對(duì)地下水庫(kù)基本概念的一點(diǎn)認(rèn)識(shí)

董偉科 欒 琦 劉 陽(yáng)

（大連北方基礎(chǔ)工程有限公司 遼寧 大連 116037）

0 前言

據(jù)世界“水組織”最新估算，淡水資源占地球總水量的6%，減掉冰蓋、冰川等，那么地下水幾乎占有了淡水資源的全部。地下水泛指充分飽和了的土層和地質(zhì)層中的地下水位以下的水體。大氣降水是地下水資源最基本來(lái)源之一，由于陸域上各種因素的影響，導(dǎo)致大氣降水系分布的不均勻性，因此，陸地水資源在時(shí)空領(lǐng)域分布上亦不均衡。地表徑流（面狀、線(xiàn)狀、常年性和季節(jié)性等）和各類(lèi)地下徑流的存在，造成很大程度上的水資源浪費(fèi)，如何利用各種工程手段，有效的攔截這些徑流取之利用，成為現(xiàn)今專(zhuān)家、學(xué)者廣泛觀注的課題。“地表儲(chǔ)水體系”即地表水庫(kù)，成為迄今為止水利工程建設(shè)的主體。對(duì)于地下水庫(kù)的概念，世人之今還比較陌生，工程實(shí)例也較少，僅在國(guó)內(nèi)及少數(shù)省份以探索、研究的方式開(kāi)發(fā)利用，缺乏根本性的認(rèn)識(shí)。

國(guó)外一些學(xué)者經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的研究分析，將地下水庫(kù)稱(chēng)之為“環(huán)保型水資源開(kāi)發(fā)工程”。近幾年這類(lèi)工程，國(guó)外發(fā)展速度很快，日本、以色列、美國(guó)、荷蘭、前蘇聯(lián)、法國(guó)等國(guó)家，早在上個(gè)世紀(jì)二、三十年代就已開(kāi)始這方面的工程實(shí)踐。我國(guó)在20世紀(jì)80年代后也相繼在北京、河北、山東、大連等地試驗(yàn)性的建設(shè)了一批不同類(lèi)型的地下水庫(kù)（見(jiàn)表1），取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

表1 我國(guó)已建的部分典型地下水庫(kù)

目前還有一批濱海河谷型地下水庫(kù)正在遼東半島和山東半島孕育施工，有力地顯示了這種環(huán)保型水資源開(kāi)發(fā)方式的強(qiáng)大生命力，尤其在水資源貧乏海水入侵嚴(yán)重的濱海地區(qū)，實(shí)踐意義更為重大,不失為一種即可充分地開(kāi)發(fā)地下水資源又可有效地防止海水入侵的可靠的地下水開(kāi)發(fā)模式。

筆者根據(jù)我國(guó)的部分省、市成功的建成這類(lèi)工程實(shí)例，在我公司以往研究成果的基礎(chǔ)上，就地下水庫(kù)其本概念和有關(guān)的幾個(gè)基本問(wèn)題取得了一點(diǎn)認(rèn)識(shí)與同行學(xué)者一起共同探討。

1 地下水庫(kù)基本概念與分類(lèi)

1.1 地下水庫(kù)基本概念

地下水庫(kù)是以巖石天然空隙為儲(chǔ)水空間并在人工干預(yù)作用下形成的儲(chǔ)存水資源和調(diào)蓄能力的一種地下水開(kāi)發(fā)工程之一。所謂天然儲(chǔ)水空間就是指地下含水層，包括天然狀態(tài)下堅(jiān)硬巖石存在的裂溶隙、溶洞和松散堆積物中的空隙、孔隙等。從大的“水文循環(huán)”理論到專(zhuān)門(mén)水文地質(zhì)學(xué)科來(lái)說(shuō)，這些天然含水層在地殼內(nèi)，由外動(dòng)力地質(zhì)作用下形成了很多形式不一的儲(chǔ)水構(gòu)造，如：沖洪積扇、沖積平原、洪積錐、巖溶儲(chǔ)水構(gòu)造、斷裂儲(chǔ)水構(gòu)造等，這些儲(chǔ)水構(gòu)造無(wú)論充水與否都構(gòu)成了巨大的儲(chǔ)水空間，被水文地質(zhì)學(xué)家稱(chēng)之為“天然地下水庫(kù)”。地下水庫(kù)與地表水庫(kù)相比，二者都是以?xún)?chǔ)存和調(diào)節(jié)水資源為基本目的，但是由于它們處地貌和地質(zhì)體的不同位置和不同的空間及所處的不同的水文地質(zhì)環(huán)境，因此存在著較大的差異性：

