宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能利用适宜性综合评价与发展策略研究

宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能利用适宜性综合评价与发展策略研究一、引言1.1研究背景与意义随着全球对清洁能源需求的不断增长，浅层地热能作为一种可再生、清洁环保的能源，受到了广泛关注。浅层地热能是指蕴藏在地表以下一定深度（一般小于200m）范围内岩土体、地下水和地表水中，具有开发利用价值的低于25℃的热能。它具有分布广泛、储量巨大、安全性强、可就地利用、清洁环保、高效节能等诸多优势。据测算，我国近百米内的土壤每年可采集的浅层地热能是我国目前发电装机容量4×108kW的3750倍，而百米以内地下水每年可采集的浅层地热能也有2×108kW。与传统化石能源相比，浅层地热能在利用过程中几乎不产生污染物排放，不会像利用化石燃料那样排放大量的CO2、SOX、NOx、粉尘等燃烧产物，对环境造成严重污染，引起温室效应、酸雨、土地沙漠化等问题，是实现节能减排目标的重要途径之一。宁夏沿黄河经济带是宁夏经济发展的核心区域，包括银川、吴忠、石嘴山、中卫等重点城市。这些城市近年来经济发展迅速，城市化进程加快，对能源的需求也日益增长。然而，该地区传统能源资源相对匮乏，且能源消费结构不合理，对煤炭等化石能源依赖度较高，这不仅导致能源供应紧张，还带来了严重的环境污染问题，制约了区域经济的可持续发展。因此，寻找一种清洁、可持续的替代能源，对于满足宁夏沿黄河经济带重点城市的能源需求，改善能源结构，减少环境污染具有重要意义。对宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能利用适宜性进行评价，具有多方面的重要意义。首先，有助于科学合理地规划和开发浅层地热能资源。通过评价，可以明确不同区域浅层地热能的开发潜力和适宜性程度，为政府部门制定能源发展规划、合理布局浅层地热能开发项目提供科学依据，避免盲目开发和资源浪费，提高资源利用效率。其次，有利于推动区域能源结构优化升级。浅层地热能的开发利用可以增加清洁能源在能源消费结构中的比重，减少对传统化石能源的依赖，降低碳排放，改善区域空气质量，促进能源与环境的协调发展，助力宁夏沿黄河经济带实现绿色、可持续发展目标。最后，对于促进当地经济发展和提升居民生活质量也具有积极作用。浅层地热能开发利用相关产业的发展，如地源热泵设备制造、安装与维护等，可以带动就业，促进经济增长；同时，利用浅层地热能实现建筑物的供暖、制冷，能够为居民提供更加舒适、稳定的室内环境，提高居民生活品质。综上所述，开展宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能利用适宜性评价研究迫在眉睫，具有重要的现实意义和应用价值。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外对浅层地热能的开发利用起步较早。早在1912年，瑞士的zoeny就首次提出利用浅层地热能作为热泵系统的低温热源，并申请专利。此后，随着热泵技术的不断发展，浅层地热能的开发利用逐渐受到重视。欧洲对浅层地热能的研究和应用较为深入，瑞典、德国、瑞士、英国、荷兰、挪威等国家在这方面处于领先地位。瑞典是世界上应用地源热泵最多的国家之一，其地源热泵的应用涵盖了住宅、商业建筑等多个领域。该国在浅层地热能开发利用过程中，制定了完善的技术标准和政策支持体系，促进了产业的规范化发展。德国也积极推广浅层地热能，通过政府补贴、税收优惠等政策措施，鼓励企业和居民采用地源热泵系统，使得地源热泵在德国的应用范围不断扩大。在浅层地热能适宜性评价方面，国外学者采用了多种方法。层次分析法（AHP）是一种常用的多因素决策分析方法，在浅层地热能适宜性评价中得到广泛应用。通过将复杂的评价问题分解为若干层次和因素，对各层次要素进行两两比较，确定各因素的相对重要性权重，进而进行综合评价。例如，有学者运用层次分析法，考虑地质条件、水文地质条件、环境影响等多方面因素，对某地区浅层地热能的适宜性进行评价，为该地区浅层地热能的开发利用提供了科学依据。此外，模糊综合评价法也被用于浅层地热能适宜性评价。该方法通过建立模糊关系矩阵，对多个评价因素进行综合考量，能够有效处理评价过程中的模糊性和不确定性问题。一些学者利用模糊综合评价法，结合专家经验和实际数据，对不同区域的浅层地热能适宜性进行了评估，取得了较好的效果。1.2.2国内研究现状我国对浅层地热能的开发利用始于20世纪70年代，近年来发展迅速。随着能源需求的增长和对环境保护的重视，浅层地热能作为一种清洁、可再生能源，受到了政府和社会各界的广泛关注。国内在浅层地热能开发利用方面取得了一系列成果，地源热泵技术得到了广泛应用。在北京、天津、河北、山东等地区，大量的建筑物采用了地源热泵系统进行供暖和制冷，取得了良好的节能和环保效益。例如，北京的一些住宅小区和公共建筑，通过采用地源热泵技术，实现了冬季供暖和夏季制冷的高效运行，减少了对传统能源的依赖，降低了碳排放。在适宜性评价研究方面，国内学者也开展了大量工作。王贵玲、刘云、蔺文静等对我国地下水源地源热泵应用的适宜性进行了评价，从水文地质、气象、社会经济等多个方面确定评价因素，建立了适宜性评价体系。纪轶群、叶超对北京平原区浅层地温能空间信息系统设计与实现进行了研究，通过构建空间信息系统，对浅层地温能的分布和开发利用潜力进行了分析和评价。王亚斌、张海涛、郭淑娟、刘雪松等对天津市水源热泵系统水文地质条件适宜性进行了评价，为天津市水源热泵系统的合理布局和开发提供了科学依据。徐伟、王贵玲等对中国地下水源热泵技术的适宜性进行了研究，综合考虑多种因素，提出了我国地下水源热泵技术适宜性分区的建议。1.2.3研究现状分析国内外在浅层地热能开发利用和适宜性评价方面已经取得了丰硕的成果，但仍存在一些不足之处。在评价方法上，虽然现有方法在一定程度上能够对浅层地热能适宜性进行评估，但不同方法存在各自的局限性。层次分析法在确定权重时，主观性较强，依赖专家经验；模糊综合评价法中隶属度函数的确定存在一定的随意性，可能影响评价结果的准确性。此外，现有的评价研究往往侧重于单一因素或少数几个因素的考虑，对多因素之间的相互作用和综合影响研究不够深入。例如，在评价过程中，较少同时考虑地质条件、水文地质条件、社会经济因素、环境因素等多方面因素的协同作用，导致评价结果不能全面反映浅层地热能的实际开发利用潜力。在区域研究方面，目前对宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能利用适宜性的研究相对较少。该地区具有独特的地质构造、水文地质条件和气候特征，与其他地区存在差异，现有的研究成果难以直接应用于该地区。因此，开展针对宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能利用适宜性的评价研究，具有重要的现实意义和应用价值。通过深入研究该地区浅层地热能的分布规律、开发潜力和适宜性程度，可以为当地浅层地热能的科学规划和合理开发提供有力的技术支持，促进区域能源结构的优化和可持续发展。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容研究区域地质与水文地质条件：全面收集宁夏沿黄河经济带重点城市的地质、水文地质资料，包括地层岩性、地质构造、含水层分布、地下水水位、水温、水质等信息。分析研究区地质构造对浅层地热能赋存和运移的控制作用，以及水文地质条件对浅层地热能开发利用的影响。例如，研究不同地层岩性的导热性能，以及含水层的富水性、渗透性与浅层地热能储存和传导的关系。确定浅层地热能适宜性评价指标体系：综合考虑地质条件、水文地质条件、气象条件、社会经济因素和环境因素等多方面因素，构建适合宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能利用适宜性的评价指标体系。