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作者：劉建霞原曉軍索立濤單位：青島地質(zhì)工程勘察院青島海洋地質(zhì)研究所
魯東地區(qū)淺層地?zé)崮苓m宜性分區(qū)
1魯東地區(qū)淺層地?zé)崮荛_發(fā)概況
魯東地處華北平原東部，位于暖溫帶季風(fēng)型半濕潤區(qū)—大陸性氣候區(qū)，受海洋調(diào)節(jié)，四季分明，河流屬半島邊緣水系，源短流急，全區(qū)土地面積35735km2，包括日照、青島、煙臺(tái)、威海4市。
魯東地區(qū)隸屬華北地層大區(qū)，魯東地層分區(qū)，巖漿侵入活動(dòng)劇烈頻繁，所形成的侵入巖占魯東地區(qū)基巖面積的半數(shù)有余。魯東地區(qū)從2005年陸續(xù)開始應(yīng)用地源熱泵技術(shù)開發(fā)利用淺層地?zé)崮埽?008年以后得到迅速發(fā)展，2008年后利用淺層地?zé)崮艿拿娣e超過利用總面積的95％，目前已經(jīng)建成和即將建成的地源熱泵系統(tǒng)供暖（冷）的建筑面積超過900萬m2，另有約600萬m2處于已規(guī)劃準(zhǔn)備建設(shè)階段。魯東淺層地?zé)崮芾玫闹饕ㄖ褪接行陆ㄗ≌^(qū)、工廠廠房、城市基礎(chǔ)公共設(shè)施；海水源熱泵利用方式分布在沿海一線及海上建筑；地下水源熱泵利用方式在魯東地區(qū)較少；土壤源熱泵利用方式主要分布于城市新規(guī)劃區(qū)以及沒有集中供暖的發(fā)達(dá)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和旅游區(qū)。
2魯東地區(qū)淺層地?zé)崮苓m宜性分區(qū)評(píng)價(jià)類型及體系
（1）分區(qū)類型
魯東淺層地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用分區(qū)主要指地下水熱泵適宜性分區(qū)和地埋管熱泵經(jīng)濟(jì)性分區(qū)。地下水熱泵適宜性分區(qū)根據(jù)水文地質(zhì)條件劃分為適宜區(qū)、較適宜區(qū)、一般適宜區(qū)及不適宜區(qū)；地埋管熱泵經(jīng)濟(jì)性分區(qū)根據(jù)地質(zhì)條件和投資成本劃分為經(jīng)濟(jì)區(qū)、較經(jīng)濟(jì)區(qū)和一般經(jīng)濟(jì)區(qū)；綜合分區(qū)在適宜性和經(jīng)濟(jì)性分區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，在適合地下水熱泵的地區(qū)優(yōu)先選擇地下水熱泵。
（2）評(píng)價(jià)體系
地下水熱泵適宜區(qū)分區(qū)評(píng)價(jià)體系由3層構(gòu)成，從頂層至底層分別由系統(tǒng)目標(biāo)層、屬性層和要素指標(biāo)層3級(jí)層次結(jié)構(gòu)組成。系統(tǒng)目標(biāo)層為淺層地?zé)崮艿叵滤疅岜眠m宜區(qū)劃分。屬性指標(biāo)層由地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、水動(dòng)力場、水溫場、水化學(xué)場、地質(zhì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)成本指標(biāo)組成。要素指標(biāo)層由地下水系統(tǒng)、地層結(jié)構(gòu)、含水層出水能力、含水層回灌能力、潛水流場、承壓水流場、地下水熱傳導(dǎo)速率、地下水熱影響范圍、地下水水質(zhì)、水源地的保護(hù)、地面沉降、地裂縫、投資成本和運(yùn)行成本等14個(gè)指標(biāo)構(gòu)成（圖1）。地埋管換熱系統(tǒng)分區(qū)指標(biāo)包括場地巖土層的巖性、結(jié)構(gòu)、地下水賦存狀況，巖土層的導(dǎo)熱性能、換熱效率、導(dǎo)熱系數(shù)、溫度，恒溫帶的深度和溫度，場地巖土體的密度、比熱，熱泵系統(tǒng)的投資成本、能耗及運(yùn)行成本等15個(gè)指標(biāo)（圖2）。
魯東地區(qū)淺層地?zé)崮苓m宜性分區(qū)評(píng)價(jià)
（1）評(píng)價(jià)步驟
