地下水庫設(shè)計理論初探

地下水庫設(shè)計理論初探摘要：地下水庫不同于地下水人工補(bǔ)給，它不是地下水資源超采后的一種補(bǔ)救措施，而是一種有目的、主動性的儲存、調(diào)節(jié)和利用地下水資源的一種工程措施。本文在總結(jié)山東地下水庫實踐的基礎(chǔ)上，并結(jié)合國內(nèi)外其它的地下水庫，分析探討地下水庫的基本問題，初步構(gòu)造了地下水庫設(shè)計理論框架，最后簡單介紹了山東王河地下水庫的設(shè)計情況。關(guān)鍵詞：地下水庫設(shè)計理論初探前言地下水庫不同于地下水人工補(bǔ)給，它不是地下水資源超采后的一種補(bǔ)救措施，而是一種有目的、主動性的儲存、調(diào)節(jié)和利用地下水資源的一種工程措施。本文在總結(jié)山東地下水庫實踐的基礎(chǔ)上，并結(jié)合國內(nèi)外其它的地下水庫，分析探討地下水庫的基本問題，初步構(gòu)造了地下水庫設(shè)計理論框架，最后簡單介紹了山東王河地下水庫的設(shè)計情況。1地下水庫的發(fā)展簡史地下水庫的發(fā)展離不開地下水人工補(bǔ)給的歷史，美國、荷蘭、俄羅斯等國家自二十世紀(jì)三十年代就開始了大規(guī)模的人工補(bǔ)給地下水實踐。如美國加州沿海岸線一帶的注水井，每年回灌處理后的幾十億方地下水，阻止了海水的繼續(xù)入侵。荷蘭阿姆斯特丹的濱海砂丘人工補(bǔ)給設(shè)施，利用洪水季節(jié)淡化萊茵河水，注進(jìn)天然入滲井和大井，年回灌量達(dá)4000萬立米。俄羅斯編制了地下水回灌系統(tǒng)設(shè)計及工程運行指南?？梢哉f國外地下水人工補(bǔ)給的技術(shù)是比較成熟和先進(jìn)的。我國大規(guī)模的地下水人工補(bǔ)給始于二十世紀(jì)六十年代，上海為解決地面沉降問題，進(jìn)行了深井回補(bǔ)地下水的實踐。隨著地下水人工補(bǔ)給的發(fā)展，地下水庫由設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實。日本于1972年在長崎縣野母崎町樺島建成了第一座地下水庫，盡管僅9000立方米的庫容，畢竟是世界上早期的地下水庫。1975年在河北省興建的具有深井回灌系統(tǒng)和開采系統(tǒng)的南宮地下水庫，卻標(biāo)志著我國地下水庫的開始。近年來，我國北方地區(qū)為解決干旱和海水入侵問題，又興起了建造地下水庫的高潮，北京進(jìn)行了西郊地下水庫的試驗，山東從1990年開始，先后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?？梢哉f我國的地下水庫建設(shè)技術(shù)和水平達(dá)到和超過了世界先進(jìn)水平，地下水庫將是我國繼地表山區(qū)水庫、平原水庫之后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(groundwaterreservoir)是一個水文地質(zhì)學(xué)術(shù)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(groundwaterreservoir)與地下含水層（aquifer）具有相似的意思。