地质条件方面，考虑地层岩性、地质构造稳定性等；水文地质条件涵盖含水层厚度、富水性、水化学特征等；气象条件关注年平均气温、降水量等；社会经济因素涉及能源需求、经济发展水平、技术水平等；环境因素包括环境容量、生态敏感性等。通过对各因素的分析和筛选，确定具有代表性和可操作性的评价指标。浅层地热能适宜性评价方法研究与应用：采用层次分析法（AHP）和主成分分析法（PCA）相结合的方法进行浅层地热能适宜性评价。利用层次分析法，将复杂的评价问题分解为目标层、准则层和指标层，通过专家打分等方式，对各层次要素进行两两比较，确定各评价指标的相对重要性权重。例如，邀请地质、水文地质、能源等领域的专家，对地质条件、水文地质条件等准则层下的各指标进行重要性判断，构建判断矩阵，计算权重。运用主成分分析法，对多个评价指标进行降维处理，将相关性较高的指标综合为少数几个主成分，减少数据的冗余性，同时保留原始数据的主要信息，然后根据主成分得分进行适宜性评价。通过这两种方法的结合，提高评价结果的科学性和准确性。评价结果分析与分区：根据层次分析法和主成分分析法的计算结果，对宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能利用适宜性进行综合评价，将研究区域划分为适宜区、较适宜区、一般适宜区和不适宜区。分析不同适宜性分区的分布规律和特点，探讨各分区浅层地热能开发利用的潜力和限制因素。例如，在适宜区，浅层地热能开发利用条件优越，可加大开发力度；而在不适宜区，需进一步研究改善开发条件的可行性或寻求其他替代能源利用方式。针对不同分区，提出相应的浅层地热能开发利用建议和规划，为当地政府和相关企业提供决策依据。1.3.2研究方法文献研究法：广泛查阅国内外关于浅层地热能开发利用、适宜性评价等方面的文献资料，包括学术论文、研究报告、技术标准等，了解相关领域的研究现状和发展趋势，借鉴已有的研究成果和方法，为本研究提供理论基础和技术支持。例如，通过对国内外浅层地热能适宜性评价指标体系和评价方法的研究，总结其优缺点，为构建适合宁夏沿黄河经济带重点城市的评价体系和方法提供参考。数据收集与整理：收集宁夏沿黄河经济带重点城市的地质、水文地质、气象、社会经济等方面的数据资料。地质和水文地质数据主要来源于当地的地质勘查报告、水文地质监测资料等；气象数据可从气象部门获取；社会经济数据则来自政府统计部门、相关行业报告等。对收集到的数据进行整理、分析和筛选，确保数据的准确性和可靠性，为后续的评价工作提供数据支撑。层次分析法（AHP）：这是一种定性与定量相结合的多因素决策分析方法。在本研究中，运用层次分析法确定浅层地热能适宜性评价指标体系中各指标的权重。首先，将评价问题分解为目标层、准则层和指标层，构建层次结构模型。然后，通过专家问卷调查等方式，对同一层次的各因素相对于上一层次某一准则的重要性进行两两比较，构造判断矩阵。利用数学方法计算判断矩阵的特征向量和最大特征值，从而确定各因素的相对权重。通过一致性检验确保权重的合理性。例如，在确定地质条件准则层下地层岩性、地质构造稳定性等指标的权重时，采用层次分析法进行计算。主成分分析法（PCA）：主成分分析法是一种降维技术，能够将多个相关变量转换为少数几个不相关的综合变量（主成分）。在浅层地热能适宜性评价中，利用主成分分析法对多个评价指标进行处理。首先，对原始数据进行标准化处理，消除量纲和数量级的影响。然后，计算相关系数矩阵，确定主成分的个数和主成分表达式。根据主成分得分对研究区域进行适宜性评价，使评价结果更加客观、准确，减少人为因素的干扰。地理信息系统（GIS）技术：借助GIS强大的空间分析和制图功能，对研究区域的地质、水文地质、气象等数据进行空间分析和可视化表达。将评价指标数据导入GIS软件，生成专题地图，直观展示各指标的空间分布特征。通过空间叠加分析等功能，将不同指标的评价结果进行综合，生成浅层地热能适宜性评价分区图，为研究区域浅层地热能的规划和开发提供直观的决策依据。例如，将地质构造图、含水层分布图等与评价结果进行叠加分析，更清晰地了解地质条件与浅层地热能适宜性之间的关系。二、宁夏沿黄河经济带重点城市概况2.1区域范围与城市构成宁夏沿黄河经济带位于黄河中上游宁夏引黄灌溉区，其范围涵盖了以银川为中心，石嘴山、吴忠、中卫等地级市为主干，以及青铜峡市、灵武市、中宁县、永宁县、贺兰县、惠农区、平罗县城和若干个建制镇，还有宁东基地（含太阳山开发区）。该经济带以地缘相近、交通便利且经济关联度较高为特点，是宁夏经济发展的核心区域，在宁夏经济社会发展中占据着举足轻重的地位。区域内国土面积2.87万平方公里，占宁夏全区土地面积的43.2%，承载着宁夏大部分的人口与经济活动，是区域经济增长的重要引擎。银川作为宁夏回族自治区的首府，是沿黄河经济带的核心城市。它地处黄河上游宁夏平原中部，地理位置十分优越，是区域的政治、经济、文化和交通中心。银川市下辖兴庆区、金凤区、西夏区、灵武市、永宁县、贺兰县，总面积9025.38平方公里。截至2023年末，常住人口达到290.79万人，人口的集聚为城市的发展提供了充足的劳动力和消费市场。在经济发展方面，银川市2023年GDP总量为2685.63亿元，占宁夏全区经济总量的51%，在全区各市中遥遥领先。其产业结构不断优化升级，形成了以能源化工、新材料、装备制造、生物医药、电子信息等为主导的产业体系。例如，银川的宁东能源化工基地是国家级现代煤化工示范区，在煤炭开采、火力发电、煤化工等领域发展迅速，对银川市乃至宁夏的经济增长起到了重要的支撑作用。同时，银川的现代服务业也发展良好，金融、物流、信息服务等产业蓬勃兴起，进一步提升了城市的综合竞争力。石嘴山市位于宁夏回族自治区北部，是沿黄河经济带的重要节点城市，也是连接华北与西北的重要交通枢纽。该市下辖大武口区、惠农区、平罗县，总面积5310平方公里。2023年末常住人口75.08万人。石嘴山市2023年GDP总量为698.98亿元，人均GDP达到9.31万元，在宁夏各市中排名第一。石嘴山市依托丰富的煤炭资源，曾是我国重要的煤炭工业基地，随着资源的逐渐枯竭和产业结构调整，石嘴山市积极转型发展，在新材料、装备制造、精细化工等领域取得了显著成效。例如，在新材料产业方面，石嘴山市的钽铌铍、电解铝、金属锰产能全国领先，已成为重要的新材料生产基地。吴忠市位于宁夏中部，地处引黄灌区的精华地带，黄河穿境而过，为城市的发展提供了丰富的水资源和肥沃的土地。吴忠市下辖利通区、红寺堡区、青铜峡市、盐池县、同心县，总面积2.14万平方公里。2023年末常住人口140.32万人。2023年吴忠市GDP总量为902.40亿元，在宁夏排名第二。吴忠市农业基础雄厚，是宁夏重要的农产品生产基地，盛产小麦、水稻、玉米、瓜果等农产品，其中青铜峡市的大米以其优良品质闻名遐迩。工业方面，吴忠市形成了能源化工、装备制造、新材料、特色农产品加工等产业集群。例如，在能源化工领域，依托当地的煤炭和天然气资源，发展了煤炭深加工、天然气化工等产业；特色农产品加工产业也发展迅速，如清真食品加工、枸杞深加工等，产品畅销国内外市场。中卫市位于宁夏中西部，地处腾格里沙漠南缘，是宁夏沿黄河经济带的重要城市之一，也是连接华北、西北和中亚地区的重要交通枢纽。中卫市下辖沙坡头区、中宁县、海原县，总面积1.7万平方公里。2023年末常住人口108.03万人。2023年中卫市GDP总量为590.78亿元。中卫市近年来经济发展迅速，产业结构不断优化。在工业方面，重点发展了新能源、新材料、云计算、冶金化工等产业。其中，中卫的云计算产业发展尤为突出，作为国家“东数西算”工程的重要节点城市，中卫市建设了西部云基地，吸引了众多知名互联网企业的数据中心落户，成为我国重要的云计算和大数据产业基地之一。同时，中卫市还充分利用独特的自然景观和丰富的旅游资源，大力发展旅游业，沙坡头景区是国家5A级旅游景区，以其独特的沙漠与黄河景观吸引了大量游客前来观光旅游，旅游业已成为中卫市经济发展的重要支柱产业之一。2.2自然地理条件宁夏沿黄河经济带地势呈现出南高北低的态势，南部多为山地，北部则是平原，地形地貌丰富多样。