开封市城区浅层地热能资源评价研究

【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。 【关键词】：适宜性区划 评价指标 GIS 浅层地热容量 换热功率
【学位授予单位】：中国地质大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P314
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-24
• 1.1 研究背景与研究意义11-12
• 1.2 GIS 在地热工程应用研究进展12-13
• 1.2.1 GIS 地热资源数据库研究进展12-13
• 1.2.2 浅层地热适宜性分区GIS 评价研究进展13
• 1.3 （浅层）地热资源储量评价研究进展13-15
• 1.4 地源热泵系统数值模拟研究进展15-19
• 1.4.1 水源热泵数值模拟研究进展15-16
• 1.4.2 土壤源热泵数值模拟研究进展16-19
• 1.5 工作区域研究现状19-21
• 1.6 研究内容与技术路线21-24
• 1.6.1 研究内容21-22
• 1.6.2 研究技术路线22-24
• 第2章 研究区域概况24-37
• 2.1 地理位置24-25
• 2.2 气象水文25-27
• 2.2.1 气象25
• 2.2.2 水文25-27
• 2.3 地形地貌27-28
• 2.3.1 地形27
• 2.3.2 地貌27-28
• 2.4 第四纪地层分布特征28-29
• 2.5 水文地质特征29-37
• 2.5.1 浅层水水文地质特征29-34
• 2.5.2 中深层水水文地质特征34-37
• 第3章 浅层地温能开发利用适宜性分区37-60
• 3.1 适宜性分区原则37
• 3.2 AHP 评价方法简介37-41
• 3.2.1 建立递阶层次结构模型37-38
• 3.2.2 构造比较判断矩阵38-39
• 3.2.3 层次单排序及一致性检验39-40
• 3.2.4 层次总排序及一致性检验40-41
• 3.3 评价指标体系构建41-51
• 3.3.1 地下水源热泵AHP 评价体系41-47
• 3.3.2 土壤源热泵AHP 评价体系47-51
• 3.4 地源热泵适宜性分区评价51-57
• 3.4.1 AHP 综合评价程序51
• 3.4.2 适宜性区划评价权重体系51-52
• 3.4.3 适宜性区划GIS 实现52-57
• 3.5 适宜性区划结果及分析57-60
• 3.5.1 地下水源热泵适宜性分区评价结果57-58
• 3.5.2 土壤源热泵适宜性分区评价结果58
• 3.5.3 适宜性分区评价结果分析58-60
• 第4章 浅层地热能容量计算60-81
• 4.1 计算方法简介60-61
• 4.2 包气带浅层地热容量计算61-64
• 4.2.1 包气带砂层岩土体热容量计算61-62
• 4.2.2 包气带粉土层岩土体热容量计算62-63
• 4.2.3 包气带砂层赋存水热容量计算63
• 4.2.4 包气带粉土层赋存水热容量计算63
• 4.2.5 包气带砂层赋存空气热容量计算63
• 4.2.6 包气带粉土层赋存空气热容量计算63-64
• 4.2.7 包气带浅层地热容量计算64
• 4.3 饱水带浅层地热容量计算64-67
• 4.3.1 饱水带砂层岩土体热容量计算65
• 4.3.2 饱水带粉土层岩土体热容量计算65-66
• 4.3.3 饱水带粉质粘土层岩土体热容量计算66
• 4.3.4 饱水带砂层赋存水热容量计算66
• 4.3.5 饱水带粉土层赋存水热容量计算66
• 4.3.6 饱水带粉质粘土层赋存水热容量计算66-67
• 4.3.7 饱水带浅层地热容量计算67
• 4.4 研究区浅层地热容量计算67-81
• 第5章 地埋管换热功率计算81-94
• 5.1 地埋管换热功率计算原理81-82
• 5.2 岩土热物性参数计算原理82-86
• 5.2.1 钻孔内传热过程及热阻分析83-84
• 5.2.2 钻孔外传热过程及热阻分析84-85
• 5.2.3 岩土热物性参数计算85-86
• 5.3 岩土热物性参数数据分析86-93
• 5.3.1 岩土初始平均温度86-87
• 5.3.2 岩土综合热物性参数87
• 5.3.3 钻孔单位延米换热量87-93
• 5.4 研究区换热功率计算93-94
• 第6章 结论与展望94-97
• 6.1 结论94-95
• 6.2 展望95-97
• 致谢97-99
• 参考文献99-103

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