地下水库的实践经验探讨
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收稿日期: 2009-01-18 基金项目: 国家科技支撑计划项目( 2007BA B28B02) 。 作者简介: 付意成( 1983- ) , 男, 硕士研究生, 从事水资源经济管理方
面的研究。
开采工程的正常运行、周边生态与地质 环境良好 是地下水库 水 资源可持续开发利用的基础。
地下水库作为一个弹性储水空间, 由一个或 数个完整的 水 文地质单元构成, 构造岩石渗透性良 好以满足水 的补给、存储、 输送和释 放 的 要 求, 其 利 用 程 度 取 决 于 水 的 补 给 源 及 其 特 点[3] 。此外 , 地下水库作为修建于地下 并以含水 层为调蓄空 间 的蓄水实体, 它在丰水 期将 多余 的地表 水储 存于地 下, 干旱 缺 水时期大量取用, 同时 腾出 地下 库容, 为下 一个 丰水期 储水 提 供存储空间, 利于调节水资源供需 的时空矛 盾[ 4] 。其调蓄过 程 如图 1 所示。
近几年来, 称之为/ 水银行0 的地下 水库日益 受到国外雨 水 利用国家的青睐。国外除扩大原有地下水 库库容的规 模外, 还 积极运用法律手段使地下水库建设及管理 法制化, 确保在环 境 友好的情况下实现地下水库水权的明晰化。
2. 2 国内地下水库实践进展
地下水库是解决 干旱缺 水问 题的优 化选 择。我国 在大 量 勘察 和 实验 的基 础 上, 进 行了 一 些工 程实 践 , 尤其 是 在 干旱
库 区 旱 河、漏 库、砂 石坑 及 专 门 的 人 工 回 渗池
回灌 地下 水量, 抬 高 地 下 水 位, 解 决 水 源 不足
表水或弃水的人工 回灌
极 限 高 水 位 46 ~ 11 m, 库容 162 亿 m3, 最 小 库容 145 亿 m3 , 有 效 库 容 17 亿 m3
以古河道沙体做库 容, 兼 有 地 表 水 拦 蓄 工程
表 水转化 为地 下 水, 调控时空 分布不 均 矛盾
降水自然渗漏与表 水回灌结合
极限 高水位 2 m, 库 容 4. 81 亿 m3 ; 极限低水位 8 m, 库容 3. 97 亿 m3; 有 效 库容 0. 84 亿 m3
北京 西郊
永 定河 冲 积 扇 中 上 部, 以西 山、海 淀、复兴 门、南苑为界
扇形地域汇集雨水, 地表拦蓄, 回灌 地下
荷兰
20 世纪 50 年代
ARPS 计划, 采 沙坑人 工回 灌与抽 水结合
以色列 1964 太巴列湖[ 9] 地表水地下水联合调度
亚洲 国家 日本
长崎县野母 19 72
崎町桦岛[ 10]
灌浆Fra Baidu bibliotek筑围堰的有坝地下水库
19 79
皆福地下 水井、积水横 井夺袭 地表水, 回 灌 水库[ 11] 地下
FU Y-i cheng, WEI Chuan-jiang, XU Feng-ran, ZANG Wen-bin
( China Institute of W ater Resour ces and H ydro po wer Research , Beijing 100044 , China) Abstract: A s a / g reen eco lo gical pro ject0 , building under gr ound r eser vo irs if the circumstances permit is a str ategy to solve water scar city. T his paper pr esents an over view of the dev elo pment trend of g roundw ater r eser vo ir. On the basis o f ex plaining the defin-i t ion of g roundw ater r eser voir, t he advantages and disadvantag es of g ro undwater reservo ir s ar e discussed accor ding to the pr esent research results. Key words: g r oundwater reserv oir; scarcity; water resources manag ement; union dispatch; w ater r ight
