开封市城区浅层地热能资源评价研究

论文摘要

浅层地热能资源的开发利用是以地下水及地埋管换热系统的地源热泵技术为媒介,将地表下200米深度范围内的清洁、可再生的低品位能源转化为无污染、可持续循环利用的高品位热能;另外,浅层地热能资源储量巨大、可就近利用等特点使得其作为一种新型能源利用方式逐步在国内外广泛推广使用。然而,在对其进行开发利用之前,由于并未对开采区域进行系统的调查评价,使得在利用过程中出现了利用效率降低、环境污染等一系列问题。因此,开展区域性的浅层地热能调查评价工作已显得十分必要。本文在总结浅层地热能利用研究现状及发展的基础上,通过深入研究开封市城区的地质概况、水文地质条件,并结合研究区的实际情况及存在的具体问题,利用AHP-层析分析法,建立了适合开封市城区的地下水源热泵及土壤源热泵的适宜性区划评价指标体系。并运用MATLAB编制浅层地温能综合评价层次分析法（AHP）程序,建立开封市城区地下水源热泵及土壤源热泵权重体系。利用GIS“DTM分析”及“属性库管理”等功能模块对各评价因子进行矢量化、分区及属性赋值,建立各要素图层文件。通过“空间分析”模块对各评价因子图层进行叠加并提取生成文件属性数据,结合综合评分方法,将适宜性区划结果划分为适宜区、较适宜及不适宜区3等级,并将区划结果进行GIS可视化输出,最终实现开封市城区地下水源热泵及土壤源热泵适宜性区划评价。依据体积法计算原理所需物理参数及钻探资料,结合研究区实际情况,将热储层划分为砂层、粉土层及粉质粘土层;根据GIS“DTM分析”及“属性库管理”模块功能,对研究区各层计算参数进行拟合插值,获得区域性各层物理指标属性库,根据属性数据计算包气带及饱水带各热储层不同赋存形式的热容量值,最终通过叠加实现开封市城区浅层地热容量计算评价。根据地埋管换热功率及岩土热物性参数反算原理,通过对现场实验数据整理分析获取岩土体热物性参数,进而求取地埋管换热器传热系数并计算单孔换热功率值,最终获取整个研究区地埋管换热功率。此次调查评价工作为以后的深入研究打下基础,并为该地区以后开展和制定浅层地热能资源管理、环境保护方针政策提供重要依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景与研究意义
• 1.2 GIS 在地热工程应用研究进展
• 1.2.1 GIS 地热资源数据库研究进展
• 1.2.2 浅层地热适宜性分区GIS 评价研究进展
• 1.3 （浅层）地热资源储量评价研究进展
• 1.4 地源热泵系统数值模拟研究进展
• 1.4.1 水源热泵数值模拟研究进展
• 1.4.2 土壤源热泵数值模拟研究进展
• 1.5 工作区域研究现状
• 1.6 研究内容与技术路线
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究技术路线
• 第2章 研究区域概况
• 2.1 地理位置
• 2.2 气象水文
• 2.2.1 气象
• 2.2.2 水文
• 2.3 地形地貌
• 2.3.1 地形
• 2.3.2 地貌
• 2.4 第四纪地层分布特征
• 2.5 水文地质特征
• 2.5.1 浅层水水文地质特征
• 2.5.2 中深层水水文地质特征
• 第3章 浅层地温能开发利用适宜性分区
• 3.1 适宜性分区原则
• 3.2 AHP 评价方法简介
• 3.2.1 建立递阶层次结构模型
• 3.2.2 构造比较判断矩阵
• 3.2.3 层次单排序及一致性检验
• 3.2.4 层次总排序及一致性检验
• 3.3 评价指标体系构建
• 3.3.1 地下水源热泵AHP 评价体系
• 3.3.2 土壤源热泵AHP 评价体系
• 3.4 地源热泵适宜性分区评价
• 3.4.1 AHP 综合评价程序
• 3.4.2 适宜性区划评价权重体系
• 3.4.3 适宜性区划GIS 实现
• 3.5 适宜性区划结果及分析
• 3.5.1 地下水源热泵适宜性分区评价结果
• 3.5.2 土壤源热泵适宜性分区评价结果
• 3.5.3 适宜性分区评价结果分析
• 第4章 浅层地热能容量计算
• 4.1 计算方法简介
• 4.2 包气带浅层地热容量计算
• 4.2.1 包气带砂层岩土体热容量计算
• 4.2.2 包气带粉土层岩土体热容量计算
• 4.2.3 包气带砂层赋存水热容量计算
• 4.2.4 包气带粉土层赋存水热容量计算
• 4.2.5 包气带砂层赋存空气热容量计算
• 4.2.6 包气带粉土层赋存空气热容量计算
• 4.2.7 包气带浅层地热容量计算
• 4.3 饱水带浅层地热容量计算
• 4.3.1 饱水带砂层岩土体热容量计算
• 4.3.2 饱水带粉土层岩土体热容量计算
• 4.3.3 饱水带粉质粘土层岩土体热容量计算
• 4.3.4 饱水带砂层赋存水热容量计算
• 4.3.5 饱水带粉土层赋存水热容量计算
• 4.3.6 饱水带粉质粘土层赋存水热容量计算
• 4.3.7 饱水带浅层地热容量计算
• 4.4 研究区浅层地热容量计算
• 第5章 地埋管换热功率计算
• 5.1 地埋管换热功率计算原理
• 5.2 岩土热物性参数计算原理
• 5.2.1 钻孔内传热过程及热阻分析
• 5.2.2 钻孔外传热过程及热阻分析
• 5.2.3 岩土热物性参数计算
• 5.3 岩土热物性参数数据分析
• 5.3.1 岩土初始平均温度
• 5.3.2 岩土综合热物性参数
• 5.3.3 钻孔单位延米换热量
• 5.4 研究区换热功率计算
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献