其一，它們攔截方式和儲(chǔ)存水的對(duì)象不同。地表水庫(kù)主要攔截地表徑流，以大氣降水為主要來(lái)源儲(chǔ)存對(duì)象，形式上比較直觀易見(jiàn)；地下水庫(kù)是通過(guò)某一區(qū)域大氣降水入滲攔截地下徑流，它的儲(chǔ)存對(duì)象和賦存方式來(lái)源于地下，因此客觀上比較隱蔽和復(fù)雜。

第二，地表水庫(kù)將水儲(chǔ)存在人工修建的地表空間中（如峽谷、洼地等），僅是水的單相運(yùn)轉(zhuǎn)體系；地下水庫(kù)將水儲(chǔ)存在天然的地下含水（儲(chǔ)水構(gòu)造又稱(chēng)“蓄水空間”）介質(zhì)中，形成“地下水運(yùn)移—調(diào)蓄”完整體系。

第三，地表水庫(kù)必須要有地表攔水壩和平面上的蓄水空間，這是水庫(kù)的主體，滲漏、決堤、污染等問(wèn)題是它的敝端；地下水庫(kù)僅需地下截水壩，平面上不需占地空間，天然的巖、土體成為它的良好綠色屏障，有利阻止地表污物和海水倒灌等污染問(wèn)題。

第四，地下水庫(kù)需有輔助性的人工補(bǔ)給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)庫(kù)容內(nèi)的蓄水（天然含水層除外），如連通井、引滲渠、溝等，將大氣降水引入地下含水層中，這是實(shí)現(xiàn)調(diào)蓄的基本條件之一；地表水庫(kù)不需要這種工程，地表攔截和引進(jìn)天然地表徑流自然匯入即可。

第五，地表水庫(kù)的很多功能如航運(yùn)、發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等是地下水庫(kù)所不具備的，地下水庫(kù)也有一些特殊功能如儲(chǔ)能功能。

1.2 地下水庫(kù)的分類(lèi)

地下水庫(kù)的分類(lèi)是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，可以從很多角度進(jìn)行分類(lèi)。曾有的學(xué)者以有無(wú)地下水壩的角度將地下水庫(kù)分為兩大類(lèi)，即：①天然地下水庫(kù)；②人工地下水庫(kù)。又有人提出以地方性分類(lèi)方案，還有人按地下水庫(kù)規(guī)模的大小以大型-中型-小型來(lái)劃分，總而言之，眾說(shuō)分云。筆者認(rèn)為在實(shí)踐中不必過(guò)多的拘泥于復(fù)雜的分類(lèi)，實(shí)際應(yīng)用中結(jié)合地區(qū)水文地質(zhì)條件和地貌特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)，重點(diǎn)考慮地下含水介質(zhì)、地貌成因和所處位置及開(kāi)采狀況等因素，以這種方式分類(lèi)，地下水庫(kù)不外乎有如下五種基本類(lèi)型，即：①調(diào)蓄型；②開(kāi)采漏斗型；③河谷型；④陸地巖溶型；⑤濱海巖溶型。它基本函蓋了目前我國(guó)已應(yīng)用的地下水庫(kù)的全部類(lèi)型。

