地?zé)豳Y源開發(fā)的環(huán)境問題研究

1、地?zé)豳Y源開發(fā)的環(huán)境問題爭(zhēng)辯熱巖開發(fā)最早于年在美國(guó) 試驗(yàn)成功并進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行發(fā)電，隨后世界很多國(guó)家相繼進(jìn)展了大規(guī)模工業(yè)試驗(yàn)與商業(yè)開發(fā)，但受技術(shù)力量和設(shè)備裝置等條件限制，我國(guó)從年才開頭相關(guān)爭(zhēng)辯，目前處于探究試驗(yàn)階段，尚未進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行。地?zé)豳Y源與其他常規(guī)能源相比有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面的優(yōu)勢(shì)，但在開發(fā)利用過程中仍會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，主要包括對(duì)地下水、地表水、 生態(tài)、土壤、大氣以及聲環(huán)境等造成的影響。但不同地區(qū)由于地?zé)崮茴愋偷拈_發(fā)利用方式不同，則對(duì)環(huán)境的影響亦不同，因此需要將地?zé)豳Y源開發(fā)利用過程視為一體，基于地?zé)?工程整個(gè)生命周期的觀點(diǎn)來分析地?zé)豳Y源開發(fā)利用全過程中的環(huán)境問題，才能全面地評(píng)價(jià)熱資源開發(fā)過程的環(huán)境影

2、響，以為地?zé)豳Y源開發(fā)利用過程中的環(huán)境保護(hù)供給科學(xué)依據(jù)。地?zé)豳Y源的開發(fā)利用過程淺層地溫能和深層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用過程包括勘查與評(píng)價(jià)、開采利用和運(yùn)營(yíng)治理等階段，其環(huán)境影響伴隨整個(gè)過 程?？辈榕c評(píng)價(jià)階段主要通過承受航衛(wèi)片圖像解譯、地質(zhì)調(diào)查、地球物理、地球化學(xué)、地?zé)徙@井、產(chǎn)能測(cè)試和動(dòng) 態(tài)監(jiān)測(cè)等技術(shù)方法進(jìn)展綜合性勘查，查明地?zé)岬刭|(zhì)背景，確定地?zé)豳Y源可開發(fā)利用的地區(qū)及合理的開發(fā)利用深度 ；開采利用階段主要包括地下熱水的開采、傳輸、供熱和回灌等過程；運(yùn)行治理階段主要包括動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備維護(hù) 和人員治理。淺層地溫能的開發(fā)利用過程淺層地溫能開發(fā)利用主要有地下水源熱泵和土壤源熱泵兩種方式。熱泵機(jī)組主要由壓縮機(jī)、冷凝器

3、、蒸發(fā)器、膨脹閥、調(diào)整閥把握系統(tǒng)和換熱器組成，在能量轉(zhuǎn)換時(shí)需要消耗肯定的關(guān)心能量，在壓縮機(jī)和機(jī)組內(nèi)部制冷劑共同作用下，從環(huán)境中吸取低品位熱 能，然后轉(zhuǎn)換為高品位熱能釋放至循環(huán)介質(zhì)中加以利用。地下水源熱泵系統(tǒng)的熱源為地下熱水，冬季熱泵機(jī)組從生產(chǎn)井供給的地?zé)崴形崃浚岣邿崮芷肺缓?，?duì)建筑物供暖， 取熱后的地?zé)崴毓嗟叵拢幌募緞t生產(chǎn)井與回灌井交換，將室內(nèi)余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，實(shí)現(xiàn)降溫或制冷。土壤源熱泵系統(tǒng)的原理與地下水源熱泵系統(tǒng)大體一樣，區(qū)分在于前者的熱源為土壤。由于土壤源熱泵系統(tǒng)和大局部地下水源熱泵系統(tǒng)都為能量循環(huán)利用模式，即只取熱不取水，所以淺層地溫能整個(gè)開發(fā)過程中對(duì)環(huán)境的影響相對(duì)較小，主

