地热资源开发利用产生的主要环境问题及保护措施
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摘要：地热是来自地球内部的一种自然能源，具有水资源和矿产资源双重属性，它是一种可再生资源，应用广泛、易于开发、费用低廉，可应用于工业、农业与人民生活等多个领域。地热资源的开发对充分利用清洁能源、缓解当今世界能源紧张问题、发展循环经济有重要意义。但随着对地热水利用范围和规模的日益扩大,开采量急剧增加,从而在利用过程中和利用后产生了诸如地面沉降、热污染、大气污染、水体污染、土壤污染等一系列主要环境问题。本文分析了地热水开采利用、排放所产生的环境问题,并提出了防治这些问题的五项环境保护措施。只有采取有力的保护措施，地热能才能成为真正的“清洁能源”，从而实现其可持续发展。
关键词：地热水；地质环境问题；环境污染问题；保护措施
中图分类号：P314文献标识码： A
一、地热资源分布及利用
我国蕴藏着丰富的地热资源[1] ,遍布30个省市和自治区,其中温泉出露最多的省是、云南、台湾、广东和福建,约占全国的二分之一以上,其次是辽宁、山东、山西、湖南、湖北、河北和四川等省,每省温泉数都在50处以上。
地热水作为新能源中唯一的地下矿藏，它广泛应用于工业、农业与人民生活。
二、地热水利用产生的主要环境问题
1、对地质环境的影响（地面沉降）
近几十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、地下水等直接导致了地面沉降，其中过量开采地下水是引起地面沉降的主要原因。如果超量开采地下热水引起水位下降[ 2 ] , 必然要引起热储层的压缩变形而导致地面沉降。羊八井地热田1983～1991年的监测结果显示, 热田南区地面沉降达276.16mm。天津塘沽、大港的地热开采造成的地面沉降约为6～10mm/a[ 3]。西安、昆明城区的地热开发也引起局部地区地面沉降，造成地面塌陷、房屋开裂等严重地质环境问题。
2、热污染
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，尾水的温度甚至仍能达到40℃，如北京延庆和天津等地。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。热污染的主要危害在于：一是使水中缺氧，水体更易发生富营养化，水生生物大量繁殖。二是随着水体温度的升高，会影响水生生物的正常生活、发育、繁殖，改变局部地区的生态环境。如北京某大学在地热尾水的排放过程中，由于排放尾水温度达45℃之高，严重损害了该校污水处理厂的活性污泥，大大降低了活性污泥的处理能力，同时对周围的清河造成了局部的水体污染。三是水温的升高会使水分子热运动加剧，使水面上的大气受热膨胀而上升，加强了水汽在垂直面上的对流运动，从而导致液体蒸发加快，使陆地上失水增多，这对缺水地区尤其不利。
3、大气污染
地热水在排放过程中，H2S和CO2气体会排放到大气中，从而影响周围的环境。H2S气体对人体危害较大，浓度低时能使人恶心、呕吐和头痛，浓度高时可引起人的肺水肿、神经刺激症状及呼吸停止。较高H2S含量一般发生在高温地热田中、温泉浴室及井口周围。CO2有一定的窒息作用，最主要的是其对气候的温室效应。
4、水体污染
地热水的水质是影响环境的主要因素, 由于温度对溶滤作用的影响, 地热水中氟化物、硫化物、氯化物、矿化度远比一般地下水高。未加处理的地热尾水直接排放会污染地表水或浅层地下水。我国地热水对地表水的污染在南北方的表现有一定的差别。南方雨水多，河水流量大，有限的地热水排入河水后，经河水稀释后，对河水影响不明显；北方降水和地表水少，受污染程度高。如河北省固安县的霸25井, 由于地热水的长期排放, 导致附近饮用水水源地的井水变为苦咸水[4]。此外, 过量开采地热水造成地下水水位大幅度下降, 会造成浅部污染源从地下水位降落漏斗区直接进入深层基岩水体, 沿海地区还可能引起海水入侵。
5、对土壤和农作物的影响
地热水的矿化度一般比较高，渗入土壤后大量的盐类容易造成土壤板结和盐碱化，影响作物的生长。另外地热水含有一些有害成分和污染物,其中最重要的是氟。使用后的高氟地热水(地热尾水)长期排放,会引起附近地区土壤或农田污染。例如河北省河间县马16井因尾水长期渗入农田,使耕地变成荒地,不得不向农民赔款。土壤中氟含量的增多是否影响农作物的品质目前还不能定论[8] ,但是广东丰顺县研究结果表明高氟地区的农作物、蔬菜中氟含量高于低氟地区。
三、地热开发利用过程中的环境保护措施
为了合理开发利用和保护地热水资源,保障其持续利用,可以采取如下相应的保护措施:
(1)对地下热水资源进行勘查评估与管理。国家应制定相应法律、法规，把地热资源作为矿产资源进行严格管理，科学规划、合理开采，才能实现地热资源的可持续利用，才能确保开采活动不带来负面环境影响。
(2) 加强地下热水动态和地面沉降监测,建立完善的地下热水动态监测网络系统。对地热井的流量、水位、水温及水质进行每旬监测一次，并对往期监测数据进行比对分析，及时了解本区域地热资源的动态情况。
(3)采用人工回灌技术。此技术目前被认为是各个国家普遍应用经济有效的处理方法。地热尾水回灌，不仅可以人为地加快地下热水的补给速度或增加补给水量，而且还能保持热储流体的压力稳定，地热井的水量稳定，消除地热尾水对环境的影响，可延长地热资源的开发利用寿命，实现可持续利用。
(4) 对于热污染,控制和解决的方法较多。最好的方法是尽量采用梯级多次利用热资源来提高地热水的利用率,同时降低排放尾水的温度。如北京市北苑家园六区采用了地热梯级利用技术，该技术是将高温的地热水分多级利用，地热水经板换换热后的二次测温度能够满足供暖需求时可直接供暖，不满足需求时用水源热泵提升后再供暖。也可以通过回灌的方法,但需对尾水进行处理,使之符合回灌水的水质要求,不造成二次污染。
(5) 在地热尾水排放前进行处理。就目前北京地区而言，有地热井300多口，而现有回灌井仅有50余口，每年有大量地热尾水需要排放，因此尾水处理显得尤为必要。在地热尾水排放以前，应根据其尾水的水质情况，采用经济有效的地热废水处理工艺，净化废水，达到相应的废水排放标准，防止水体污染。
四、结论
地热开发可能引起地面沉降、热污染、大气污染、水体污染、土壤污染等一系列主要环境问题，所以在地热开发利用中必须引起高度重视，并采取有力的保护措施，地热能才能成为真正的“清洁能源”，从而实现地热能开发利用的可持续发展，充分发挥地热能的社会效益、环境效益与经济效益。
参考文献:
[1] 黄尚瑶.火山温泉地热能.北京:地质出社，1986，140～141.
[2] 李莲花,张建斌.地热水资源开发引起的环境问题分析.地下水, 2004，26 [3]: 194～195.
[3] 贺玉龙，杨立中，熊春梅.地热开发过程中的主要工程环境问题.环境与可持续发展.2008,（5）:42～44.
[4] 汪集，马伟斌，龚宇烈等.地热利用技术.北京:化学工业出版社，2005.