参考文献：
[1]林天明, 张静娴. 世界地热资源的直接利用概况[J]. 福建能源开发与节约,1997(4): 39-40.
[2]林黎, 赵苏民, 李平, 等. 天津地热资源可持续开发利用对策[J]. 中国国土资源与经济, 2005(12): 7-10.
[3]李俊, 阮传侠, 田光辉, 等. 2002~2005年度天津地下热水动态监测年报[R]. 天津地热勘查开发设计院, 2005.
[4]张百鸣, 金爱善. 天津市滨海地区地热资源开发对地面沉降的影响[J]. 中国地质灾害与防治学报, 1998, 9(2): 112-117.
[5]蔡义汉. 地热直接利用[M]. 天津: 天津古文出版社, 2004.
[6]蒋秋戈. 地下能量利用的新技术——地热泵系统与岩土工程[J]. 探矿工程（岩土钻掘工程）, 2001增刊: 19-23.