1 地下水库
在水文地质术语中, 地下水库( g roundw ater r eser vo ir) 定义 为地层中能 储存 外 来 补给 水 源 又 便于 开 发 利 用的 地 下 储 水 层[1] 。结合 国内外众多研究成果及分类标准( 如表 1 所示) , 地 下水库作为用特殊水文地 质条 件构建 的天 然地 下存贮 空间 来 蓄积地表洪流的系统工程, 一般包括 地下库区、地下坝、地表 拦 水和引渗工程、地下水开采工程、地下水泄 水工程、地表排污 工 程、地下水监测工程, 在滨海地区还有潮水 拦截工程、库内残 留 咸水体处理工程等。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 截及 人工 引渗补 给工 程的规 模、地下 水
此外, 前苏联已在 30 多处 取水工 程建 立了 新的人 工回 灌 补给系统, 并利用地下淡水堤阻止海 水入侵。南 斯拉夫在奥 博 西卡等 3 个 滨海地区建立了地下水库, 法国也建 立了特殊类 型 的地下水库。据分析, 美 国、瑞 典、荷兰、德国 人工 补给 量占 地 下水总取水量的比例 分别为 30% 、25% 、22% 、40% [6] , 为缓 解 水资源短缺奠定水量基础。
中型( 0. 1 ~ 1 亿 m 3)
大型: 大沽河地下水库 中型: 王河、黄水河地下水库
小型( V 小型: 八里沙河、龙河地下水库
< 0. 1 亿 m 3)
区域分类[ 2]
辽宁型 山东型
辽宁: 调蓄型、开采 漏斗型、河谷 型、陆 地岩溶型、滨海岩溶型地下水库 山东: 山间河谷型、滨海平原 型、冲洪积 扇型地下水库
裂隙介质: 岩溶介质: 马官地下水库
混合介质 混合介质: 莱芜傅家桥地下水库
潜水型 潜水型: 大连地区滨海河谷地下水库
地下水埋深 承压水型 承压水型: 大庆西部地下水库
混合型 混合型: 具有拦蓄工程的丘陵地下水库
特大型( V > 10 亿 m3 ) 特大型: 南宫地下水库
库容大小
大型( 1 ~ 10 亿 m3 )
图 1 地下水库调蓄过程
地下水库的实践经验探讨 付意成 魏传江 许凤冉 等
表 1 地下水库分类简介
分类标准 水库类型
水库举例
工程构筑 类型[ 1]
有坝型 无坝型 混合型
有坝: 王河、黄水河地下水库 无坝: 南宫、大庆地下水库 混合型: -
松散介质 松散介质: 南宫、黄水河地下水库
储水介质 类型
裂隙介质 岩溶介质
缺水、降雨时空分布不均、季节性河流多、泥沙含 量大的北方 地 区, 进行了大量 的尝 试[ 12] 。20 世纪 70 年 代中 期, 我国 在黄 淮 海平原开展了大规模地下水人工调蓄调查评价工作, 1979 年完 成/ 黄淮海平 原地 下蓄 水水 文地 质图0, 提 出/ 地下 蓄水0 的 概 念。20 世纪 80 年代以来, 先后开展了/ 华北平原水资源地下 调 蓄措施研究0 、/ 浅层地下水人工回灌综 合技术实 验研究0 , 积 累 了一定的实践经验。2000 年以来, 北京师范大学张 光辉教授与 河北省、河南省、北京市地 矿局 等部门 有关 人员 对太行 山前 平 原南水北调中线区域地下调蓄潜力、地 下调蓄库 容评价原则 和 方法进行研究, 提出优 化利 用地 下人工 调蓄 的模式、机 制和 策 略。费宇红等通过大量的实验研究, 阐 明了不同 模式入渗调 蓄 的技术参数和规律, 提出了在山前大型 冲洪积扇 的主要河流 二 级阶地以上划定地下调蓄区, 实施地表 和地下水 联合调蓄的 模 式[13] 。
2 国内外地下水库实践经验
