近幾十年來(lái),隨著社會(huì)的發(fā)展,人口、資源與環(huán)境的矛盾日益突出,尤其是人與能源的矛盾日益加劇。盡早探索、研究開(kāi)發(fā)利用新的可再生、無(wú)污染能源資源,已經(jīng)成為世界各國(guó)克服能源危機(jī)的努力方向。地質(zhì)環(huán)境是指對(duì)人類活動(dòng)有重要影響的與地表部分相互積極作用的巖石圈和地下水圈的上部。幾千年來(lái),淺部地質(zhì)環(huán)境一直是人類所需類能源的最主要的來(lái)源。淺層地溫能是蘊(yùn)藏在淺層地質(zhì)環(huán)境中的一種低品位能量,淺層地溫能的開(kāi)發(fā)利用可以解決建筑制冷采暖、熱水供應(yīng)等問(wèn)題,對(duì)替代常規(guī)商品能源,改善能源結(jié)構(gòu),促進(jìn)節(jié)能減排以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。 本文從制約淺部地質(zhì)環(huán)境中淺層地溫能科學(xué)開(kāi)發(fā)利用的“質(zhì)量”、數(shù)量、環(huán)境響應(yīng)等幾個(gè)方面著眼,系統(tǒng)分析了水文地質(zhì)因素及其它約束條件對(duì)淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用的影響,提出了淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,劃分了我國(guó)淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用適宜性分區(qū),并基于淺層地溫能開(kāi)發(fā)能量利用方式提出了“地下熱調(diào)蓄能力”的淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用本質(zhì),建立了區(qū)域淺層地溫能資源潛力評(píng)價(jià)方法,完善了地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)技術(shù)體系,在此基礎(chǔ)上核算了我國(guó)重點(diǎn)城市淺層地溫資源潛力,同時(shí)結(jié)合典型淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用示范工程開(kāi)展了淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用環(huán)境影響模擬與預(yù)測(cè),論文取得了以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)： 1、地下水源熱泵系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用主要受水文地質(zhì)因素、場(chǎng)地施工因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素、氣象因素及環(huán)境保護(hù)等因素的制約,開(kāi)展區(qū)域地下水源熱泵開(kāi)發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)應(yīng)重點(diǎn)考慮含水層富水性、地下水溫、礦化度、年均降水量、年均氣溫、降落漏斗分布、地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題以及地形地貌等場(chǎng)地建設(shè)條件等相關(guān)指標(biāo),同時(shí)也要充分考慮區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平；具體評(píng)價(jià)時(shí)可采用層次分析法進(jìn)行綜合評(píng)判。 2、我國(guó)比較適合應(yīng)用地下水源熱泵系統(tǒng)的地區(qū)主要分布在東部平原盆地及富水性較好的地區(qū),北方主要分布于東北松嫩平原南部區(qū)域、華北平原的山前傾斜平原區(qū),南方則主要在云貴、四川、湖北、湖南等省沿省內(nèi)河流呈帶狀分布。不適宜建立地下水源熱泵系統(tǒng)的地區(qū)主要位于我國(guó)西部的青海、西藏、新疆等地區(qū)、內(nèi)蒙的大部分地區(qū)以及黑龍江的北部,尤其是沙漠和極度缺水的區(qū)域以及部分極度寒冷的區(qū)域。 3、土壤源熱泵系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用主要受技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件及系統(tǒng)換熱效能制約,一般越靠近山前的地區(qū),其適宜性越好,越接近濱海的地區(qū)其適宜性就越差；剖面上飽水砂層越多,地下水位越高、流動(dòng)性越強(qiáng)越、降雨入滲系數(shù)越大越有利于建立土壤源熱泵系統(tǒng)。 4、與傳統(tǒng)地?zé)豳Y源不同,淺部地質(zhì)環(huán)境中淺層地溫能資源的評(píng)價(jià)應(yīng)該是對(duì)“地下熱調(diào)蓄能力”的評(píng)價(jià)。淺層地溫能資源潛力與區(qū)域熱容量、地下熱調(diào)蓄能力以及開(kāi)發(fā)利用條件、技術(shù)有關(guān)。應(yīng)首先采用體積法計(jì)算區(qū)域熱容量,再根據(jù)計(jì)算區(qū)可利用溫度差評(píng)價(jià)該地區(qū)最大的地下熱調(diào)蓄能力,然后綜合考慮城市面積系數(shù)、淺層地溫能可采系數(shù)以及淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用系數(shù)等參數(shù)評(píng)價(jià)區(qū)域淺層地溫能資源潛力。