基于层次分析法的浅层地温能适宜性评价分析—以兰州市中心城区为例
地热资源评价浅层地温能
工提供埋管工艺和埋管材料热
传导性能等。 砂质粉土
土壤的传热性能取决于土
细砂
壤的热导率、密度、比热容等。 粘土
土壤的含水量对其密度和导热
性有决定性影响，潮湿土壤的
热导率高于干燥土壤。
F
场地浅层地热资源调查
2. 热响应试验
取得换热孔的有 效传热系数、岩 土体平均导热系 数、地层初始温 度等参数，计算 确定换热孔的合 理间距
D 提出可持续开发利用
E 提出可持续开发利用的方案建议
浅层地热能勘查的目的与分区
需要解决的问题： 1、特定水文地质条件和气候特征下，地
下含水层的流动和传热机制； 2、地下含水层储能与水热调蓄的能力。
由于各地区地质和水文地质条件的复杂性和多变性，导 致各地区岩（土）层的导热性和水文地质参数差异巨大，在 一个地区能成功应用的地下换热系统，在另一地区往往并不 适用。
勘查要求：
• 勘察井深度一般宜小于200m，当有多个含水层组 且无水质分析资料时，应进行分层勘查，取得各 层水化学资料；
• 勘察井工作量按下表确定。
地下水换热方式浅层地热能调查
勘察井工作量
工程热负荷q/ kW
q<500
勘察井数量数量/ 个
1~2
500≤q<2000
2~3
q≥2000
≥3
注：工程热负荷取冷、热负荷中较大者。
地热资源与浅层地热能区别
温度 (℃)
深度 (m)
利用性
建筑中 利用
平面 分布
垂向 分布
地热
＞25
n×10２ ～n×10３
发电、 直接利 用
供暖、 供热水
地热田
热储中
浅层 地温
浅层地热能简介
我国浅层地热能适宜性评价简介
• 概述 • 国内发展现状 • 热泵技术及适宜性评价的理论方法 • 层次分析法 • 结论
概述
• 浅层地热能是地球热能的重要组成部分，温度稳 定且分布广泛，是一种清洁的可再生资源，开发 利用前景较好。适宜性评价是开发利用浅层地热 能重要的环节，本文中浅层地热能适宜性评价在 确定评价因子的基础上分为计算与作图两个步骤， 其中计算包括确定权重体系与确定评分体系两部 分。本文采用层次分析法(AHP)确定适宜性评价 中各要素的权重，评分体系则通过专家的综合打 分来确定，最后将各要素权重与其相应的评分相 乘相加得出最终的综合评分，依据综合评分进行 浅层地热能适宜性分区。
地下水源热泵适宜性评价层次结构图
土壤源热泵系统
• 影响土壤源热泵建设的因素很多，本文根 据我国目前的实际情况，初步确立了土壤 源热泵适宜性分区的评价因子为:潜水水位 埋深、第四系厚度、含水岩组介质类型、 潜水(承压)含水岩组水质、综合热传导系数、 平均比热容、地形地貌、地质灾害类型分 布以及水源地保护区范围分布共10个
地下水源热泵系统
• 地下水源热泵系统是以地下水作为冷热介 质，在冬季利用热泵吸收其热量向建筑物 供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排 放，实现对建筑物制冷。
• 地下水源热泵系统是由水源系统、热泵机 组和末端系统三部分组成 。
• 图中抽水井用于抽取地下水及释放热量;回 灌井用于地下水回灌;热泵主机用于提取热 量;风机盘管用于向建筑物制冷、供热。
国内发展现状
• 伴随着20世纪70年代世界石油危机而掀起的地热新能源开 发，在30多年的发展历程中又发现了新的亮点，那就是利 用浅层地热能的地源热泵开发技术。近10余年来，世界利 用热泵技术的潮流给我们指引出一条光明大道，地源热泵 史无前例的高效率和高环保效益，也必将在我国有巨大的 发展前景。
基于环境承载力的中深层地热资源评估方法
益等ꎮ 在传统的地热资源评估中很少考虑地热开发
禀赋条件、社会经济技术条件和环境影响作用条件
经济效益等因素ꎬ因此ꎬ难以得出综合性评价体系来
３ 个部分构成ꎬ涉及地热热储深度、热储温度、地热资
源可开采量和人口密度等评价指标ꎬ得出目标区域内
指导地热开发ꎮ
２ ２ 体系的评价指标和原则
的中深层地热资源承载力ꎮ 再结合典型区域的地下
深层地热资源评价体系的分级标准ꎬ结合大量地热数
Ｑ ｗ 为水质储存的热量ꎬＪꎻ
Ｖ Ｌ 为热储中存储的水量ꎬｍ３ ꎻ
Ｖ１ 为截至计算时刻ꎬ热储孔隙中热水的静储量ꎬｍ３ ꎻ
Ｖ２ 为水位降低到目前取水能力极限深度时ꎬ热
储释放水量ꎬｍ３ ꎻ
４１
ＫＯＮＧ Ｗｅｉｚｈｅｎｇ ꎬ ｅｔ ａｌ . Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍｅｄｉｕｍ ａｎｄ Ｄｅｅｐ Ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｃａｒｒｙｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｙ
Ａ 为计算区面积ꎬｍ２ ꎻ
市的 经 济 水 平 进 行 评 价ꎮ 此 外ꎬ 参 考 国 标 ＤＺ /
Ｍ 为热储层厚度ꎬｍꎻ
Ｔ０３３１—２０２０ 确定地热井开采经济性ꎮ 人口密度也是
ρ ｒ 为热储岩石密度ꎬｋｇ / ｍ ꎻ
３
地热资源开发时的社会经济水平的重要指标ꎬ本文根
ｃ ｒ 为热储岩石比热容ꎬＪ / ( ｋｇＫ) ꎻ
ｅｎｄｏｗｍｅｎｔ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｒｅｓｅｒｖｅｓ. Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ
ｓｈａｌｌｏｗ ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｅｒｇｙꎬ ａｎｄ ｄｏ ｎｏｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
我国陆区浅层地温场空间分布及规律研究_一_王贵玲
２０
３
２５
２．４７
４５．５４
２３
３．０３
３３
３．４１
２０
１．４
２８．９７
５０
２．５４
２６
１．８３
５０．６２
６０
１．５
４０
２．２
３５
２
