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水 利 学 报

２０２２年 ５月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 ５期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）０５ － ０６２１ － １０

浅层地热能不同开发方案对深层地下淡水咸化效应研究

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李 兆 ，骆祖江 ，杨 璐 ，胡 颖 ２
（１．河海大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 ２１１１００；
２．江苏省地质工程勘察院，江苏 南京 ２１１１０２）

摘要：为了保证浅层地热能可持续开发，同时控制深层承压淡水咸化，需评价浅层地热能开发对深层地下水咸化
控制效应。基于地下水渗流、热量运移和溶质运移理论，以江苏省地质工程勘察院（南通分院）地下水源热泵系统
为研究对象，建立松散孔隙地下水系统渗流—热量运移—溶质运移多场耦合数值模型，模拟预测了第Ⅰ承压含水
层浅层地热能开发过程中地下水系统水位、温度、水化学浓度的演化规律，通过增大利用温差和减小夏季灌采比
优化浅层地热能开发利用方案，定量评价增大利用温差和减小夏季灌采比对热贯通和深层地下淡水咸化的控制效
应。结果表明：增大利用温差和减小夏季灌采比能有效缓解热贯通和深层淡水咸化的发展趋势，增大利用温差对
深层地下淡水咸化的控制效应更为显著，减小夏季灌采比对热贯通的控制效应更为显著。
关键词：地下水源热泵；咸水入侵；多场耦合；数值模拟
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２１１１１９
中图分类号：Ｐ６４１

１ 研究背景

淡水是人类生产、生活不可缺少的资源，我国 ６５５个城市中超过 ４００个以地下水作为饮用水源，
然而大量研究显示滨海地区地下淡水资源有咸化的趋势 ［１ － ２］ ，地下淡水资源正在受到威胁，为了进一
步保护地下淡水资源，咸水入侵防控成为了当今地下水科学研究的热点。
研究认为地下水开采导致地下水位下降，咸、淡水分界面向内陆侵袭是导致地下水咸化的主要原
因 ［３ － ４］ ，在滨海地区开展诸多关于海水入侵的研究 ［５ － ７］ 。然而很多滨海地区地下水受沉积环境影响，
天然状态下水质较差，特别是在孔隙地下水常呈现 “上咸下淡” 的格局，即浅部含水层贮存咸水，深
部含水层贮存淡水 ［８］ ，周慧芳等 ［９］ 就南通地区地下水咸化进行了系统研究，提出淡水咸化原因有海水
入侵、水—岩作用和浅部咸水越流入侵。Ｍａ等 ［１０］ 针对浅部咸水越流入侵深部淡水这一问题，提出适
量开采浅层地下咸水，减小与深层淡水之间的水力梯度，以缓解深部淡水咸化，为咸水入侵防控提供
新的思路，但是开采浅部咸水如何利用成为了新的问题。
近年来我国大力发展浅层地热能以实现清洁取暖、节能减排，浅层地热能的开发利用可以有效解
决浅层咸水的利用问题。地下水源热泵系统因其造价低、换热功率高而被广泛使用 ［１１］ ，过去针对地下
水源热泵系统的研究大多是针对热量运移 ［１２］ ，而关于地下水源热泵系统运行对地下水水质影响的研究
较少，ＤｅＫｅｕｌｅｎｅｅｒ等 ［１３］ 曾就滨海地区利用地下水源热泵系统控制海水入侵，并就不同抽、灌井布井
方式进行研究，但是没探讨地下水源热泵系统应用对浅部咸水入侵深部淡水的影响。
本次研究基于地下水渗流、热量运移和溶质运移理论，以江苏省地质工程勘察院（南通分院）科研

收稿日期：２０２１ － １２ － ２１；网络首发时间：２０２２ － ０５ － １１
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０５１１．１００８．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：中央高校基本科研业务费专项项目（Ｂ２２０２０１０３９）；江苏省与南通市合作项目（南通市城市地质调查项目）
作者简介：李兆（ １９９０ － ），讲师，博士，主要从事水文地质、环境地质研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｌｉｚｈａｏ１９９０＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通讯作者：骆祖江（１９６４ － ），教授，博士，主要从事水文地质、地热地质研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｌｕｏｚｕｊｉａｎｇ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
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