地下水库 地下水库概念及分类

而地下水域则要受岩性地质构造控制,1)大多数国外学者认为地下水库就是含水层(groundwaterreservoir),地下水库是一个便于开发和利用的地下水的储水地区,就是利用地下有孔隙(裂隙或溶洞)的岩层和储水构造(天然的地下水盆地或人工坝),所为地下水库是指地下水富集区,地下水库就是指存在于地下的天然大型储水空间,一般指厚度较大、范围较广的大型层状孔隙含水层。

什么是深层地下水有多深

深层地下蓄水层是指深度在地表之下1公里左右的蓄水层,其蓄水量要比地表河湖总蓄水量大得多,目前探明的蓄水量已是地表水量的100倍。某些地下蓄水层甚至还存在着被封闭了几百万年的“化石”水。

地下水库 地下水库概念及分类

地下水是水资源的重要组成部分,由于水量稳定,水质好,是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。但在一定条件下,地下水的变化也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利自然现象。

扩展资料:

地下水水域:

地下水域就是地下水流系统的集水区域。它与地表水的流域亦存在明显区别,地表水的流动主要受地形控制,其流域范围以地形分水岭为界,主要表现为平面形态;

而地下水域则要受岩性地质构造控制,并以地下的隔水边界及水流系统之间的分水界面为界,往往涉及很大深度,表现为立体的集水空间。如以人类历史时期来衡量,地表水流域范围很少变动或变动极其缓慢,而地下水域范围的变化则要快速得多;

尤其是在大量开采地下水或人工大规模排水的条件下,往往引起地下水流系统发生劫夺,促使地下水域范围产生剧变。

参考资料来源:百度百科—深层地下水

参考资料来源:百度百科—地下水

地下水库概念及分类

尽管地下水库的建设在国内外都有尝试,并且在不同国家都有工程实践,但世界各国对地下水库的理解尚未统一,目前没有一个能够普遍接受的科学概念。但国内外许多学者或多或少提涉,目前可归纳为以下几种。

1)大多数国外学者认为地下水库就是含水层(groundwaterreservoir)。含水层不但有储水和释水功能,而且具有年内和年际的天然调蓄能力。这样的说法主要在国外。

2)中国学者提出的地下水库定义。魏永纯(1979)等认为地下水库顾名思义就是指在地面以下,把水蓄积起来的地下蓄水容积或称地下蓄水仓库、林学钰(1984)提出,地下水库是一个便于开发和利用的地下水的储水地区,具有多种功能,包括水的供给、储存、混合和输送。吴忱(1991)年指出所谓地下水库,就是利用地下有孔隙(裂隙或溶洞)的岩层和储水构造(天然的地下水盆地或人工坝),对地下水实行计划开采(腾库)和人工补给(充库),使大气降水、地表水与地下水相互转化,通过多年调蓄,达到综合平衡,从而达到充分利用水资源的目的。楮恒华等(2000)认为,所为地下水库是指地下水富集区。杜汉学(2002)认为,地下水库就是指存在于地下的天然大型储水空间,一般指厚度较大、范围较广的大型层状孔隙含水层,也可能是大型岩溶储水空间,大型含水断裂带等。赵天石(2002)认为地下水库是利用地壳内的天然储水空间,储存资源的一种地下水开发工程。

无论以上学者对地下水库看法是否一致,但都阐述了地下水库的关键因子,出发点均为察知地利,利用地利,探索合理开发水资源的途径。综合比较地表水库与地下水库异同点(表7.1、表7.2),笔者认为:①既然称库,就具备一定的调蓄水功能,和地表水库一样(表7.1)可进行分类;②参考自然行为与人工活动,地下水库可分为天然地下水库和人工地下水库两大类(表7.1)。

表7.1地下水库与地表水库对比

续表

表7.2地表水库与地下水库功能对比表

续表

(四)大沽夹河永福园地下水库下游库区水文地质条件

永福园地下水库下游库区即宫家岛水厂应急供水区域,位于烟台市芝罘区西部及福山区东部,勘察范围自外夹河玉树庄、内夹河北涂山—芝阳山以下,至永福园—宫家岛地下水库坝线,重点在外夹河小沙埠村南、内夹河东北关以北至地下水库截渗坝以上夹河沿岸地带。

1.含水砂层的空间分布规律及富水性

本区覆盖层多为三层结构,上部为3m左右的中细砂,中部为12m左右的黏性土层,下部为15~28m厚的砂卵石层,该层厚度大,透水性强,渗透系数为100~200m/d。

(1)含水砂层平面分布规律

本区含水砂层沉积厚度较大地段为北涂山—南上坊—宫家岛水厂;东关—小沙埠附近;栾家疃西—蒲湾村南;地下水库坝线上下夹河西岸。含水砂层厚度一般15~28m,该地带砂层连续性好,颗粒粗,厚度大,含水砂层分上部潜水含水层和下部承压含水层两层,在宫家岛以南,中间相对隔水层缺失,形成“天窗”。由含水砂层厚度等值线图可看出,区内砂层起主导作用的有两条主径流带,分别在北涂山—南上坊—夹河汇合口附近及栾家疃—蒲湾村南。含水砂层沉积规律与第四系分布规律一致,古河道基底切割深度大,向两侧第四系沉积物由厚变薄。