３５
１．７４
２０
３．８５
３７．１
２．９４
变温带厚度呈正相关关系。基岩埋深越大的地区、地 下水对地温的干扰越强，变温带厚度越大。福州的研 究表明，水动力条件较好的区域变温带厚度较大，这 主要是由于含水层与地表水、大气降雨等联系紧密， 易受外部环境的影响所致。
综上，恒温层的温度受多种因素共同制约，其
中气候最大，控制整体变化趋势。断裂的存在一般
会使局部地温增大，地下水的影响则较复杂，会使
地温向水温方向变化。在一定程度上，基岩浅埋区
的地温略大于深埋区。
（未完待续）
54 ２０１５ 年 ０２ 月
２． 陆区浅层地温场恒温带特征及影响因素
在地表下面一定深度范围内，地温变化逐渐消失， 在此深度上，地温常年基本保持恒定不变。这一深度 范围内的地层即恒温带（层），也称常温带或中性层。
恒温带上部为变温带，下部为增温带。变温带 温度变化主要受太阳辐射的影响，越向地层深处所 受影响越小。增温带主要受地球内部热能的影响， 越向地层深处所受影响越大，温度越高。在恒温带 处，地球内部热能与太阳能的影响达到一种平衡，
层地温场的状况。研究恒温带的温度、厚度等参数 的影响因素，对于浅层地温能的研究与开发利用具 有非常重要的意义。 ２．１ 恒温带温度特征及影响因素
根据表 １ 的数据作出我国陆区恒温带温度与年 平均气温等值线图（见图 ２、图 ３）。两图温度变化趋势 十分相近，总体都表现出随纬度的升高而降低，同一 纬度东部大于西部的特点。说明在我国陆区范围内， 恒温层温度受太阳辐射影响最大。本次调查数据表
兰州城市建筑高度分析与研究
兰州城市建筑高度分析与研究
兰州市的城市建筑高度受到多种因素的影响，如城市规划、地形地貌、气候、经济与人口等。
在城市规划方面，兰州市的城市总体高度控制较为严格，中心城区的建筑高度一般不超过100米，而外围新区则有适当的提高，但多数建筑也不超过150米。
这一方针的制定主要考虑到保护市区天际线形象和城市历史文化遗产，确保城市建筑环境的视觉和文化价值。
在地形地貌方面，兰州市位于黄土高原与青藏高原的过渡地带，地势起伏不平，建筑高度的限制也受到一定程度的影响。
市区内大多数建筑高度在6层以下，而沿黄河两岸的少数建筑高度可达到20层左右。
在气候方面，兰州市雨水较少、气候干燥，这也影响了建筑高度。
因为夏季高温干燥，建筑应当有良好的通风和散热。
同时，冬季气温低，建筑应该保持温暖舒适，需要考虑节能和保温实用性。
在经济与人口方面，兰州市的发展速度相对较慢，建筑行业的投资与规模较为有限。
同时，市区内的人口密度和人均住房面积相对较低，不需要过多地提高建筑高度。
因此，综合考虑城市规划、地形地貌、气候、经济与人口等多方面因素，兰州市的建筑高度限制比较严格，以市中心为主的建筑多为中高层住宅和商业综合楼，而位于兰州市郊的一些新区则有适当提高建筑高度的政策和规划。
浅谈某市城市地质调查工作部署
浅谈某市城市地质调查工作部署摘要：在某市部署城市地质调查工作，秉持立足城市规划、着眼资源需求、针对地质环境、突出成果服务的工作思路，贯彻部署原则，根据总体目标任务和具体工作任务的分解与协调，结合区域工作程度和现有资料，从五个方面部署具体工作。
关键词：城市地质；三维地质；土地质量；地热资源；地质灾害一、部署思路本着“立足当前，着眼未来，以人为本，构建和谐”的指导思想，以某市规划发展蓝图为工作部署的导向，将满足地方对地质工作的需求做为地质工作努力的目标之一。
［1］分析整理前人资料，梳理区域突出的环境地质问题，主动有效地服务城市建设和地质环境保护。
（1）立足城市规划根据某市中长期规划，核定工作部署区域为两个规划区整体区域，面积920km2，为本项目主要调查区域。
调查成果将直接服务于某市发展建设。
（2）着眼资源需求工作区除了矿产资源调查程度较高外，其余资源调查程度较低。
随着经济发展，对资源需求量增加。
工作部署充分考虑当地条件，拟开展地下空间资源调查、土地资源调查、地热能资源调查、地下水资源，调查成果为当地经济发展提供资源数据支撑。
（3）针对地质环境问题原生地质环境问题及人类活动造成的环境地质问题是制约经济发展的重要因素。
某市存在较典型的水土污染问题、地质灾害（软土、液化沙土）广泛分布问题。
（4）突出成果服务城市地质调查是应用性环境地质调查工作，调查成果将全面服务于城市经济、社会、民生发展领域。
工作部署突出调查评价数据集成、整合、转化内容。
成果将通过有效信息平台服务于各级政府，争取成为“智慧城市”建设重的主要信息源。
二、部署原则统筹部署，突出重点。
以问题和需求为导向，分清轻重缓急，统筹部署某市地质调查工作。
紧密结合地方发展规划，全区展开，层次分明，突出重点，分阶段进行。
拓展领域，强化服务。
针对城市发展需求，积极拓展工作领域，注重调查成果产品设计和转化应用。
作为应用型较强的地质调查项目，为城市发展服务，提供地方建设发展所需要的地质成果，让地方政府对地质成果满意。
绿色”浅层地温能阅读题及参考答案
绿色”浅层地温能阅读题及参考答案绿色”浅层地温能阅读题及参考答案①你听说过“浅层地温能”吗？它是蕴藏在地表以下一定深度（一般150米左右）范围内岩土体、地下水中，一般低于25℃的热能。
浅层地温能的以太阳辐射为主，还有一小局部地心热量。
②我们的地球可以称得上是一个宏大的热库，它的资源量非常丰富，其内部的总热能约为地球储存的全部煤炭所蕴含能量的1.7亿倍，具有经济价值的浅层地温能大约是现在全球能源消耗总量的45万倍。
据专家测算，我国地处北纬30°—42°的许多城市，地下近百米深度内，土壤中每年可采集的浅层地温能能量是目前国内发电装机容量的3750倍，地下水中每年可采集的浅层地温能能量也有2亿千瓦。
③浅层地温能是一种清洁无污染的能源。
这种能源的开发利用只需消耗少量的电能，就可以提取大量的能量，也不向大气排放二氧化碳等气体，对外界环境影响极小。
由于浅层地温能资源无处不在，人们还可以就近利用，就地取（排）热，为建筑物供暖或制冷，而地下水的水质、水量不发生任何变化。
与传统能源相比，可节省大量运输、传输和存放本钱。
