1樓：匿名使用者
0 前言
地下水庫不同於地下水人工補給，它不是地下水資源超採後的一種補救措施，而是一種有目的、主動性的儲存、調節和利用地下水資源的一種工程措施。本文在總結山東地下水庫實踐的基礎上，並結合國內外其它的地下水庫，分析**地下水庫的基本問題，初步構造了地下水庫設計理論框架，最後簡單介紹了山東王河地下水庫的設計情況。
1 地下水庫的發展簡史
地下水庫的發展離不開地下水人工補給的歷史，美國、荷蘭、俄羅斯等國家自二十世紀三十年代就開始了大規模的人工補給地下水實踐。如美國加州沿海岸線一帶的注水井，每年回灌處理後的幾十億方地下水，阻止了海水的繼續入侵。荷蘭阿姆斯特丹的濱海砂丘人工補給設施，利用洪水季節淡化萊茵河水，注進天然入滲井和大井，年回灌量達4000萬立米。
俄羅斯編制了地下水回灌系統設計及工程執行指南。可以說國外地下水人工補給的技術是比較成熟和先進的。我國大規模的地下水人工補給始於二十世紀六十年代，上海為解決地面沉降問題，進行了深井回補地下水的實踐。
隨著地下水人工補給的發展，地下水庫由設想變為現實。日本於2023年在長崎縣野母崎町樺島建成了第一座地下水庫，儘管僅9000立方米的庫容，畢竟是世界上早期的地下水庫。2023年在河北省興建的具有深井回灌系統和開採系統的南宮地下水庫，卻標誌著我國地下水庫的開始。
近年來，我國北方地區為解決乾旱和海水入侵問題，又興起了建造地下水庫的高潮，北京進行了西郊地下水庫的試驗，山東從2023年開始，先後興建了黃水河地下水庫、王河地下水庫和大沽河地下水庫等，遼寧省也修建了龍河地下水庫、三澗地地下水庫，南方貴州省也興建了普定縣馬官地下水庫等。可以說我國的地下水庫建設技術和水平達到和超過了世界先進水平，地下水庫將是我國繼地表山區水庫、平原水庫之後興起的又一類重要的蓄水水利工程。
2 地下水庫基本概念和分類
2.1 地下水庫的基本概念
在國外上，地下水庫(groundwater reservoir)是一個水文地質學術語，除指地下水庫意思外，還含有地下含水層(aquifer)的意思，地下水庫(groundwater reservoir)與地下含水層（aquifer）具有相似的意思。而我國早期的“水文地質學”中，沒有地下水庫的概念，只有含水層、含水構造等專業術語。
我國學者提出的地下水庫定義：林學鈺2023年提出“地下水庫是一個便於開發和利用地下水的儲水地區，具有多種功能，包括水的供給、儲存、混合和輸送”[1]。趙天石2023年提出：
“地下水庫是利用地殼內的天然儲水空間,儲存水資源的一種地下水開發工程。”[2]。杜漢學2023年提出：
“地下水庫就是指存在於地下的天然大型儲水空間。”[3]。水文地質術語中，將地下水庫定義為地下儲水層。
而有些學者認為：將一些地區的厚大含水層或大型儲水構造應命名為“地下水庫”。
可見，國外沒有將地下水庫和地下含水層的概念區別開來，國內雖將地下水庫與地下含水層的概念區別開來，但沒有一個嚴格的定義，有時又將地下含水層與地下水庫混為一談。
地下水庫的概念是相對地表水庫而言的。地表水庫不同於地表湖泊，在於地表水庫具有人為地攔蓄和調節地表水流的功能。與此類似，地下水庫不同於地下含水層，在於人為地干預了地下水流的天然調節能力和擴大了地下含水層的蓄水能力。
籠統地將厚大含水層或大型儲水構造命名為“地下水庫”是不科學的，從水利工程的角度來講，可將天然的厚大含水層或大型儲水構造命名為地下湖。
從水利工程定義地下水庫的概念：地下水庫是利用天然地下儲水空間興建的具有攔蓄、調節和利用地下水流作用的一種水利樞紐。這個地下水庫的定義包含三層意思：