而我國早期的“水文地質(zhì)學(xué)”中，沒有地下水庫的概念，只有含水層、含水構(gòu)造等專業(yè)術(shù)語。我國學(xué)者提出的地下水庫定義：林學(xué)鈺1984年提出“地下水庫是一個便于開發(fā)和利用地下水的儲水地區(qū)，具有多種功能，包括水的供給、儲存、混合和輸送”[1]。趙天石2002年提出：“地下水庫是利用地殼內(nèi)的天然儲水空間,儲存水資源的一種地下水開發(fā)工程?！盵2]。杜漢學(xué)2002年提出：“地下水庫就是指存在于地下的天然大型儲水空間。”[3]。水文地質(zhì)術(shù)語中，將地下水庫定義為地下儲水層。而有些學(xué)者認(rèn)為：將一些地區(qū)的厚大含水層或大型儲水構(gòu)造應(yīng)命名為“地下水庫”?？梢?，國外沒有將地下水庫和地下含水層的概念區(qū)別開來，國內(nèi)雖將地下水庫與地下含水層的概念區(qū)別開來，但沒有一個嚴(yán)格的定義，有時又將地下含水層與地下水庫混為一談。弊地下水庫瓶的概念是相對泉地表水庫而言扯的。地表水庫聲不同于地表湖鼠泊，在于地表拒水庫具有人為巡地攔蓄和調(diào)節(jié)叢地表水流的功糊能。與此類似代，地下水庫不禿同于地下含水既層，在于人為什地干預(yù)了地下紛水流的天然調(diào)期節(jié)能力和擴(kuò)大拘了地下含水層晨的蓄水能力。使籠統(tǒng)地將厚大趟含水層或大型翠儲水構(gòu)造命名普為賞“昌地下水法庫朽”充是不科學(xué)的，及從水利工程的甜角度來講，可膚將天然的厚大產(chǎn)含水層或大型狐儲水構(gòu)造命名時為地下湖。璃從水利工因程定義地下水搞庫的概念：地許下水庫是利用福天然地下儲水補(bǔ)空間興建的具遺有攔蓄、調(diào)節(jié)盆和利用地下水宏流作用的一種址水利樞紐。這局個地下水庫的蹈定義包含三層昏意思：一是地稍下水庫位于天擠然地下儲水空劍間中，這里的衫天然地下儲水立空間一般指地獲下含水構(gòu)造，困地下儲水空間旗由巖體和松散動堆積層中的孔稍隙、裂隙和溶旺隙組成；二是逗強(qiáng)調(diào)地下水庫營具有人為地攔起蓄和調(diào)節(jié)地下爐水流的作用；猜三指明地下水津庫是一種水利適樞紐，說明地著下水庫是具有滿多種用途的水墻利工程。技2.2掀公地下水庫的分切類抖我國地下噸水庫的分類，況最初由林學(xué)鈺股按工程構(gòu)筑形境式將地下水庫疤分為有壩、無永壩和混合類型防三種。趙天石爆結(jié)合遼寧省的遇特點，根據(jù)地老下水庫的介質(zhì)妨、地貌成因、熟位置、人為開免采情況將遼寧默省的地下水庫傳劃分為五種類竟型：調(diào)蓄型、調(diào)開采漏斗型、塘河谷型、陸地削巖溶型、濱海疊巖溶型。下面今提出另外幾種廚分類方法。臘從地下水顧庫分級管理的螺角度，按地下搜水庫有效庫容家的不同，可將洲地下水庫分為血大型（大材于瀉1搭億和m款3重）、中型勵（免0.撲1異～改1猴億宣m竭3識）、小型地下灰水庫（小急于蛙0.蔬1蒙億廟m植3燥）。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)渴這里的庫容指束有效地下庫容規(guī)，即地下水庫尺中參與調(diào)節(jié)的班那部分地下庫揀容。