④可见，浅层地温能具有众多的优点，开发利用浅层地温能已是社会开展的必然趋势。
现在的问题是，我们该如何利用这种比人类体温还要低很多的能源呢？科技人员采用了“热泵”原理。
“热泵”和“水泵”类似。
大家熟悉“水泵”吧，它是一种利用管道将水从低位抽到高位的机械，只不过“热泵”传递的是热能。
我们居住的室内环境和地层土壤中的温度一般情况下具有一定的温差。
冬季时，我们利用热泵可以把地下的`热能“抽”出来，供应室内采暖；夏季时，再把室内的热能“取”出来，排放到地下储存起来。
这样，可以通过自然和人工等补给方式，保持地温能量的动态平衡，使浅层地温能得以长期循环利用。
由于电流只是用来传热，而不是用来产生热，因此热泵只需消耗较少的能量便可以提供较多的能量，通常情况下热泵每消耗1000瓦的能量，就可以得到4000瓦以上的能量。
基于层次分析法一模糊综合评价模型的浅层地热能适宜性评价——以山东省昌乐县为例
第N 卷"第!期中"国"地"质"调"查`.@%N"].%!!,!!年,P 月!"#$#!%&'$()*+",#-&.%/'Q ;G %!,!!J.>"',%'N*))b D %V 0JV J?%!,!!%,!%,N引用格式"张承斌%基于层次分析法T 模糊综合评价模型的浅层地热能适宜性评价,,,以山东省昌乐县为例)2*%中国地质调查!!,!!!N #!$"N'TNN%#K 49/03B %-H>F 9L>@>F <5O 9@H9F >./.U =49@@.W05.F 45G &9@5/5G 0<L9=5J ./9/9@<F >?4>5G 9G ?4<;G .?5==9/J U HV V <?.&;G 545/=>O 55O 9@H9F >./"Q?9=5=F HJ<.U 349/0@53.H/F <>/-49/J./0E G .O >/?5)2*%75.@.0>?9@-HG O 5<.U 34>/9!!,!!!N #!$"N'T NN%$基于层次分析法T 模糊综合评价模型的浅层地热能适宜性评价,,,以山东省昌乐县为例张承斌山东省煤田地质局第三勘探队 山东泰安"!$',,,摘要 层次分析法T 模糊综合评价模型可有效解决传统评价分析方法难以对模糊概念进行定量评价以及受主观影响较大等问题!使评价结果更加合理&精确%综合选取单一岩体厚度&地下水埋深&含水层总厚度&地层岩性&导热系数&比热容和地温等$个评价因子!运用层次分析法T 模糊综合评价模型对山东省昌乐县浅层地热能适宜性进行了评价!将研究区划分为适宜性中等区和适宜性差区!适宜性中等区面积为PP%$'_&!!适宜性差区面积为',%!N _&!%结合昌乐县城市规划!将研究区进一步划分为一般开发区&鼓励开发区&大力发展区和限制开发区%研究区浅层地热能开发利用潜力较大!合理开发利用可带来巨大的经济和社会效益%关键词 浅层地热能-适宜性分区-模糊综合评价-层次分析法中图分类号 E#P'-E *'P"""文献标志码 Q """文章编号 !,N(T )$,##!,!!$,!T ,,N'T ,N"收稿日期 !,!,T ,$T !N -修订日期 !,!!T ,'T !#%基金项目 山东省自然资源厅'山东省重点县#市&区$浅层地温能调查评价及示范工程建设#编号"-Z 7E *$,,,,!,'N,!,,!P*$$(项目资助%作者简介 张承斌#'N)#,$!男!硕士!工程师!主要从事水文地质调查评价工作%S &9>@"),!P#*#,c^^%?.&%,"引言浅层地热能指从地表至地下!,,&储存于水体&土体&岩石中的温度d !(e !采用热泵技术提取!用于建筑物供热或制冷的地热能)'*!具有分布广泛&储量丰富&埋藏较浅&易于开发&可循环再生&清洁环保等特点!可替代化石能源!减少污染物排放%自!,'(年开始!山东省先后完成了区域以及各地市的浅层地热能调查评价!随后开展了重点县#市&区$浅层地热调查评价及示范工程建设)!*%山东省潍坊市昌乐县周边县市区均已完成浅层地热能资源调查评价工作%随着昌乐县社会经济的发展!其节能减排压力日益增大!因此!针对昌乐县城区开展浅层地热能适宜性区划及资源潜力评价!对于当地发展清洁能源&落实新旧动能转换&实现经济社会可持续健康发展有重要意义%目前!浅层地热能适宜性评价采取的主要方法为指标法和层次分析法#9/9@<F >?4>5G 9G .4<;G .?5==!Q M E $%.Z K b X ,!!(,!,,N 浅层地热能勘查评价规范/)'*中推荐浅层地热能适宜性分区采用指标法!该方法可方便&快捷地对区域浅层地热能适宜性进行评价!但由于选取指标较少!无法做出精确&定量的评价%层次分析法是一种定量与定性相整合的多目标决策剖析方法!具有系统性强&层次分明&简洁实用等特点!近年来被广泛应用于浅层地热能适宜性评价工作!效果良好)*T #*!但其权重因子的确定常常因人而异!评价过程受主观影响较大%模糊综合评价法是一种基于模糊数学的隶属度理论!对受多种因素影响的对象进行综合评价的方法!它将定性评价转化为定量评中"国"地"质"调"查!,!!年价!即去模糊化%进行浅层地热能适宜性评价时!采用层次分析法考虑各因素对系统评价的贡献程度!再引入模糊综合评判对适宜性进行模糊综合分析)$*!可避免因个人主观影响而造成的系统误差%在充分收集研究区区域地质&水文地质&地热地质等资料的基础上!应用模糊综合评价模型对该区浅层地热能适宜性进行了评价分区!有效解决了传统评价分析方法难以对模糊概念进行精确定量评价及受主观影响较大的问题!为昌乐县浅层地热能可持续开发利用提供了依据%'"浅层地热能赋存条件A%A#浅层地质结构根据本次施工钻孔资料!!,,&以浅岩土体结构大致以岩土二元结构为主#表'$%上部土体结构主要为第四系松散岩类-下部岩体主要为临朐群玄武岩!下伏五图群砂岩&泥岩地层!部分地表A#本次施工钻孔情况B.8C A#D0'%207%3(&0'-.130(73*1钻孔编号地理位置成井深度b&第四系厚度b&基岩岩性3R,'昌乐县经济开发区前于留村),%'($%!玄武岩3R,!昌乐县宝都街道冯家庄村'!,%,*(%#玄武岩3R,*昌乐县经济开发区八里庄村'!,%'!