王洪彦，杨 娜，鞠 霞

(河南省第一地质勘查院，河南 南阳473003)

南阳市区浅层地热能的分布利用条件

王洪彦，杨 娜，鞠 霞

(河南省第一地质勘查院，河南 南阳473003)

分析南阳市区浅层地热能资源分布规律，对编制开发利用规划，科学利用浅层地热能，对市区内进行地埋管地源热泵换热系统和地下水热泵系统适宜性分区，同时对区域浅层地热能进行评价，为南阳市城区浅层地热能缓解协调发展，可持续利用及发展规划提供依据。

浅层地热能;富水性;排泄条件

近年来，随着国家加大建设:“资源节约型，环境友好型”社会力度，突现国家节能减排目标。浅层地热能是一种清洁、廉价、丰富、可再生的新兴能源，它具有资源的基本属性和特性。我国地源热泵的兴起带动了浅层地温的开发与利用，不断被建筑行业接受和重视。温家宝总理多次强调:“浅层地温能源丰富宝贵，要重视保护工作，合理开发利用。”南阳市位于河南省西南部。地理位置为南阳盆地中北部，全境东西长16.25 km，南北宽16 km，总面积174 km2，建城区面积约20 km2，郊区面积约154 km2。本文介绍了南阳市区浅层地热能资源分布规律，对编制开发利用规划，科学利用浅层地热能，对市区内进行地埋管地源热泵换热系统和地下水热泵系统适宜性分区，同时对区域浅层地热能进行评价，为南阳市城区浅层地热能缓解协调发展，可持续利用及发展规划提供依据。

1 水文地质条件

研究区第四系地层发育，主要为一套冲积、洪积、冲洪积、坡积及冰积相松散地层，地下水赋存条件基本良好。区内，东部平原浅层地下水一般埋藏在60 m以上，而西部岗区，由于中更新统地埋藏浅、出露高，浅层地下水一般埋藏在5～25 m以上。根据地貌和地层岩性的不同，对本区含水层特征，分东部白河冲积平原含水层和西部垄岗含水层来阐述。

东部白河冲积平原含水层:该含水层由全新统和上更新统冲积层及中更新统冲洪积层组成。岩性为含砾卵石中粗砂、中细砂、砂砾卵石和含泥质砂砾石组成。总厚度在6～54 m。由于新构造运动和地貌部位的差异，形成西薄东厚、北薄南厚的沉积规律。如平原中东部王府以西到牛王庙间，含水层厚大厚度可达54 m，西部桐树庄和岗区交接地带，含水层厚度由15 m逐渐变成6 m;平原北部油泵油咀厂和达士营，含水层厚度分别只有12 m和24 m，平原南部的唐湾和赵庄，含水层厚度分别为18 m和48 m。

含水组的颗粒组成，由东向西总的规律是由粗变细，由东部白河漫滩区的粗砂砾卵石，至西部二级阶地后缘渐变为中细砂。

含水组垂直方向的变化规律是:上部全新统和上更新统的冲积层，结构疏松，含泥量少，颗粒纯净，级配比较均一;下部中更新统的冲洪积层，结构较密实，且含泥量多(一般为10% ～30%)，颗粒级配不均一，有时渐变为粘土含砾石。

西部垄岗含水层(包括坡积裙):该含水层由中更新统洪积层、中上更新统坡积层及上更新统冲洪积层组成，岩性主要为粘土、亚粘土，含钙质和铁锰质结构，坡积层亚粘土中尚含碎石。该类土层上部，除钙质结核密集部位裂隙不发育外，一般垂直节理及胀缩土的瓣状裂隙比较发育，地下水属粘性土裂隙水类型。含水层厚度与节理裂隙发育的深度密切相关，一般垄状岗地及其边缘，裂隙深度较岗间洼地为大，含水层厚度一般在5～15 m，其厚度略有北厚南薄、岗顶厚洼地薄的规律。

