地热资源环境承载力评价技术规范

1地热资源环境承载力评价技术规范本文件规范了地热资源环境承载力评价的总体原则、技术思路、评价方法、成果编制与提交要求，并规定了地热资源环境承载力评价的工作流程、评价指标体系、评价方法、评价成果等。本文件适用于水热型地热资源环境承载力评价。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T11615-2010地热资源地质勘查规范DZ/T0331-2020地热资源评价方法及估算规程3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1地热资源geothermalresources能够经济地被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用组分。目前可利用的地热资源主要包括：天然出露的温泉、通过热泵技术开采利用的浅层地热能、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源。[来源：GB/T11615-2010，3.2]注：水热型地热资源是赋存于天然地下水及其蒸汽中的地热资源。3.2地热资源环境承载力environmentalcarryingcapacityofgeothermalresource在一定时期和一定空间区域内，当下资源、技术、生态环境、社会、经济条件约束下，以开发利用地热资源不破坏生态、且保持地质环境稳定为前提，区域地热资源所能支撑的最大开发规模和强度的能3.3承载本底评价evaluationofnaturalcarryingcapacity反映地热资源禀赋和环境容量优劣程度的评价。23.4承载状态评价evaluationofcarryingcapacitystate反映地热资源环境供容能力与社会经济发展匹配程度的评价。3.5承载力评价evaluationofcarryingcapacitypotential针对地热资源环境要素，基于承载本底评价和承载状态评价开展的地热资源环境可利用程度的综合评价。4总体原则地热资源环境承载力评价的目的，是为持续高效、绿色低碳、科学合理勘查开发地热资源提供基础支撑，为地热资源勘查开发决策与开发利用规划提供依据。4.2任务地热资源环境承载力评价的任务，是地热资源与地质环境调查，进行承载本底评价、承载状态评价、地热资源环境承载力评价。4.3评价原则4.3.1科学性评价指标的设置和指标的结构必须科学合理，能够正确反映地热资源环境承载力的本质，具体指标概念要清晰，具有代表性，计算方法要科学准确，表征的科学意义要明确。4.3.2可操作性地热资源环境承载力评价要应用到全省范围，考虑到不同地区的区域差异；地热资源环境承载力的影响因素复杂，评价指标要选取绝大地区数据容易获取、信息量大、指标量化难度较低、能简单直观反映资源禀赋和环境状况的指标；指标计算方法要易于操作计算。4.4评价流程4.4.1基础资料收集基础资料应收集以下内容：a)收集评价区地热资源调查评价、地热资源勘查资料。b)收集评价区地质环境调查、监测、评价资料。c)收集地热资源开发利用、规划、保护与管理等相关资料。d)收集地方社会经济现状、发展规划、人口、环境等年度统计年鉴资料。e)其他相关资料。34.4.2地热资源开发利用条件及开发利用现状分析分析评价区地热地质条件、地热资源分布数量、质量特征；分析地热资源开发利用状况及地热流体水位、水量、水温、水质等动态变化规律及控制因素；分析地热资源开发利用过程中引发的生态、环境地质问题。4.4.3评价单元划分评价单元按下列要求划分：a)一般情况下选用县级及以上行政单元，具体按地热矿权归属情况确定。b)针对之前按自然单元划分的，评价时可结合面积均分等方式划分到行政单元。c)自然单元采用Ⅳ、Ⅴ级地热构造单元，如同时埋藏多层热储，应再分层划分，最终计算结果换算到行政单元。行政单元采用县级及以上行政单元。承载本底、承载状态评价原则上以自然单元作为基本评价单元，也可表达至行政单元。承载力评价以行政区域为评价单元。4.4.4评价指标体系构建结合评价区实际情况，主要从地热资源禀赋、地质环境影响、社会经济技术条件三个方向建立指标体系，共包含10项承载本底评价指标，13项承载状态评价指标。