地下水库修建条件及其在沿海地区的应用

行, 保证了地下水资源的可持续开发利用。在我国经济发达、水资源供需矛盾突出的沿海胶东半岛
地区修建的地下水库, 对水资源的可持续利用发挥了巨大作用。
关键词: 地下水库; 建设条件; 胶东半岛; 应用
中图分类号: P641125
文献标识码: A
Abstract: Groundwater reservoir is water conservancy project based on special hydro-geological condition. The systemic operat ions of groundwater reservoir such as the unstinted replenishing water resources, the huge storage structure limited by impervious boundary, the interception engineering of surface water, the manua-l induced infiltration recharge engineering and the groundwater pumping engineering ensure the continual exploitation and utilization of groundwater resources. The groundwater reservoirs located at littoral Jiaodong peninsula, where the economy has developed and the contradict ion between supplying and demanding of water resources is outstanding, make important roles on sustained exploitation of water resources. Key words: groundwater reservoir; construct ion condition; Jiaodong peninsula; application
5 胶东半岛地区地下水库建设实例
511 胶东半岛水文地质条件 胶东半岛位于山东省东部、胶莱河以东的沿海
地区, 包括烟台、威海和青岛等市。胶东半岛属于 华北 温带 季风 大陆 性气 候, 多 年 平均 降水 量 756 mm。降水量的年际 变化大, 且丰枯水 年往往连续 出现。降水年内分配不均, 年降水量的 76% 以上集 中在汛期的 6~ 10 月份。
对于人工补给方法除了考虑工程设施、水文地 质条件、水动力平衡和补给技术外, 尚须考虑因补 给地下水所获得的社会、经济成本与效益, 因此应 该建立完整的补给计划和方案。
3 地下水库的组成
地下水库除具备水文地质方面的基础条件外, 还必须修建水利工程。
综合国内外地下水库的建设经验及工程实例, 地下水库的主体应包括以下 4 个基本部分: ¹ 由天 然储水构造所组成的地下蓄水空间; º 拦截地下径 流的截渗坝 ( 在 隔水 边界完 整的储 水构造 也可不 建) ; » 地表拦 洪蓄水工 程和人工 引渗补给 工程; ¼地下水开采工程; 由此形成了储水 ) 拦水 ) 引水 ) 开采水的地下水补给、开发利用系统。此外地下 水库还应包括一些辅助工程, 如地表排污工程、污 水处理和防护工程、滨海地下截渗坝内残留咸水体 处理工程、滨海河道海水 ( 潮汐) 拦截工程、地下 水资源与环境管理监测系统等。
地下水库修建条件及其在沿海地区的应用
张志忠1, 张开军2
( 11 青岛海洋地质研究所, 山东青岛 266071; 21 中国地质调查 局, 北京 100011)
摘要: 地下水库是建立在特殊水文地质条件基础上的水利工程, 充裕的补给水源、具有一定隔水边
界的大型储水构造、地表水拦截工程和人工引渗补给工程、地下水开采工程等地下水库系统的运
修建地下水库, 还可以多方面改善生态环境。 通过人工补给含水层抬升地下水位, 有助于地下水 降落漏斗的恢复, 防止地面沉降, 减少地下水过量
收稿日期: 2006-10-14; 修订日期: 2007- 03- 05 基金项目: 国家自然科学基金项 目 ( 40272078) 资助. 作者简介: 张志忠 ( 1965- ) , 男 ( 汉族) , 河北保定 人, 博
对于河道上修建的拦洪蓄水坝, 在增加了当地 地下水补给量的同时, 容易造成河床表部透水层的 堵塞, 给清理堵塞层增加了很大困难。因此, 这种 方法比较适用于季节性河流或流量较小且水质较好 的河流。
4 地下水库的勘察
对于拟建库区周围各种可能影响补给工程的因
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士, 副研究员.