地下水库水量的人工 调蓄 是缓解 未来 水资 源供需 矛盾 的 战略选择。据不完全统 计, 世 界 上 地下 水 人工 调 蓄设 施 约 有 40% ~ 52% 用于地下水资源量 的调节, 36% 用于地下水质净 化 或生态环境保护[5] 。
2. 1 国际地下水库实践现状
地下水库 作为一 种高效、环保 、经 济的水 资源开 发利用 工 程, 在国际上应用广 泛。20 世纪 二三十 年代, 日本、以色 列、美 国、中东、荷兰等国家和 地区, 就 已进行 工程 实践, 取得 了不 少 成功经验( 见表 2) 。
在水资源稀缺地区 修建 地下水 库, 进行 地下水 人工 调蓄, 是高效利用水资源、有 效保护 生态 环境的/ 一项 意义重 大的 战 略工程0 。修建地下水库, 丰蓄枯采, 可 有效调节 水资源时空 分 布不均, 同时将盈余水量回灌地下, 实现水 的良性循环; 利于 合 理配置有限水资源, 提 高区 域水 资源利 用效 率, 实现稀 缺水 资 源潜在价值; 实现水资 源的 二次 开发利 用, 利于 水资源 可持 续 利用和/ 节水型社会0 目标的实现。
义的基础上, 结合国内外地下水库的研究 现状与 实践经 验, 探 讨了地 下水库 在解决 水资源稀 缺性方 面的 优势及 不足 之
处, 对其发展态势作了展望。
关键词: 地下水库; 稀缺性; 水资源管理; 联合调度; 水权
中图分类号: P 641. 8
文献标识码: A
An Experimental Probe into Groundwater Reservoirs
52
文章编号: 1007-2284( 2009) 09-0052- 04
中国农村水利水电 # 2009 年第 9 期
地下水库的实践经验探讨
付意成, 魏传江, 许凤冉, 臧文斌
( 中国水利水电科 学院, 北京 100044)
摘 要: 因地制宜修建地下水库作为一项/ 绿色生态工程0 是解 决水资源稀 缺问题的 战略选择。在 阐述地 下水库 含
近几年来, 我 国各地 为解决水 资源短 缺问题, 积 极修建 地 下水库, 蓄积雨 洪资源回 灌地下水, 在一 定程度 上缓解 了用水
54
地下水库的实践经验探讨 付意成 魏传江 许凤冉 等
表 3 我国典型地下水库特征分析
水库名称
地理位置
配套设施
调控目标
调控方案
调蓄能力
河北 南宫
位于 古河 道带 上, 以 古蓄水 层边 界为 界, 层 理明显
20 世纪 80 年代, 我国在华北、西北等地修建了 大量地下水 库。其中, 河北省 1975 年修 建的 南宫地 下水 库是 我国 第一 座 地下水库, 库容 48 亿 m3; 北 京西 郊地下 水库 是我 国较 早进 行 系统研究的地下水库; 山东龙口黄水河 地下水库 是国内第一 个 设计功能较为完整的地下水 库, 年地 下水补 给能 力为 1 193. 4 ~ 5 967. 0 万 m3 [ 14] 。此外, 还有 南水北 调中线工 程规 划的 15 座地下水库、滹沱河地下水库、郑州市新石桥 - 黄庄地 下水库、 关中盆地秦岭山前地下 水库、三 工河流 域山 前地下 水库、包 头 市地下水库等尚在修 建或规 划设 计中。辽 宁省 充分利 用地 质 构造优势、降水时空变 化特 点修 建了龙 河地 下水库、三 涧堡 地 下水库、老龙湾地下水库, 另外东辽河下游 地下水库、大庆地 下 水库等尚在筹建中。贵 州、广 西 利 用岩 溶 构造 及 地势 走 向 特 点, 相继修建 了马 官地 下 水库、后 寨 地下 水库、小平 阳地 下 水 库。我国南 方滨海及岛屿 地区 利用独 特的 地质 蓄水构 造修 建 地下水库, 如 福 建省 修 建 了库 容 115 万 m3 的 媚洲 岛 地 下 水 库[15] 。我国典型地下水库特征分析见表 3。
53
表 2 国际上典型国家地下水库特征分析
区域 国家 时间 水库名称
工程特征
20 世纪 60 年代
欧文斯 河谷[ 7]
打井引渗, 夺袭河水, 回灌地下
欧美 国家
美国
20 世纪 60 年代 20 世纪 70 年代
德克萨斯
ASR[ 8] 洛杉矶 胡库塞德
坑渗、打井引渗夺袭河水, 回灌地下