(2)含水砂层垂向分布规律

据已有钻孔资料,本区在卫家疃外夹河上游和北涂山—芝阳以西含水砂层为二元结构,砂层层数少,一般为1~3层,砂层厚度为5~15m,自上而下颗粒变粗,由中粗砂变为卵砾石。中粗砂顶板埋深一般5~12m,卵砾石顶板埋深一般为17~20m;本区其他大部分地段含水砂层为三元结构,上部砂层层数少,一般为1~2层,厚度2~5m,自上而下颗粒变粗,由中细砂渐变为砾砂,砂层底板埋深为7~10m;中部砂层层数多,一般为2~3层,厚度5~20m,自上而下颗粒变粗,由中粗砂渐变为卵砾石,砂层顶板埋深一般为10~18m,下部普遍有卵砾石层,局部夹有黏性土透镜体。

(3)含水砂层的富水性

根据钻孔抽水试验资料,区内含水砂层的富水性与砂层厚度,颗粒粗细及分选性密切相关。其富水特征表现在:砂层厚度大的钻孔单位涌水量大,分选性越好,粒度越粗,富水性越强。

本区含水砂层厚度大于15m的地段富水性最好,渗透系数为70~100m/d,单井涌水量可大于2000m3/d,主要分布在东关—小沙埠附近和北涂山—南上坊—宫家岛水厂两地段及地下水库坝线上下游夹河西岸,是布置开采井的有利位置,在其外围分布有10~15m厚的含水砂层,富水性较好,单井涌水量在1000~2000m3/d之间,其他地段,富水性相对较差,单井涌水量一般小于1000m3/d。

2.地下水动态特征

影响本区地下水动态变化的主要因素有:开采、降水及地表水体,区内存在潜水及承压水两种类型地下水。由于含水特征的明显差异,其地下水动态也存在明显不同。

(1)潜水

本区潜水含水层直接接受大气降水和地表水体入渗补给,其动态受降水影响明显。一般5~6月份为枯水期,降水稀少,地下水位年内最低;7~9月份为丰水期,降水量增大且较集中,地下水位年内最高。由于在夹河河道上修建有多处拦河闸坝,使区内河道基本保持常年有水,直接补给潜水含水层,使大部分潜水含水层地下水动态变化不大,年变幅多为1~2m。

(2)承压水

区内承压水动态变化主要受人工开采、大气降水及地表水体的影响。人工开采是本区地下水排泄的主要方式,大气降水及地表水体则是通过潜水含水层的越流补给和渗漏天窗直接补给承压含水层。地下水位的动态变化与人工开采、大气降水和地表水体表现出明显的相关性,干旱季节开采量增加,补给量减少,地下水位持续下降,丰水期地下水补给量增加,水位缓慢上升。由于区内层层拦蓄,河道基本保持常年有水,对保持地下水位起到较大作用,区内地下水位年变幅2~5m。

3.地下水水化学特征

受地形地貌、地层岩性、径流条件、人类活动及距海远近等因素影响,本区地下水水化学特征具有明显的分带性。自南往北、下游自山前至河道两侧,地下水质逐渐变咸、变差,地下水TDS由0.5g/L左右,增加到地下水水库坝线1~2g/L,再向北夹河入海处为7.0g/L;Cl-含量由小于100mg/L,至夹河口增大到3600mg/L;水化学类型由简单变得复杂,由

·Cl-·

S

O

-Ca2+·Na+·Mg2+水→Cl-·

-Ca2+·Na+·Mg2+水→Cl-·

-Ca2+·Na+·Mg2+水→Cl+-Na+水,反映了本区地下水自上游向下游径流过程中易溶盐的含量逐渐增加的规律,近海地带由于人工开采导致海水入侵。

地下水库 地下水库概念及分类

4.地下水开发利用现状

区内地下水利用程度较高,先后建有市自来水公司宫家岛水厂(原为二水厂)、西牟水厂及烟台发电厂水源地。此外,尚有福山城区工业自备水源地及农业开采用水。据统计,目前勘察区内地下水实际开采量约为2.7万m3/d。

5.永福园地下水库下游区地下水水质情况

根据地下水动态监测资料,永福园地下水库下游库区水质状况较差,沿夹河靠近坝线附近,约5km2范围内,由于受建坝前海水浸染影响,Cl-含量大都大于200~250mg/L,靠近坝线附近局部大于500mg/L,超过生活饮用水卫生标准(上限250mg/L)。

本区地下水因建库前海水浸染较重,不能满足生活饮用水卫生标准。因此本区水体需要进行置换,抽咸补淡,利用夹河地表水及门楼水库施工弃水进行回灌补源,以满足城市供水水质要求。

我想知道地下水库的知识,谁能告诉我一下谢谢了。

0前言

地下水库不同于地下水人工补给,它不是地下水资源超采后的一种补救措施,而是一种有目的、主动性的储存、调节和利用地下水资源的一种工程措施。本文在总结山东地下水库实践的基础上,并结合国内外其它的地下水库,分析探讨地下水库的基本问题,初步构造了地下水库设计理论框架,最后简单介绍了山东王河地下水库的设计情况。