4、要是熱泵機(jī)組運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲，以及勘查、鉆井過程中占用場(chǎng)地造成的生態(tài)破壞和土壤擾動(dòng)等環(huán)境問題。深層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用過程深層地?zé)崮荛_發(fā)利用 可分為直接利用和間接利用兩種方式。間接利用主要指發(fā)電，用于發(fā)電的地?zé)崃黧w一般要求在甚至 以上才比較經(jīng)濟(jì)。直接利用對(duì)水溫要求相對(duì)較低， 包括供暖、洗浴和養(yǎng)殖等。地?zé)峁┡こ贪ǖ厣暇植亢偷叵戮植浚厣暇植恐饕獮榈責(zé)嵴?，其中安裝除砂器、除鐵罐、 換熱板、循環(huán)泵和補(bǔ)水箱等配套裝置，通過運(yùn)輸管道將熱能輸送給用戶；地下局部包括水泵抽水和地?zé)嵛菜毓?，受地質(zhì)條件限制，有些地區(qū)難以回灌，尾水直接或進(jìn)展多級(jí)利用后排放到城市污水管道。地?zé)岚l(fā)電工程需要安裝發(fā)電機(jī)組、凝氣器和

5、工質(zhì)泵等。地?zé)崴丛」こ瘫容^簡(jiǎn)潔，直接將地?zé)崴ㄟ^運(yùn)輸管道送往用戶，從經(jīng)濟(jì)角度考慮往往與地?zé)峁┡こ坦灿靡惶咨a(chǎn)井和局部運(yùn)輸管道，或者將地?zé)嵛菜糜谙丛　?duì)深層地?zé)崮芗僭O(shè)開發(fā)利用過程中能實(shí)現(xiàn)完全回灌，則對(duì)環(huán)境的影響較小，主要是產(chǎn)生噪聲和對(duì)大氣環(huán)境的影響； 假設(shè)不能實(shí)現(xiàn)回灌，則對(duì)環(huán)境的影響較大，尤其是對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響較大。此外，在地?zé)峁こ掏戤厱r(shí)，還須對(duì)地?zé)釓U井和廢棄裝置進(jìn)展妥當(dāng)處理。地?zé)豳Y源開發(fā)利用過程中產(chǎn)生的環(huán)境問題 地下水環(huán)境問題地?zé)豳Y源開發(fā)利用對(duì)地下水環(huán)境的影響主要表達(dá)在水質(zhì)、水位和水溫三個(gè)方面。水質(zhì)問題。 深層地?zé)崴|(zhì)因地而異，其成因打算了地?zé)崴V化度較高，往往富含微量元素和重金屬元素

6、。如圖和圖所示， 隨尾水排放、異層回灌或鉆井階段井壁套管裂開，高礦化地?zé)崴畷?huì)進(jìn)入淺部地下水并與之混合，導(dǎo)致淺部地下水水質(zhì)改 變。已有水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)說明，我國(guó)北方某些地?zé)衢_發(fā)區(qū)淺部 地下水中礦化度和含氟量較高。資源問題。深層地?zé)崮苜Y源往往埋藏深，地下熱水補(bǔ)給緩慢且補(bǔ)給量小，假設(shè)長(zhǎng) 期無(wú)回灌的持續(xù)開采必將造成地下水位持續(xù)下降，不但會(huì)造 成地?zé)崮茉翠亸?，而且?huì)導(dǎo)致地?zé)豳Y源枯竭，并產(chǎn)生地面沉 降或塌陷等一系列次生地質(zhì)災(zāi)難。熱污染問題。地?zé)崴?jīng)過 一級(jí)或多級(jí)次利用后溫度降低，但相對(duì)于地下水而言其尾水 溫度仍較高，如我國(guó)西藏羊八井熱田尾水溫度為 ，華北地區(qū)的天津、河北雄縣地?zé)嵛菜_(dá)以上 ，當(dāng)?shù)責(zé)嵛菜疂B入地下

7、后，由于其溫度較高會(huì)打破地下水原有的溫度場(chǎng)平衡，導(dǎo)致局部地下水水溫上升。大氣環(huán)境問題地?zé)崴型?、等氣體，排放到大氣中會(huì)影響四周的大氣環(huán)境。氣體對(duì)人體危害較大，濃度低時(shí)能麻痹人的嗅覺神經(jīng)，濃度高時(shí)可致人窒息而死。是地?zé)釟怏w中的主要成分，含量可高達(dá)，假設(shè)任意排放，會(huì)加劇溫室效應(yīng)。此外，熱泵機(jī)組中冷凝器和蒸發(fā)器所用的工作介質(zhì)排放到大氣中也會(huì)影響臭氧層。地?zé)峁こ淌┕み^程中的揚(yáng)塵也會(huì)影響大氣環(huán)境，揚(yáng)塵主要來自平場(chǎng)土地、打樁、挖土填方、建筑建筑物、材料運(yùn)輸和攪拌等過程，尤其在枯燥無(wú)雨的有風(fēng)天氣，揚(yáng)塵對(duì)大氣污染較嚴(yán)峻，主要表現(xiàn)為增加大氣中的總懸浮顆粒物的含量。 地表水生態(tài)環(huán)境問題地?zé)豳Y源利用過程中對(duì)地表