南部山地以六盘山、罗云山等为代表，山体巍峨，海拔较高，其中六盘山主峰米缸山海拔达2942米，其地势起伏较大，山峦连绵，山间多沟壑峡谷，地形切割强烈。这些山地是重要的水源涵养地，为区域提供了丰富的水资源补给，同时也对区域气候有一定的调节作用。北部平原主要为宁夏平原，它是由黄河冲积而成，地势平坦开阔，土壤肥沃，是宁夏重要的农业生产基地。宁夏平原自西南向东北延伸，包括银川平原、卫宁平原等，其地势较为平缓，平均海拔在1100-1200米之间，有利于大规模的农业灌溉和基础设施建设。黄河贯穿宁夏沿黄河经济带，流程长达397公里，在塑造区域地形地貌方面发挥了关键作用。黄河携带的大量泥沙在下游地区淤积，逐渐形成了肥沃的冲积平原，为农业发展提供了优越的条件。同时，黄河也影响着区域的水系分布，形成了众多的支流和灌溉渠道，如清水河、苦水河等是黄河的重要支流，而唐徕渠、汉延渠等古老的灌溉渠道，将黄河水引入农田，使得宁夏平原成为“塞上江南”，孕育了发达的灌溉农业。宁夏沿黄河经济带属于温带大陆性半干旱气候，具有典型的大陆性气候特征。其气候特点主要表现为四季分明，春季气温回升较快，但多风沙天气，降水稀少，空气较为干燥。例如，在银川地区，春季平均气温在10-15℃之间，3-5月的降水量仅占全年降水量的10%-15%，且多大风天气，平均风速可达3-4米/秒，常伴有扬沙甚至沙尘暴天气，对农业生产和居民生活造成一定影响。夏季炎热，气温较高，7-8月平均气温在23-25℃之间，最高气温可达35℃以上，日照时间长，太阳辐射强，为农作物的生长提供了充足的热量和光照条件，有利于农作物的光合作用和养分积累，使得当地的瓜果糖分含量高，品质优良。秋季凉爽宜人，气温逐渐下降，昼夜温差增大，是收获的季节，9-10月平均气温在15-20℃之间，这种较大的昼夜温差有利于农作物营养物质的积累，使得农产品的口感和品质更佳。冬季寒冷干燥，气温较低，12月-次年2月平均气温在-8--5℃之间，最低气温可达-20℃以下，降雪量较少，气候较为寒冷。区域年平均降水量较少，大部分地区在200-400毫米之间，且降水分布不均，自南向北逐渐减少。南部山区受地形影响，降水相对较多，如六盘山地区年降水量可达600毫米左右，而北部平原地区年降水量一般在200-300毫米之间，如银川年降水量约为200毫米。降水主要集中在夏季，6-8月降水量占全年降水量的60%-70%，多以暴雨形式出现，容易引发洪涝灾害。年蒸发量较大，一般在1500-2000毫米之间，远大于降水量，这使得该地区气候较为干旱，水资源相对匮乏，对农业灌溉和生态环境造成一定压力。年日照时数较长，达到2800-3000小时，充足的日照有利于太阳能的开发利用，同时也为农作物的生长提供了良好的光照条件，促进了农业的发展。黄河作为宁夏沿黄河经济带最重要的水资源，对区域水资源和生态环境有着深远的影响。在水资源方面，黄河是区域工农业生产和居民生活用水的主要来源。宁夏引黄灌溉历史悠久，早在秦汉时期就开始修建灌溉渠道，引黄河水灌溉农田。目前，黄河水通过唐徕渠、汉延渠、惠农渠等众多灌溉渠道，滋润着宁夏平原的数百万亩农田，支撑着当地发达的灌溉农业，使得宁夏成为我国重要的商品粮生产基地之一。同时，黄河水也为工业生产提供了必要的水源，促进了区域工业的发展。在生态环境方面，黄河及其支流形成的湿地生态系统，如银川的鸣翠湖国家湿地公园、吴忠的黄河楼生态旅游区等，是众多候鸟的栖息地和繁殖地，对维护生物多样性具有重要意义。这些湿地还具有调节气候、净化水质、防洪抗旱等生态功能，能够调节区域气候，缓解干旱，减少洪涝灾害的影响，同时净化黄河水和周边的水体，改善生态环境质量。然而，随着经济的发展和人口的增长，黄河水资源面临着过度开发和污染的问题，生态环境也受到一定程度的破坏，如部分河段水质下降，湿地面积减少等，这对区域的可持续发展构成了威胁。因此，加强黄河水资源的保护和合理利用，维护生态环境的平衡，是宁夏沿黄河经济带实现可持续发展的关键。2.3社会经济发展现状宁夏沿黄河经济带重点城市近年来经济增长态势良好，在宁夏全区经济中占据重要地位。以2023年为例，银川市GDP总量达到2685.63亿元，占宁夏全区经济总量的51%，在全区各市中排名第一，是宁夏经济发展的核心引擎。石嘴山市2023年GDP总量为698.98亿元，人均GDP高达9.31万元，在宁夏各市中人均GDP排名第一，显示出较强的经济实力和发展质量。吴忠市2023年GDP总量为902.40亿元，位居宁夏第二，其经济增长较为稳定，在推动宁夏经济发展中发挥着重要作用。中卫市2023年GDP总量为590.78亿元，经济发展速度较快，特别是在新兴产业的带动下，经济增长潜力逐渐显现。这些城市的经济增长不仅带动了当地居民收入水平的提高，也促进了就业，推动了区域城市化进程，对宁夏沿黄河经济带的整体发展起到了关键的支撑作用。在产业结构方面，银川市的产业结构呈现多元化发展态势。第一产业占比为4.5%，主要以特色农业为主，如贺兰县的设施农业，通过现代化的温室种植技术，生产高品质的蔬菜、水果等农产品，供应周边市场，同时发展休闲农业，吸引游客体验农事活动，增加农业附加值。第二产业占比40.8%，能源化工产业是其支柱产业之一，宁东能源化工基地作为国家级现代煤化工示范区，拥有大型煤炭开采、火力发电、煤化工等企业，形成了完整的产业链条，在能源生产和化工产品制造方面具有较强的竞争力。新材料、装备制造等产业也发展迅速，如新材料产业中的高性能纤维、半导体材料等领域取得了一定的突破，推动了产业的升级和创新发展。第三产业占比54.7%，以现代服务业为主导，金融、物流、信息服务等产业发展良好。银川作为区域金融中心，拥有众多金融机构，为企业和居民提供多样化的金融服务；物流产业依托其交通枢纽优势，构建了完善的物流网络，促进了商品的流通和贸易的发展；信息服务业在云计算、大数据等新兴领域积极布局，推动了数字经济的发展。石嘴山市的产业结构中，第一产业占比为7.5%，主要以农产品种植和畜牧业为主，平罗县的优质小麦种植和奶牛养殖在当地农业中占据重要地位，通过发展农业产业化经营，提高了农业生产的效益和竞争力。第二产业占比52.2%，作为传统的工业城市，石嘴山市在新材料、装备制造、精细化工等产业领域具有深厚的基础。在新材料产业方面，钽铌铍、电解铝、金属锰产能全国领先，形成了从原材料生产到深加工的完整产业体系，产品广泛应用于电子、航空航天等领域。装备制造产业主要集中在矿山机械、重型汽车制造等领域，具有较强的技术研发和生产能力。精细化工产业则依托当地的煤炭和盐资源，发展了氯碱化工、煤化工下游产品等，产品附加值较高。第三产业占比40.3%，近年来，随着产业结构的调整，服务业得到了较快发展，旅游业成为新的经济增长点，沙湖景区以其独特的沙漠与湖泊景观吸引了大量游客，带动了当地餐饮、住宿等相关服务业的发展。吴忠市的产业结构中，第一产业占比为11.3%，农业基础雄厚，是宁夏重要的农产品生产基地。青铜峡市的大米以其优良品质闻名遐迩，种植历史悠久，采用先进的种植技术和管理模式，保证了大米的品质和产量。盐池县的滩羊养殖是当地特色产业，滩羊肉质鲜美，通过品牌建设和市场营销，滩羊产品畅销全国。第二产业占比47.8%，形成了能源化工、装备制造、新材料、特色农产品加工等产业集群。在能源化工领域，依托当地的煤炭和天然气资源，发展了煤炭深加工、天然气化工等产业，如煤炭气化、液化技术的应用，提高了煤炭资源的利用效率。特色农产品加工产业发展迅速，清真食品加工、枸杞深加工等产业规模不断扩大，产品种类丰富，通过科技创新和品牌打造，提升了产品的市场竞争力。第三产业占比40.9%，以商贸物流、文化旅游等产业为主。吴忠市作为区域商贸中心，市场活跃，物流配送体系较为完善，促进了商品的流通和贸易的发展。文化旅游产业充分挖掘当地的历史文化和民俗风情资源，开发了黄河楼生态旅游区、中华黄河坛等旅游景点，吸引了众多游客前来观光旅游，推动了文化旅游产业的发展。中卫市的产业结构中，第一产业占比为10.5%，主要以枸杞、硒砂瓜等特色农产品种植为主。