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开采导致的地裂缝、地表塌陷, 阻止海 ( 咸) 水入 侵, 恢复湿地面积, 改善土壤墒情, 缓解土地荒漠 化、沙漠化, 提高抗旱防洪能力等。
2 地下水库的建设条件
要修建地下水库, 需要 具备适宜的基础条件。 除了补给水源, 地下水库还需具备如下三个水文地 质条件: 一是封闭或近封闭的边界条件, 具有足够 大的蓄水空间; 二是库 区具有良 好的水力 传导条 件; 三是具备便利可行的 采补条件[ 1, 3] 。当然, 上 述诸条件中都可以有人工干预因素的存在。
素, 都要进行详细的勘察和已有资料的综合收集工 作。勘察 的内 容包括: 自然地 理和 气象 水文 ( 降 水、蒸发 等) , 岩 土层 结构、赋存 规律、渗 透性、 富水性等地质、水文地质条件, 含水层蓄水能力, 包气带分布、结构, 拟建坝址及附近的工程地质条 件, 用于补给的地表水水质、水量, 当地经济发展 和供水需求, 现有供水和排水网络, 农作物生长, 生态植被情况, 陆地面积的可用性及修建技术, 维 持地下水库运行的可行性等等。
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应用。
1 地下水库的概念及作用
地下水库是指修建于地层中并以含水层为水资 源调蓄空间的一种地下水开发利用工程。与地表水 库相比, 地下水库具有如下特点: ¹ 库面无效蒸发 损失量小, 提高了蓄水的有效利用率, 节约了水资 源; º 不占用大量土地资源, 不动迁, 不筑高坝, 建库投资少, 但水资源开发成本较高; » 无淹没、 淤积, 不导致库区外围出现次 生盐渍化、沼泽化、 山体滑坡等灾害地质现象, 相应的生态地质环境负 效应较小; ¼与河流、水库等地表水体联合运用, 可以有效地进行水资源统一规划和科学管理; ½ 利 用水循环, 通过土颗粒的吸附作用和岩 ( 土) 层的 过滤作用, 保护、改善水质, 可避免人为污染, 但 一旦污染后将会难于治理[ 2,3] 。
0 引言
修建地表水库一直是水资源人工调蓄的主要方 法, 它可以发挥防洪、蓄水、供 水、航运、养殖、 旅游、发电、灌溉等综合效益, 提高水资源的综合 利用程度。但修建地表水库也会造成很大损失, 例 如: 淹没、占用土地, 可能诱发地震、滑坡, 引起 下游河流断流和库区周围土壤沼泽 化、盐渍化等。 对于地下水库, 它一方面拥有地表水库的大部分功 能, 另一方面又具有蒸发损失量小、改善水质等诸 多优点[ 1] ; 在国外, 20 世纪 20~ 30 年代就已开始 这方面的工程实践, 我国也在 20 世纪 70 年代开始 进行这方面的实验和应用, 但总体上还处于起步阶 段。沿海地区是我国经济最发达的地区, 对水资源 的需求巨大。由于沿海地区地理上大都处于区域地 下水流域的下游, 近些年来, 由于上、中游地区水 资源利用量逐年增加, 使处于下游的沿海地区地表 水和地下水补给量急剧下降, 这在枯水季节表现得 更为严重, 对沿海地区水资源的可持续利用造成巨 大影响。本文从地下水库的概念入手, 介绍了地下 水库的建设条件、组成和勘察等问题, 列举了沿海 胶东半岛两个具有代表性的地下水库实例, 以期引 起人们的关注, 并促进其在沿海地区得到更广泛的
胶东半岛河流众多, 由于地形起伏大、降水量 年内和年际间的差异较大, 致使河流源短流急, 水 资源时空分布不均, 区内多为季节性河流, 河流大 多独流入海。