8、水的污染主要表達(dá)在水質(zhì)和水溫兩個(gè)方面，而受水水體水質(zhì) 和水溫的轉(zhuǎn)變將會(huì)引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題。一方面，地?zé)?水利用后仍含有大量余熱，尾水溫度甚至可達(dá)以上，地?zé)嵛菜湃氲乇硭w后，受水水體的溫度上升，這會(huì)加速水中含氮有機(jī)物分解，導(dǎo)致地表水體富養(yǎng)分化；同時(shí)有機(jī)物分解會(huì)消耗水中大量的溶解氧，導(dǎo)致水體缺氧，影響水生生物正常生長(zhǎng)；此外，地表水體水溫上升還將使水分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，水汽在垂直方向上的對(duì)流運(yùn)動(dòng)加速，水體四周土體中水分蒸發(fā)加速而造成土體失水，導(dǎo)致陸生動(dòng)植物因生活環(huán)境轉(zhuǎn)變而大量死亡或遷移，破壞了原有的生態(tài)平衡。另一方面，地?zé)崴蟹⒅亟饘俸推渌泻υ兀責(zé)嵛菜c受水水體混合后會(huì)影響受水水體水質(zhì)，

9、但影響程度在我國(guó)南北方有所差異，如福州郊縣永泰鰻魚場(chǎng)地?zé)崴B(yǎng)魚后尾水排入四周的小溪，經(jīng)監(jiān)測(cè)說明溪水中氟化物的含量?jī)H為，遠(yuǎn)小于地?zé)崴蟹锏暮?，而北京小湯山地區(qū)的地?zé)嵛菜苯优欧湃胨闹艿暮J河，河水中氟的含量由增加到。這主要是由于我國(guó)南方雨水充分且河水流量大，有限的地?zé)崴湃胨w后由于降雨和流淌水的稀釋作用，氟和其他溶解性有害元素的含量明顯降低，其影響不顯著；在我國(guó)北方利用地?zé)崴┡饕性诙?，該季?jié)尾水排放量大且河水量較少，這會(huì)導(dǎo)致有些地方 的地?zé)崴欧帕颗c河水量幾乎相當(dāng)，此種狀況下地表水體受 污染的程度相對(duì)較大。而受水水體水質(zhì)的轉(zhuǎn)變則會(huì)影響到魚 類及微生物等的生存。另外，在地?zé)豳Y源

10、開發(fā)勘查與評(píng)價(jià)階 段，以及鉆井過程和地?zé)嵴窘⑦^程等都會(huì)占用場(chǎng)地，破壞 四周的植被，從而影響所在地棲息動(dòng)物的生活環(huán)境。土壤環(huán)境問題地?zé)崴械V化度較高，隨著尾水或農(nóng)業(yè)澆灌用水而進(jìn)入土壤，使土壤溶液濃度增高，其濃度到達(dá)肯定程度后，會(huì)導(dǎo)致植物根系吸水困難，甚至?xí)麥缰参矬w內(nèi)水分反滲現(xiàn)象。此外，土壤中鹽分增加，會(huì)影響微生物活動(dòng)，如硝化細(xì)菌、根瘤菌等，致使土壤中養(yǎng)分不能有效轉(zhuǎn)化為植物可直接利用的成分，這均會(huì)造成農(nóng)作物減產(chǎn)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，高礦化度地?zé)嵛菜L(zhǎng)期排放，使鹽分在土壤中日漸積存，尤其在蒸發(fā)猛烈的干旱地區(qū)，會(huì)造成土壤鹽漬化。 地?zé)豳Y源開發(fā)利用也會(huì)引起地溫變化從而導(dǎo)致一系列環(huán)境 問題。淺層地表范圍內(nèi)