4.4.5数据整理与补充调查数据整理与补充调查按下列要求：a)按照已建立的评价指标体系，整理原始评价数据。b)部分未能获取数据的指标可以选择近似指标代替，或者通过现场调研、补充调查等方式完成。c)对于重点区域如有必要，可对已有成果中的部分关键点位进行补充调查，用于进一步修正评价成果。4.4.6承载力评价承载力评价按下列要求：a)根据评价指标计算公式，分别开展承载本底、承载状态评价；b)结合承载本底和承载状态评价结果，形成判断矩阵进行承载力评价，形成地热资源环境承载力评价报告，报告内容遵照附录A要求编制。5评价指标体系构建地热资源环境承载力评价承载本底指标应反映资源禀赋与环境容量的优劣程度，强调数量、质量、生态并重，以保证质量、维护生态及地质环境稳定为底线；地热资源环境承载力评价承载状态指标应反映在经济发展和生态保护环境限制相协调状况下，资源适宜开发的规模和强度，强调动态变化发展趋势。从地热资源禀赋优劣、资源开发利用对地质环境影响、社会经济技术条件的角度选取相应评价指标，构建地热资源环境承载力评价指标体系。地热资源环境承载力评价指标体系，如表1所示。4表1地热资源环境承载力评价指标体系一级评价指标(O)二级评价指标(S)三级评价指标(C)承载本底承载状态地热资源禀赋地热资源数量地热资源储量地热资源热量模数地热流体可开采量地热流体可开采量（回灌条件下）地热资源品质地热资源温度热水腐蚀性评价溶解性总固体热水结垢性评价地质环境影响环境问题指标热储回灌能力大气污染地热尾水温度水污染地热流体变化趋势/地热流体静水位年下降速率/地热流体年水温变化值/地热流体水质变化情况社会经济技术条件地热开发技术水平开发利用模式地热井地热流体单位产量可供暖面积地热动态监测程度社会经济水平当地居民人均可支配收入人口密度节省污染治理费用地热井开采经济性6评价指标释义与确定方法6.1地热资源禀赋指标地热资源禀赋指标包括地热资源数量、地热资源品质两类，各具体表征地热资源赋存情况的指标释义如下：a)地热资源数量包括地热资源储量、地热流体可开采量、地热资源热量模数、回灌条件下地热流体可开采量。1）地热资源储量：指在当前技术、经济可行的勘查深度内，经过勘查工作，一定程度上查明储存于热储岩石及其空隙中所赋存的地热流体量和热量。地热资源储量的计算方法可参考GB/T11615-2010中C.2.2热储法（Volumetricmethod）。2）地热流体可开采量：指计算评价的热储中能够在当前经济技术和环境约束条件下可以开采出来的地热流体量和热量。地热流体可开采量具体计算方法可依据DZ/T0331-2020中C.3解析法。3）地热资源热量模数：指单位面积上的地热资源热量。公式：M=…………（1）式中：M—地热资源热量模数，单位为焦每平方千米（J·/km2Q—热储中储存的热量，单位为焦（J）；5A—评价区总面积，单位为平方千米（km2）。4）回灌条件下地热流体可开采量：对于实施采灌结合的地热开采地区，计算地热流体开采量可参考DZ/T0331-2020中C.3.3考虑回灌条件下地热流体可开采量计算。b)地热资源品质包括地热资源温度、溶解性总固体、热水腐蚀性评价、热水结垢性评价。1）地热资源温度：地热资源的温度分为高温、中温、低温三级，如表2所示。表2地热资源温度分级温度分级温度（t）界限/℃高温地热资源中温地热资源90≤t＜150低温地热资源热水60≤t＜90温热水40≤t＜60温水25≤t＜40注1：划分表中温度是指主要储层代表性温度。注2：引自《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615-2010），略作修改。2）溶解性总固体：指地热流体中无机盐与有机物的总含量。溶解性总固体含量越高，在开采利用过程中对环境的影响相对越大。3）热水腐蚀性评价：地热水温度较高，含有多种腐蚀性化学组分，往往对地热利用设备产生不同程度的腐蚀破坏作用。对评价区水质检测资料进行分析，当评价区地热流体氯离子含量均大于25%时，可采用拉申指数法(LI)确定其腐蚀性；当评价区地热流体氯离子含量小于25%时，可采用工业上用腐蚀系数(Kk)来确定其腐蚀性。计算方法和分级标准按照GB/T11615-2010中9.4.2腐蚀系数(Kk)计算方法、9.5.3.1拉申指数计算方法。