*%)玄武岩3R,P 昌乐县宝都街道五里庄村'!,%''N%,玄武岩&砂岩&泥岩3R,(昌乐县宝都街道吴家池子村),%,)%P玄武岩3R,#昌乐县朱刘街道山坡村'!,%'!(%'砂岩&泥岩&灰岩3R,$昌乐县朱刘街道钱家庄村!,,%#*)%P玄武岩&灰岩3-,'昌乐县经济开发区黄埠村#,%)(N%(砾岩&玄武岩3-,!昌乐县经济开发区黄埠村#,%((N%!砾岩&玄武岩3-,*昌乐县经济开发区东萧村),%'!(%$玄武岩&泥岩区缺失五图群!下伏下九龙群灰岩&白云岩%'%'%'"上部土体结构研究区上部主要为第四系松散岩类!厚(f#,&!由南向北逐渐变厚!主要为大站组!局部分布黑土湖组和沂河组%岩性主要为褐黄色粉土&黏土!底部含少量碎石及土黄色姜状钙质结核!垂直节理发育%'%'%!"下部岩体结构研究区下部主要以新生界和古生界为主!隐伏于第四系之下%岩性以玄武岩&砂岩及灰岩为主%#'$临朐群#]8?$%该地层大多呈隐伏分布!局部沿低缓丘陵地带有不同程度的出露!与下伏古近系五图群呈喷发不整合接触%牛山组#]')$在研究区广泛分布!大多隐伏于第四系之下!在首阳山大面积 露%岩性主要为火山喷发沉积的灰黑色致密块状&杏仁状&气孔状玄武岩!局部夹河湖相沉积的泥岩&砂岩!底部砂砾岩%依据钻孔揭露情况!研究区南部厚约$,&!向北逐渐变厚至N#%*&以上!研究区东部厚'!f'$&%尧山组#]/$呈孤岛状零星分布于牛山组之上!二者呈不整合接触%岩性以火山喷发沉积的灰黑色致密块状玄武岩为主!在首阳山一带零星出露%#!$五图群#S'@+$%五图群在研究区呈隐伏分布!依据钻孔揭露情况!岩性主要为泥岩&砂岩!厚度一般在!,&以上%#*$九龙群#第!期张承斌""基于层次分析法T 模糊综合评价模型的浅层地热能适宜性评价,,,以山东省昌乐县为例'%松散岩类孔隙水#单井涌水量(,,f ',,,&*b J $-!%松散岩类孔隙水#单井涌水量',,f (,,&*b J $-*%松散岩类孔隙水#单井涌水量d ',,&*b J $-P%碎屑岩类孔隙裂隙水#单井涌水量d ',,&*b J !裸露型$-(%碳酸盐岩裂隙岩溶水#单井涌水量d(,,&*b J !裸露型$-#%碳酸盐岩裂隙岩溶水#单井涌水量d (,,&*b J !覆盖型$-$%碳酸盐岩夹碎屑岩岩溶裂隙水#单井涌水量d (,,&*b J !裸露型$-)%块状岩类裂隙水#单井涌水量d ',,&*b J !裸露型$-N%块状岩类裂隙水#单井涌水量',,f (,,&*b J !裸露型$-',%块状岩类裂隙水#单井涌水量(,,f ',,,&*b J !覆盖型$-''%块状岩类裂隙水#单井涌水量',,f (,,&*b J !覆盖型$-'!%研究区范围-'*%断层-'P%含水层类型及富水性分区界线-'(%水系-'#%县界-'$%本次施工钻孔及编号%图A#研究区综合水文地质略图E 36C A#+/(12%13)2/5'06%07063).7-.40&12%*1,5/.'%.'%!%'"松散岩类孔隙含水岩组主要分布于昌乐县北部地区!含水层包括第四系砂砾石&粉细砂及粉土等!厚度一般在(&左右!单位涌水量d',,&*b #J +&$%地下水位埋深一般在!%)#f 'N%$(&%地下水化学类型为M 3g *+3@T39++0型&M 3g *T39++0型!矿化度为,%)$'f ,%N!)0b A %'%!%!"喷出岩类孔洞裂隙含水岩组主要分布在研究区南部!大部分被第四系覆盖%含水层主要为新近系临朐群牛山组气孔状玄武岩#全风化,中等风化$!厚约$,&!单位涌水量一般d '!,&*b #J +&$%地下水位埋深约!,&!地下水化学类型为M 3g *+-g P T 39++0&M 3g +3@T 39型!矿化度为,%!)(f ,%(,N 0b A %'%!%*"碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组主要分布于研究区东部!五图断裂以北!在孤山一带裸露地表!大部分隐伏于石炭系&二叠系&新近系及第四系之下!分布范围较广%含水层岩性为奥陶系马家沟群和寒武系九龙群炒米店组质纯灰岩和白云质灰岩等%区内单井出水量一般为(,,&*b J 左右%水化学类型主要为M 3g *+-g P T 39型和M 3g *T 39+]9!矿化度为,%*!(f ,%#)(0b A %A %F#岩土体热物性特征本次共采集')$件岩土样品!测试岩土热物性+*N +中!国!地!质!调!查"#""年参数!测试结果"表"#表明$研究区松散岩类密度较小%基岩密度较大&比热容变化较小%其中粉土'黏土等第四系松散岩类比热容相对较大%为$%$&'$%"&()*"(+(,#&石灰岩的导热系数和热扩散率的均值分别为"%-./*"0(,#和$%#$00"*1%明显高于其他岩性%岩土体各类岩性导热系数与密度具有明显的正相关性!表!"研究区主要岩土体物性及热物性特征值#$%&!"'($)$*+,)-.+-*/$01,.234(5.-*$0$67+(,)824(5.-*$04)24,)+523+(,8$-6)2*9.$67.2-0.岩性密度*"+(203.#比热容*"()((+3$(,3$#导热系数*"/(03$(,3$#热扩散率*"00"(13$#玄武岩"%"4#%56$%7$#%-#石灰岩"%6-$%#$"%-.$%#$黏土$%4-$%"#$%67#%-7粉土$%46$%"&$%67#%-"粉质黏土$%5&$%$&$%75#%-.泥岩"%#.$%##$%7"#%-6砂岩"%$"#%54$%6$#%4# "!适宜性分区研究区内第四系以黏土'粉土为主%基岩埋藏较浅%区域地下水富水性较差%且松散层和玄武岩不利于地下水回灌!碳酸盐岩类裂隙岩溶水富水性极不均匀%且富水性普遍较弱%即便局部区域富水性较强%考虑到大量抽灌灰岩水容易引发或加剧区域岩溶塌陷等地质灾害%因此%不宜将其划分为地下水换热适宜区)$%4*!综合考虑研究区的水文地质条件%将全区划分为地下水换热系统不适宜区!本文主要阐述地埋管换热系统的适宜性分区!!%:"分区方法采用模糊综合评判法和层次分析法对浅层地热能适宜性进行评价!