我国地热水资源开发其环境问题与评价方法_水资源开发环境问题

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我国地热水资源开发其环境问题与评价方法

目录

摘要...........................................1 1.1 地热水资源的概念...........................1 1.3我国地热水资源开发利用现状.................2 2 地热水资源开发利用对环境的影响...............3 2.1 地面沉降................................3 2.2 热污染..................................3 2.3 地温的变化。............................4 2.4 大气污染................................52.5 化学污染................................5 2.6 诱发地震................................6 2.7 地热水资源衰减..........................6 3 地热水资源环境保护对策.......................6 4 地热水资源评价方法以及数值模拟...............7 参考文献.......................................7

摘要

随着世界经济的发展，人类对能源的需求越来越急迫，特别是无污染的清洁能源成为当今能源界的宠儿。对地热水资源的开发与利用，对于缓解当今社会能源紧张状况、开展循环经济都具有重要意义。然而看是清洁的能源，在开发过程中，由于不合理的开发也可能导致环境的恶化。随着科技的进步，人们的环境保护意识的提高，急切的需要我们对于地热水资源进行合理的开发与利用，走可持续发展的道路。正是在这个背景下，一些新的手段，新的理论被成功的应用到这个领域，使我们合理的运用自然界这一宝贵资源成为可能。1.1 地热水资源的概念

地热水是指具有较高温度(温度高于25 ℃的)的地下水,也可以理解为“把热由地下带到地表的作为介质的(温)热水(汽)”。因而地热水有人工和自然两种来源:通过人工向地下注入凉水,经过地下的地热加温而获得较高的温度,然后由地下采出的热水即为人工地热水;由地下直接溢出、或者经过人工构筑物由地下采出的蕴藏在地下含水空间的具有较高温度的地下水即为自然地热水,通常所说的地热水及本文所指地热水是后者。

1.2全球地热异常及我国地热水资源的分布与开发利用现状

在我国，地热水资源丰富,分布范围广,在可供开采利用的深度范围内,既有广泛分布的中低温地热水,又有能够直接发电的高温地热水

(汽)。目前已发现并不同程度地开发的水温在25 ℃以上的地热水点近3000 处,遍及30 个省市和自治区。其中天然出露及人工揭露热水点(俗称温泉)最多的省份有西藏、云南、台湾、广东和福建,其温泉数量约占全国的二分之一以上;其次是辽宁、山东和山西、湖南、湖北、河北、四川等省,每省温泉数都在50 处以上。据国土资源部门初步估算,全国地热水可开采资源量为每年68 亿m3 ,所含地热量为9.73 ×1017 J ,折合每年3.284 ×107 t 标准煤的发电量。我国主要沉积盆地距地表2000 m 内储藏的地热能约为7.36 ×1021 J ,相当于2500 亿t 标准煤的热量。

1.3我国地热水资源开发利用现状

我国地热水开发利用事业方兴未艾,利用方式多样化。目前主要应用于洗浴,占到了地热水开采量的半数以上;其次是应用于工业发电、取暖(面积近800万m2)、水产养殖(面积近300 万m2)、浴疗(1 600 多处)、农业和医药等。据预测西藏南部潜在地热能有109 W ,云南有570 万W ,四川有170 万W ,台湾大约有100 万W。

至2005 年底的统计数据表明,我国已直接利用地热水资源为13.756 m3 / s ,年利用地热能1.077 9 ×1010KWh ,居世界第一位,且地热水开采利用量以每年近12 %的速度增长。全国已实现地热水供热800 万m2 ,在天津地区单个地热水供暖小区面积已达80 万～100万m2.。

然而我国在地热水资源开发过程中存在着很多的问题：乱开滥采，随意排放，浪费资源，开发及利用的科技水平,经济、社会和环

境效益与国际先进水平相比尚有一定差距,在少数的示范点、示范区才刚可以达到国际1990 年代的水平。地热水资源开发利用对环境的影响

地热资源是作为清洁能源予以界定的,因为利用它不需要燃烧传统的化石燃料,不排放二氧化碳和其它有害物质。然而,由于地热水资源的具有地下水属性,因此如果不加以科学管理,其开发和利用必然会给环境带来一些负面影响。

2.1 地面沉降

引发地面沉降的原因有很多,从地质因素看,发生地面沉降大致有3 种原因: ①地表松散地层或半松散地层在重力的作用下,在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时,地面会因地层厚度的变小而发生沉降;②因地质构造作用导致凹陷而发生沉降;③地震导致地面沉降。随着地热水资源的开采量逐渐增加,抽取地下热水引起水位下降,导致松散层压密,加剧了地面沉降的发生,天津市根据市区沉降测量表明,开采300 m 深度以下地下水,对地面沉降影响约占总沉降量的35 %～50 %。

2.2 热污染

热污染是指温度较高的地热尾水在排放过程中,会向周围环境释放一定的热量,使周围的空气或水体的温度升高,改变生态环境,从而影响环境和生物生长。就目前而言,大部分的地热井开发利用程度较