拉申指数（LI）按下式计算：式中：Cl—热水中氯化物或卤化物浓度；SO4—热水中硫酸盐浓度；ALK—总碱度；三项均以等当量的CaCO3（mg/L）表示。当LI＜0.5，可能结垢，没有腐蚀性。LI＞0.5，不结垢，有腐蚀性。其中：LI＞10，有强腐蚀性。3.0＜LI＜10，有腐蚀性。0.5＜LI＜3.0，有轻腐蚀性。腐蚀系数（Kk）判定方法：若腐蚀系数Kk>0，称为腐蚀性水；腐蚀系数Kk<0，并且Kk+0.0503Ca2+>0，称为半腐蚀性水；腐蚀系数Kk<0，并且Kk+0.0503Ca2+<0，称为非腐蚀性水；腐蚀性系数的计算：对酸性水：Kk=1.008(rH++rAl3++rFe2++rMg2+-rHC03--rC032-)（3）对碱性水：Kk=1.008(rMg²+-rHC03¯)（4)6式中：r—离子含量的每升毫克当量(毫摩尔)数。4）热水结垢性评价：地热水中溶解了很多的矿物成分，存在着不同程度的结垢现象，地热水的结垢增加了输水系统的流体阻力，降低了热效率，严重者造成输送系统的堵塞。可参照工业上用锅垢总量（Ho）来衡量地热流体的结垢性。计算方法按照GB/T11615-2010中9.5.2锅垢总量Ho计算方法。地热流体锅垢总重量计算公式如下：式中：S—地热流体中悬浮物含量，单位为毫克每升（mg/L）；C—胶体（SiO2+Fe2O3+Al2O3）含量，单位为毫克每升（mg/Lr—离子含量的每升毫克当量数。若锅垢总量Ho＜125，称为锅垢很少的地热流体；锅垢总量Ho=125~250，称为锅垢少的地热流体；锅垢总量Ho=250~500，称为锅垢多的地热流体；锅垢总量Ho≥500，称为锅垢很多的地热流体。6.2地质环境影响指标地质环境影响指标包括环境问题指标、地热流体变化趋势两类，各具体表征地质环境影响作用的指标释义如下：a）环境问题指标包括热储回灌能力、地热尾水温度、大气污染、水污染。1）热储回灌能力：热储回灌能力直接决定了地热井回灌效果，热储回灌能力越强，地热井回灌效果越好，越有利于地热资源的可持续开发利用。热储回灌能力可用试验井的灌采比（B）来衡量，灌采比为单位回灌量与单位开采量的比值。选取评价区试验井，对试验井进行抽水试验确定该井的单位开采量；对试验井进行回灌试验，确定该井的单位回灌量，进而计算该试验井的灌采比。灌采比越高，表示试验区热储回灌能力越强。具体有关计算公式如下：回灌井的单位涌水量，计算公式：q采=…………（6）式中：q采—单位涌水量，单位为立方米每小时米[m³/(h·m)]；Q采—试验井涌水量，单位为立方米每小时（m³/h）；S降—水位降深值，单位为米（m）。回灌井的单位回灌量，计算公式：式中：q灌—单位回灌量，单位为立方米每小时米[m³/(h·m)]；Q灌—试验井回灌量，单位为立方米每小时（m³/h）；S升—水位抬升深值，单位为米（m）。7单位回灌量与单位涌水量的比值，评价回灌能力，计算公式：B=…………（8）式中：B—灌采比，无量纲；q采—单位涌水量，单位为立方米每小时米[m³/(h·m)]；q灌—单位回灌量，单位为立方米每小时米[m³/(h·m)]。2）地热尾水温度：指地热资源利用后尾水的温度。地热尾水处理后温度越低，资源承载力越好。3）大气污染：指高温地热流体中通常含有CO2、H2S等非凝气体，可能对大气造成的污染。4）水污染：指废地热流体的直接排放其中的有害组分对地表水、地下水水质造成的污染。b)地热流体变化趋势包括地热流体静水位年下降速率、地热流体年水温变化值、地热流体水质变化情况。1）地热流体静水位年下降速率：地热资源的开发利用，必定会引起地热流体静水位的变化。直接抽取利用地热流体，会造成地热流体静水位降低；地热资源利用取热不取水，取温后的低温水回灌后也会造成地热流体静水位的降低。2）地热流体年水温变化值：地热资源的开发利用，可能会引起地热流体水温的变化。地热资源开发利用会引起水温的变化越小，地热资源承载力水平越高，反之越低。3）地热流体水质变化情况：地热流体水质变化情况用主要离子变化幅度衡量。6.3社会经济技术条件指标社会经济技术条件指标包括地热开发技术水平、社会经济水平两类，各具体表征社会经济技术条件情况的指标释义如下：a)地热开发技术水平包括开发利用模式、可供暖面积、地热井地热流体单位产量、地热动态监测程度。1）开发利用模式：指利用地热资源进行发电、采暖、理疗、洗浴、温室、养殖等。