中宁县是著名的枸杞之乡，枸杞种植面积大，品质优良，通过发展枸杞深加工产业，生产枸杞酒、枸杞饮料、枸杞保健品等产品，延长了产业链，提高了产品附加值。硒砂瓜种植是中卫市的另一特色农业产业，利用当地独特的自然条件，生产的硒砂瓜个大、味甜，深受市场欢迎。第二产业占比42.6%，重点发展新能源、新材料、云计算、冶金化工等产业。在新能源产业方面，中卫市太阳能、风能资源丰富，积极发展光伏发电、风力发电等项目，已建成多个大型新能源发电基地。云计算产业发展尤为突出，作为国家“东数西算”工程的重要节点城市，中卫市建设了西部云基地，吸引了众多知名互联网企业的数据中心落户，形成了云计算产业集群，带动了相关配套产业的发展。第三产业占比46.9%，旅游业发展迅速，沙坡头景区作为国家5A级旅游景区，以其独特的沙漠与黄河景观吸引了大量游客，成为中卫市的旅游名片。同时，围绕旅游产业，发展了旅游购物、餐饮、住宿等相关服务业，促进了第三产业的繁荣。在能源消费结构方面，宁夏沿黄河经济带重点城市对煤炭、石油等传统化石能源的依赖程度较高。以银川市为例，煤炭在能源消费结构中占比约为55%，主要用于火力发电、工业生产和居民供暖等领域。火力发电企业大量燃烧煤炭，为城市提供电力，但同时也带来了环境污染问题，如煤炭燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物和粉尘等污染物，对空气质量造成了严重影响，导致雾霾天气增多，危害居民身体健康。石油在能源消费结构中占比约为25%，主要用于交通运输领域，随着汽车保有量的不断增加，石油消费量也持续上升，加剧了对进口石油的依赖，同时汽车尾气排放也成为城市空气污染的重要来源之一。天然气在能源消费结构中占比约为15%，主要用于居民生活和部分工业生产，虽然天然气相对煤炭和石油来说，是一种较为清洁的能源，但在能源消费结构中的比重仍然较低。电力在能源消费结构中占比约为5%，主要来自火力发电，清洁能源发电如太阳能发电、风力发电等所占比例较小。这种以传统化石能源为主的能源消费结构，给宁夏沿黄河经济带重点城市带来了诸多问题。首先，环境污染问题日益严重，传统化石能源燃烧产生的大量污染物，如二氧化硫、氮氧化物、粉尘等，导致空气质量下降，雾霾天气频繁出现，对居民身体健康造成危害。同时，这些污染物还会对土壤和水体造成污染，影响生态环境的平衡。其次，能源供应安全面临挑战，由于该地区传统能源资源相对匮乏，对煤炭、石油等能源的大量需求主要依赖外部供应，国际能源市场的波动和运输通道的安全问题，都会影响能源的稳定供应，给经济发展带来不确定性。此外，随着全球对气候变化问题的关注度不断提高，减少碳排放已成为国际共识，以传统化石能源为主的能源消费结构，使得该地区在应对气候变化方面面临较大压力，不利于实现可持续发展目标。因此，优化能源消费结构，提高清洁能源在能源消费中的比重，是宁夏沿黄河经济带重点城市实现经济可持续发展和环境保护的迫切需求。三、浅层地热能相关理论与利用现状3.1浅层地热能基本概念与特点浅层地热能，又被称作浅层地温能，是指蕴藏在地表以下一定深度（一般为恒温带至200米埋深范围）内，温度低于25℃，且在当前技术经济条件下具备开发利用价值的地球内部热能资源。它作为地热资源的关键组成部分，同时也是一种特殊的矿产资源，其能量主要来源于太阳辐射与地球梯度增温。太阳辐射赋予了地球表层大量的能量，使得土壤、地下水和地表水等吸收并储存了一定热量；而地球内部放射性元素的衰变产生的热量，也通过地球梯度增温作用，在浅层地质体中有所体现，二者共同构成了浅层地热能的能量来源。浅层地热能具有诸多显著特点，使其在能源领域备受关注。首先，它分布广泛，地球浅表层是一个庞大的恒温体系，浅层地热能几乎不受地域限制，无论是广袤的平原、起伏的山地，还是人口密集的城市，都蕴藏着丰富的浅层地热能，且其参数稳定，流量、温度等基本不受环境气候变化的影响，具有容易收集和输送的优势。以我国为例，从北方的东北平原到南方的珠江三角洲，从东部沿海地区到西部内陆地区，都具备开发利用浅层地热能的条件，为各地因地制宜发展清洁能源提供了可能。其次，浅层地热能清洁环保，在利用过程中，不像传统化石能源那样向环境排放大量的燃烧产物，如二氧化碳、二氧化硫、粉尘等，通过采集浅层地热能并提升温度后，不仅能满足人们的使用需求，还能实现区域的零污染排放，极大地改善使用区域的大气质量和环境，助力解决环境污染和气候变化等全球性问题。再者，浅层地热能可用性强，运行成本低，与同样满足制冷、制热需求的中央式空调相比，其运行费用可节约三分之一；与传统的燃煤及燃油锅炉相比，优势更为明显，且地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上。开发利用浅层地热能主要借助地源热泵技术。地源热泵是一种利用浅层地热能进行制冷和供暖的采能系统，其工作原理基于逆卡诺循环，通过输入少量的高品位能源（如电能等），实现由低品位热能向高品位热能的转移。在冬季，热泵中制冷剂正向流动，压缩机排出的高温高压气体进入冷凝器向集水器中的水放出热量，相变为高温高压的液体，再经热力膨胀阀节流降压变为低温低压的液体进入蒸发器，从地下循环液中吸取低温热后相变为低温低压的饱和蒸汽后进入压缩机吸气端，由压缩机压缩排出高温高压气体完成一个循环，如此循环往复将地下低温热能“搬运”到集水器，从而不断地向用户提供45-50℃的热水，满足供暖需求。在夏季，热泵中制冷剂逆向流动，与用户换热的冷凝器变为蒸发器从集水器中的低温水（7-12℃）提取热能，与地下循环液换热的蒸发器变为冷凝器向地下循环液排放热量，循环液中热量再向地下低温区排放，如此循环往复连续地向用户提供7-12℃的冷水，实现制冷功能。地源热泵系统主要由地热能交换系统、地源热泵主机、建筑物内系统和控制系统组成。地热能交换系统是核心部分，分为闭式系统（地埋管系统）和开式系统（地下水或地表水系统），闭式系统使用埋在地下的塑料管道，内含特殊介质（如水和防冻液的混合物）循环流动，与土壤进行热交换；开式系统直接抽取地下水或使用地表水作为热交换媒介。地源热泵主机包含压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀等关键组件，负责驱动整个热泵循环，实现能量的提升和转移；建筑物内系统包括风机盘管、散热器或地板辐射供暖系统等，负责在建筑物内部分配冷热；控制系统则确保系统的高效、稳定运行，包括温度调节、开关机控制和故障报警等功能。3.2浅层地热能开发利用方式在浅层地热能的开发利用中，地下水源热泵和土壤源热泵系统是两种重要的方式，它们各自具有独特的工作原理、组成部分、优缺点及适用条件。3.2.1地下水源热泵系统地下水源热泵系统是一种利用地下水作为冷热源，通过热泵机组实现建筑物供暖和制冷的系统。其工作原理基于水的比热容大以及地下水温度相对稳定的特性。在冬季，热泵机组从地下水中提取热量，通过压缩机等设备将低温热能提升为高温热能，为建筑物供暖；在夏季，热泵机组将建筑物内的热量传递给地下水，实现制冷。地下水源热泵系统主要由以下几个部分组成。一是取水系统，负责从地下含水层中抽取地下水，通常包括水井、水泵等设备。水井的类型有管井、大口井等，根据地质条件和地下水资源情况选择合适的水井类型。水泵则用于将地下水提升至地面，满足系统的用水需求。二是回灌系统，抽取的地下水在与热泵机组进行热交换后，需要通过回灌井重新回灌到地下含水层中，以维持地下水资源的平衡和可持续利用。回灌系统包括回灌井、回灌泵等设备，确保回灌的地下水能够顺利地回到含水层，且不会对含水层造成堵塞等不良影响。三是热泵机组，这是地下水源热泵系统的核心部分，它由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等部件组成，通过制冷剂的循环流动，实现热量的转移和提升。四是末端系统，负责将热泵机组提供的冷热传递到建筑物内各个房间，常见的末端形式有风机盘管、地板辐射供暖等。地下水源热泵系统具有诸多优点。首先，节能高效，由于地下水温度稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，作为热泵的热源和冷源，可使热泵机组运行效率高，比传统空调系统节能30%-40%左右。