2 富水性分区

由于含水层的岩性、厚度、地下水的埋藏深度及补给条件的不同，含水层的富水性也有很大的差异。根据含水层不同部位的导水性能(导水系数)和单位涌水量(q)的大小，将本区含水层的富水性分为五个区，现分述如下:

2.1 潜水极富区

该区在白河北岸，主要分布在市区东北的白河漫滩、一级阶地、二级阶地与南部一级阶地的东部部分和袁庄—王府一线东南的白河漫滩区。在白河南岸，分布在柳林庄—小盆窑一线以北的白河漫滩区、一级阶地和二级阶地的前缘部分。主要形状大体呈以拉长的“S”形，面积约33.3 km2。占市区白河冲积平原面积的35.9%。含水层岩性，主要为砾卵石粗砂和砂砾石，含水层厚度在25～50 m之间，渗透系数在40～100 m/d之间，导水系数1 000～2 500 m2/d，给水度0.1～0.3，单位涌水量 30 ～60 m3/h·m，平均 49.77 m3/h·m［据32个井(孔)资料］，地下水埋深3～10 m。该区除受大气降水补给外，白河在漫滩区的侧渗补给也较可观。该区除温凉河口以下沿河地段水质较差外，大部分地区水质良好，开采方便，是城市开采地下水的最佳布井区。

2.2 潜水丰富区

该区在白河北岸，主要呈带状分布在二级阶地与一级阶地的中产和袁庄—王府一线西北的一级阶地部分。在白河南岸，分布在柳林庄—小盆窑一线以南的白河二级阶地部分，面积约37.0 km2，占市区白河冲积平原面积的39.8%。含水层岩性，主要为砂砾石，含水层厚度一般在15～44 m之间，局部 地段达50 m，渗透系数在40～100 m/d之间，导水系数600～1 000 m2/d，给水度 0.1 ～0.3，单位涌水量 15 ～30 m3/h·m，平均 23.84 m3/h·m，地下水埋深5 ～15 m。该区主要接受大气降水补给，此外，在白河北岸东部与南部的一级阶地区，沿接受白河部分侧渗补给。

3.3 潜水中等区

该区主要分布在白河北岸二级阶地与一级阶地的西段。另外，在潜水丰富区的石油化工厂地段呈岛状出现)，面积约22.6 km2，占市区白河冲积平原面积的24.3%。含水层岩性，主要为中粗砂、中细砂含砾卵石，含水层厚度一般在5～25 m，而岛状分布区含水层厚度在30～42 m，渗透系数在40～80 m/d之间，导水系数 300～700 m2/d，给水度 0.1～0.25，单位涌水量 5 ～15 m3/h·m，平均 10.86 m3/h·m［据12个井(孔)资料］，地下水埋深2～4 m。该区主要接受大气降水补给。

2.4 潜水贫水区

该区主要分布在西部岗区十二里河和梅溪河的宽浅洼谷地中，以及垄岗与东部平原交接的斜坡地带，面积约30.5 km2，占垄岗区面积的面积的37.6%。岩性主要为亚粘土，含钙质结核和铁锰质结核，瓣状裂隙比较发育，地下水主要为粘性土裂隙水，在洼地上游局部地段在洛阳铲孔揭露，在亚粘土层下，有少量亚砂土和薄的砂层，含水层厚度一般在5～10 m，渗透系数在2～3 m/d，导水系数6～12 m2/d，给水度一般在0.067以下，单位涌水量3～5 m3/h·m，平均 4.86 m3/h·m［据12个井(孔)资料］，地下水埋深2～4 m。该区主要接受大气降水补给。

2.5 潜水极贫区

该区主要分布在焦枝铁路以西，除上述贫水区以外的广大垄岗区，以及独山周围的坡积裙，面积约50.6 km2，占垄岗区面积的62.4%。岩性，垄岗区为粘土，含钙 铁锰质结核，独山周围为亚粘土，含 鲺质结构和碎石。土层上部裂隙比较发育，纯属粘性土裂隙水，含水微弱，含水层厚度爱季节和降水影响很大，一般在8～15 m，渗透系数在1～2 m/d，导水系数7～30 m2/d，给水度一般小于0.05，单位涌水量小于3 m3/h·m，平均为 1.5 m3/h·m［据 25 个井(孔)资料］，地下水埋深，除垄状岗地旱季有大于5 m者外，一般均小于5 m，该区接受大气降水补给。