采用層次分析法（AHP）和GIS圖層制作、空間分析、疊加的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)分區(qū)評(píng)價(jià)。首先按照AHP的要求，在評(píng)價(jià)體系的層次隸屬關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)和室內(nèi)研究分析，對(duì)各層對(duì)應(yīng)的要素指標(biāo)的重要性進(jìn)行判斷比較，確定不同影響因素對(duì)適宜性劃分的影響大小，給出相應(yīng)的權(quán)值；再對(duì)要素指標(biāo)層各指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算并歸一化處理，完成各指標(biāo)的量化工作。輸入GIS制圖軟件中，利用GIS圖形制作功能編制各要素指標(biāo)的圖層，完成各文件的制作，然后將各圖層根據(jù)權(quán)重疊加進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；最后，將要素層各要素的評(píng)價(jià)參數(shù)數(shù)量化、歸一化后，對(duì)要素層、屬性層、目標(biāo)層進(jìn)行計(jì)算綜合評(píng)價(jià)，對(duì)程序運(yùn)行計(jì)算結(jié)果按1．0～0．8、0．8～0．6、0．6～0．3、0．3～0分為4級(jí)，分別為適宜區(qū)、較適宜區(qū)、一般適宜區(qū)及不適宜區(qū)，應(yīng)用GIS出圖。
（2）權(quán)值的確定
權(quán)值的確定首先采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)現(xiàn)有的地下水熱泵運(yùn)行影響因素進(jìn)行分析研究；再對(duì)各影響要素進(jìn)行劃分，劃分出自然要素和非自然要素。自然要素包括描述地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的要素，描述水動(dòng)力場、水溫場和水化學(xué)場的要素，描述地質(zhì)環(huán)境的要素等；非自然要素主要是指描述經(jīng)濟(jì)成本的要素。通過分析自然要素對(duì)非自然要素影響程度，按照各項(xiàng)自然要素對(duì)非自然要素影響的大小，統(tǒng)計(jì)出自然要素在適宜性分區(qū)劃分中所起的作用，并按所起作用的大小確定權(quán)值大小。最終確定對(duì)魯東地區(qū)地下熱泵運(yùn)行影響最大的因素為含水層結(jié)構(gòu)，其余依次是水動(dòng)力場—水溫場—水化學(xué)場—地質(zhì)環(huán)境。地埋管熱泵經(jīng)濟(jì)性分區(qū)要素主要是考慮地下埋管的投資成本。
魯東地區(qū)淺層地?zé)崮苓m宜性分區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果
（1）地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜性劃分魯東地區(qū)地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜性可劃分為4個(gè)區(qū)（圖3）。圖3魯東地區(qū)地下水地源熱泵系統(tǒng)適宜性分區(qū)圖Fig．3SuitabilitydivisionofgroundwaterheatpumpareasineasternShandongarea適宜區(qū)（Ⅰ區(qū)）：區(qū)內(nèi)地下水資源較貧乏，適宜區(qū)面積小，只分布在平度市南洼富水地段的崔家集鎮(zhèn)、中莊鎮(zhèn)南部，面積約105．8km2。較適宜區(qū)（Ⅱ區(qū)）：主要集中在平度南洼適宜區(qū)的外圍及沿海較大河流的下游，包括萊州土山鎮(zhèn)、沙河鎮(zhèn)周圍，西由鎮(zhèn)、金城鎮(zhèn)一帶，龍口市黃水河下游的中村鎮(zhèn)附近，煙臺(tái)牟平區(qū)的大窯鎮(zhèn)以西、姜戈莊鎮(zhèn)以南地帶。面積約401．26km2。一般適宜區(qū)（Ⅲ區(qū)）：分布在平度以南的較適宜區(qū)外圍、莒縣以北的堆積平原和其他較大河流的下游地區(qū)，常為較適宜區(qū)向不適宜區(qū)的中間過度地帶。面積約1086．6km2。