例如，在宁夏沿黄河经济带重点城市，冬季利用地下水源热泵系统供暖，相比于传统的燃煤锅炉供暖，可大幅降低能源消耗，减少煤炭的使用量，从而降低碳排放。其次，运行成本低，虽然初期投资相对较大，但长期运行过程中，由于其节能特性，运行费用较低，可节约大量能源费用。再者，环保无污染，在运行过程中不产生燃烧污染物，如二氧化硫、氮氧化物、粉尘等，对环境友好，有助于改善区域空气质量。然而，地下水源热泵系统也存在一些缺点。一是对地下水资源要求较高，需要有丰富、稳定的地下水资源，且水质需满足一定条件，如酸碱度、硬度、含砂量等，否则可能会对设备造成腐蚀、堵塞等问题，影响系统的正常运行。例如，如果地下水中的含砂量过高，会加速水泵和管道的磨损，缩短设备使用寿命；酸碱度不合适可能导致金属部件腐蚀。二是回灌问题较为复杂，若回灌不畅，可能会导致地下水位下降、地面沉降等地质环境问题，影响地下水资源的可持续利用和地质环境的稳定。此外，地下水源热泵系统的应用还受到政策法规的限制，如水资源管理政策对地下水开采和使用的规定，需要办理相关的取水许可等手续。其适用条件主要包括：地下水资源丰富，含水层富水性好，单井出水量能够满足系统用水需求；地下水水温适宜，一般在10-25℃之间较为理想，可保证热泵机组的高效运行；水质良好，符合国家相关标准，不会对设备造成损害；地质条件适宜，便于打井和建设取水、回灌系统，如地层结构稳定，不存在大量的岩石破碎带或溶洞等不利于打井的地质构造；同时，还需满足当地水资源管理政策的要求，在允许的范围内合理开采和利用地下水。在宁夏沿黄河经济带重点城市，部分区域如银川平原，地下水资源相对丰富，地质条件稳定，若水质和水温等条件满足要求，可考虑采用地下水源热泵系统进行浅层地热能的开发利用。3.2.2土壤源热泵系统土壤源热泵系统是以土壤为热源和冷源，通过地下埋管换热器与土壤进行热量交换，实现建筑物供暖和制冷的系统。其工作原理是利用土壤在冬季温度相对较高、夏季温度相对较低的特点，通过热泵机组实现热量的转移。在冬季，地下埋管换热器中的循环介质（通常为水或水与防冻液的混合物）从土壤中吸收热量，通过热泵机组提升温度后，为建筑物供暖；在夏季，循环介质将建筑物内的热量传递给土壤，实现制冷。土壤源热泵系统主要由地下埋管换热器、热泵机组、末端系统和控制系统组成。地下埋管换热器是土壤源热泵系统的关键部件，它分为水平埋管和垂直埋管两种形式。水平埋管通常埋设在浅层土壤中，适用于土地面积较大、地质条件较为简单的区域，其优点是施工成本相对较低，安装方便，但占地面积较大；垂直埋管则是垂直埋入地下，适用于土地资源有限的城市区域，虽然施工难度较大，成本较高，但占地面积小，换热效率相对较高。热泵机组与地下水源热泵系统中的热泵机组类似，通过制冷剂的循环实现热量的提升和转移。末端系统同样负责将冷热传递到建筑物内各个房间，常见形式有风机盘管、地板辐射供暖等。控制系统用于监测和调节整个系统的运行，确保系统高效、稳定运行，如根据室内温度自动调节热泵机组的运行状态，实现节能运行。土壤源热泵系统的优点显著。其一，环保节能，在运行过程中不产生污染物排放，且由于土壤温度稳定，系统运行效率高，节能效果明显，能有效减少能源消耗和碳排放，符合可持续发展的要求。其二，使用寿命长，地下埋管换热器通常采用耐腐蚀的塑料管材，使用寿命可达50年以上，减少了设备更换的成本和对环境的影响。其三，稳定性好，土壤作为热源和冷源，不受外界气候变化的影响，系统运行稳定可靠，能为建筑物提供稳定的供暖和制冷服务。其四，适应性强，几乎适用于各种类型的建筑物，无论是住宅、商业建筑还是公共建筑，都可以采用土壤源热泵系统，且对地质条件的适应性相对较强，只要土壤的导热性能满足一定要求即可。不过，土壤源热泵系统也存在一些不足之处。一是初期投资较大，地下埋管换热器的建设需要进行大量的土方工程和管道铺设，成本较高，这在一定程度上限制了其推广应用。例如，在城市中建设土壤源热泵系统，由于土地资源紧张，垂直埋管的施工难度和成本更高，需要投入更多的资金。二是系统设计和施工要求较高，需要准确掌握土壤的热物性参数、地下水位等地质条件，以确保地下埋管换热器的设计合理，施工质量可靠，否则可能会影响系统的换热效果和运行效率。此外，土壤源热泵系统在运行过程中，可能会导致土壤温度场的变化，长期运行后可能对土壤生态环境产生一定影响，但目前相关研究还不够深入。其适用条件包括：有足够的土地面积用于地下埋管换热器的铺设，特别是水平埋管形式，需要较大的土地面积；土壤的导热性能良好，导热系数较高，有利于热量的传递和交换，提高系统的换热效率；地质条件相对稳定，无复杂的地质构造，如断层、破碎带等，便于地下埋管换热器的施工和运行；建筑物的负荷需求与土壤源热泵系统的供能能力相匹配，在设计阶段需要准确计算建筑物的供暖和制冷负荷，合理配置系统设备。在宁夏沿黄河经济带重点城市，对于一些新建的住宅小区、工业园区等，若土地条件允许，且土壤导热性能满足要求，可优先考虑采用土壤源热泵系统进行浅层地热能的开发利用，既能满足建筑的能源需求，又能实现节能减排和环保的目标。3.3宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能利用现状目前，宁夏沿黄河经济带重点城市在浅层地热能勘察方面取得了一定进展，但整体勘察范围仍相对有限。据九三学社宁夏区委会调研了解，宁夏全区浅层地热能已勘察面积仅1587平方千米，占全区面积的2.39%。在银川盆地，进行了一定数量的地热井钻探，为了解该区域浅层地热能赋存状况提供了数据支持。然而，全区总体地质条件、热储特征、回灌条件等底数尚未完全摸清，资源勘查覆盖面积不足，这在很大程度上限制了浅层地热能的进一步开发利用。例如，对于一些城市周边区域以及不同地质构造单元的浅层地热能分布情况，还缺乏详细的勘察资料，难以准确评估其开发潜力和适宜性。在现有开发利用项目方面，宁夏沿黄河经济带重点城市已建成并运行了一些浅层地热能应用项目，如银川德隆楼德鼎逸品、贺兰神国际酒庄等地热应用项目。这些项目在实际运行中取得了一定的效益，展示了浅层地热能在该地区应用的可行性。从技术应用来看，主要采用了地源热泵技术，包括土壤源热泵和地下水源热泵系统。在一些住宅小区和商业建筑中，土壤源热泵系统通过地下埋管换热器与土壤进行热量交换，实现冬季供暖和夏季制冷；地下水源热泵系统则利用地下水作为冷热源，通过抽取地下水进行热量交换后再回灌地下的方式，为建筑物提供冷暖服务。在运营效果方面，这些项目在节能减排和降低运行成本等方面表现出一定优势。以采用地源热泵系统的建筑为例，与传统的燃煤锅炉供暖和电制冷空调系统相比，地源热泵系统能有效降低能源消耗，减少二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放，对改善区域空气质量起到积极作用。同时，由于地源热泵系统利用浅层地热能的稳定性，运行成本相对较低，长期来看能为用户节省一定的能源费用。然而，这些项目也存在一些问题。开发规模普遍不大，难以形成规模化效应，导致在能源供应中的占比相对较小，对区域能源结构优化的推动作用有限。示范引领不力，未能充分发挥示范项目的带动作用，使得其他潜在用户对浅层地热能开发利用的认识和积极性不足。此外，动态监管不足，对项目运行过程中的各项参数监测不够全面和及时，无法及时发现和解决运行中出现的问题，可能影响系统的长期稳定运行和性能发挥。例如，部分项目在运行一段时间后，由于对地下埋管换热器的维护和监测不到位，出现了换热效率下降的情况，影响了供暖和制冷效果。四、适宜性评价指标体系构建4.1评价指标选取原则评价指标的选取是构建浅层地热能适宜性评价体系的基础，其科学性和合理性直接影响评价结果的准确性和可靠性。在选取评价指标时，需遵循全面性、科学性、可操作性和独立性等原则。全面性原则要求评价指标能够全面反映影响浅层地热能利用适宜性的各个方面。浅层地热能的开发利用涉及多个领域，受到地质条件、水文地质条件、气象条件、社会经济因素以及环境因素等多种因素的综合影响。