按照开发利用模式分为只取热不耗水、同时取热取水、直接利用地热水。2）可供暖面积：指利用地热资源进行采暖的居室采暖面积。可供暖面积的计算方法可参照GB/T11615-2010附录F中表F.4。3）地热井地热流体单位产量：依据GB/T11615-2010中10.1.4，地热井的地热流体单位产量大小，可以确定适宜开采地区，分为：适宜开采区：地热井地热流体单位产量大于50m³/d·m；较适宜开采区：地热井地热流体单位产量50~5m³/d·m；不适宜开采区：地热井地热流体单位产量小于5m³/d·m。4）地热动态监测程度：地热动态监测应贯穿地热资源勘查、开发的全过程。对地热流体的监测包括监测地热流体压力、产量、回灌量、温度及化学组分等；对地质环境的监测包括监测地温变化、对相邻地下含水层的影响、地面沉降、对地表水的影响等。b)社会经济水平包括当地居民人均可支配收入、人口密度、节省污染治理费用、地热井开采经济1）当地居民人均可支配收入：当地居民人均可支配收入可作为衡量评价区经济发展水平的因素。评价区经济发展水平越高，对地热的需求量大，勘探开发技术及尾水治理水平高，承载力相对较强。数据来源可参考当地年度《国民经济和社会发展统计公报》。2）人口密度：人口密度也是衡量和推动评价区经济发展的因素，人口密度大的地区经济发展水平越高，对地热的需求越高。数据来源可参考《全国人口第七次人口普查报告》。83)节省污染治理费用：利用地热的节煤量、减排量、节省污染治理费用可依据GB/T11615-2010附录F中表F.1、表F.2、表F.3计算。4)地热井开采经济性：地热井开发经济性受热储埋深、水位降深、地区经济技术条件等因素制约。相同的条件下，热储埋深越浅、水位降深越小、区域经济越发达，地热井开发经济性就越好，反之经济性就越差。同时地热井开发经济性还受地热开发利用用途的制约，如果用于供暖，则地热水温度越高就相对越好；如果用于洗浴或者温室大棚，则对适宜的温度会更经济。7评价方法7.1承载本底评价根据评价区构建的评价指标系统，利用专家评分法、层次分析法赋予评价指标权重值，将系统中的每项评价指标对照评价指标分级表C.1、表C.2、表C.3分别进行分级评价，得出各评价指标等级得分值。评价指标权重值的计算方法可参照附录B，评价指标分级标准可参照附录C。承载本底评价结果划分为高、较高、中、较低、低五个等级。承载本底评价结果计算方法为：评价指标权重值×评价指标得分值，即：式中：B—承载本底评价值总分值；Ji—第i个评价指标的得分值；ai—第i个评价指标的权重；n—评价指标个数。将每项评价指标的承载本底结果进行矢量叠加计算，得到最终的承载本底结果，按表3进行评价。表3地热资源环境承载本底分级表级别高较高中较低低评价分值(85，65](65，40](40，20]7.2承载状态评价将每项评价指标的承载状态结果进行矢量叠加计算，得到最终的承载状态结果，承载状态评价结果划分为盈余、均衡、超载（轻度超载、中度超载、重度超载）五个等级，按表4进行评价。表4地热资源环境承载状态分级表级别盈余均衡超载轻度超载中度超载重度超载评价分值(85，65](65，40](40，20]7.3承载力评价结合承载本底和承载状态评价结果，构建地热资源承载力判别矩阵，将承载力等级评价结果划分为大，较大，中，较小五个等级，按表5进行评价。表5地热资源环境承载力评价表承载力等级本底评价等级高较高中较低低状态评价等级盈余大较大中较小小均衡较大中较小小小超载轻度较大中较小小小中较小较小小小重度中较小小小小（规范性）地热资源环境承载力评价报告提纲及附图附表要求地热资源环境承载力评价报告是地热资源环境承载力评价的最终成果，报告、附图及附表内容参考A.1、A.2、A.3要求编制。A.1报告编写提纲报告编写提纲包括以下内容：1.1项目背景1.2任务目的1.3研究程度1.4工作概况2工作区概况2.1自然地理2.2社会经济2.3省市县规划3地质背景3.13.23.33.43.5地层岩性地质构造地热地质水文地质环境地质4地热资源环境承载力评价4.1构建指标体系4.2评价方法4.3地热资源承载本底评价4.4地热资源承载状态评价4.5地热资源承载力评价5地热资源环境解析及规划建议5.1地热资源环境解析5.2规划建议6结论建议6.1结论6.2建议A.2报告主要附图报告主要附图包括：a)地热资源分布图及地热地质图；b)地热资源开发利用现状图；c)地热资源环境承载本底评价图；d)地热资源环境承载状态评价图；e)地热资源环境承载力评价图。