2 地下水庫(kù)的基本組成

根據(jù)我公司在大連地區(qū)勘察設(shè)計(jì)（含可行性研究）和建設(shè)龍河地下水庫(kù)、三澗堡地下水庫(kù)、三官?gòu)R地下水庫(kù)、青云河地下水庫(kù)等和外省市地下水庫(kù)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為地下水庫(kù)的組成應(yīng)包括四個(gè)基本功能部分：一是，具有天然儲(chǔ)水構(gòu)造的有效庫(kù)容；二是，攔截地下徑流的圍帷壩（隔水邊界完整的儲(chǔ)水構(gòu)造可省略）；三是，地表攔水和引滲功能系統(tǒng)；四是，地下水開(kāi)發(fā)利用工程。當(dāng)然，在地下水庫(kù)實(shí)際應(yīng)用中，還需一些輔助性工程與之相匹配，如地表排污處理、濱海區(qū)庫(kù)內(nèi)殘留咸水體的處理和地表海水?dāng)r截及管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。眾所周知，理想的水資源開(kāi)發(fā)模式是：中上游建“地表水庫(kù)”，中下游建“地下水庫(kù)”，實(shí)現(xiàn)地上、地下全流域綠色的地表水庫(kù)-地下水庫(kù)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的理想模式，地下水庫(kù)是實(shí)現(xiàn)這一模式的重要組成部分，而上述主體工程和輔助工程的確立，正是地下水庫(kù)綠色、良性運(yùn)轉(zhuǎn)的保證。

2.1 確立地下水庫(kù)庫(kù)區(qū)

地下水庫(kù)的庫(kù)區(qū)既邊界條件清楚的儲(chǔ)水構(gòu)造。地下儲(chǔ)水構(gòu)造是指在一定的地質(zhì)、地貌、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件下形成的蓄水空間和三維邊界條件的總和。評(píng)價(jià)地下儲(chǔ)水構(gòu)造的特征有這樣幾個(gè)方面：一是，通過(guò)地質(zhì)勘察確定儲(chǔ)水構(gòu)造的三維邊界和幾何特征；二是，確定組成儲(chǔ)水構(gòu)造的天然含水層的空隙率（孔隙率、裂隙率、巖溶率），確立天然含水層組成的地下水庫(kù)的庫(kù)容量（地下水儲(chǔ)存能力）；三是，勘察研究、分析地下儲(chǔ)水構(gòu)造的邊界條件和邊界性質(zhì)（流量邊界、隔水邊界、混合邊界、水質(zhì)邊界等）；四是，確定地下水儲(chǔ)水構(gòu)造含水層的滲、流場(chǎng)特征以及其它與之相關(guān)的特性。

2.2 修筑地下攔水壩

地下攔水壩是攔截地下水徑流的主體工程，也是地下水庫(kù)的人工隔水邊界。作為地下工程，其施工方法一般有：明挖施工法、地基改良施工法（灌注施工法）、預(yù)制防滲材料施工法、地下連續(xù)墻施工法、鋼板樁法、排列樁法等，這些都是借用了巖土工程的施工方法和手段實(shí)現(xiàn)的。作為隔水邊界它的隔水作用是雙向的，即可阻止庫(kù)區(qū)內(nèi)地下徑流的外排，又可阻止庫(kù)區(qū)外地下徑流的侵入（如海水入侵），還可以在提高庫(kù)區(qū)地下水位的同時(shí)，提高包氣帶含水量，改善土壤墑情。

2.3 地表水?dāng)r截和引滲

這是實(shí)現(xiàn)地下水庫(kù)調(diào)蓄的一項(xiàng)關(guān)鍵性工程。一般情況下，對(duì)庫(kù)區(qū)表層透水性較差的巖、土層進(jìn)行改良，以增大地表水的入滲能力和延緩地表徑流速度。地表水通過(guò)引滲、攔截將更多的地表水灌入庫(kù)區(qū)地下含水層中，人為增加地下水的補(bǔ)給量（也稱(chēng)為“人工補(bǔ)源”）。實(shí)際上這一舉措目的就是建立地表徑流與庫(kù)區(qū)內(nèi)主要含水層間的密切水力聯(lián)系，改善徑流通道，人為增大徑流通道的滲透系數(shù)，提高入滲率和入滲效應(yīng)。地下水庫(kù)經(jīng)人工補(bǔ)源后，對(duì)天然含水層來(lái)說(shuō)形成了新的人工補(bǔ)給點(diǎn)和補(bǔ)給面，而對(duì)天然補(bǔ)給量來(lái)講這又是一種擴(kuò)大的補(bǔ)給量，可稱(chēng)之為第二補(bǔ)給量，其補(bǔ)給量一般可以通過(guò)野外原位試驗(yàn)的方法測(cè)定。