利用地下咸 水含水 层储 存雨水, 旱 季回采
面的研究。
开采工程的正常运行、周边生态与地质 环境良好 是地下水库 水 资源可持续开发利用的基础。
地下水库作为一个弹性储水空间, 由一个或 数个完整的 水 文地质单元构成, 构造岩石渗透性良 好以满足水 的补给、存储、 输送和释 放 的 要 求, 其 利 用 程 度 取 决 于 水 的 补 给 源 及 其 特 点[3] 。此外 , 地下水库作为修建于地下 并以含水 层为调蓄空 间 的蓄水实体, 它在丰水 期将 多余 的地表 水储 存于地 下, 干旱 缺 水时期大量取用, 同时 腾出 地下 库容, 为下 一个 丰水期 储水 提 供存储空间, 利于调节水资源供需 的时空矛 盾[ 4] 。其调蓄过 程 如图 1 所示。
近几年来, 称之为/ 水银行0 的地下 水库日益 受到国外雨 水 利用国家的青睐。国外除扩大原有地下水 库库容的规 模外, 还 积极运用法律手段使地下水库建设及管理 法制化, 确保在环 境 友好的情况下实现地下水库水权的明晰化。
2. 2 国内地下水库实践进展
地下水库是解决 干旱缺 水问 题的优 化选 择。我国 在大 量 勘察 和 实验 的基 础 上, 进 行了 一 些工 程实 践 , 尤其 是 在 干旱
库 区 旱 河、漏 库、砂 石坑 及 专 门 的 人 工 回 渗池
回灌 地下 水量, 抬 高 地 下 水 位, 解 决 水 源 不足
表水或弃水的人工 回灌
极 限 高 水 位 46 ~ 11 m, 库容 162 亿 m3, 最 小 库容 145 亿 m3 , 有 效 库 容 17 亿 m3
以古河道沙体做库 容, 兼 有 地 表 水 拦 蓄 工程
表 水转化 为地 下 水, 调控时空 分布不 均 矛盾
降水自然渗漏与表 水回灌结合
极限 高水位 2 m, 库 容 4. 81 亿 m3 ; 极限低水位 8 m, 库容 3. 97 亿 m3; 有 效 库容 0. 84 亿 m3
北京 西郊
永 定河 冲 积 扇 中 上 部, 以西 山、海 淀、复兴 门、南苑为界
扇形地域汇集雨水, 地表拦蓄, 回灌 地下
荷兰
20 世纪 50 年代
ARPS 计划, 采 沙坑人 工回 灌与抽 水结合
以色列 1964 太巴列湖[ 9] 地表水地下水联合调度
亚洲 国家 日本
长崎县野母 19 72
崎町桦岛[ 10]
灌浆Fra Baidu bibliotek筑围堰的有坝地下水库
19 79
皆福地下 水井、积水横 井夺袭 地表水, 回 灌 水库[ 11] 地下
FU Y-i cheng, WEI Chuan-jiang, XU Feng-ran, ZANG Wen-bin
( China Institute of W ater Resour ces and H ydro po wer Research , Beijing 100044 , China) Abstract: A s a / g reen eco lo gical pro ject0 , building under gr ound r eser vo irs if the circumstances permit is a str ategy to solve water scar city. T his paper pr esents an over view of the dev elo pment trend of g roundw ater r eser vo ir. On the basis o f ex plaining the defin-i t ion of g roundw ater r eser voir, t he advantages and disadvantag es of g ro undwater reservo ir s ar e discussed accor ding to the pr esent research results. Key words: g r oundwater reserv oir; scarcity; water resources manag ement; union dispatch; w ater r ight