與地面水活庫不同，地下或儲水空間的深惱度可超過幾百樹米，深層地下狼水有可能占據(jù)騰大部分庫容，煤而從經(jīng)濟(jì)、環(huán)婦境和生態(tài)學(xué)的灘角度出發(fā)，僅撫能讓有限深度宰內(nèi)的地下水參促與水庫的調(diào)節(jié)劑，用總庫容難雄以真實地反映飯地下水庫的實賄際規(guī)模。澡根據(jù)儲水賢介質(zhì)的不同，棋可將地下水庫曉分為松散介質(zhì)肚、裂隙介質(zhì)、隊巖溶介質(zhì)和混撇合介質(zhì)地下水炮庫。這是強(qiáng)調(diào)愉的是，由于儲乘水介質(zhì)的不同犁，地下水的分冒布特征也不同竊，地下水動力前性質(zhì)也不同，歷所采用的地下懷截滲、回灌、勢開采工程也會桿不同。如對于屋松散介質(zhì)地下荷水庫，庫區(qū)內(nèi)扔含水層分布相碎對均勻，一般險采用板墻、防耕滲膜截滲，對披回灌及開采工兇程布局限制較輕少；對于裂隙當(dāng)介質(zhì)地下水庫勵，庫區(qū)內(nèi)含水高層隨斷裂構(gòu)造儀分布，灌漿截蝶滲、回灌及開晌采工程布置受刊限于斷裂構(gòu)造周；對于巖溶介潑質(zhì)地下水庫，梨庫區(qū)內(nèi)含水層疲分布由巖溶發(fā)干育特點決定，山一般采用級配沙灌漿、筑壩（擱地下河）截滲螺，回灌及開采疑工程布置受限墳于巖溶構(gòu)造。責(zé)根據(jù)地下搜水埋藏條件，柳又可將地下水晚庫可分為潛水瞇、承壓水和潛吉水質(zhì)—涌承壓水混合地段下水庫。這是誘考慮地下水壓疤力水頭的差異愛會影響到地下居水回灌工程和濱地下水開采工布程。此外，還飲可以根據(jù)地下毯水庫的用途進(jìn)堂行分類等。援綜上所述制，從不同的角簡度，地下水庫如分類也不同，椅但按照儲水介夠質(zhì)進(jìn)行分類，惹最能反映地下油水庫特征，具楊有實用性，上累面提到山東、景遼寧已建成的咽地下水庫大部縣分屬于松散介芒質(zhì)地下水庫，音而貴州馬官地槐下水庫則屬于采巖溶介質(zhì)地下承水庫。碗3屆乒建立地下水庫島的基本條件顧建立地下互水庫最基本的排條件有兩個：決一是需要有足絲夠的天然地下薯儲水空間；一暢是需要有充足灶的水源。這也俘是建立地下水蚊庫的兩個必要纖條件。此外，然還應(yīng)考慮可持袋續(xù)條件、環(huán)境極條件和生態(tài)條認(rèn)件等，特別是辨環(huán)境條件有時壤會成為建立地口下水庫的決定單因素。凍地下儲水鍋空間構(gòu)成地下車水庫庫容，天稠然地下儲水空目間一般指各種郵地下含水構(gòu)造江，如洪積扇、吸沖積扇、地下叛巖溶等，地下塘水庫的庫容由澡庫區(qū)內(nèi)巖體和柔松散堆積層中醬的孔隙、裂隙秘和溶隙等組成并。地下水庫庫旗區(qū)由庫區(qū)邊界杰所圍成的相對豆封閉的地下空亦間組成，庫區(qū)跨邊界包括進(jìn)水超邊界、泄水邊搜界以及由地下奶水分水嶺、地飽下壩或不透水犁帶組成的隔水頭邊界。努水源是形羅成地下水庫的道決定性條件。扎水源通常指本轟流域或跨流域疏調(diào)水引來的沒活有污染的地下漲水、地表水，位以及由廢水的燥再利用得到的蛙中水、礦坑排備水等。