一是地下水庫位於天然地下儲水空間中，這裡的天然地下儲水空間一般指地下含水構造，地下儲水空間由巖體和鬆散堆積層中的孔隙、裂隙和溶隙組成；二是強調地下水庫具有人為地攔蓄和調節地下水流的作用；三指明地下水庫是一種水利樞紐，說明地下水庫是具有多種用途的水利工程。
2.2 地下水庫的分類
我國地下水庫的分類，最初由林學鈺按工程構築形式將地下水庫分為有壩、無壩和混合型別三種。趙天石結合遼寧省的特點，根據地下水庫的介質、地貌成因、位置、人為開採情況將遼寧省的地下水庫劃分為五種型別：調蓄型、開採漏斗型、河谷型、陸地岩溶型、濱海岩溶型。
下面提出另外幾種分類方法。
從地下水庫分級管理的角度，按地下水庫有效庫容的不同，可將地下水庫分為大型（大於1億m3）、中型（0.1～1億m3）、小型地下水庫（小於0.1億m3）。
應該強調這裡的庫容指有效地下庫容，即地下水庫中參與調節的那部分地下庫容。與地面水庫不同，地下儲水空間的深度可超過幾百米，深層地下水有可能佔據大部分庫容，而從經濟、環境和生態學的角度出發，僅能讓有限深度內的地下水參與水庫的調節，用總庫容難以真實地反映地下水庫的實際規模。
根據儲水介質的不同，可將地下水庫分為鬆散介質、裂隙介質、岩溶介質和混合介質地下水庫。這是強調的是，由於儲水介質的不同，地下水的分佈特徵也不同，地下水動力性質也不同，所採用的地下截滲、回灌、開採工程也會不同。如對於鬆散介質地下水庫，庫區內含水層分佈相對均勻，一般採用板牆、防滲膜截滲，對回灌及開採工程佈局限制較少；對於裂隙介質地下水庫，庫區內含水層隨斷裂構造分佈，灌漿截滲、回灌及開採工程佈置受限於斷裂構造；對於岩溶介質地下水庫，庫區內含水層分佈由岩溶發育特點決定，一般採用級配灌漿、築壩（地下河）截滲，回灌及開採工程佈置受限於岩溶構造。
根據地下水埋藏條件，又可將地下水庫可分為潛水、承壓水和潛水—承壓水混合地下水庫。這是考慮地下水壓力水頭的差異會影響到地下水回灌工程和地下水開採工程。此外，還可以根據地下水庫的用途進行分類等。
綜上所述，從不同的角度，地下水庫分類也不同，但按照儲水介質進行分類，最能反映地下水庫特徵，具有實用性，上面提到山東、遼寧已建成的地下水庫大部分屬於鬆散介質地下水庫，而貴州馬官地下水庫則屬於岩溶介質地下水庫。
3 建立地下水庫的基本條件
建立地下水庫最基本的條件有兩個：一是需要有足夠的天然地下儲水空間；一是需要有充足的水源。這也是建立地下水庫的兩個必要條件。
此外，還應考慮可持續條件、環境條件和生態條件等，特別是環境條件有時會成為建立地下水庫的決定因素。
地下儲水空間構成地下水庫庫容，天然地下儲水空間一般指各種地下含水構造，如洪積扇、沖積扇、地下岩溶等，地下水庫的庫容由庫區內巖體和鬆散堆積層中的孔隙、裂隙和溶隙等組成。地下水庫庫區由庫區邊界所圍成的相對封閉的地下空間組成，庫區邊界包括進水邊界、洩水邊界以及由地下水分水嶺、地下壩或不透水帶組成的隔水邊界。
水源是形成地下水庫的決定性條件。水源通常指本流域或跨流域調水引來的沒有汙染的地下水、地表水，以及由廢水的再利用得到的中水、礦坑排水等。地下水庫最主要的特徵就是實現了人工調節地下水流，它包括三種調節措施：
一是通過建造地下截滲工程抬高地下水位，截住和多蓄地下水；二是通過人工入滲補源工程，增強了地表水轉化為地下水的能力；三是通過地下水開採，預留了地下蓄水空間，相應地增大了地下水的蓄水量。
環境因素是決定地下水庫能否興利的重要因素，它包括兩方面，一方面指庫區汙染、地表水回灌等環境因素對地下水水質的影響，被汙染的地下水庫是沒有經濟效益的；另一方面是指建立地下水庫後地下水位變化是否帶來不利的環境問題，地下水過高、過低都會影響庫區內作物的生長，地下水位的大幅降低會產生地面沉降等。
可持續條件是指建立地下水庫不是一次性的，應滿足可持續發展的要求。
生態條件指建立地下水庫是否會對植物、生物的生存帶來不良的生態問題。