11、地溫受地下水影響較大，當(dāng)?shù)叵聼崴诮乇磉\(yùn)動(dòng)時(shí)，由于其熱導(dǎo)率和熱容量均很大，很簡(jiǎn)潔影響和把握巖土層溫度，使地溫保持在較低的溫度水平上，并處于平衡狀態(tài)。當(dāng)?shù)叵聼崴梢鹚淮蠓认陆禃r(shí)，淺層土體因失去了水的動(dòng)態(tài)把握與調(diào)整作用而使得原有的地 溫動(dòng)態(tài)平衡被打破，地溫上升。而地溫上升將會(huì)導(dǎo)致土壤熱污染，進(jìn)一步導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)、土壤農(nóng)藥污染加劇 等環(huán)境問題。另外，淺層地溫能開采階段地埋管的鋪設(shè)和深 層地?zé)崮荛_采階段的鉆井過程均會(huì)造成土壤擾動(dòng)，在地埋管 四周，土壤與外界長(zhǎng)期的熱量交換過程會(huì)引起局部土壤溫度 發(fā)生轉(zhuǎn)變，而土壤溫度的轉(zhuǎn)變會(huì)進(jìn)一步影響到微生物及動(dòng)植 物的生存。地質(zhì)災(zāi)難問題長(zhǎng)時(shí)間大量抽取地下熱水而

12、無(wú)回灌，必將導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降，孔隙水壓力減小，有效應(yīng) 力增加，致使土層壓密或蓋層裂開，引起地面沉降，在巖溶 地區(qū)還可能會(huì)導(dǎo)致地面塌陷。如西蘭懷拉基地?zé)崽?，?年內(nèi)地面沉降量為，影響范圍達(dá)，并且還發(fā)生了水平位移。地?zé)豳Y源往往位于現(xiàn)代火山和近代巖漿活動(dòng)區(qū)域或近代地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活潑地區(qū)，地?zé)豳Y源開發(fā)利用大局部是在區(qū)域地震活動(dòng)性強(qiáng) 的地帶進(jìn)展的，大量開采地下熱水轉(zhuǎn)變了地下應(yīng)力場(chǎng)，可能 誘發(fā)地震。世界上很多地?zé)崽锼闹芤呀?jīng)觀測(cè)到低于里氏級(jí) 的稍微地震，而我國(guó)地?zé)崽锒嗄暧^測(cè)結(jié)果顯示開發(fā)利用地?zé)?資源對(duì)地震影響微乎其微，由于開采地?zé)豳Y源而引發(fā)的明顯 地震格外少，即使有也格外稍微，不會(huì)對(duì)地面造成很大影響，但考

13、慮到開發(fā)時(shí)間尺度問題，在將來更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是否會(huì)引發(fā)較大震級(jí)的地震活動(dòng)尚不確定。另外，在 高溫水熱區(qū)，對(duì)淺層熱儲(chǔ)進(jìn)展地?zé)徙@探過程中由于壓力的突然降低將會(huì)誘發(fā)水熱爆炸，如年月西藏羊八井 地?zé)崽锞l(fā)生猛烈水熱爆炸。其他環(huán)境問題地?zé)衢_發(fā)利用過程中的噪聲污染主要來自各種施工機(jī)械和車輛運(yùn)輸產(chǎn)生的噪聲。施工過程中不同階段會(huì)使用不同的機(jī)械設(shè)備，使施工現(xiàn)場(chǎng)具有強(qiáng)度較高、無(wú)規(guī)章、不連續(xù)等特點(diǎn)的噪聲。噪聲強(qiáng)度與施工機(jī)械的功率、 工作狀態(tài)等因素有關(guān)，而實(shí)行肯定的防治措施，如根底減振、 隔聲窗等，可將噪聲污染降低甚至避開。我國(guó)地?zé)崴蟹科毡檩^高，此外還含有砷、鉻、鉛等元素，這些元素會(huì)在魚體和農(nóng)作物中富集，并通過食物鏈

14、進(jìn)入人體進(jìn)而影響人類安康。另外，地?zé)嵛菜欧藕笤谙滤捞幊Ｄ瓯３州^高溫度， 使蚊子、蒼蠅和臭蟲終年不斷，不僅影響四周居民生活，還可能增加傳染病傳播的時(shí)機(jī)，增加發(fā)病率。地?zé)崽飪?nèi)分布有大面積的熱水沼澤、噴氣口和溫泉等地?zé)岬刭|(zhì)景觀，大量開采地?zé)崴畷?huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，甚至?xí)惯@些地?zé)岬?質(zhì)景觀消逝。防治措施為了避開地?zé)豳Y源開發(fā)利用過程中的環(huán)境問題，需要以 地?zé)嵯到y(tǒng)理論為指導(dǎo)，將資源環(huán)境經(jīng)濟(jì)作為一個(gè)整體系 統(tǒng)，實(shí)行以防為主，進(jìn)展統(tǒng)一部署、統(tǒng)一規(guī)劃和綜合治理。 具體防治措施如下：政府相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控與治理，嚴(yán)格 地?zé)峁こ痰膶徟贫龋瑥?qiáng)調(diào)地?zé)豳Y源開發(fā)過程中的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和回灌系統(tǒng)建立以及綜合開發(fā)利用，使地?zé)豳Y源能