模糊综合评判法基于模糊数学%对不方便量化的系统合成模糊关系%将一些模糊因素定量化%从而对多个因素进行评判!该方法可定量研究和处理客观存在的模糊因素%充分考虑因素的中间过渡状态)53$$*!层次分析法是一种对多目标进行分析决策的方法%将$个多目标的复杂问题分解成若干个因素%并按关系分组形成层次结构%从而确定层次中各因素的相对重要性!!%!"建立综合评价因素集因素集是以影响评价对象的各种因素为元素所组成的一个普通集合%通常用!表示!本次评价地源热泵适宜性等级的指标集为!""#$%#"%#.%#&%#7%#6%#-#%其中$#$表示松散层厚度或单一岩体厚度%#"表示地下水埋深%#.表示含水层总厚度%#&表示地层岩性%#7表示导热系数%#6表示比热容%#-表示地温"$##0#!"%"%$!地质及水文地质条件选取松散层厚度或单一岩体厚度'地下水位埋深'渗透系数以及含水层总厚度等指标)$"3$.*!松散层厚度或单一岩体厚度直接影响钻孔的平均导热系数和换热孔的施工难度%进而影响工程投资回报率!地下水位埋深影响地埋管换热系统的换热效率%水位埋藏较浅的区域%换热器与地下水及岩土体间能更好地进行能量交换!含水层总厚度决定了地下热量传递效果%也反映了地下岩"土#体的热交换条件!"%"%"!地层属性选取地层岩性等要素指标%不同岩性反映出特定的地热生成环境%决定了热物性特征和单孔换热量的大小!"%"%.!热物性选取导热系数'比热容以及地温等要素指标!岩土体导热系数直接反映能量在岩土体中传递与交换的速率%决定了地埋管换热器换热能力的高低%也影响单孔换热量!比热容是岩土体温度改变时的吸收或释放的内能%代表了岩土体蕴藏的浅层地热能资源量的大小!地温%通过$##0深度的地温%表征不同地层地温梯度以及大地热流量的大小!!%;"建立综合评价集评价集是评价者对评价对象可能做出的各种结果所组成的集合%通常用$表示!本次评价地源热泵适宜性等级的评价集为""%$%%"%%.#%其中$%$表示好%%"表示中等%%.表示差!!%<"构建评价矩阵若因素集!中第&个元素对评价集$中第$个元素的隶属度为'&$%则对第&个元素单因素评价的结果用模糊集合表示为$(&""'&$%'&"%+%'&)#%以*个单因素评价集($%("%+%(*为行组成矩阵(&5(第!期张承斌""基于层次分析法T 模糊综合评价模型的浅层地热能适宜性评价,,,以山东省昌乐县为例 3F )!称为模糊综合评价矩阵%本次评价依据研究区水文地质及热物性条件!通过专家打分!确定B h D 上每个有序对##$!>A $的隶属度%最终得到单因素评判矩阵 为C 4''4'!4'*4!'4!!4!*4*'4*!4**4P'4P!4P*4('4(!4(*4#'4#!4#*4$'4$!4 $*%"%I#确定因素权向量各因素的重要程度有所不同!为此!给各因素#$一个权重1$!各因素的权重集合的模糊集用G 表示"GC #1'!1!!1*!1!1(!1#!1$$%本次评价通过层次分析法#Q M E $构建权向量!其主要步骤是"首先!建立递阶层次结构模型-然后!构造出各层次中的所有判断矩阵!进行层次单排序及一致性检验-最后!进行层次总排序及一致性检验!确定各要素重要性排序的权值%!%(%'"评价模型地埋管热泵系统评价体系层次结构模型由*层构成!从顶层至底层分别为目标层&属性层和要素指标层)'P T '(*%本次评价目标是地埋管换热适宜性分区!由地质及水文地质条件&地层属性&热物性*项指标构成属性层!要素层细化为导热系数&比热容&含水层总厚度等$项指标#图!$%图"#地埋管换热系统适宜性分区评价模型E 36C "#+,31.83731/;0(3(6%=.7,.130(-05%70&8,'3%5434%2%.1%J)2.(6%*/*1%-!%(%!"因子权重确定因子权重采用层次分析赋权法确定%依据评价体系的层次结构模型!应用专家打分方法!通过各因素之间的两两比较确定合适的标度!构造判断矩阵%使用3R 值检验判断矩阵的一致性!如果没有通过一致性检验则需修改判断矩阵!直至达到可以接受的一致性!最后确定各因子权重#表*$%表F#地埋管换热系统适宜性分区指标权重B .8C F#K (5%J @%3621'.(H 3(61.87%0&*,31.83731/;0(3(60&434%2%.1%J)2.(6%'*/*1%-因素综合权重导热系数,%*!''含水层总厚度,%*松散层厚度或单一岩体厚度,%'*'N 比热容,%'!*$地温#',,&$,%,),!地层岩性,%,$#N 地下水位埋深,%,P*N"%L#建立综合评价模型确定单因素评判矩阵 和因素权向量 之后!通过模糊变化将 上的模糊向量 变为 上的模糊向量 !即 C 'F $H $F *C #I '!I !!I *$%其中H称为综合评价合成算子!本次评价取一般的矩阵乘法%"%M#确定系统总得分综合评价模型确定后!确定系统得分!即J C'F )+ X'F )!其中J 为系统总得分!为 中相应因素的级分%设适宜性好T 中等T 差的级分依次为=CN !(!()'%"%N#综合评分#'$绘制各要素图件%通过+9;7I -制图软件制作各要素指标的等值线#分区$图件!包括导热系数分区图&含水层厚度分区图等$幅分区图#图*$%+(N +中"国"地"质"调"查!,!!年图F#研究区各要素分区E 36C F#O 3&&%'%(1%7%-%(1;0(3(653.6'.-0&12%@0'H 3(6.'%.""#!$网格剖分%对研究区进行网格剖分!网格大小设为',,,&h',,,&%#*$网格赋值%将剖分网格与各因素指标等值线图叠加!并对网格中心点进行赋值!计算每个网格的分值!最终根据网格得分绘制地源热泵适宜性综合指数分区图#图P$%'%# 综合指数d $-!%( 综合指数d #-*%P 综合指数d (-P%综合指数等值线-(%研究区范围-#%水系-$%县界%图!#研究区地源热泵适宜性综合指数分区E 36C !#G 0-4'%2%(*3=%*,31.83731/3(5%J ;0(3(6-.40&6'0,(5P *0,')%2%.14,-43(12%*1,5/.'