因此，在选取指标时，应充分考虑这些因素，确保评价指标体系能够涵盖所有关键要素。例如，地质条件中的地层岩性决定了岩土体的导热性能，对浅层地热能的储存和传导有着重要影响；地质构造稳定性则关系到开发过程中的安全性，若区域处于地质构造活跃带，可能会引发地震等地质灾害，影响浅层地热能项目的建设和运营。水文地质条件中的含水层厚度和富水性影响地下水源热泵系统的取水和回灌能力，水化学特征则可能对设备造成腐蚀，影响系统的正常运行。气象条件中的年平均气温和降水量会影响浅层地热能的需求和开发利用方式，如在寒冷地区，冬季供暖需求大，对浅层地热能的利用更为迫切。社会经济因素中的能源需求反映了区域对浅层地热能的市场需求潜力，经济发展水平决定了对浅层地热能开发项目的投资能力和技术水平，技术水平则影响着浅层地热能开发利用的效率和成本。环境因素中的环境容量和生态敏感性关系到浅层地热能开发对生态环境的影响程度，若开发活动超出环境容量或对生态敏感区域造成破坏，将引发一系列环境问题，不利于可持续发展。只有综合考虑这些因素，选取相应的评价指标，才能全面评估浅层地热能利用的适宜性。科学性原则强调评价指标的选取应基于科学的理论和方法，具有明确的科学内涵和实际意义。每个指标都应能够准确反映其对应的影响因素，并且指标之间的关系应符合客观规律。例如，在选取地质条件相关指标时，地层岩性的分类应依据地质学的专业知识，准确反映不同岩石类型的特性及其对浅层地热能的影响。对于水文地质条件指标，含水层的渗透系数、给水度等参数应通过科学的水文地质测试方法获取，以确保数据的准确性和可靠性。在确定社会经济因素指标时，能源需求的计算应基于科学的能源需求预测模型，结合区域的经济发展趋势、人口增长等因素进行分析。科学性原则还要求评价指标的选取能够体现浅层地热能开发利用的内在规律，如地质条件与浅层地热能赋存的关系、水文地质条件与地源热泵系统运行效率的关系等，使评价结果具有科学依据和说服力。可操作性原则要求评价指标的数据易于获取、计算和分析，评价方法简便易行。在实际评价过程中，数据的可获取性是关键因素之一。如果选取的评价指标数据难以收集，将导致评价工作无法顺利进行。因此，应优先选择那些能够通过现有资料查询、实地监测或简单计算获得数据的指标。例如，地质和水文地质数据可从当地的地质勘查报告、水文地质监测站获取；气象数据可从气象部门的观测记录中获取；社会经济数据可从政府统计部门发布的统计年鉴、行业报告等资料中获取。同时，评价指标的计算方法应简单明了，避免过于复杂的数学模型和计算过程，以便于实际应用。例如，在计算能源需求时，可以采用简单的趋势分析法，根据过去几年的能源消费数据预测未来的能源需求。此外，评价方法应具有可重复性，不同的评价人员采用相同的方法进行评价，应能得到相似的结果，以保证评价结果的可靠性和可比性。独立性原则要求各评价指标之间相互独立，避免指标之间存在过多的相关性或重叠性。如果指标之间相关性过高，会导致信息重复，影响评价结果的准确性，同时也会增加评价的复杂性。例如，在选取水文地质条件指标时，含水层厚度和富水性虽然都与地下水的储存和流动有关，但它们反映的是不同方面的特征，含水层厚度主要影响地下水的储存量，而富水性则反映了含水层的出水能力，二者相互独立，都应作为评价指标纳入体系。而对于一些相关性较高的指标，如地下水位和含水层厚度，在选取时应进行合理筛选，避免同时选用，可根据实际情况选择其中一个最能反映问题的指标。通过遵循独立性原则，可以确保评价指标体系简洁明了，提高评价的效率和准确性。4.2具体评价指标确定基于上述原则，结合宁夏沿黄河经济带重点城市的实际情况，从水文地质、热储特征、工程地质、环境影响、社会经济等方面确定以下具体评价指标。4.2.1水文地质指标含水层厚度：含水层是地下水储存和运移的场所，其厚度直接影响地下水源热泵系统的取水和回灌能力。含水层厚度越大，能够储存的地下水量越多，为地下水源热泵系统提供的冷热源就越充足，系统运行的稳定性和可靠性也就越高。例如，在银川平原部分区域，含水层厚度较大，地下水源热泵系统在运行过程中能够持续稳定地获取地下水，满足建筑物的供暖和制冷需求。一般来说，含水层厚度大于30米时，对地下水源热泵系统的适宜性较高；15-30米为较适宜；小于15米则适宜性较低。渗透系数：渗透系数反映了含水层中地下水的流动能力，是衡量含水层透水性的重要指标。渗透系数越大，地下水在含水层中的流动速度越快，与热泵机组进行热交换的效率就越高，有利于提高地下水源热泵系统的运行效率。例如，在石嘴山市的一些区域，含水层的渗透系数较大，地下水流速快，能够快速地将热量传递给热泵机组，使得系统在较短时间内达到较好的供暖或制冷效果。当渗透系数大于10米/天时，对地下水源热泵系统较为有利；5-10米/天为一般适宜；小于5米/天则会对系统运行产生一定限制。单井出水量：单井出水量是指在一定的抽水条件下，单口井能够抽出的地下水量，它直接关系到地下水源热泵系统的供水能力。单井出水量越大，系统能够获取的地下水就越多，能够满足更大面积建筑物的能源需求。在吴忠市的部分地区，单井出水量较大，能够为大型商业建筑或住宅小区提供充足的地下水，保证地源热泵系统的正常运行。通常，单井出水量大于1000立方米/天，适宜大规模开发利用地下水源热泵系统；500-1000立方米/天可满足一般规模的项目需求；小于500立方米/天则适宜性较差。水位埋深：水位埋深是指地下水位到地面的距离，它对地下水源热泵系统的取水和回灌成本以及工程施工难度有重要影响。水位埋深较浅，取水和回灌成本相对较低，工程施工难度也较小；水位埋深过深，则会增加取水和回灌的难度和成本，同时也会对设备的性能提出更高要求。例如，在中卫市的一些区域，地下水位埋深较浅，建设地下水源热泵系统时，打井成本较低，设备安装和运行也相对容易。一般认为，水位埋深小于10米较为适宜；10-20米为较适宜；大于20米则适宜性逐渐降低。4.2.2热储特征指标岩土体导热系数：岩土体导热系数是衡量岩土体传导热量能力的重要参数，对于土壤源热泵系统而言，岩土体导热系数越大，地下埋管换热器与岩土体之间的热量交换效率就越高，系统的供暖和制冷效果也就越好。在宁夏沿黄河经济带重点城市，不同地层岩性的岩土体导热系数存在差异，如砂岩的导热系数相对较高，而黏土的导热系数相对较低。当岩土体导热系数大于2.5W/（m・K）时，对土壤源热泵系统的适宜性较好；1.5-2.5W/（m・K）为较适宜；小于1.5W/（m・K）则会影响系统的换热效率。热储温度：热储温度是浅层地热能的重要参数之一，它直接影响地源热泵系统的运行效率和能源利用效率。热储温度越高，地源热泵系统在冬季供暖时能够提取的热量就越多，在夏季制冷时能够排放的热量也越多，系统的性能系数也就越高。例如，在银川市的某些区域，热储温度相对较高，地源热泵系统在冬季能够更高效地为建筑物供暖，减少能源消耗。一般来说，热储温度大于15℃对浅层地热能利用较为有利；10-15℃为较适宜；小于10℃则会降低系统的能源利用效率。4.2.3工程地质指标地层岩性：地层岩性决定了岩土体的物理力学性质和工程特性，对浅层地热能开发利用的工程施工难度和成本有重要影响。例如，坚硬的岩石地层施工难度大，需要采用特殊的施工设备和技术，成本较高；而松软的土层施工相对容易，成本较低。在宁夏沿黄河经济带重点城市，存在多种地层岩性，如砂岩、泥岩、粉土、砂土等。一般来说，砂土、粉土等土层有利于打井和地下埋管换热器的施工，对浅层地热能开发利用较为适宜；而砂岩、泥岩等岩石地层施工难度较大，适宜性相对较差。地质构造稳定性：地质构造稳定性关系到浅层地热能开发项目的安全性和长期稳定性。如果区域处于地质构造活跃带，如断裂带附近，可能会发生地震、地面沉降等地质灾害，对浅层地热能开发项目造成破坏，增加项目的风险和成本。在评价过程中，应考虑区域的地质构造情况，避开地质构造不稳定的区域。例如，通过地质勘查和分析，确定宁夏沿黄河经济带重点城市中哪些区域处于地质构造稳定区，哪些区域存在地质构造风险，为浅层地热能开发项目的选址提供依据。