1地下水库的发展简史

地下水库的发展离不开地下水人工补给的历史,美国、荷兰、俄罗斯等国家自二十世纪三十年代就开始了大规模的人工补给地下水实践。如美国加州沿海岸线一带的注水井,每年回灌处理后的几十亿方地下水,阻止了海水的继续入侵。荷兰阿姆斯特丹的滨海砂丘人工补给设施,利用洪水季节淡化莱茵河水,注进天然入渗井和大井,年回灌量达4000万立米。俄罗斯编制了地下水回灌系统设计及工程运行指南。可以说国外地下水人工补给的技术是比较成熟和先进的。我国大规模的地下水人工补给始于二十世纪六十年代,上海为解决地面沉降问题,进行了深井回补地下水的实践。

随着地下水人工补给的发展,地下水库由设想变为现实。日本于1972年在长崎县野母崎町桦岛建成了第一座地下水库,尽管仅9000立方米的库容,毕竟是世界上早期的地下水库。1975年在河北省兴建的具有深井回灌系统和开采系统的南宫地下水库,却标志着我国地下水库的开始。近年来,我国北方地区为解决干旱和海水入侵问题,又兴起了建造地下水库的高潮,北京进行了西郊地下水库的试验,山东从1990年开始,先后兴建了黄水河地下水库、王河地下水库和大沽河地下水库等,辽宁省也修建了龙河地下水库、三涧地地下水库,南方贵州省也兴建了普定县马官地下水库等。可以说我国的地下水库建设技术和水平达到和超过了世界先进水平,地下水库将是我国继地表山区水库、平原水库之后兴起的又一类重要的蓄水水利工程。

2地下水库基本概念和分类

2.1地下水库的基本概念

在国外上,地下水库(groundwaterreservoir)是一个水文地质学术语,除指地下水库意思外,还含有地下含水层(aquifer)的意思,地下水库(groundwaterreservoir)与地下含水层(aquifer)具有相似的意思。而我国早期的“水文地质学”中,没有地下水库的概念,只有含水层、含水构造等专业术语。

我国学者提出的地下水库定义:林学钰1984年提出“地下水库是一个便于开发和利用地下水的储水地区,具有多种功能,包括水的供给、储存、混合和输送”[1]。赵天石2002年提出:“地下水库是利用地壳内的天然储水空间,储存水资源的一种地下水开发工程。”[2]。杜汉学2002年提出:“地下水库就是指存在于地下的天然大型储水空间。”[3]。水文地质术语中,将地下水库定义为地下储水层。而有些学者认为:将一些地区的厚大含水层或大型储水构造应命名为“地下水库”。

可见,国外没有将地下水库和地下含水层的概念区别开来,国内虽将地下水库与地下含水层的概念区别开来,但没有一个严格的定义,有时又将地下含水层与地下水库混为一谈。

地下水库的概念是相对地表水库而言的。地表水库不同于地表湖泊,在于地表水库具有人为地拦蓄和调节地表水流的功能。与此类似,地下水库不同于地下含水层,在于人为地干预了地下水流的天然调节能力和扩大了地下含水层的蓄水能力。笼统地将厚大含水层或大型储水构造命名为“地下水库”是不科学的,从水利工程的角度来讲,可将天然的厚大含水层或大型储水构造命名为地下湖。

从水利工程定义地下水库的概念:地下水库是利用天然地下储水空间兴建的具有拦蓄、调节和利用地下水流作用的一种水利枢纽。这个地下水库的定义包含三层意思:一是地下水库位于天然地下储水空间中,这里的天然地下储水空间一般指地下含水构造,地下储水空间由岩体和松散堆积层中的孔隙、裂隙和溶隙组成;二是强调地下水库具有人为地拦蓄和调节地下水流的作用;三指明地下水库是一种水利枢纽,说明地下水库是具有多种用途的水利工程。

2.2地下水库的分类

我国地下水库的分类,最初由林学钰按工程构筑形式将地下水库分为有坝、无坝和混合类型三种。赵天石结合辽宁省的特点,根据地下水库的介质、地貌成因、位置、人为开采情况将辽宁省的地下水库划分为五种类型:调蓄型、开采漏斗型、河谷型、陆地岩溶型、滨海岩溶型。下面提出另外几种分类方法。

从地下水库分级管理的角度,按地下水库有效库容的不同,可将地下水库分为大型(大于1亿m3)、中型(0.1~1亿m3)、小型地下水库(小于0.1亿m3)。应该强调这里的库容指有效地下库容,即地下水库中参与调节的那部分地下库容。与地面水库不同,地下储水空间的深度可超过几百米,深层地下水有可能占据大部分库容,而从经济、环境和生态学的角度出发,仅能让有限深度内的地下水参与水库的调节,用总库容难以真实地反映地下水库的实际规模。

根据储水介质的不同,可将地下水库分为松散介质、裂隙介质、岩溶介质和混合介质地下水库。这是强调的是,由于储水介质的不同,地下水的分布特征也不同,地下水动力性质也不同,所采用的地下截渗、回灌、开采工程也会不同。如对于松散介质地下水库,库区内含水层分布相对均匀,一般采用板墙、防渗膜截渗,对回灌及开采工程布局限制较少;对于裂隙介质地下水库,库区内含水层随断裂构造分布,灌浆截渗、回灌及开采工程布置受限于断裂构造;对于岩溶介质地下水库,库区内含水层分布由岩溶发育特点决定,一般采用级配灌浆、筑坝(地下河)截渗,回灌及开采工程布置受限于岩溶构造。