胶东半岛为低山丘陵地区, 区内基岩裸露, 主 要由古老变质岩及中生代岩浆岩和碎屑岩组成。根 据地下含水层空隙性质可分为基岩风化、构造裂隙 水, 碳酸盐岩岩溶裂隙水和松散岩类孔隙水 3 种类 型。广泛分布于全区的变质岩、岩浆岩和碎屑岩含 水岩组中的风化、构造裂隙水和在全区零星分布的 碳酸盐岩岩溶裂隙水, 虽然在局部小范围地段富水 性较强, 但 从总体上 来看富 水性较 弱, 难 以形成 大、中型集中供水水源地, 供水意义不大。地下水 资源主要分布于山间河谷平原和滨海平原的第四系 松散层中。
详细的 勘察可以 保证地下 水库 的设计 正确可 行。例如, 确保 含水 层的渗 透能 力, 避 开弱 透水 层, 如果无法避开, 则要研究增强渗透性的措施。
建立河谷型地பைடு நூலகம்水库, 选择地下坝址要非常慎 重, 必须进行工程地质勘察, 以便选择工程地质条 件较稳定的区段; 同时做好地表水引渗回灌配套工 作, 使之形成系列化水利工程, 这样才能达预期目 标。
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水拦截工程, 以截留更多地表径流, 将更多的地表 水引渗到地下含水层。目前, 国内外采取的含水层 人工引渗补给方法主要有 3 种: 地表入渗系统, 人 工渗透坑、渠、带和灌注井。
当河床切穿含水层时, 可在河床上修建梯级拦 水橡胶坝、临时堤坝或渗漏水库, 扩大河道的受水 面积, 在长时间、高水头条件下, 将更多的河水补 给地下含水层; 在山前 地带和山 间河谷平 原河谷 中, 河床大都直接下切到砂砾石含水层中, 河水直 接从砂砾石层中流过, 地表水和地下水的水力联系 非常密切, 在这类地区只要傍河打井大量抽取地下 水, 腾出地下库容, 河水就会通过砂砾石层大量渗 入含水层中, 地下水库就起到了夺取过境河水的作 用。当地表岩层渗透性较差时, 可采用开挖法 ( 回 填反滤层) 建设引渗坑、引渗槽、引渗沟等人工渗 透带, 增加地下水的入渗补给。对于较深部含水层 进行人工补给时, 可施工一些穿透含水层顶板的灌 注井来补给含水层[ 3] 。
( 1) 充裕的补给水源 选择补给水源时, 应当首先考虑补给水量的多 少, 并监测补给期内含水层水位的升降情况, 若水 位升降在设计 的范围内, 则补给 方案符合 实际需 要, 若补给水源不能满足要求时, 也可利用拦河堤 坝拦截河流在雨季时的径流至人工湖, 或者利用处 理过的污水 ( 须符合补给水质要求) 以获取补给水 源。修建拦河坝既可拦截河流回灌地下含水层, 在 沿海地区还可以防止海水沿河道上溯污染附近地下 水。一般来说, 地下水库附近要有足够大的季节性 或长年的过境水体作为蓄水水源, 其水质要求未污 染或轻污染 ( 符合国家水质标准规定) 。 ( 2) 适宜的水文地质条件 实施地下水人工补给, 必须考虑含水层结构, 水文地质特性及大气降水、地表水与地下水三者之 间的联系, 对含水层 ( 地下水库) 的可利用容积、 深度、导水与储水性质等加以详细的调查研究。 作为地下水人工补给的含水层, 一般厚度应为 30~ 60 m, 含水层产状平缓、分布要广泛, 以透水 性中等的各类砂质松散层或具裂隙、溶隙 ( 溶洞) 的高透水性、单井出水量大的岩层最佳。 足够大的蓄水空间和相对封闭的边界是地下水 库的又一前提条件。地下库容越大, 蓄水调节功能 就越强。一般来说蓄水空间应该是分布范围很大的 大型含水层或大型储水构造, 而相对封闭的边界条 件才会有利于地下水的储存和富集。此外, 良好的 调蓄条件还应包括含水层埋藏深度不大, 以便于开 采; 包气带岩性颗粒较粗, 便于降水和地表水的入 渗补给。 ( 3) 人工补给方法及其经济分析 在蓄水基础条件具备的情况下, 要采用经济合 理的引渗工程, 把地表水引渗到地下含水层或储水 构造, 人为补给地下水。当地下水库库区河流季节 性变化较大或者表层透水性较差时, 必须修建地表