%.""#P $适宜性分区标准%结合专家意见并考虑实际情况!将总得分 $分的区域划分为适宜性好区!(f $分划分为适宜性中等区!d (分的区域划为适宜性差区%"%Q#分区结果!%N%'"模糊综合评价法分区结果结合研究区浅层地热能水文地质条件&地质条件及热物性&地层属性!利用层次分析法T 模糊综合评价模型!将研究区划分为地埋管换热适宜性中等区和适宜性差区#图(#9$$%适宜性中等区域面积PP%$'_&!!热导率在'%P)f*%!'8b #&+6$之间!松散层或单一岩层厚!!%(f #*%,&不等!含水层总厚度i *,&!地下水位埋深变化较大##%,f P!%(&$!属地埋管换热的较有利区域%适宜性差区面积为',%!N _&!!导热系数d '%$8b #&+6$!单一岩体厚度d #,&!属地埋管换热的相对不利区域%!%N%!"与指标法分区结果比对运用指标法对研究区进行了地埋管换热系统适宜性评价!结果表明研究区均为地埋管换热系统适宜性中等区#图(#L $$%+#N +第!期张承斌""基于层次分析法T 模糊综合评价模型的浅层地热能适宜性评价,,,以山东省昌乐县为例#9$模糊综合评价法评价分区#L $指标法评价分区'%适宜性中等区-!%适宜性差区-*%综合指数等值线-P%研究区范围-(%水系-#%县界%图I#研究区地埋管换热系统适宜性评价分区E 36C I#O 3=3*30(0&*,31.83731/;0(3(6%=.7,.130(0&6'0,(5P *0,')%2%.14,-4*/*1%-3(12%*1,5/.'%.""对比模糊综合评价法与指标法!两种方法的评价结果大致相同%由于模糊综合评价法选取的评价因子更多!并结合专家打分评价了局部适宜性差区!因此评价结果更趋于合理%模糊综合评价法对评价结果进行了定量化处理!使评价结果更加细化%同一适宜性分区内亦可通过综合指数等值线判别其适宜性的优劣程度%*"开发利用区划依据研究区浅层地热能开发利用适宜性评价结果!综合考虑研究区建筑密度&供暖供需情况及城市发展规划!通过定性评价!将昌乐县划分为一般开发区&鼓励开发区&大力推广区和限制开发区!共P 个大区!$个亚区#图#$%#'$ 区为一般开发区!位于研究区中部!属于昌乐县中心城区!面积',%()_&!%该区城镇化建设程度高!城市配套设施较为完善!供暖矛盾不突出%区内岩土体热导率较高!为地埋管换热系统适宜性中等区%可鼓励旧城改造及新建建筑采用地埋管地源热泵%#!$ 区为鼓励开发区!位于研究区北部!分为'& !!个亚区!面积共'#%()_&!%该区属昌乐县经济开发区!城镇化建设程度较低%区内岩土体热导率较高!有利于地埋管地源热泵建设%区内供暖等基础设施较为紧张!建议在做好前期勘察论证的基础上!做好相关审批及施工质量把关工作!建设一批示范工程!推广地埋管地源热泵技术!提高群众对浅层地热能的认识!为经济开发区发展助力%#*$ 区为大力推广区!分为!个部分% '区位于研究区南部!面积P%!#_&!%该区正处于大规模城镇化建设阶段!城镇化建设程度较低!新城区内供暖等基础设施较为紧张!属地埋管换热系统适宜性中等区%建议大力推广地埋管地源热泵技术!缓解环境压力!为新城区发展助力% !区位于研究区东部!属昌乐县朱刘街道!面积'*%!$_&!%该区城镇化建设程度很低!供暖等基础设施比较紧张%该区为工业园区!规划与潍坊开发区接轨!是下一步合村并居及新农村改造的重点区域!属地埋管换热系统适宜性中等区%建议大力推广地埋管地源热泵技术!鼓励新农村建设或旧村改造采用地埋管地源热泵%#P $ 区为限制开发区!面积共',%!N _&!!分为 '& !两个亚区!位于研究区西南及北部%该区浅层地热能适宜性评价为地埋管换热适宜性差区!不适宜大规模建设地源热泵系统%建议进一步提高勘查精度!结合工程建设实际情况!开展场地浅层地热能勘察工作!在严格论证的基础上!适度开发利用地埋管地源热泵系统%+$N +中!国!地!质!调!查"#""年$%一般开发区!"%鼓励开发区!&%大力推广区!'%限制开发区! (%研究区范围!)%房屋建筑!*%县界!+%水系!,%道路!$#%铁路! $$%山体及注记"图!"研究区浅层地热能开发利用区划#$%&!"'()(*+,-(./0.12/$*$30/$+.3+.$.%-0,+4 560**+7%(+/6(8-0*(.(8%9$./6(5/21908(0'!结论及建议#$$基于昌乐县的地质条件%水文地质特征%热物性及岩性组合条件等&将昌乐县城市规划区划分为浅层地热能适宜性中等区和适宜性差区&适宜性中等区面积''%*$-."&适宜性差区面积$#%",-.""#"$根据评价结果及昌乐县城市规划&将昌乐县研究区划分为一般开发区%鼓励开发区%大力发展区和限制开发区'个大区"建议在工程建设前先进行场地浅层地热能开发利用勘察&为地埋管热泵系统的设计提供依据"#&$相对于指标法&模糊综合评价法具有评价结果更合理且定量化的优点&其关键在于评价矩阵的构建和因子权重的确定"为保证评价结果的可靠性&建议选取&/(名浅层地热能研究领域相关专家进行打分"参考文献#:(4(8(.;(5$'$(!韩再生&冉伟彦&佟红兵&等%0123#""()"##,浅层地热能勘查评价规范'4(%北京*中国标准出版社&"##,%56714&8679:&3;7<5=&>?6@%0123#""()"##,4A>B C D C E B6?C;7D;F4G6@@;HI>;?G>F.6@J7>F<KL7M>N?C<6?C;767O J M6@P6EC;7'4(%=>C Q C7<*4?67O6F ON R F>N N;D S GC76&"##,%'"(!李卫洲%山东省临沂市浅层地热能特征及开发利用'0(%北京*中国地质大学#北京$&"#$,%T C91%3G>S G6F6B?>F C N?C B N67O0>M>@;A.>7?;D4G6@@;HI>;?G>F E .6@J7>F<K C7T C7K C S C?K&4G67O;7<R F;M C7B>'0(%=>C Q C7<*S GC76 U7C M>F N C?K;D I>;N B C>7B>N#=>C Q C7<$&"#$,%'&(!卫万顺&李宁波&冉伟彦&等%浅层地温能开发利用中的关键问题研究'V(%城市地质&"##,&'#&$*$W(%9>C94&T C X=&8679:&>?6@%4?POK;7?G>->K 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413