根据地下水埋藏条件,又可将地下水库可分为潜水、承压水和潜水—承压水混合地下水库。这是考虑地下水压力水头的差异会影响到地下水回灌工程和地下水开采工程。此外,还可以根据地下水库的用途进行分类等。

综上所述,从不同的角度,地下水库分类也不同,但按照储水介质进行分类,最能反映地下水库特征,具有实用性,上面提到山东、辽宁已建成的地下水库大部分属于松散介质地下水库,而贵州马官地下水库则属于岩溶介质地下水库。

3建立地下水库的基本条件

建立地下水库最基本的条件有两个:一是需要有足够的天然地下储水空间;一是需要有充足的水源。这也是建立地下水库的两个必要条件。此外,还应考虑可持续条件、环境条件和生态条件等,特别是环境条件有时会成为建立地下水库的决定因素。

地下储水空间构成地下水库库容,天然地下储水空间一般指各种地下含水构造,如洪积扇、冲积扇、地下岩溶等,地下水库的库容由库区内岩体和松散堆积层中的孔隙、裂隙和溶隙等组成。地下水库库区由库区边界所围成的相对封闭的地下空间组成,库区边界包括进水边界、泄水边界以及由地下水分水岭、地下坝或不透水带组成的隔水边界。

水源是形成地下水库的决定性条件。水源通常指本流域或跨流域调水引来的没有污染的地下水、地表水,以及由废水的再利用得到的中水、矿坑排水等。地下水库最主要的特征就是实现了人工调节地下水流,它包括三种调节措施:一是通过建造地下截渗工程抬高地下水位,截住和多蓄地下水;二是通过人工入渗补源工程,增强了地表水转化为地下水的能力;三是通过地下水开采,预留了地下蓄水空间,相应地增大了地下水的蓄水量。

环境因素是决定地下水库能否兴利的重要因素,它包括两方面,一方面指库区污染、地表水回灌等环境因素对地下水水质的影响,被污染的地下水库是没有经济效益的;另一方面是指建立地下水库后地下水位变化是否带来不利的环境问题,地下水过高、过低都会影响库区内作物的生长,地下水位的大幅降低会产生地面沉降等。

可持续条件是指建立地下水库不是一次性的,应满足可持续发展的要求。

生态条件指建立地下水库是否会对植物、生物的生存带来不良的生态问题。

3.1地下水库设计理论框架

地下水库的设计理论可称为地下水库工程学。它是研究如何利用地下储水构造蓄水、兴利和防止灾害的一种水利工程学。水利工程学、地下水动力学、水文地质学、地下水水文学等学科的发展为地下水库工程学的建立奠定理论基础,国内外陆续兴建的地下水库工程为地下水库工程学的建立提供了丰富的实践基础。

地下水库工程学是水利工程学、地下水动力学、水文地质学和地下水水文学等专门学科在地下水库领域的应用和发展,既有别于各专门学科而自成系统,又不能代替各专门学科作用,更不能完全脱离各专门学科而单独发展。地下水库工程学的设计理论框架有:

(1)地下水库的建库理论。主要研究适宜建造地下水库的储水构造、水源,以及研究适宜建库的环境、生态、可持续发展条件。

(2)地下水库地下水水文学计算理论。主要研究地下水的形成和运动规律,地表水、包气带水和地下水的三水转化规律,地下水的动态特征和水均衡理论,地下水资源的计算和评价。

(3)地下水库回灌和开采理论。回灌理论主要研究地下水回灌的机理、地下水回灌优化理论、回灌量的计算理论、回灌补给条件下地下水动态的规律等。开采理论主要研究地下水的开采机理、地下水开采优化理论、地下水开采量计算理论、开采条件下地下水动态的规律等。

(4)地下水库建筑物设计。包括①地下截渗工程,又称地下坝,用于截断地下潜流,形成库区不透水边界,可采用各种地下防渗墙、地下防渗薄膜、灌浆帷幕(岩体灌浆),筑坝(对岩溶地下河而言)等方法进行截渗。②地表水回灌工程,主要指渗井、渗渠、回灌池(坑)和其它形式的入渗建筑物。③地下水开采工程,主要指开采井和集水廊道等。④地表水拦截工程,主要指闸、堰、坝等挡水建筑物。⑤地下水泄水工程。主要指用于排泄库区内多余地下水和残留物等。⑥地表排污工程。⑦潮水拦截工程。⑧库内残留咸水体的处理工程。⑨地下水监测设计等。

地下水库 地下水库概念及分类

(5)地下水库环境影响和生态保护设计。包括库区环境因素评价,因建立地下水库而引起的生态、环境问题评价,如地表水回灌对地下水水质的影响等。

(6)地下水库经济效益分析和评价。

3.2地下水库设计实例

王河地下水库位于山东莱州市王河下游,是依王河兴建的松散介质地下水库,建库的主要目的是补给持续消耗的地下含水层,防止海水入侵和三山岛镇城市供水。地下水库组成详见图1。