地质构造稳定的区域对浅层地热能开发利用适宜性高；存在轻微地质构造活动但经过评估可采取相应措施保障安全的区域为较适宜；处于地质构造活跃带且风险较大的区域不适宜进行浅层地热能开发。4.2.4环境影响指标地下水水质：地下水水质对地下水源热泵系统的设备腐蚀和结垢情况有重要影响。如果地下水中含有大量的矿物质、微生物等有害物质，可能会导致设备腐蚀、堵塞，缩短设备使用寿命，增加维护成本。例如，地下水中的氯离子含量过高，会对金属设备产生腐蚀作用；水中的钙、镁等离子含量过高，容易在设备内部结垢，降低换热效率。在评价过程中，应分析地下水的酸碱度、硬度、溶解性固体、腐蚀性离子等指标，评估地下水水质对地下水源热泵系统的影响。一般来说，地下水水质符合国家相关标准，对设备腐蚀和结垢影响较小的区域，适宜开发地下水源热泵系统；水质存在一定问题但可通过水处理措施解决的区域为较适宜；水质严重超标且难以处理的区域不适宜开发。生态敏感性：生态敏感性是指区域生态系统对人类活动干扰的敏感程度。在浅层地热能开发利用过程中，如果项目位于生态敏感区域，如自然保护区、水源保护区、湿地等，可能会对生态环境造成破坏，影响生态系统的平衡和稳定。例如，在自然保护区内进行浅层地热能开发，可能会破坏野生动物的栖息地，影响生物多样性；在水源保护区进行开发，可能会污染水源，影响供水安全。在评价过程中，应明确区域的生态敏感区域范围，避免在这些区域进行浅层地热能开发。生态敏感性低的区域对浅层地热能开发利用适宜性高；生态敏感性中等且采取相应保护措施后可进行开发的区域为较适宜；生态敏感性高的区域不适宜开发。4.2.5社会经济指标能源需求：能源需求是衡量浅层地热能开发利用市场潜力的重要指标。宁夏沿黄河经济带重点城市近年来经济发展迅速，能源需求不断增长。在能源需求大的区域，开发利用浅层地热能能够有效满足当地的能源需求，减少对传统能源的依赖，具有较高的开发价值。例如，银川市作为宁夏的首府，经济活动频繁，建筑物众多，对供暖和制冷的能源需求较大，开发浅层地热能能够为城市提供清洁、稳定的能源供应，缓解能源压力。通过对各城市能源消费数据的分析和预测，确定能源需求大的区域，优先在这些区域进行浅层地热能开发利用。经济发展水平：经济发展水平决定了区域对浅层地热能开发项目的投资能力和技术水平。经济发展水平较高的地区，通常具备更强的资金实力和技术人才储备，能够承担浅层地热能开发项目的前期投资和后期运营管理成本，也有利于引进和应用先进的技术和设备，提高浅层地热能开发利用的效率和效益。例如，石嘴山市在新材料、装备制造等产业领域发展较好，经济实力较强，能够为浅层地热能开发项目提供充足的资金支持，同时也具备吸引相关技术人才的能力，有利于浅层地热能产业的发展。在评价过程中，可通过人均GDP、财政收入等指标来衡量区域的经济发展水平，经济发展水平高的区域对浅层地热能开发利用适宜性高；经济发展水平中等且具备一定投资和技术能力的区域为较适宜；经济发展水平较低且投资和技术能力有限的区域适宜性相对较低。技术水平：技术水平是影响浅层地热能开发利用效率和成本的关键因素。先进的地源热泵技术、钻井技术、换热技术等，能够提高浅层地热能开发项目的运行效率，降低能源消耗和运营成本，同时也能保证项目的长期稳定运行。在宁夏沿黄河经济带重点城市，技术水平的高低体现在当地相关企业和科研机构的技术研发能力、工程施工能力以及对先进技术的引进和应用能力等方面。例如，一些城市拥有专业的地源热泵工程公司，具备丰富的工程设计和施工经验，能够采用先进的技术和工艺建设浅层地热能开发项目，提高项目的质量和效益。技术水平高的区域对浅层地热能开发利用适宜性高；技术水平中等且能够满足基本开发需求的区域为较适宜；技术水平较低且难以满足开发要求的区域适宜性较差。4.3指标权重确定方法在浅层地热能适宜性评价中，准确确定各评价指标的权重至关重要，它直接影响评价结果的科学性和可靠性。目前，确定指标权重的方法众多，层次分析法和主成分分析法是较为常用的两种方法，它们各自具有独特的原理、优缺点及适用场景。层次分析法（AHP）是一种定性与定量相结合的多因素决策分析方法，由美国运筹学家萨蒂（T.L.Saaty）于20世纪70年代提出。其基本原理是将复杂的决策问题分解为多个层次，包括目标层、准则层和指标层等，通过对同一层次各因素相对于上一层次某一准则的重要性进行两两比较，构造判断矩阵，利用数学方法计算判断矩阵的特征向量和最大特征值，从而确定各因素的相对权重。例如，在构建宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能适宜性评价指标体系时，将评价问题分解为目标层（浅层地热能利用适宜性评价）、准则层（如水文地质、热储特征、工程地质、环境影响、社会经济等准则）和指标层（如含水层厚度、岩土体导热系数等具体指标）。邀请地质、水文地质、能源等领域的专家，对准则层下各指标相对于准则的重要性进行两两比较，如判断含水层厚度与渗透系数对于水文地质准则的相对重要性，构建判断矩阵。通过计算判断矩阵，得出各指标在准则层下的权重，再进一步计算各准则层相对于目标层的权重，最终确定各评价指标的综合权重。层次分析法的优点显著。它能够将复杂的问题条理化、层次化，使决策者可以清晰地了解各因素之间的关系和相对重要性，便于进行分析和决策。该方法可以充分利用专家的经验和知识，对于一些难以定量分析的因素，通过专家的主观判断进行评价，具有较强的实用性。在确定工程地质指标中地层岩性和地质构造稳定性的权重时，专家可以根据其专业知识和实践经验，对二者的重要性进行判断，从而确定合理的权重。然而，层次分析法也存在一些缺点。其主观性较强，权重的确定依赖于专家的主观判断，不同专家的意见可能存在差异，导致权重结果不够客观。在构建判断矩阵时，若专家对各因素的理解和判断存在偏差，可能会使判断矩阵的一致性受到影响，从而影响权重的准确性。当评价指标较多时，判断矩阵的构建和一致性检验过程较为繁琐，计算量较大，增加了分析的复杂性。主成分分析法（PCA）是一种基于数据降维的多元统计分析方法。其基本原理是通过线性变换，将多个原始变量转换为少数几个互不相关的综合变量，即主成分。这些主成分能够尽可能地保留原始变量的信息，且方差贡献率较大。在浅层地热能适宜性评价中，利用主成分分析法对多个评价指标进行处理。首先对原始数据进行标准化处理，消除量纲和数量级的影响。计算相关系数矩阵，确定主成分的个数和主成分表达式。根据主成分得分对研究区域进行适宜性评价。例如，对于宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能适宜性评价中的多个指标数据，如含水层厚度、单井出水量、岩土体导热系数等，进行标准化处理后，计算相关系数矩阵，找出相关性较高的指标，将其综合为少数几个主成分。通过分析主成分的方差贡献率，确定各主成分的重要性，进而根据主成分得分对不同区域的浅层地热能适宜性进行评价。主成分分析法的优点在于它是基于数据本身的特征进行分析，客观性强，能够避免人为因素的干扰，使评价结果更加客观准确。该方法能够有效降低数据的维度，减少数据的冗余性，同时保留原始数据的主要信息，提高分析效率。当评价指标较多且存在相关性时，主成分分析法能够提取数据的主要特征，简化分析过程。不过，主成分分析法也存在一定的局限性。它对数据的要求较高，要求数据具有正态分布特征，若数据不符合正态分布，可能会影响分析结果的准确性。主成分的含义往往不够明确，不像层次分析法那样具有清晰的物理意义，可能会给结果的解释和应用带来一定困难。在某些情况下，主成分分析法可能会丢失一些次要但对评价结果有一定影响的信息。在本研究中，综合考虑宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能适宜性评价的特点和需求，选择层次分析法和主成分分析法相结合的方法来确定指标权重。首先，利用层次分析法，充分发挥专家的经验和知识优势，对各评价指标的相对重要性进行初步判断，确定各指标的主观权重。邀请相关领域的专家，对水文地质、热储特征等准则层下的各指标进行重要性评价，构建判断矩阵并计算权重。运用主成分分析法，对原始数据进行处理，确定各指标的客观权重。