1 地下水库
在水文地质术语中, 地下水库( g roundw ater r eser vo ir) 定义 为地层中能 储存 外 来 补给 水 源 又 便于 开 发 利 用的 地 下 储 水 层[1] 。结合 国内外众多研究成果及分类标准( 如表 1 所示) , 地 下水库作为用特殊水文地 质条 件构建 的天 然地 下存贮 空间 来 蓄积地表洪流的系统工程, 一般包括 地下库区、地下坝、地表 拦 水和引渗工程、地下水开采工程、地下水泄 水工程、地表排污 工 程、地下水监测工程, 在滨海地区还有潮水 拦截工程、库内残 留 咸水体处理工程等。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 截及 人工 引渗补 给工 程的规 模、地下 水
此外, 前苏联已在 30 多处 取水工 程建 立了 新的人 工回 灌 补给系统, 并利用地下淡水堤阻止海 水入侵。南 斯拉夫在奥 博 西卡等 3 个 滨海地区建立了地下水库, 法国也建 立了特殊类 型 的地下水库。据分析, 美 国、瑞 典、荷兰、德国 人工 补给 量占 地 下水总取水量的比例 分别为 30% 、25% 、22% 、40% [6] , 为缓 解 水资源短缺奠定水量基础。
中型( 0. 1 ~ 1 亿 m 3)
大型: 大沽河地下水库 中型: 王河、黄水河地下水库
小型( V 小型: 八里沙河、龙河地下水库
< 0. 1 亿 m 3)
区域分类[ 2]
辽宁型 山东型
辽宁: 调蓄型、开采 漏斗型、河谷 型、陆 地岩溶型、滨海岩溶型地下水库 山东: 山间河谷型、滨海平原 型、冲洪积 扇型地下水库
裂隙介质: 岩溶介质: 马官地下水库
混合介质 混合介质: 莱芜傅家桥地下水库
潜水型 潜水型: 大连地区滨海河谷地下水库
地下水埋深 承压水型 承压水型: 大庆西部地下水库
混合型 混合型: 具有拦蓄工程的丘陵地下水库
特大型( V > 10 亿 m3 ) 特大型: 南宫地下水库
库容大小
大型( 1 ~ 10 亿 m3 )
图 1 地下水库调蓄过程
地下水库的实践经验探讨 付意成 魏传江 许凤冉 等
表 1 地下水库分类简介
分类标准 水库类型
水库举例
工程构筑 类型[ 1]
有坝型 无坝型 混合型
有坝: 王河、黄水河地下水库 无坝: 南宫、大庆地下水库 混合型: -
松散介质 松散介质: 南宫、黄水河地下水库
储水介质 类型
裂隙介质 岩溶介质
缺水、降雨时空分布不均、季节性河流多、泥沙含 量大的北方 地 区, 进行了大量 的尝 试[ 12] 。20 世纪 70 年 代中 期, 我国 在黄 淮 海平原开展了大规模地下水人工调蓄调查评价工作, 1979 年完 成/ 黄淮海平 原地 下蓄 水水 文地 质图0, 提 出/ 地下 蓄水0 的 概 念。20 世纪 80 年代以来, 先后开展了/ 华北平原水资源地下 调 蓄措施研究0 、/ 浅层地下水人工回灌综 合技术实 验研究0 , 积 累 了一定的实践经验。2000 年以来, 北京师范大学张 光辉教授与 河北省、河南省、北京市地 矿局 等部门 有关 人员 对太行 山前 平 原南水北调中线区域地下调蓄潜力、地 下调蓄库 容评价原则 和 方法进行研究, 提出优 化利 用地 下人工 调蓄 的模式、机 制和 策 略。费宇红等通过大量的实验研究, 阐 明了不同 模式入渗调 蓄 的技术参数和规律, 提出了在山前大型 冲洪积扇 的主要河流 二 级阶地以上划定地下调蓄区, 实施地表 和地下水 联合调蓄的 模 式[13] 。
2 国内外地下水库实践经验
地下水库水量的人工 调蓄 是缓解 未来 水资 源供需 矛盾 的 战略选择。据不完全统 计, 世 界 上 地下 水 人工 调 蓄设 施 约 有 40% ~ 52% 用于地下水资源量 的调节, 36% 用于地下水质净 化 或生态环境保护[5] 。
2. 1 国际地下水库实践现状