图1王河地下水库工程布置图

建库条件分析:库区内分布的冲洪积形成砾质粗砂层形成地下储水空间,穿过库区的王河是地下水库的主要补给水源。

地下水库的组成:(1)、地下坝,包括地下截渗西坝、北坝和副坝,全长13.6公里。(2)、回灌工程包括三部分:由王河河道内机渗井、人工渗井渗渠组成的河道地下回灌工程,由引水渠道内机渗井、回灌坑(尹家人工湖)组成的渠道地下回灌工程,由西由闸、院上闸和过西橡胶坝组成的河道表面蓄水入渗工程。其中机渗井为穿透整个含水层的滤水管井,人工渗井渗渠为挖穿表层弱透水层的井渠组合,回灌池为一废弃的砂石坑。(3)、地下水开采工程由两部分组成:沿库区分布的灌溉用机井和水源地井群。(4)、地下水监测系统由两部分组成:用于监测地下坝防渗效果的地下水位测压管和用于监测库区地下水位、水质状况的监测井。

王河地下水库是松散介质地下水库的典型代表。它包含了地下水库最主要的四个组成部分:即地下截渗工程、地表水回灌工程、地下水开采工程和地下水监测系统。

4结语

以上初步讨论了地下水库基本概念、分类、建库基本条件,以及地下水库设计理论框架,并通过实例加深了对地下水库基本概念和设计理论的认识。随着地下水库工程实践的日益丰富,人们对地下水库的认识会不断深化,地下水库的设计理论也会不断地丰富和完善。

(二)胶东半岛沿海地区的地下水库工程

1.地下水库建设条件与效益分析

(1)地下水库修建的必要性

山东省淡水资源虽然偏少,若适当提高水资源的开发利用率,使有限的水资源发挥最佳经济效益,自力更生,解决供水问题是可能的。解决供需矛盾主要从三个方面入手:逐步提高水资源的开发利用率,增加供水量;节约水资源;减少需水量。发展地下水库,增加供水量。

胶东半岛及莱州湾地区降水多以暴雨形式出现,全年有2/3集中在汛期的2~3个月,而该期的降水又有2/3集中在二十几天内的几场暴雨中;区内河道独流入海,地形坡度大,源短流急,降雨后河水暴涨暴落,拦蓄利用不便,现状平均拦蓄利用率仅40%左右,其中仅胶东半岛平均每年就有约49亿m3河川径流量白白排入大海。与此相对应,该区长期以来依靠超采地下水维持全区逐年增长的工农业和城乡生活用水,局部区域超采严重。

对于胶东半岛这样的缺水地区,提高水资源可利用量的主要途径就是充分挖掘当地水资源潜力,提高地表径流的拦蓄利用率。但要做到这一点仅靠地表拦蓄设施是远远不够的,因为目前区内适于修建地表水库的地方已经很少了,而且随着人类技术经济活动的不断加剧,人口密度的增大,修建地表水库造成的土地淹没、居民搬迁、地表设施的拆迁等所需费用将会越来越高。同时地表拦蓄所造成的水面蒸发损耗很大,据淄博市太河水库监测资料,太河水库由于在修建过程中防渗处理较好,坝下没有渗漏条件,当下游入库流量4万m3/d时,库内水位稳定不变,这说明每日水库蒸发消耗量与流入量相等,即水库日蒸发量达4万m3/d,等于一个中型水源地的开采量。修建地下水库,利用地下库容进行水资源的联合调蓄,是提高地表径流拦蓄率的重要手段。

(2)地下水库建库条件分析

胶东半岛低山丘陵区滨海平原和山间河谷平原第四系厚度较大,含水层颗粒粗且厚度大,具有较大的调蓄空间,况且这些地区地下水开采强度也较大,并引发了海水入侵灾害,使得已建水源地供水能力受到较大限制,修建地下水库即可以阻止海水入侵的发展,又能提高水源地供水能力。所以滨海平原和河谷平原具备修建地下水库的水文地质条件和较强的水资源和环境需求。

本次调查在分析了胶东低山丘陵区地质环境条件的基础上,共选出了18处地下水库库址,其中5处已建成使用,4处已列入规划(表7-2)。这18处地下水库总库容达11.10亿m3,最大调节库容之和为5.93亿m3,最大调节库容占总库容的比例为53%;建库前库区地下水可开采量总和为3.27亿m3/a,建库后达到5.02亿m3/a,可开采量增大54%,水资源效益相当明显。另外,18处地下水库中有13处都存在不同程度的海水入侵问题,在这些地段修建地下水库,可有效遏制海水入侵灾害,取得显著的环境效益。

表7-2胶东半岛地下水库基本情况一览表

续表

(3)地下水库库址选取的基本条件

根据胶东半岛地区地质环境条件分析,区内地下水库宜选在山前冲洪积平原、滨海河谷平原地区,在具体确定水库库址时主要考虑以下五个基本条件:

1)理想的地表拦蓄条件。地下水库区首先应具备暂时性的地表蓄水场所,地形较平缓,以便为地表水下渗补给提供足够的场地和时间。所以主要河流的河床及两侧冲洪积平原区是较理想的库址,可以通过在河床上修建拦河闸拦蓄地表水。

工作区已建成的三处地下水库均位于河流中下游平原,地面坡降小于2‰,天然河床较开阔,河床与河漫滩宽度一般250~800m,具有建坝后回水距离长、拦蓄能力强的特点,适于修建拦河坝。目前三处已建地下水库建有河道拦河坝15处,总拦蓄库容达1220万m3。