应当指出的是，分布在市区东北的独山基岩裂隙水，由于分布面积小(约2 km2)，含水微弱(据独山脚下泉水流量测定，一般日流量为28～30 m3)，未专门划区，与粘性土裂隙水合并考虑，仍属潜水极贫区。

3 浅层地下水水质特征

该区浅层地下水一般为无色、无嗅、无味、透明，水温为17.5℃ ～18℃，属冷水。PH 值在 6.5 ～8.0 之间，基本属中性水。总硬度绝大部分地区在7.9～12.0德国度之间，属微硬水。唯在城区分布有10～20德国度的微硬—硬水。浅层地下水，大部分地区由于埋深浅，地表岩性疏松，地下径流条件较好，加之区内雨量较为充沛，大气降水、地表水(特别是东部平原)、地下水交替活跃，所以含盐量较低，总矿化度一般在0.2～0.4 g/L之间，唯 在城区，由于 地下水受到污染，总矿化度增高为0.56 g/L，均属淡水。

研究区浅层地下水出现了四种不同的水化学类型。可以看出，浅层地下水化学类型在地貌、岩性及水文地质条件控制下，呈现由东南向西北的明显分布规律。

1)重碳酸钙型水:该类型水主要分布在白河北岸市区东边的漫滩区，以及白河南岸一级阶地后缘和二级阶地的前缘部分，面积约17.7 km2。含水层岩性为中粗砂和砂砾卵石层，渗透性良好，地下水埋藏浅。直接接受白河侧渗补给和大气降水的垂向入渗补给，水闪零星强烈，总矿化度一般小于 0.2 g/L。

2)重碳酸钙镁型水:该类型水主要分布在白河北岸的一级阶地和二级阶地的大部分地区，以及白河南岸一级阶地前缘和赵庄一带，面积约41.5 km2。含水层岩性砂砾卵石，渗透性良好，该区除主要接受大气降水的垂向入渗补给外，尚有上游地下不的侧向径流补给，地下水径流排泄条件良好，总故化度一般在0.2～0.4 g/L之间。

3)重碳酸钠镁型水:该类型水主要分布在西北岗区，以及白河北岸坡积裙和白河二级阶地的后缘部分，面积约94.5 km2。含水层岩性为重亚粘土，透水性能差，该区地下水埋藏浅，直接接受大气降水的垂向入渗补给，径流条件较差，但由于本区雨量较为充沛，水交零星条件较好，总矿化度一般在0.2～0.4 g/L之间，由于人类活动的影响，总矿化度略大于0.4 g/L。

4)重碳酸氯化物钙钠型水:该类型水主要分布在白河北岸南部的一级阶地区(城区的主要部分)和温凉河口以下，白河漫滩区，面积约20.3 km2。含水岩层性为中粗砂和砂确立卵石，渗透性强，地下水直接接受白河的侧涌补给和大气降水的垂向入渗补给，水交零星强烈，但由于该类型分布区正位于浅层地下水位的降落漏斗中心，温凉河口以下严重污染的白河段水源，不断地对其被给 ，加上城区人口、工业集中，有些污水排放不当，致使地下水受到不同程度的污染，因而在重碳酸盐型水中出现了具有混合成分的重碳酸氯化物水，总矿化度也随之增高，一般在.0.4～0.6 g/L之间。