地下水库 作为一 种高效、环保 、经 济的水 资源开 发利用 工 程, 在国际上应用广 泛。20 世纪 二三十 年代, 日本、以色 列、美 国、中东、荷兰等国家和 地区, 就 已进行 工程 实践, 取得 了不 少 成功经验( 见表 2) 。
在水资源稀缺地区 修建 地下水 库, 进行 地下水 人工 调蓄, 是高效利用水资源、有 效保护 生态 环境的/ 一项 意义重 大的 战 略工程0 。修建地下水库, 丰蓄枯采, 可 有效调节 水资源时空 分 布不均, 同时将盈余水量回灌地下, 实现水 的良性循环; 利于 合 理配置有限水资源, 提 高区 域水 资源利 用效 率, 实现稀 缺水 资 源潜在价值; 实现水资 源的 二次 开发利 用, 利于 水资源 可持 续 利用和/ 节水型社会0 目标的实现。
义的基础上, 结合国内外地下水库的研究 现状与 实践经 验, 探 讨了地 下水库 在解决 水资源稀 缺性方 面的 优势及 不足 之
处, 对其发展态势作了展望。
关键词: 地下水库; 稀缺性; 水资源管理; 联合调度; 水权
中图分类号: P 641. 8
文献标识码: A
An Experimental Probe into Groundwater Reservoirs
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文章编号: 1007-2284( 2009) 09-0052- 04
中国农村水利水电 # 2009 年第 9 期
地下水库的实践经验探讨
付意成, 魏传江, 许凤冉, 臧文斌
( 中国水利水电科 学院, 北京 100044)
摘 要: 因地制宜修建地下水库作为一项/ 绿色生态工程0 是解 决水资源稀 缺问题的 战略选择。在 阐述地 下水库 含
近几年来, 我 国各地 为解决水 资源短 缺问题, 积 极修建 地 下水库, 蓄积雨 洪资源回 灌地下水, 在一 定程度 上缓解 了用水
54
地下水库的实践经验探讨 付意成 魏传江 许凤冉 等
表 3 我国典型地下水库特征分析
水库名称
地理位置
配套设施
调控目标
调控方案
调蓄能力
河北 南宫
位于 古河 道带 上, 以 古蓄水 层边 界为 界, 层 理明显
20 世纪 80 年代, 我国在华北、西北等地修建了 大量地下水 库。其中, 河北省 1975 年修 建的 南宫地 下水 库是 我国 第一 座 地下水库, 库容 48 亿 m3; 北 京西 郊地下 水库 是我 国较 早进 行 系统研究的地下水库; 山东龙口黄水河 地下水库 是国内第一 个 设计功能较为完整的地下水 库, 年地 下水补 给能 力为 1 193. 4 ~ 5 967. 0 万 m3 [ 14] 。此外, 还有 南水北 调中线工 程规 划的 15 座地下水库、滹沱河地下水库、郑州市新石桥 - 黄庄地 下水库、 关中盆地秦岭山前地下 水库、三 工河流 域山 前地下 水库、包 头 市地下水库等尚在修 建或规 划设 计中。辽 宁省 充分利 用地 质 构造优势、降水时空变 化特 点修 建了龙 河地 下水库、三 涧堡 地 下水库、老龙湾地下水库, 另外东辽河下游 地下水库、大庆地 下 水库等尚在筹建中。贵 州、广 西 利 用岩 溶 构造 及 地势 走 向 特 点, 相继修建 了马 官地 下 水库、后 寨 地下 水库、小平 阳地 下 水 库。我国南 方滨海及岛屿 地区 利用独 特的 地质 蓄水构 造修 建 地下水库, 如 福 建省 修 建 了库 容 115 万 m3 的 媚洲 岛 地 下 水 库[15] 。我国典型地下水库特征分析见表 3。
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表 2 国际上典型国家地下水库特征分析
区域 国家 时间 水库名称
工程特征
20 世纪 60 年代
欧文斯 河谷[ 7]
打井引渗, 夺袭河水, 回灌地下
欧美 国家
美国
20 世纪 60 年代 20 世纪 70 年代
德克萨斯
ASR[ 8] 洛杉矶 胡库塞德
坑渗、打井引渗夺袭河水, 回灌地下
利用地下咸 水含水 层储 存雨水, 旱 季回采