魏林森 等
2. 自然地理及水文地质条件
兰州市中心城区地处陇西黄土高原间的黄河上游谷地，总体呈现“两山夹一谷”地貌特征。谷地呈
长条型东西向展布，长约 50 km，宽约 1.0~7.5 km，海拔 1500~1550 m；南北两侧为黄土丘陵，海拔
1700~2500 m。属大陆性温带半干旱季风气候区，具有冬季漫长寒冷、春季风沙多、夏季短暂炎热、昼夜
泉水溢出和地下潜流的方式排泄；含水层仍以卵石、圆砾等占主体，期间夹有厚度不等的粉质粘土，厚
度 200~316 m，上覆大厚度的黄土及黄土状粉土；地下水埋深在黄河以南为 15~120 m，黄河以北 15~30 m， 自南北两侧向中部黄河渐浅；单井涌水量 3000~5000 m3/d，地下水矿化度一般小于 1 g/L，地下水类型以 HCO3− - SO24− -Ca2+-Mg2+或 HCO3− -Ca2+-Mg2+型为主[2]。另外，调查区内无地面沉降及地裂缝等工程地质 问题。为浅层地温能的开发利用提供了良好的地质、水文地质条件。
摘要
依据实际勘查资料和测试数据，采用层次分析法所建立的数学评价模型，对兰州市中心城区面积 384.7km2的区域进行了浅层地温能适宜性评价分析。浅层地温能适宜性评价体系地下水源热泵共建立了 3个属性准则和10个要素指标，土源热泵共建立了3个属性准则和8个要素指标，分别构建了各层次的判 断矩阵，并全部高精度通过一致性验证。评价结果，地下水源热泵适宜、较适宜区占调查区总面积的 38.99%，主要分布于断陷盆地及黄河黄河I~III级阶地区及和平、定远盆地大部等含水层富水性较好、 单井涌水量1000~5000 m3/d、矿化度小于1.0 g/L的地带；土源热泵适宜、较适宜区占调查区总面积的 68.57%，主要分布于黄河两岸III~IV级高阶地区与黄土丘陵过度地带及和平、定远盆地等包气带细颗粒 地层厚度大于20~40 m、地下水位埋深大于25 m的地带；调查区其余地带不适宜浅层地温能的建设。评 价结果对兰州市中心城区浅层地温能的开发利用具有重要的指导作用。
Open Access
Abstract
Based on the actual survey data and the test data, the shallow geothermal energy of Lanzhou city center (the area of 384.7 km2) is evaluated and classified by the way of analytic hierarchy process (AHP). In the evaluation system, 3 criteria and 10 indicators are established for underground water source heat pump, 3 criteria and 8 factors for soil source heat pump, all levels of judgment matrix are constructed and precision through consistency checking. The results show that the area of underground water source heat pump suitable and suitable for the survey area with a total area of 38.99%, which mainly distributed in the fault basin, Yellow River level I - III and the large parts basin of Heping and Dingyuan that the water rich water content is better, the single well water inflow 1000 - 5000 m3/d, the mineralization degree is less than 1.0 g/L. The soil source heat pump suitable and suitable areas for 68.57% of the total area of the survey area, which mainly distributed on both sides of the Yellow River level III - IV higher-order region and the Loess Hilly transition zone, Heping and Dingyuan basin, which aeration with fine grain layer thickness is greater than 20 - 40 m, groundwater depth more than 25 m. The rest of the survey area is not suitable for the construction of shallow geothermal energy. The research results have an important guiding role for the development and utilization of shallow geothermal energy in the central urban area of Lanzhou city.