4 潜水的补给、径流和排泄条件

潜水的补给、径流和排泄条件爱地形地貌、自然地理、水文地质有人为活动所控制。本区按东、西两具大的水文地质区分别阐述。

4.1 东部白河冲积平原潜水区

市区在白河两岸已先后形成了两下浅层地下水漏斗区，这里重点对白河北岸地下水漏斗区(约占市区平原面积84%)的补给、径流和排泄条件进行阐述。潜水的补给 :该区地下水的补给主要来自白河水的渗漏和大气降水垂直入渗，以及农田灌溉回渗与地表坑塘水的入渗和上流断面与垄岗交接带地下径流的流入五个方面。平原区，由于地下水埋藏浅，地表岩性疏松，加上本区雨量充沛，又有白河及其支流经市区。总体而方，区内大气降水、地表水、地下水交替比较活跃，有利于地下水的补给与形成。尤其白河河床与漫滩区地表岩性为中粗砂及中细砂含砾石，地下水埋深小于5 m，不仅对大气降水的入渗十分有利，而且河床和漫滩区的砂砾卵石与阶地区下伏之砂砾石层为一连通的整体，白河天然条件下的侧渗补给和开采条件下的激发补给都是极为有利的。各种补给量中以白河侧渗与大气降水入渗为主，它们占总补给量的93.80%。潜水的径流:东部平原区是一个有多年开采历史和相当开采规模的水文地质单元。经多年开采，已形成西部、北部以垄岗和独山坡积裙为界，东部、南部以白河为界的基本上封闭的地下水漏斗。区内所接受的河流侧渗补给量、大气降水入渗量、灌溉入参量和地表坑塘水入渗量转变为地下径流后，连同上游断面与垄岗交接地带地下径流流入时均向漏斗中心汇流。地下水水力坡度因漏斗的位置不同而异。其中漏斗外围的沿河开采段，水力坡度为2.4% ～2.8%;漏斗北部的斜坡带，水力坡度为1.1% ～3.4%，即地下水水力坡度主要受开采条件和开采强度控制。潜水的排泄:如上以述，本区是基本上没有出流的封闭漏斗。该区在白河沿岸漫滩带地下水位埋深有小于5 m的地段，地下水蒸发排泄，蒸发量为20.9万 m3/a。其它地区地下水水位埋深大于蒸发极限深度所以地下水的排泄主要是人工开采消耗，其次是由于中深层水的大量开采，承压水位下降，上层潜水通过一些混合开采和止水不良井孔补给了中深层水。

4.2 西部垄岗(含独山坡积裙)潜水区

潜水的补给:本区潜水的主要补给来源为大气降水的入渗，其次是岗间洼地坑塘、沟渠和水库的水体入渗补给。1989年，本区降水入渗量为1 627.11万 m3，占总补给量的96.42%;地表水入渗量为 60.50万 m3，占总补给量的3.58%。本区属走向近南北，呈东西波状起伏而向南倾斜的垄岗地形，北高南低，自然坡降为3%，区内相对高差一般5～20 m。岗区岩性为粘土和亚粘土。虽然土层上部垂直节理和瓣状裂隙比较发育，地下水位埋藏小，本区雨量充沛，但节理裂隙窄小，以表径流条件较好，对大气降水入渗补给不很有利。补给方式主要为而状垂向入渗。另外，也可以通过汇集坑塘、沟渠和水库水补给地下水。潜水径流:本区地下水以垂直运动为主，垄状岗地有向岗间洼地的侧向径流作用。潜水的排泄:岗区地下水位一般埋深2～4 m，个别点水位埋深6～8 m。垄岗区地下水的排泄方式为泾流、蒸发、开采和越流。

总之，南阳市的浅层地下主要沿白河两岸分布水埋藏丰富，补给条件良好，适宜开发水源热泵型地温空调。在岗坡丘陵地区地下水埋藏不丰富，适宜开发地埋管型地温空调对浅层地热能的利用。浅层地下水温度常年在18℃上下，地能蕴含丰富，是开发利用浅层地能的很好的条件。

TK529

B

1004－1184(2012)04－0050－03

2012－03－15

王洪彦(1964－)，男，河南南阳人，高级工程师，注册岩土工程师，研究方向:水文地质工程地质环境地质、岩土工程施工。