我國(guó)287個(gè)地級(jí)城市200米以淺地下總的調(diào)蓄熱能為7.71×1013kWh/a,相當(dāng)于94.86億噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所釋放的能量,可利用資源總量為2.89×1012kWh(3.56億標(biāo)準(zhǔn)煤),總裝備空調(diào)面積為156189.97-120949.99km2。 5、選擇寒冷地區(qū)典型地下水源熱泵系統(tǒng)示范工程開(kāi)展系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)及模擬預(yù)測(cè),結(jié)果表明,所選示范區(qū)熱泵開(kāi)采和回灌對(duì)環(huán)境的影響僅限于范圍不大的局部區(qū)域,對(duì)大范圍的地區(qū)影響不大；抽水井與回灌井之間沒(méi)有發(fā)生熱突破,按現(xiàn)有模式運(yùn)行,未來(lái)十年內(nèi)熱泵系統(tǒng)效能不會(huì)受到影響。 6、選擇寒冷地區(qū)典型土壤源熱泵系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用示范工程開(kāi)展系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)及分析表明,所選示范區(qū)熱泵開(kāi)采地下溫度場(chǎng)變化總的趨勢(shì)基本保持平衡狀態(tài),即熱泵的運(yùn)行處于放熱和吸熱的平衡狀態(tài),地溫的變化出現(xiàn)制冷期溫度上升、制熱期溫度下降的周期性變化過(guò)程。地溫變化范圍在當(dāng)?shù)貧鉁刈兓秶畠?nèi),因而不會(huì)造成環(huán)境問(wèn)題。
【學(xué)位單位】：中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：TK529
【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第一章 序言
    1.1 研究背景及選題意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及存在問(wèn)題
    1.3 研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線
    1.4 取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)
第二章 淺部地質(zhì)環(huán)境熱能賦存機(jī)制
    2.1 淺部地質(zhì)環(huán)境中熱能賦存狀態(tài)
    2.2 多孔介質(zhì)的熱傳遞方式
    2.3 地下傳熱機(jī)制分析及數(shù)學(xué)描述
第三章 淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用影響因素分析
    3.1 水文地質(zhì)因素
    3.2 地?zé)岬刭|(zhì)因素
    3.3 氣象因素
    3.4 場(chǎng)地施工因素
    3.5 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素
    3.6 環(huán)境保護(hù)因素
第四章 我國(guó)區(qū)域淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用背景
    4.1 自然地理特征
    4.2 區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)特征
    4.3 環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題
第五章 淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用適宜性研究
    5.1 評(píng)價(jià)方法概述
    5.2 適宜性評(píng)價(jià)方法
    5.3 適宜性評(píng)價(jià)步驟
    5.4 我國(guó)地下水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用適宜性評(píng)價(jià)
    5.5 土壤源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用適宜性評(píng)價(jià)
    5.6 本章小結(jié)
第六章 地下熱調(diào)蓄能力及淺層地溫能資源潛力評(píng)價(jià)
    6.1 淺層地溫能資源評(píng)價(jià)方法研究
    6.2 我國(guó)主要城市淺層地溫資源利用潛力
    6.3 本章小結(jié)
第七章 淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用環(huán)境響應(yīng)研究
    7.1 淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法
    7.2 地下水源熱泵開(kāi)發(fā)利用環(huán)境響應(yīng)
    7.3 地源熱泵開(kāi)發(fā)利用環(huán)境響應(yīng)
    7.4 本章小結(jié)
第八章 結(jié)論與建議
    8.1 淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用適宜性研究
    8.2 淺層地溫能資源潛力研究
    8.3 淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用環(huán)境響應(yīng)研究
    8.4 我國(guó)淺層地溫能科學(xué)開(kāi)發(fā)利用建議
致謝
參考文獻(xiàn)
個(gè)人簡(jiǎn)歷、攻讀學(xué)位期間的研究成果及公開(kāi)發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

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