低,多以单一利用为主,没有形成梯级的多次利用,尾水的温度仍然较高,特别是利用地热供暖后的尾水,如果没有采取地热回灌或是相应的处理措施,尾水的温度甚至能达到40 ℃,如天津和河北雄县等地。这些尾水排放后将会促使局部空气和水体的温度升高,改变生态平衡,影响附近生物的生长。

2.3 地温的变化。2.3.1 热储地温变化

长期大规模开采地热水,会使得热储层地温场变化,影响热水温度。尤其是对那些渗透性强、地热水贮存量及开采量大的地热储层,经过长期的地热水的开采以后,必然导致热储及其周边的地温的变化,影响地热水的持续开发。

2.3.2 地表地温升高

在地热水与浅层地下水水力联系密切的区域,长期大规模开采地热水,会相应地降低浅层地下水的位。从而导致浅部失水、包气带增厚,而使土壤层及其附近地温升高地温随深度的增加会逐渐升高。当降雨渗入地下并形成径流时,地下水对近地表或浅层地层起降温冷却作用,形成近地表地层低温区或低温带,这种现象的产生主要是和水的导热性及热容量有关地温升高会使越冬类昆虫的繁殖能力提高,虫害增加,而为了治愈虫害,相应的农药施用量也增加,从而连带造成农药的污染;近地表地温升高后,土壤的干燥过程也会加快,这就使土壤中的微生物失去生存的环境,因为土壤中的微生物和菌类是要靠较高的湿度才能繁殖和生存并进行生化作用的,因此地温升高也会使土壤的有机肥料含量降低, 从而降低土壤的肥力。

2.4 大气污染

在抽取地下热水的过程中,随着接近地表时压力的降低,热水中含有的一些气体和悬浮物就会排放到大气中,从而影响周围的环境。这其中主要是H2 S、CO2。H2 S 气体对人体危害较大,浓度低时能麻痹人的嗅觉神经,浓度高时可使人窒息而死亡。CO2 也有一定的窒息作用,最主要的是其对气候的温室效应。

2.5 化学污染

化学污染主要包括盐类污染和有害元素的污染。

2.5.1 盐类污染

水中溶解的矿物质随着温度的升高,其溶解度也升高,因此地热水中一般会含有较高的总固体含量、氟化物以及氯化物等,这些高盐度的地热水如果在利用后,尾水不经处理直接排放,被利用作灌溉用水,就会使土壤板结,降低土壤的透气性,从而影响农作物的生长。

2.5.2 有害元素的污染

地下热水在与周围岩体的长期作用下,溶解了大量的重金属元素和其他微量元素,有些热水中的含量会超过饮用水标准或是其他的一

些标准,这些水不仅不能饮用,如果进行灌溉和养殖,对粮作物及鱼类也有害,即使排入河流和其他水体中,对水体也将造成污染,还会由于水体、鱼类、粮作物中有毒物质的长期富集并通过食物链直接或间接地对人体和生物造成危害。

2.6 诱发地震

地热水是地球壳体的重要组成部分,具有缓冲地基岩石板块应力的作用,并承受和分散地表压力。在山脉地区和城市高层建筑密集区域,地表压力尤为巨大,因此该区域的地下热水资源受破坏程度,将直接威胁到此类地带的地理稳定性。地下热水在被人类强行钻透深部岩层采集抽吸后,因自然降水难以进入地下热水库存,不能被循环补充。当地热水体被过量开采后,不可避免地产生岩层内及岩层下的水体空缺,导致大地的稳定性受到破坏,这将诱发地震。

2.7 地热水资源衰减

地热水补给源远,循环周期长,经C14 测年分析,平原区多数地热水年龄在10 000 年以上,因此地热水资源不是一种可大量再生的资源。对其大量开采,必将引起地热水资源的衰减。地热水资源环境保护对策

正是基于地热水资源开发利用中存在的众多问题，广大专业人士提出了很多的建议主要是：1)加强勘查评价工作,摸清家底。2)加强管理,严格审批制度,杜绝乱采滥采,从而实施科学适量开采。3)提高利

用效率,减少浪费。4)对地热水勘查与开发中的技术难点和问题进行科技攻关。如加强回灌技术研究和地热水尾水处理研究。5)加强国际合作与技术交流。学习或引进国外先进技术可以使我们少走弯路,加快前进步伐,取得更大效益。地热水资源评价方法以及数值模拟

目前在地热水资源论证评价中使用的方法有传统的储量体积法，自然放热量推算法、水热均衡法以及类比法和水文地质学计算法，随着计算机技术迅速发展，数值模拟计算地热水资源也显示出优越性。例如对天津静海团泊风景区地下热水资源评价的数值模拟，就是一个很好的例子。（由于编者能力有限，时间仓促，评价方法只能提及，请见谅）

参考文献

1.高宗军 地热水资源开发与环境保护 2009 2.朱家玲 天津静海团泊风景区地下热水资源评价的数值模拟 1996 金丽燕 关于地热水水量计算的探讨 2010