2)良好的地下水调蓄条件。库区含水层储水空间大,渗透性较强,埋藏深度不大;包气带岩性颗粒较粗,且没有大面积分布的弱透水层,有利于降水入渗和地表水下渗补给;含水层产状较平缓,具有相对较封闭的边界条件,基底地层透水性较弱。

以拟建的胶州市洋河地下水库选址为例,洋河下游冷家村以东河谷平原地下水为第四系孔隙承压水,主要含水砂层以上有8~10m厚的砂质黏土和海相淤泥盖层,是相对隔水层,不利于地表水和降水入渗,地下水调蓄条件差,该处库址被舍弃,转而选在河流中游、冷家村以西的较强富水地段。该区包气带岩性颗粒较粗,无相对隔水层,调蓄条件较好。

3)优越的补给水源条件。地下水库库区要求控制流域面积较大,以保证汛期有足够多的地表径流量,或者靠近跨流域调水线路,以保证枯水期尤其是连续枯水年出现时有充足的补充水源。补给水源除满足数量要求外,还要满足水质方面的要求,因为补给水会对含水层水质产生重要影响,一旦地下水因此而受到污染,治理起来难度相当大。

以即墨市鳌山卫—温泉地区为例,该区滨海河谷平原从地表拦蓄条件、地下水调蓄条件、环境地质条件及供水需求方面比较适于修建地下水库,但该区河流长度仅15km,流域面积仅92km2。由于流域面积小,河道即使在汛期也经常断流,况且远离西水东调输水线路,很难获得充足的补给水源,该处库址被否定。

4)良好的环境地质条件。地下水库库区要求地质环境状况良好,人口密度不大,工厂较少,无较大污染源,地下水现状水质较好,符合生活饮用水卫生标准,或尽管现状水质较差,但通过地下水库调蓄运行,水质状况有逐步改善的可能。

黄水河地下水库库址选在了胶东半岛人口密集区,区内有原龙口县城,库区的几个乡镇驻地集体私营企业也较发达,这为水库建成后库区地下水质的恶化留下了隐患。结果由于库区污水处理工程不配套,排污河沟密布,在地下水库建成使用后的不到六年的时间内,海水入侵造成的地下水质恶化虽然通过修建地下水库得到控制,但人为排污造成的地下水污染却相当严重。目前库区地下水TDS、总硬度、氯离子、“三氮”、硫酸根离子的超标区面积已经占库区总面积的1/2以上。今后该水库地下水环境的修复治理工作将是一项极为艰巨复杂的工程。

5)较强的供水需求,良好的供水和环境效益。要求库区及附近地区水资源供需矛盾较突出,修建地下水库可以解决当地工农业和生活供水不足,在保证安全运行的前提下,有利于改善环境,避免产生新的环境地质问题。

山东半岛已建成的三处地下水库区分布有龙口市、青岛市、烟台市的主要供水水源地,地下水开采强度较大,建库前都出现了不同程度的海水入侵,对水源地的正常使用构成了极大威胁。地下水库的建成使用后,不但增大了水源地的开采能力,使三处地下水库库区地下水可开采量由43.6万m3/d增长到72.5万m3/d,而且有效遏制了海水入侵的发展,取得了良好的供水、环境效益。

(4)地下水库修建的生态环境效益

地下水库工程的修建对于缓解供水危急、改善山东半岛地区生态环境状况将发挥重要作用,主要表现在以下几个方面:

拦蓄地表径流。山东半岛地区降水集中,河流源短流急,汛期大量地表径流弃泄入海,如此大量的地表弃水与该区缺水态势相违背,所以最大限度地利用这部分弃水对解决受水区供水危急意义重大。已有实践经验表明,修建地下水库工程可有效拦蓄地表径流,减少入海弃水量。以龙口市黄水河为例,黄水河多年平均入海径流量为9800万m3/a,在地下水库建成后,通过库区的4座河道拦河闸及5000眼河床补源渗井平均每年可夺取地表径流弃水2220万m3/a。

蓄存引调江水。由于西水东调调水工程建成运行后,调水量在时间分配上将于受水区需水量不一致,农灌季节需水缺口将由冬季调水量补充,冬季调水量单靠地面水库无法蓄存得下,需要利用地下水库作为蓄水场所。山东半岛23处地下水库的最大调蓄库容总和达25.73亿m3,而作为区内的峡山水库、王屋水库、门楼水库、米山水库、沐浴水库、棘洪滩水库等八个大型骨干蓄水水库的兴利调节库容总和仅为13.5亿m3,仅是这23处地下水库最大调蓄库容的52%,由此可见地下水库巨大的调蓄潜力。

从根本上改善区内生态环境状况。山东半岛地区由于地下水超量开采引发了一系列生态环境地质问题,主要表现为区域地下水位持续下降、海(咸)水入侵和地下水质持续恶化等,治理上述问题需要从恢复与改善地下水环境状况入手,地表水与地下水联合调蓄是主要治理的手段之一。以莱州湾南岸山前冲洪积平原为例,由于近年降水偏少,河流上游地区水资源拦蓄利用量增大,使得下游冲洪积平原区地表径流减少、河道干枯,地下水常年入不敷出,已形成大面积区域水位下降漏斗,造成咸水入侵、地下水质恶化,同时由于地下水位埋深加大,降水、地表水入渗补给量减小,又加剧了水资源不足。地下水库工程建成运行后,可通过回补水源逐渐抬高地下水位,改变地下水水动力条件,加强地下水循环,增大地表水入渗补给能力,将能够使区内较突出的环境地质问题得到彻底根除。