實(shí)施這種引滲、攔截的方法，目前大多采用開(kāi)挖法（回填反濾層）建設(shè)引滲坑、引滲槽（垂直地表徑流方向）、引滲溝等，對(duì)深部含水層要修筑人工回灌井（井深≥含水層的頂板）。在引滲、攔截整體工程中，應(yīng)注意回灌水質(zhì)的檢測(cè)，其標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)地區(qū)性用水的目的不同而定，我國(guó)一般采用飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理回灌。目前國(guó)外個(gè)別國(guó)家對(duì)回灌水也采用二度處理法進(jìn)行回灌（荷蘭）。

2.4 地下水開(kāi)采工程（取水工程）

實(shí)際是指通常的地下水開(kāi)采方法，除了各種類(lèi)型的取水井外，對(duì)于含水層埋藏較淺、水資源豐富的較大型地下水庫(kù)，更適用于集水廊道的開(kāi)采模式，其特點(diǎn)供水途徑明了簡(jiǎn)便、快捷，便于輸水線(xiàn)路維護(hù)，適宜現(xiàn)代化大型工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的集中供水、經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)越等條件。

2.5 輔助性工程

2.5.1 地表排污處理

是保障地下水庫(kù)綠色環(huán)保的重要措施之一，它是將地下水庫(kù)庫(kù)區(qū)的各類(lèi)廢水、廢液和工、農(nóng)業(yè)及生活垃圾等集中起來(lái)，排到區(qū)外或廢水、廢品處理廠，防止人為污染地下水和含水層。

2.5.2 殘留咸水體處理

濱海地區(qū)的地下水庫(kù)近海地段，通常已受到不同程度的海水入侵，在原有的含水層中殘留一定量的咸水體，無(wú)疑它的存在，造成庫(kù)內(nèi)水質(zhì)變壞。緩解或根治這一污染的方法：一是，采用藥物分解排出法處理，這種方法只在極少數(shù)國(guó)外小型地下水庫(kù)中應(yīng)用，成本高且易造成二次污染，筆者不建議采用；二是，大流量強(qiáng)抽水的方式進(jìn)行往復(fù)疏干排放處理，在庫(kù)區(qū)內(nèi)形成疏干—重畜水過(guò)程的自然溶解淡化，特別是在海水集中污染的區(qū)域，這種處理方法效果鮮而易見(jiàn)。以我公司已建的龍河地下水庫(kù)為例，由庫(kù)區(qū)內(nèi)三口監(jiān)測(cè)井水質(zhì)分析資料不難看出，1999年一次疏干-畜水過(guò)程完成后，Cl-由1675.6mg/L變?yōu)?02.18 mg/L，減少了三倍以上，2000年疏干—畜水取樣分析，Cl-由502.18mg/L變?yōu)?82.41mg/L，減少了近二倍，經(jīng)過(guò)三年的取水—畜水自然溶解淡化過(guò)程，現(xiàn)今Cl-含量基本已達(dá)到飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.5.3 地表攔潮工程

濱海河口攔潮工程是為了防止海潮侵入地下水庫(kù)庫(kù)區(qū)修建的地表水利工程，如翻板攔河閘、橡膠壩等，這種地表水利工程雖然簡(jiǎn)單，但有其特殊的功能要求，主要起到攔潮、攔截地表水和泄洪的三種功能。