河 I~II 级阶地及河漫滩砂砾卵石中，下伏以透水性较弱的新近系、白垩系泥质砂岩构成隔水底板；地下
水主要补给源为黄河径流入渗和河谷上游地下径流流入，局部盆地边界存在丘陵区基岩裂隙水、碎屑岩
类孔隙裂隙水的侧向补给；地下水大致沿河流发育方向自上游向下游径流，水力坡度 6‰~12‰；现状主
要以地下潜流的方式排泄于黄河；水位埋深河漫滩一般小于 2 m，I~II 级阶地 5~15 m，III 级及以上阶地 20~60 m；含水层以卵石、圆砾为主，厚度 10~30 m，单井涌水量一般 500~2000 m3/d；低阶地地下水矿 化度小于 1.0 g/L，化学类型为 HCO3− -Ca2+-Mg2+；III 级及以上阶地至南北丘陵地带矿化度一般大于 3.0 g/L， 地下水类型以 Cl− - SO24− -Ca2+-Mg2+为主。潜水-微承压水主要分布于河谷潜水区以外的第四纪断陷盆地 内。地下水主要来源于黄河径流入渗和山区基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水的侧向补给，以人工开采、
地及盆地边界、基底褶皱及断裂构造发育。盆地周边及基底主要为古生界前寒武系(An∈)深变质岩、加
里东中期侵入岩(
γ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2 3
)及中生界白垩系(K)–新生界古近系(E)、新近系(N)碎屑岩组成；盆地内则广泛分布
数百米厚的第四系(Q)松散岩类，其间所赋存的孔隙水甚为丰富。
松散岩类孔隙水可进一步划分为河谷潜水和断陷盆地潜水–微承压水(图 1)。河谷潜水主要分布于黄
Advances in Geosciences 地球科学前沿, 2016, 6(5), 412-421 Published Online October 2016 in Hans. /journal/ag /10.12677/ag.2016.65043
Suitability Evaluation of Shallow Geothermal Energy on Analytic Hierarchy Process
—As an Example in the Central Urban Area of Lanzhou City
Linsen Wei1, Hongwei Ding2*, Ting Wang1, Bin Fan1, Liang Kang2
魏林森 等
基于层次分析法的浅层地温能适宜性评价分析
—以兰州市中心城区为例
魏林森1，丁宏伟2*，王 婷1，范 斌1，康 亮2
1甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 2甘肃省地质矿产勘查开发局，甘肃 兰州
收稿日期：2016年10月5日；录用日期：2016年10月25日；发布日期：2016年10月28日
关键词
浅层地温能，地下水源与土源，热泵，适宜性划分，层次分析法
1. 引言
浅层地温能是指地表以下一定深度范围内(一般指恒温带至 200 m 埋深)，温度低于 25℃，广泛存在 于岩石、包气带土壤及地下水等介质中，在当前技术经济条件下具备开发利用价值的地球内部的热能资 源。目前，浅层地温能的利用主要是通过热泵技术的热交换方式，连续不断的将储存于浅部地层中的低 品位热能转化为人类可以利用的高品位能源(供热、制冷)，具有取用方便、无污染、运行费用低等特点， 是全球各国特别是欧美发达国家(如美国、德国等)正在大面积推广利用的绿色环保能源[1]。
兰州市是甘肃省政治、经济、文化和科技中心，也是我国西北地区重要的交通枢纽。中心城区面积 384.7 km2，包括城关、七里河、西固和安宁四个区，总人口约 2.60 × 106 人，是全省人口最稠密、经济最 发达的区域。受自然地理等条件的制约，兰州市中心城区存在的生态环境脆弱、地质灾害频发、夏季电 力能源负荷重、冬季燃煤取暖引起的大气污染等一系列问题，严重影响着兰州市投资环境的改善和人民 生活质量的提高。近年来，随着国家“一带一路”战略的逐步实施，兰州市经济呈现快速发展的态势， 对能源的需求日益增长，为浅层地温能资源的开发利用创造了必要条件。因此，研究浅层地温能的开发 利用条件，定量评价其应用的适宜性，对于改善兰州市中心城区大气环境，提升城市品位，创造宜居宜 游的投资环境，实现 2020 年与全国同步进入小康社会的战略目标等，均具有重要的现实意义。