15、夠合理有 序地開發(fā)利用，削減盲目開采對(duì)地?zé)豳Y源造成的鋪張以及過 量開采所導(dǎo)致的潛在地質(zhì)災(zāi)難影響的積存。加強(qiáng)地?zé)豳Y源勘 查、開發(fā)和保護(hù)中的關(guān)鍵技術(shù)爭(zhēng)辯，如加強(qiáng)地?zé)嵛菜毓嗉?術(shù)和地?zé)嵛菜幚頎?zhēng)辯；強(qiáng)化熱能利用效率和傳熱管道保溫 措施，降低地?zé)嵯暮臀菜疁囟龋桓倪M(jìn)地?zé)徙@井、綜合開發(fā) 利用和地?zé)岱栏确矫娴募夹g(shù)，提高地?zé)豳Y源的綜合利用效 率和經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益。針對(duì)不同的環(huán)境問題，以“預(yù)防為主，防 治結(jié)合”為原則，逐個(gè)擊破，將問題最小化，并針對(duì)具體環(huán)境 問題實(shí)行適宜的解決方案：針對(duì)熱污染，承受梯級(jí)屢次利 用，如利用地?zé)嵛菜B(yǎng)殖、洗浴或溫室種植和尾水回灌，但 是值得留意的是，回灌對(duì)地層條件有肯定要求，同時(shí)由

16、于地 熱尾水溫度的轉(zhuǎn)變使某些礦物質(zhì)發(fā)生沉淀，會(huì)對(duì)熱儲(chǔ)層或回 灌井造成破壞；針對(duì)生態(tài)環(huán)境問題，鉆井完成后要準(zhǔn)時(shí)恢 復(fù)當(dāng)?shù)刂脖患凹訌?qiáng)尾水回灌，不能回灌的地區(qū)則實(shí)行必要的 地?zé)嵛菜幚泶胧?，如可在寬闊農(nóng)村地?zé)釁^(qū)利用水生植物系 統(tǒng)凈化地?zé)嵛菜?，而凈化后到達(dá)農(nóng)田澆灌標(biāo)準(zhǔn)的尾水用于農(nóng) 業(yè)澆灌；針對(duì)大氣環(huán)境問題，地?zé)嵴羝袑?duì)環(huán)境影響較大 的為、氣體，可承受物理或化學(xué)的方法將其去 除，如用蒸汽轉(zhuǎn)化法、燃燒法、生產(chǎn)商業(yè)性硫等方法去除 ，通過地?zé)峋羝謩e生產(chǎn)商業(yè)性的用于溫室蔬 菜栽培，此外為了削減施工過程中大氣中的揚(yáng)塵應(yīng)準(zhǔn)時(shí)清理堆放在場(chǎng)地上的棄土、棄渣，不能準(zhǔn)時(shí)清運(yùn)的要適 時(shí)實(shí)行灑水等措施進(jìn)展滅塵；針對(duì)噪聲環(huán)境

17、問題，井場(chǎng)選 址應(yīng)盡量避開學(xué)校教學(xué)樓區(qū)和居民區(qū)，施工單位應(yīng)優(yōu)先選用 低噪聲機(jī)械設(shè)備或自帶隔聲和消聲設(shè)備。結(jié)論地?zé)豳Y源是一種干凈可再生能源，與傳統(tǒng)的化石能源相 比具有清潔環(huán)保、可循環(huán)再生等特點(diǎn)，但在其開發(fā)利用過程 中仍會(huì)對(duì)環(huán)境造成肯定影響。如地?zé)嵛菜欧旁斐傻叵滤?地表水污染，鉆機(jī)及其他設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生噪聲污染， 地埋管鋪設(shè)造成土壤擾動(dòng)，地?zé)崴h(huán)過程中導(dǎo)致局部地溫 上升等，這些問題隨著時(shí)間的積存進(jìn)而會(huì)引發(fā)生態(tài)破壞和地 質(zhì)災(zāi)難，如地面沉降、地裂縫等。對(duì)此，可實(shí)行地?zé)嵛菜?灌、先進(jìn)的消聲設(shè)備以及合理規(guī)劃等措施，將地?zé)豳Y源開發(fā) 利用過程對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響最小化，從而保證地?zé)豳Y源 的可持續(xù)利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏。但是尾水 回灌對(duì)地質(zhì)條件有較高的要求，有些地區(qū)易于回灌，回灌率 可達(dá)，