2.5.4 管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

它的確立對(duì)地下水庫(kù)的信息采集、處理、控制和反饋致關(guān)重要，曾有學(xué)者稱(chēng)之為“地下水庫(kù)的靈魂”。應(yīng)該指出這一系統(tǒng)的研究對(duì)象，除了包括地下水相關(guān)信息外，如水位、水質(zhì)、水溫、開(kāi)采量，還應(yīng)對(duì)水文、氣象相關(guān)信息的采集，如降雨量、蒸發(fā)量、河流徑流量、河流水質(zhì)及其它污染信息等。地下水庫(kù)控制中心和區(qū)域地下水庫(kù)管理中心將對(duì)采集的信息，直接或間接的反饋到管理者或面向用戶(hù)，以提省當(dāng)前地下水庫(kù)所處的狀態(tài)，達(dá)到控制地下水庫(kù)良性運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。從水地質(zhì)環(huán)境的角度看，地下水位過(guò)高和過(guò)低都將導(dǎo)致環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題的發(fā)生，例如：含水層疏干、沼澤化、鹽漬化、咸水入侵等。因此，控制系統(tǒng)的基本功能是控制地下水位、開(kāi)采量、回灌量、水質(zhì)等，實(shí)現(xiàn)我們所需要的地下水可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用，顯然控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是要以信息反饋為前提。

3 地下水庫(kù)的發(fā)展前景與存在問(wèn)題

3.1 發(fā)展前景

在水資源保護(hù)和可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用地下水資源的今天，地下水庫(kù)是繼地表水庫(kù)之后所拓展出的一種替代性和補(bǔ)充性的水資源調(diào)蓄形式，它以巨大的環(huán)保效應(yīng)和可持續(xù)充分利用水資源開(kāi)發(fā)效應(yīng)將成為新世紀(jì)的最重要的水資源開(kāi)發(fā)模式之一，因此，展現(xiàn)出一系列發(fā)展前景：

①不動(dòng)遷居民，原則上對(duì)地面其它建筑影響很小，因此建設(shè)成本較低；

②安全性較高，沒(méi)有跨壩和洪水決堤的危險(xiǎn)以及水庫(kù)誘發(fā)地震的發(fā)生，也沒(méi)有岸邊侵蝕和再造等次生環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題；

③庫(kù)區(qū)內(nèi)地下水蒸發(fā)損耗小，建庫(kù)條件比較簡(jiǎn)單，尤其提高了水資源可調(diào)蓄空間，為地表水、地下水聯(lián)合調(diào)度提供了基礎(chǔ)條件；

④綠色環(huán)保和城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境效果明顯，無(wú)需占地，有效的利用土地資源，在濱海地區(qū)減小海水入侵等一系例污染問(wèn)題。

3.2 存在問(wèn)題

盡管地下水庫(kù)有它諸多不可比擬的優(yōu)越性，但在我國(guó)目前地下水庫(kù)理論研究和實(shí)踐方面也還處于初級(jí)發(fā)展階段，許多問(wèn)題尚在探索之中如：

①地下水庫(kù)的資源量計(jì)算相對(duì)困難，誤差亦較大；

②庫(kù)區(qū)選址勘察精度高，工作量大、運(yùn)轉(zhuǎn)使用周期較長(zhǎng)，地下壩工程檢測(cè)技術(shù)和方法較復(fù)雜；

③管理中的社會(huì)問(wèn)題較多，補(bǔ)給、開(kāi)采和水位必須處于受控狀態(tài)，需要建立一個(gè)較完整的綜合利用、開(kāi)采規(guī)劃系統(tǒng)。

4 結(jié)論

地下水庫(kù)被稱(chēng)為環(huán)保型水資源開(kāi)發(fā)工程，在水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略日受關(guān)注的今天，在水資源開(kāi)發(fā)應(yīng)用中的作用十分重要。地下水庫(kù)利用天然儲(chǔ)水空間，擴(kuò)大儲(chǔ)存水資源是一種新的地下水開(kāi)發(fā)模式，它具八個(gè)功能組成部分，其中四個(gè)為基本組成部分，包括庫(kù)區(qū)、攔水壩和引滲回灌及地下水開(kāi)采工程。地下水庫(kù)即有其它的優(yōu)越性和也存在一定的問(wèn)題，但它將以“環(huán)保型水資源開(kāi)發(fā)工程”顯現(xiàn)其廣闊的發(fā)展前景。

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