通过对多个评价指标数据的标准化处理和相关系数矩阵计算，提取主成分，根据主成分得分确定客观权重。将两种方法确定的权重进行综合，得到最终的指标权重。这样可以充分利用两种方法的优点，既考虑了专家的经验和主观判断，又保证了评价结果的客观性和准确性，使评价结果更加科学合理，为宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能的开发利用提供更可靠的决策依据。五、宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能利用适宜性评价5.1数据收集与处理数据收集是浅层地热能利用适宜性评价的基础工作，其准确性和完整性直接影响评价结果的可靠性。为全面获取宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能相关数据，本研究采用多种途径进行数据收集。地质和水文地质数据主要来源于宁夏回族自治区地质勘查院、水文地质监测站等单位的地质勘查报告和长期监测资料。这些报告和资料详细记录了研究区域的地层岩性、地质构造、含水层分布、地下水水位、水温、水质等信息，是了解研究区地质和水文地质条件的重要依据。例如，通过查阅银川市的地质勘查报告，获取了该市不同地层岩性的分布范围、厚度以及岩土体的物理力学性质等数据；从水文地质监测站的资料中，获取了多年来银川市地下水水位的动态变化数据、含水层的渗透系数等参数。同时，为补充和验证现有资料，还进行了实地监测。在研究区域内布置了多个监测点，采用专业的地质勘探设备和水文地质测试仪器，对地层岩性、地下水位、水温等参数进行现场测量。如使用地质钻机在不同地点进行钻探，获取岩芯样本，通过实验室分析确定地层岩性和岩土体的热物性参数；利用地下水水位监测仪，实时监测地下水位的变化情况。气象数据主要从宁夏回族自治区气象局获取，包括多年的年平均气温、降水量、日照时数等数据。这些数据反映了研究区域的气候特征，对浅层地热能的开发利用有重要影响。例如，年平均气温影响浅层地热能的需求，在寒冷地区冬季供暖需求大，对浅层地热能的利用更为迫切；降水量和日照时数则影响浅层地热能开发利用的环境条件和可行性。社会经济数据来源于宁夏回族自治区统计局发布的统计年鉴、各城市的政府工作报告以及相关行业报告等。通过这些资料，获取了各城市的GDP、人口数量、能源消费总量、产业结构等数据，用于分析区域的经济发展水平、能源需求以及浅层地热能开发利用的社会经济条件。例如，根据统计年鉴中的能源消费数据，分析各城市对传统能源的依赖程度以及对浅层地热能的市场需求潜力；通过各城市的GDP和产业结构数据，了解其经济发展水平和产业特点，为评估浅层地热能开发项目的投资能力和技术水平提供依据。由于收集到的数据来源广泛，数据的量纲、数量级和变化范围存在差异，直接使用原始数据进行分析会影响评价结果的准确性和可靠性。因此，需要对数据进行标准化和归一化处理，将不同类型的数据转换为具有可比性的数值。本研究采用极差标准化方法对数据进行处理，其公式为：x_{ij}^*=\frac{x_{ij}-\min(x_j)}{\max(x_j)-\min(x_j)}其中，x_{ij}^*为第i个样本第j个指标的标准化值，x_{ij}为第i个样本第j个指标的原始值，\min(x_j)和\max(x_j)分别为第j个指标的最小值和最大值。通过极差标准化处理，将所有指标的数据都转换到[0,1]区间内，消除了量纲和数量级的影响，使不同指标的数据具有可比性。例如，对于含水层厚度、单井出水量等指标，由于其原始数据的量纲和数量级不同，经过极差标准化处理后，这些指标的数据都被转换到相同的尺度，便于后续的分析和计算。在进行层次分析法和主成分分析法时，标准化后的数据能够更准确地反映各指标之间的相对关系，提高评价结果的科学性和可靠性。5.2评价模型建立与应用基于层次分析法（AHP）和主成分分析法（PCA），构建宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能利用适宜性评价模型。首先运用层次分析法确定各评价指标的主观权重，邀请地质、水文地质、能源等领域的5-10位专家，依据各指标对浅层地热能利用适宜性的影响程度，对准则层下各指标相对于准则的重要性进行两两比较，采用1-9标度法构建判断矩阵。例如，在水文地质准则层下，对含水层厚度、渗透系数、单井出水量、水位埋深这4个指标进行两两比较，构建判断矩阵A：A=\begin{pmatrix}1&a_{12}&a_{13}&a_{14}\\a_{21}&1&a_{23}&a_{24}\\a_{31}&a_{32}&1&a_{34}\\a_{41}&a_{42}&a_{43}&1\end{pmatrix}其中a_{ij}表示第i个指标相对于第j个指标的重要性标度，且a_{ij}=\frac{1}{a_{ji}}。利用方根法或特征根法计算判断矩阵的最大特征值\lambda_{max}和特征向量W，对特征向量进行归一化处理得到各指标的权重向量w=(w_1,w_2,w_3,w_4)^T。通过一致性指标CI=\frac{\lambda_{max}-n}{n-1}和一致性比例CR=\frac{CI}{RI}进行一致性检验，其中n为判断矩阵的阶数，RI为平均随机一致性指标，可通过查表获取。当CR<0.1时，判断矩阵具有满意的一致性，权重向量有效；否则，需重新调整判断矩阵，直至满足一致性要求。按照上述方法，分别计算热储特征、工程地质、环境影响、社会经济等准则层下各指标的权重。运用主成分分析法确定各评价指标的客观权重。对标准化后的数据进行主成分分析，计算相关系数矩阵R，其元素r_{ij}表示第i个指标与第j个指标的相关系数：r_{ij}=\frac{\sum_{k=1}^{m}(x_{ki}-\overline{x}_i)(x_{kj}-\overline{x}_j)}{\sqrt{\sum_{k=1}^{m}(x_{ki}-\overline{x}_i)^2\sum_{k=1}^{m}(x_{kj}-\overline{x}_j)^2}}其中x_{ki}表示第k个样本第i个指标的值，\overline{x}_i表示第i个指标的均值，m为样本数量。计算相关系数矩阵R的特征值\lambda_i和特征向量v_i，根据特征值的大小确定主成分的个数，一般选取累计方差贡献率达到85%以上的主成分。例如，若前3个主成分的累计方差贡献率达到85%，则选取这3个主成分。计算各主成分的得分F_j：F_j=\sum_{i=1}^{n}v_{ij}x_{i}^*其中v_{ij}为第j个主成分在第i个指标上的载荷，x_{i}^*为标准化后的第i个指标的值。根据各主成分的方差贡献率\omega_j计算各指标的客观权重w_{i}^{obj}：w_{i}^{obj}=\sum_{j=1}^{p}\omega_jv_{ij}^2其中p为主成分的个数。将层次分析法确定的主观权重w_{i}^{subj}和主成分分析法确定的客观权重w_{i}^{obj}进行综合，采用线性加权法得到各指标的最终权重w_i：w_i=\alphaw_{i}^{subj}+(1-\alpha)w_{i}^{obj}其中\alpha为权重系数，取值范围为[0,1]，本研究根据实际情况取\alpha=0.5。在确定各指标权重后，构建适宜性评价模型。设评价指标集为X=\{x_1,x_2,\cdots,x_n\}，对应的权重集为W=\{w_1,w_2,\cdots,w_n\}，标准化后的指标值为x_{ij}^*（i=1,2,\cdots,m，j=1,2,\cdots,n，m为样本数量），则综合评价指数S_i的计算公式为：S_i=\sum_{j=1}^{n}w_jx_{ij}^*利用构建的评价模型，对宁夏沿黄河经济带重点城市浅层地热能利用适宜性进行计算和评价。以银川市为例，将收集到的银川市各评价指标数据进行标准化处理后，代入评价模型计算综合评价指数S_{银川}。按照同样的方法，分别计算石嘴山市、吴忠市、中卫市等城市的综合评价指数。根据综合评价指数的