A.3报告主要附表地热资源环境承载力评价工作过程所取得的单项结果数据、集成评价数据等应系统整理。a)地热地质成果资料汇总表；b)地热流体水化学特征成果汇总表；c)地热井调查成果汇总表。与报告相关的设计报告可作为报告附件提交。评价指标权重的确定方法B.1专家评分法通过征询相关专家意见，由专家组根据自身工作经验分析各评价指标对相应承载力的敏感程度，考虑反映评价的观点给出权重分值。权重分值采用百分制。经算术平均得到不同指标的权重值，然后专家组对指标权重进行现场议定，如无异议，则确定该权重值为对应的评价指标权重。B.2层次分析法层次分析法是一种将定性分析与定量分析相结合的系统分析方法，是将人的主观判断用数量形式表达和处理的方法，简称AHP(theAnalyticHierarchyProcess)。利用层次分析法（AHP）确定指标权重的具体步骤为：根据建立的评价指标体系，确定指标层次结构，建立指标判断矩阵，对各指标赋予相应的标定值，对层次单排序及一致性检验，对层次总排序及一致性检验，得到各指标的最终权重值。确定指标层次结构：根据已建立的评价指标体系，确定目标层（O）—准则层（S）—指标层（C）结构。以承载本底评价为例，评价对象为地热资源（O），第一层评价因子集合目标层O=（S1，S2，S3）=（地热资源禀赋、地质环境影响、社会经济技术条件）。第二层评价因子集合S1=（C1，C2、C3，C4）=（地热资源储量、地热流体可开采量、地热资源温度、溶解性总固体）。S2=（C5，C6）=（热储回灌能力、地热尾水温度）。S3=（C7，C8，C9，C10）=（开发利用模式、可供暖面积、当地居民人均可支配收入、节省污染治理费用）。建立判断矩阵：假设A1，A2，…，An为某一准则层S所拥有的一系列影响因素，Aij为同层因素Ai、Aj对上一层相对重要性的判断值，得到判断矩阵A=（Aij）n·n（公式B.1）。矩阵元素Aij的取值过程为：矩阵元素Aij的取值过程为：由专家结合专业知识并依据为T.L.Saaty的“19度”及其倒数的标度法，对同一层的各因子相对于上一层的某项因子的相对重要性进行打分，得出相应的标定值（见表表B.1标度方法表标定值含义标定值含义极不重要3稍显重要很不重要5明显重要不重要7重要得多稍不重要9极其重要1同等重要上述相邻判断的中间值层次单排序及一致性检验：求解出判断矩阵O-S的最大特征值λmax和相应的特征向量。当判断矩阵具有完全的一致性时，其最大特征值与矩阵阶数相等，但由于客观事物的复杂性和人们认识上的差异性，要求判断矩阵具有完全的一致性是不可能的。但数学上只要矩阵通过了一致性检验，则认为该矩阵具有一致性。一致性检验需要计算一致性指标（CI）。式中：CI—一致性指标；λmax—为最大特征值；n—矩阵阶数。查找平均随机一致性指标（RI）。1~9阶RI取值见表B.2。最后计算一致性比例（CR）。式中：CR—一致性比例；CI—一致性指标；RI—平均随机一致性指标。一般认为，当CR＜0.1时，表示判断矩阵的一致性可以接受；当CR=0.1时，表示判断矩阵具有完全的一致性；当CR>0.1时，判断矩阵的一致性不可接受，此时需对矩阵进行重新调整或构建。CR越大，判断矩阵的一致性就越差。表B.29阶内矩阵的RI值n123456789RI000.520.89层次总排序及一致性检验：通过层次总排序可得到层次结构中每一层次的不同元素相对于总目标相对重要性的综合权值，并通过计算总的一致性比例进行整个层次的一致性检验。首先，计算层次总排序的一致性指标（CI）。CI=Σ1aiCIi…………………（B.4）式中：CI—总的一致性指标；CIi—次级层次各元素判断矩阵的一致性指标；ai—次级层次对应元素的权重。其次，计算层次总排序的随机一致性指标（RI）：RI=1aiRIi…………………（B.5）式中：RI—总的随机一致性指标；RIi—次级层次各元素判断矩阵的随机一致性指标；ai—次级层次对应元素的权重。最后，计算层次总排序的一致性比例（CR）。同样，当CR＜0.1时，认为层次总排序的计算结果具有满意的一致性，可得最终满意权重值。评价指标的分级标准表地