地下水库 地下水库概念及分类

保护滨海河谷地区地下水水源地,增大地下水可开采量。山东半岛滨海河谷地区第四系含水层厚度较大,颗粒较粗,为区内富水地段,已建的地下水水源地均处于这些地区。由于靠近海岸,且中、上游地区修建了大量的水库、塘坝,将流域内地表径流节节拦蓄,使富水区地下水补给量减少,出现地下水位负值漏斗,造成海水入侵,水源地供水能力受到极大遏制。在这些富水地段修建有坝地下水库系统工程,可在阻止海水入侵的同时,增大库区地下水可开采量。

2.胶东半岛沿海地区地下水库类型与主要水库特征

胶东半岛自1995年始相继修建了三处地下水库,依次为黄水河地下水库、大沽河地下水库和大沽夹河地下水库,这些地下水库在实际运行中均取得了明显的水资源和环境效益。

(1)黄水河地下水库

1)地下水库基本情况。黄水河地下水库修建于1995年,主坝长5996m,坝体平均深度26.7m,库区面积51.82km2(图7-1),为提高库区入渗能力,黄水河河道开挖了7000多眼人工渗井。

库区南部分布变质岩,为隔水边界;东部丛林寺河以南分布古、新近系砂砾岩、黏土岩,属弱透水层,为良好的隔水边界;西部羊岚—宋家疃一带,地貌上为山前倾斜平原区,据调查为贫水区,地层透水性较弱,应视为隔水边界。库区基底为古、新近系砂砾岩、黏土岩,为良好的隔水底板;隔水底板起伏较大,形成两个低洼区,一个位于地下水库中上游镇沙村附近,一个位于地下水库下游周家村东,其间的涧村—冶基—唐家集一线有一近东西向隆起,上覆第四系明显变薄。

库区包气带岩性分为砂质黏土、黏质砂土和砂,中下游有5.8km的河道表层分布了厚约3~17m,且分布稳定的黏性土层,透水性较差。库区第四系含水层厚度10~30m,主要岩性为砾质粗砂,富水性强。各含水层之间及地表水与地下水之间存在良好的水力联系(图7-2)。

图7-1黄水河地下水库库区条件图

2)地下水库调蓄功能分析。地下水库总库容5288.8万m3,死库容1402.4万m3,最大调节库容3886.4万m3。

经多年调算(1960~1990年),建库前库区多年平均降水入渗补给量562.3万m3/a,河流入渗补给量1270.5万m3/a,地下径流补给量230万m3/a;建库后河流入渗补给量为3518.8万m3/a(图7-3),较建库前增大177%。库区地下水补给量以河流入渗补给量为主,建库前和建库后分别占总补给量的62%和82%。

(2)大沽河地下水库

1)库区水文与地下水开采。大沽河是胶东半半岛主要河流,全长179km,主要支流有小沽河、洙河、五沽河等,流域面积4162km2。据南村水文站资料,1981年以前基本常年有水,断流时间很短;1981~1989年,除1985年外,大部分时间断流,其中1981年、1983年、1984年和1989年全年断流;1997~1999年一般径流时间为7~9月份,以8月份最大,最大年径流量为2.192亿m3/a,最小为0.088亿m3/a,不同降水年份径流量差别较大。

大沽河流域内建有大型水库2座,中型水库6座,总拦蓄能力3.7亿m3,另外还有众多的小型水库、塘坝,目前大沽河河道有拦河坝7处。

库区农业开采程度较高,在平面上近于均匀开采,但在时间上具有明显的季节性,多集中在枯水季节。工业开采采用大面积分散井群相对集中的开采方式,在平面上近于不同强度开采地段内的均匀开采。库区历年地下水开采量为3133万~11323万m3/a(表7-3),开采强度7.43万~26.85万m3/(km3·a)。

图7-2黄水河地下水库水文地质剖面图

图7-3黄水河地下水库建库前后补给量组成图

表7-3大沽河地下水库历年地下水开采量统计表

2)地下水库地质背景条件。地下水库区第四系厚度一般5~17m,主要含水层为冲积—冲洪积砂及砂砾石层,大致沿大沽河现代河床发育的古河谷中,平原形态呈近南北向的狭长带状,宽度一般5~7km。垂向上第四系呈双层结构,上部以黏质砂土为主,厚度一般2~5m,沿现代河床部分河段上部地层缺失,形成所谓“天窗”。黏质砂土之下为砂、砂砾石层,厚度一般4~8m,在纵向上南部最厚,平均5.89m,北部最薄,平均4.93m,中部介于两者之间,平均5.03m。在横向上,古河道中心部位厚度最大,向两侧砂层厚度变薄至尖灭,颗粒变细。

库区基底地层为王氏组黏土岩、砂岩和青山组玄武岩,其中黏土岩占绝大部分面积。

地下水水力性质基本上属于潜水,在“天窗”部位及开采状态下地下水位大幅下降时呈现典型潜水性质。库区地下水主要接受大气降水、河水补给,三者转化关系明显。由于近年库区地下水位大幅下降,不具备地下水转化为地表水的条件,但十分有利于地表水向地下水转化,尽管河道长期断流,一旦产流随即转化为地下水。