地下水舅庫最主要的特襯征就是實現(xiàn)了岔人工調(diào)節(jié)地下鋼水流，它包括響三種調(diào)節(jié)措施訂：一是通過建閉造地下截滲工壞程抬高地下水報位，截住和多糧蓄地下水；二億是通過人工入年滲補(bǔ)源工程，擔(dān)增強(qiáng)了地表水耕轉(zhuǎn)化為地下水時的能力；三是代通過地下水開州采，預(yù)留了地趨下蓄水空間，蘆相應(yīng)地增大了陜地下水的蓄水拾量。連環(huán)境因素愛是決定地下水勾庫能否興利的忽重要因素，它脅包括兩方面，繩一方面指庫區(qū)底污染、地表水緊回灌等環(huán)境因論素對地下水水丈質(zhì)的影響，被漂污染的地下水尿庫是沒有經(jīng)濟(jì)箭效益的；另一顛方面是指建立沫地下水庫后地哲下水位變化是丹否帶來不利的翠環(huán)境問題，地強(qiáng)下水過高、過網(wǎng)低都會影響庫點區(qū)內(nèi)作物的生蔬長，地下水位革的大幅降低會拘產(chǎn)生地面沉降科等。啟可持續(xù)條赤件是指建立地劑下水庫不是一盈次性的，應(yīng)滿爛足可持續(xù)發(fā)展很的要求。痕生態(tài)條件微指建立地下水湊庫是否會對植栗物、生物的生兼存帶來不良的抵生態(tài)問題。承3.1枝亡地下水庫設(shè)計討理論框架冷地下水庫灣的設(shè)計理論可祖稱為地下水庫沉工程學(xué)。它是徒研究如何利用膛地下儲水構(gòu)造患蓄水、興利和臘防止災(zāi)害的一免種水利工程學(xué)半。水利工程學(xué)釀、地下水動力蚊學(xué)、水文地質(zhì)經(jīng)學(xué)、地下水水妹文學(xué)等學(xué)科的遷發(fā)展為地下水窗庫工程學(xué)的建慮立奠定理論基昌礎(chǔ)，國內(nèi)外陸張續(xù)興建的地下飛水庫工程為地店下水庫工程學(xué)儲的建立提供了游豐富的實踐基趴礎(chǔ)。勸地下水庫賀工程學(xué)是水利黎工程學(xué)、地下旨水動力學(xué)、水歡文地質(zhì)學(xué)和地抖下水水文學(xué)等村專門學(xué)科在地楊下水庫領(lǐng)域的賀應(yīng)用和發(fā)展，聚既有別于各專松門學(xué)科而自成勸系統(tǒng)，又不能格代替各專門學(xué)叫科作用，更不狂能完全脫離各月專門學(xué)科而單捕獨發(fā)展。地下版水庫工程學(xué)的垃設(shè)計理論框架電有：干敲（奪1銅）地下水庫的氏建庫理論。主郊要研究適宜建截造地下水庫的倚儲水構(gòu)造、水脂源，以及研究展適宜建庫的環(huán)從境、生態(tài)、可愈持續(xù)發(fā)展條件碌。維鑰（唇2午）地下水庫地說下水水文學(xué)計丈算理論。主要近研究地下水的版形成和運動規(guī)裙律，地表水、古包氣帶水和地載下水的三水轉(zhuǎn)墾化規(guī)律，地下確水的動態(tài)特征膀和水均衡理論械，地下水資源紐的計算和評價恢。澤肢（島3煉）地下水庫回需灌和開采理論桶?；毓嗬碚撝髋芯康叵滤诨毓嗟臋C(jī)理、媽地下水回灌優(yōu)叔化理論、回灌洋量的計算理論著、回灌補(bǔ)給條詠件下地下水動駛態(tài)的規(guī)律等。察開采理論主要常研究地下水的療開采機(jī)理、地訪下水開采優(yōu)化性理論、地下水?dāng)囬_采量計算理燥論、開采條件其下地下水動態(tài)巷的規(guī)律等。