3.1 地下水庫設計理論框架
地下水庫的設計理論可稱為地下水庫工程學。它是研究如何利用地下儲水構造蓄水、興利和防止災害的一種水利工程學。水利工程學、地下水動力學、水文地質學、地下水水文學等學科的發展為地下水庫工程學的建立奠定理論基礎，國內外陸續興建的地下水庫工程為地下水庫工程學的建立提供了豐富的實踐基礎。
地下水庫工程學是水利工程學、地下水動力學、水文地質學和地下水水文學等專門學科在地下水庫領域的應用和發展，既有別於各專門學科而自成系統，又不能代替各專門學科作用，更不能完全脫離各專門學科而單獨發展。地下水庫工程學的設計理論框架有：
（1）地下水庫的建庫理論。主要研究適宜建造地下水庫的儲水構造、水源，以及研究適宜建庫的環境、生態、可持續發展條件。
（2）地下水庫地下水水文學計算理論。主要研究地下水的形成和運動規律，地表水、包氣帶水和地下水的三水轉化規律，地下水的動態特徵和水均衡理論，地下水資源的計算和評價。
（3）地下水庫回灌和開採理論。回灌理論主要研究地下水回灌的機理、地下水回灌優化理論、回灌量的計算理論、回灌補給條件下地下水動態的規律等。開採理論主要研究地下水的開採機理、地下水開採優化理論、地下水開採量計算理論、開採條件下地下水動態的規律等。
（4）地下水庫建築物設計。包括①地下截滲工程，又稱地下壩，用於截斷地下潛流，形成庫區不透水邊界，可採用各種地下防滲牆、地下防滲薄膜、灌漿帷幕（巖體灌漿），築壩（對岩溶地下河而言）等方法進行截滲。②地表水回灌工程，主要指滲井、滲渠、回灌池（坑）和其它形式的入滲建築物。
③地下水開採工程，主要指開採井和集水廊道等。④地表水攔截工程，主要指閘、堰、壩等擋水建築物。⑤地下水洩水工程。
主要指用於排洩庫區內多餘地下水和殘留物等。⑥地表排汙工程。⑦潮水攔截工程。
⑧庫內殘留鹹水體的處理工程。⑨地下水監測設計等。
（5）地下水庫環境影響和生態保護設計。包括庫區環境因素評價，因建立地下水庫而引起的生態、環境問題評價，如地表水回灌對地下水水質的影響等。
（6）地下水庫經濟效益分析和評價。
3.2 地下水庫設計例項
王河地下水庫位於山東萊州市王河下游，是依王河興建的鬆散介質地下水庫，建庫的主要目的是補給持續消耗的地下含水層，防止海水入侵和三山島鎮城市供水。地下水庫組成詳見圖1。
圖1 王河地下水庫工程佈置圖
建庫條件分析：庫區內分佈的衝洪積形成礫質粗砂層形成地下儲水空間，穿過庫區的王河是地下水庫的主要補給水源。
地下水庫的組成：（1）、地下壩，包括地下截滲西壩、北壩和副壩，全長13.6公里。
（2）、回灌工程包括三部分：由王河河道內機滲井、人工滲井滲渠組成的河道地下回灌工程，由引水渠道內機滲井、回灌坑（尹家人工湖）組成的渠道地下回灌工程，由西由閘、院上閘和過西橡膠壩組成的河道表面蓄水入滲工程。其中機滲井為穿透整個含水層的濾水管井，人工滲井滲渠為挖穿表層弱透水層的井渠組合，回灌池為一廢棄的砂石坑。
（3）、地下水開採工程由兩部分組成：沿庫區分佈的灌溉用機井和水源地井群。（4）、地下水監測系統由兩部分組成：
用於監測地下壩防滲效果的地下水位測壓管和用於監測庫區地下水位、水質狀況的監測井。
王河地下水庫是鬆散介質地下水庫的典型代表。它包含了地下水庫最主要的四個組成部分：即地下截滲工程、地表水回灌工程、地下水開採工程和地下水監測系統。
4 結語
以上初步討論了地下水庫基本概念、分類、建庫基本條件，以及地下水庫設計理論框架，並通過例項加深了對地下水庫基本概念和設計理論的認識。隨著地下水庫工程實踐的日益豐富，人們對地下水庫的認識會不斷深化，地下水庫的設計理論也會不斷地豐富和完善。
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