库区地下水开采属于大面积均匀开采,没有形成明显的地下水降落漏斗,水力坡度较小。

3)地下水库基本情况。大沽河地下水库建成于1998年,库区面积421.7km2,储水层在库区边缘逐渐尖灭,边界为弱透水的黏性土或直接与不透水的黏土岩接触,东西两侧边界可视为隔水边界。北界的大、小沽河出山口段、西北界辛庄—冷家庄段以及南界,因库区内外储水层连通,可视为透水边界。

地下水库总库容38413.2万m3,平均含水层厚度5.86m;死库容14633.7m3,平均含水层厚度2.00m;最大调蓄库容10236.0万m3。

大沽河地下水库建库后,“四枯一丰”降水周期内地下水库合理运行情况下补给量构成如图7-4所示。

建库前库区地下水可开采量为20万m3/a,建库后增加为30.2万m3/a,可开采量增加51.1%。库区地下水补给量主要是降水入渗和河流渗漏补给(含人工回灌补给),分别占总补给量的61%和36%。

图7-4地下水库理想运行情况下补给量构成图

(3)大沽夹河地下水库

1)地下水库修建的背景。烟台市是一座缺水型城市,10年一大旱,3年一小旱,特别是从1998年10月起,烟台市遭受了自1887年有资料记载以来降水量最小、持续时间长达32个月的大旱。至2000年年底,全市386座河流和5000多座水库、塘坝全部干涸,市区唯一地表水水源地门楼水库蓄水量仅有700万m3,仅占整库容量的5%。这些水如供市区人口使用,仅够支持40d左右。自来水厂各井群的地下水位已达到极限,55口水源井枯竭关闭。

2000年为延缓门楼水库蓄水量急剧减少的局面,水利部门在门楼水库西支流库底向上挖渗水沟20多km,为防渗漏,用了最原始的土办法,在渗沟底铺了近7.1km塑料薄膜。地表水已经没有挖潜余地了,人们想到了地下水。

10年前就有人提出在夹河下游修建地下水库的想法,但经过论证,专家发现上游河流污染问题如得不到根本治理,修建地下水库无疑会毁掉这片优质地下水源,于是烟台市政府开始加紧治理上游污染源,为日后修建地下水库做好了前期准备。

2000年9月,当烟台市几百万市民面临断水危急时,市政府下决心修建地下水库。

2)库区地质背景条件。夹河地下水库位于大沽夹河河谷平原,大沽夹河在库区分两支,西支称内夹河,发源于栖霞小灵山,东支称外夹河,发源于海阳牧牛山。内夹河中游建有门楼水库,该水库控制了上游来水的80%以上,总库容1.97亿m3,设计兴利库容1.33亿m3。夹河河道有6处拦河坝,夹河入海口1处,内夹河2处,外夹河3处。大沽夹河入海口附近的夹河橡胶拦水坝,一次可蓄水250万m3,年兴利调节水量达1100万m3,相当于一座中型地表水库的调节水量。

库区现有地下水集中开采区12个,包括自来水公司5个水厂及5个自备水源地,共有集中开采井100余口,地下水设计开采能力24.4万m3/d。

库区第四系厚度10~80m,分布宽度1000~6000m。外夹河西牟以上,内夹河门楼水库坝下至崇义,第四系厚度一般15~26m,多具二元结构,含水层岩性为砂砾卵石,潜水-浅层微承压水,单井涌水量1000~3000m3/d。外夹河西牟以下,内夹河崇义以下至海边,第四系厚度一般25~60m,呈三元结构,上部为粉细砂、亚砂土及亚黏土,中部为淤泥及淤泥质类砂土类,为相对隔水层,下部为砂砾卵石,自南向北厚度增大,沿海最厚达50m,上部赋存潜水,单井涌水量100~500m3/d,下部赋存承压水,单井涌水量1000~3000m3/d。库区基底地层为古元古界粉子山群变粒岩、片岩、大理岩及花岗岩类(图7-5)。

图7-5大沽夹河地下水库水文

库区地下水除接受大气降水补给外,还有河水渗漏补给和周边基岩裂隙水侧向径流补给和农灌补给,其中承压水还接受上层潜水的越流补给。地下水排泄主要为人工开采,其次为蒸发,从近年监测资料分析,地下水无径流入海量。

3)地下水库概况。夹河地下水库工程于2001年10月竣工,地下坝建于宫家岛—永福园—朱果山之间,全长3894m。主体工程是深30余m的地下防渗坝,坝体厚1m左右,长3894m,平均坝高30m左右,采用高压喷射灌浆法施工,灌注孔深入基岩1m。2000年11月东坝段一期工程施工,至2001年8月8日完工投入使用。

2001年水利部门进行库区补源工程建设,施工补源渗井1000多眼,开挖补源渗沟38条。建成后的地下水库库区面积63.26km2,总库容20520万m3,最大调节库容6500万m3,建库前库区地下水可开采量为6500万m3/a,建库后可开采量达10930万m3/a;河流入渗补给量(含人工回灌补给量)由建库前占库区总补给量的26%增大为建库后的55%(图7-6)。

图7-6建库前后补给量构成图

地下水库建成后水利部门在大坝两侧的观测井进行了水位和水质监测,结果表明大坝内侧地下水位高出外侧水位近1m,而且Cl-含量大大低于坝体外侧监测井。