袍棋（哀4扎）地下水庫建蹦筑物設(shè)計。包螺括命戒臺①登地下截滲工程芽，又稱地下壩學(xué)，用于截斷地刑下潛流，形成揚庫區(qū)不透水邊蒼界，可采用各嫩種地下防滲墻銹、地下防滲薄低膜、灌漿帷幕泛（巖體灌漿）墻，筑壩（對巖拍溶地下河而言荷）等方法進(jìn)行申截滲。鑰稻展②刺地表水回灌工翻程，主要指滲天井、滲渠、回刊灌池（坑）和天其它形式的入忍滲建筑物。促驗服③植地下水開采工土程，主要指開酷采井和集水廊末道等。禾串落④仁地表水?dāng)r截工摸程，主要指閘蓄、堰、壩等擋見水建筑物。恰公皮⑤喂地下水泄水工捏程。主要指用坡于排泄庫區(qū)內(nèi)片多余地下水和享殘留物等。秋悠乘⑥敬地表排污工程初。浙殲禾⑦旅潮水?dāng)r截工程袋。挖慢腰⑧收庫內(nèi)殘留咸水蛛體的處理工程櫻。贏宅榨⑨趙地下水監(jiān)測設(shè)族計等。躬迷（挎5粥）地下水庫環(huán)齡境影響和生態(tài)插保護(hù)設(shè)計。包袖括庫區(qū)環(huán)境因壁素評價，因建誼立地下水庫而旗引起的生態(tài)、丑環(huán)境問題評價哭，如地表水回兆灌對地下水水近質(zhì)的影響等。京棋（關(guān)6懇）地下水庫經(jīng)創(chuàng)濟(jì)效益分析和把評價。普3.2魚秩地下水庫設(shè)計煮實例賓王河地下倉水庫位于山東絨萊州市王河下家游，是依王河乞興建的松散介特質(zhì)地下水庫，車建庫的主要目費的是補(bǔ)給持續(xù)墓消耗的地下含階水層，防止海固水入侵和三山渡島鎮(zhèn)城市供水鑼。地下水庫組閃成詳見敘圖騰1革。呼圖寧1葵覽王河地下水庫刷工程布置圖抓建庫條件喇分析：庫區(qū)內(nèi)夸分布的沖洪積估形成礫質(zhì)粗砂正層形成地下儲系水空間，穿過移庫區(qū)的王河是坐地下水庫的主屑要補(bǔ)給水源。蔥地下水庫消的組成：籃真（烘1狠）、地下壩，歉包括地下截滲惠西壩、北壩和錫副壩，全自長爪13.特6握公里。疾棒（愁2彎）、回灌工程風(fēng)包括三部分：更由王河河道內(nèi)焰機(jī)滲井、人工往滲井滲渠組成直的河道地下回幻灌工程，由引書水渠道內(nèi)機(jī)滲主井、回灌坑（堤尹家人工湖）圓組成的渠道地肥下回灌工程，勵由西由閘、院拋上閘和過西橡仗膠壩組成的河鴿道表面蓄水入特滲工程。其中當(dāng)機(jī)滲井為穿透斬整個含水層的癢濾水管井，人癢工滲井滲渠為航挖穿表層弱透凡水層的井渠組仰合，回灌池為笑一廢棄的砂石套坑。計加（冬3難）、地下水開梳采工程由兩部敬分組成：沿庫查區(qū)分布的灌溉鄰用機(jī)井和水源派地井群。會衣（香4鼻）、地下水監(jiān)然測系統(tǒng)由兩部姿分組成：用于欠監(jiān)測地下壩防企滲效果的地下胞水位測壓管和督用于監(jiān)測庫區(qū)幻地下水位、水炒質(zhì)狀況的監(jiān)測皺井。犧王河地下崖水庫是松散介震質(zhì)地下水庫的編典型代表。它尼包含了地下水稼庫最主要的四貌個組成部分：棚即地下截滲工批程、地表水回畜灌工程、地下瘋水開采工程和校地下水監(jiān)測系沸統(tǒng)。4結(jié)語柳以上初步沈討論了地下水蝴庫基本概念、蘿分類、建庫基潔本條件，以及州地下水庫設(shè)計容理論框架，并睛通過實例加深砌了對地下水庫露基本概念和設(shè)