不適宜區(qū)（Ⅳ區(qū)）：魯東地區(qū)平原面積小，大部分地區(qū)為低山丘陵，基巖裸露，因此，魯東地區(qū)除了以上3個(gè)分區(qū)以外，大部分區(qū)域?yàn)椴贿m宜區(qū)。（2）地埋管熱泵經(jīng)濟(jì)性劃分魯東地區(qū)地埋管熱泵經(jīng)濟(jì)性劃分為3個(gè)區(qū)（圖4）。經(jīng)濟(jì)區(qū)（Ⅰ區(qū)）：主要分布在平度北部、招遠(yuǎn)、棲霞、龍口蓬萊南部、煙臺(tái)牟平區(qū)南部、威海市絕大部分區(qū)域以及青島、城陽—膠南—日照沿海一帶，面積約20491km2。較經(jīng)濟(jì)區(qū)（Ⅱ區(qū)）：包括煙臺(tái)市區(qū)周圍西起蓬萊市區(qū)向東延伸至威海市區(qū)以西的沿海地帶、萊西中部、萊陽、海陽大部、即墨東部、膠州南部、五蓮西北部、莒縣東部，面積約10772km2。一般經(jīng)濟(jì)區(qū)（Ⅲ區(qū)）：主要包括平度南部、萊西南部、膠州北部、即墨西部區(qū)域以及萊州西部、莒縣西南部，面積約4472km2。（3）魯東地區(qū)淺層地?zé)崮芾眯问骄C合區(qū)劃綜合區(qū)劃是在適宜性等級(jí)分區(qū)和經(jīng)濟(jì)性等級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，由以上分析可以看出，地埋管熱泵較適宜級(jí)別及以上區(qū)域主要分布在魯東巖漿巖分布區(qū)，這是由于現(xiàn)代鉆井技術(shù)的提高使得花崗巖鉆探成本并不高，且具有易施工、進(jìn)尺快、熱傳導(dǎo)性高等優(yōu)點(diǎn)，所以花崗巖地區(qū)適合利用地埋管地源熱泵。地下水熱泵較適宜以上區(qū)域主要分布在較大的沖積湖積平原，另有少量分布在沖積洪積河谷地帶，這些地帶含有砂卵礫石層，富水性好，回灌能力強(qiáng)，水文地質(zhì)條件優(yōu)越，比較適宜地下水熱泵工程。這也說明了一般在地下水熱泵適宜的地區(qū)地埋管熱泵的經(jīng)濟(jì)性不是最好的，而在地埋管熱泵經(jīng)濟(jì)性最好的地區(qū)地下水熱泵適宜性也一般，兩者有一定的互補(bǔ)性。
結(jié)語
淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用適宜性分區(qū)是資源調(diào)查評(píng)價(jià)工作的主要內(nèi)容，根據(jù)魯東地區(qū)淺層地?zé)崮苓m宜性分區(qū)結(jié)果，地下水地源熱泵適宜性分為：適宜區(qū)、較適宜區(qū)、一般適宜區(qū)、不適宜區(qū)；根據(jù)地埋管地源熱泵經(jīng)濟(jì)性分為：經(jīng)濟(jì)區(qū)、較經(jīng)濟(jì)區(qū)、一般經(jīng)濟(jì)區(qū)；根據(jù)適宜性與經(jīng)濟(jì)性可將調(diào)查區(qū)分為地下水熱泵適宜區(qū)、較適宜區(qū)，地埋管熱泵適宜區(qū)、較適宜區(qū)和地源熱泵不適宜區(qū)。在地質(zhì)條件適宜區(qū)優(yōu)先選擇地下水源熱泵系統(tǒng)，在不適宜利用地下水的區(qū)域優(yōu)先選擇地埋管熱泵系統(tǒng)，鼓勵(lì)新建或改建的公共建筑、居民樓、農(nóng)村集中建設(shè)的住宅采用淺層地?zé)崮埽顿Y的公益性項(xiàng)目優(yōu)先利用淺層地?zé)崮堋?/p>
淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用適宜性分區(qū)的主要依據(jù)是資源賦存的地質(zhì)條件，同時(shí)要注重考慮開發(fā)利用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境保護(hù)條件。在魯東地區(qū)淺層地?zé)崮苓m宜性分區(qū)評(píng)價(jià)過程中，利用層次分析法確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，通過分析評(píng)價(jià)目標(biāo)與評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的復(fù)雜關(guān)系構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)，從而將問題簡單化，使得評(píng)價(jià)指標(biāo)本身的相對(duì)重要性定量化，經(jīng)過數(shù)學(xué)計(jì)算得到可靠的權(quán)重值，評(píng)價(jià)結(jié)果更為科學(xué)準(zhǔn)確，能客觀反映評(píng)價(jià)區(qū)開發(fā)利用適宜性特征，為魯東淺層地?zé)崮艿暮侠黹_發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)和支持。