朱庄水库弃水回灌补给百泉岩溶水研究

朱庄水库弃水回灌补给百泉岩溶水研究
董丽娟1，李国志2，贾立国1
（1.河北省邢台水文水资源勘测局，邢台 054000；
2.地矿邢台地质工程勘察院，邢台 054001）
摘要：邢台市素有泉城之称，景色壮观。

然而，随着岩溶地下水开采量的增加，泉水干涸，失去了夕日的风采。

通过对朱庄水库弃水回灌补给百泉岩溶水研究，在相同弃水量的情况下，以不同的弃水流量即不同的弃水过程，对岩溶水的补给效果是不同的，使有限的水库弃水最大限度地渗漏补给岩溶水，实施人工调蓄百泉岩溶水系统。

对邢台市水生态系统保护与修复意义重大。

关键词：弃水；回灌；补给；百泉；岩溶水
1 百泉泉域基本概况
1.1 百泉泉域范围
百泉泉域位于太行山东侧山前倾斜平原分布区及山间沟谷和现代河床、河漫滩。

北部以内邱—西北岭地下水分水岭与临城石鼓泉泉域相隔，南部以北洺河地下水分水岭为界和邯郸黑龙洞泉域毗邻，西部以沙河与清漳河东缘地表分水岭为界，东至邢台—内邱大断裂，泉域总面积3843.0 km2，其中西部变质岩和石英砂岩面积2204.4 km2，祼露灰岩区面积338.6 km2，隐伏灰岩区1300 km2，是一个完整的补给、径流、排泄系统。

1.2 河流水系
泉域内自南而北有北洺河、马项河、沙河、七里河、白马河等，均源于西部变质岩区，且出山前各河流均建有水库进行调节，通过水库弃水，在灰岩裸露区，因岩溶发育而补给岩溶水，构成岩溶水系统的间接补给源。

1.3 主要水利工程
泉域内上游建有朱庄水库（大型）及野沟门水库、东石岭水库（中型）、东川口水库、羊卧水库、马河水库(小型)。

水库总库容量为6.05亿m3。

其中朱庄水库控制流域面积1220km2，控制着百泉泉域灰岩裸漏区以上汇水面积的68.7%，控制着灰岩裸漏区以上来水的75.3%，并且由于朱庄水库防洪标准高，调蓄能力强，具备实施调控弃水的条件，因此本项目研究的重点是朱庄水库以上流域来水和水库下游沙河河道渗漏回灌条件。

作者简介:董丽娟（1966- ），女，河北邢台人，高级工程师，本科，主要从事水文水资源分析评价工作。

2 百泉泉域水资源状况
2.1 水资源概况
根据《邢台市第二次水资源评价》，泉域范围内多年平均降水量581.0mm，降水总量18.02亿m3。

泉域内地表水资源量为34446.7万m3，地下水资源量为37942.1万m3，水资源总量为58125.3万m3。

不同频率水资源量为：P=20% ，82043.2万m3，P=50% ，53103.4万m3，P=75% ，32150.4万m3。

2.2 泉域水资源开发利用状况
1. 现状供用水状况
根据《邢台市水资源公报》，2003年—2007年泉域内年平均总用水量42593万m3，农业用水占用水总量的56.0%，工业用水占总用水量的28.8%，生活用水占总用水量的15.2%。

2007年泉域用水量为39842万m3，人均用水量262 m3，略低于全省人均295 m3的用水水平。

2. 地下水开发利用情况
泉域内用水以地下水为主。

引用地表水量仅占总用水量的14.6%，地下水的用水比例高达85.4%。

根据2003年—2007年地下水开采量调查成果，多年平均孔隙水开采量为19153.8万m3，岩溶水开采量为15254万m3。

泉域内孔隙水资源量37942.1万m3，由于地理分布不均，局部处于微超采状态。

岩溶水可开采量为13398万m3，处于超采状态。

3. 地表水开发利用情况
泉域内地表用水主要是水库灌区利用水库蓄水以及上游沿河地段引提河水等，全年地表水量集中在汛期，山区河流6—9月水量占全年水量的80%以上，而平原河道几乎全部产生于汛期的几场乃至一两场暴雨，很难调控。

根据2007年地表水利用调查情况，地表水利用量为8554万m3，地表水资源量为34447万m3，现状地表水利用率平均25%，有较高的开发利用潜力。

4. 水资源开发利用现状
泉域中下游河道除个别丰水年份的汛期外，几乎常年无水，大多数年份地表水资源量已全部被上游截流利用，沿河一带的地表水灌区已经没有地表水可以利用，地下水资源就成了维持需水量的主要水源。

由于开采量增大，补给量减少，导致局部地区地下水位持续下降，1979年以后，岩溶水集中开采区大规模集中开采，其水位呈现出连续多年下降趋势。

在集中开采区，产生了地下水位下降漏斗，使地下水流系统受到人为影响，
由天然型稳定状态变成天然～人工复合流动系统的非稳定状。

3 百泉岩溶水系统回灌可行性分析
3.1 百泉岩溶水地下水库库容
百泉岩溶水系统碳酸盐岩裂隙岩溶含水层分布面积达1638.6km2，其中祼露灰岩区面积338.6 km2，隐伏灰岩区1300 km2，具有一个易于补给、能够贮存、便于开采、调节能力极强的天然地下水库，其中包括库容达1.7667亿m3的可回灌地下库容。

3.2 朱庄水库弃水状况
朱庄水库为多年调节水库，上游路罗川、将军墓川等为太行山迎风坡径流高值区，具有较为充沛的地表水资源，在近20年的系列中，水库弃水年数16年，为80%，即为每5年中有4年水库要弃水。

多年平均（1989年—2008年）弃水量6247万m3，最大弃水量57164万m3（1996年），具备为百泉岩溶水系统开展人工回灌的良好地表水资源条件。

3.3 回灌补给区的确定
朱庄川自朱庄水库坝下向东至朱庄村南转而向南，于西坚固与渡口川汇合，向东河道渐宽，朱庄村南南北向河道段及佐村至喉咽沙河河道段是地表水回灌渗漏补给岩溶地下水的有利地段。

根据水文地质条件，回灌段选定在朱庄水库—固坊桥间。

弃水自朱庄水库坝下起，经朱庄川至马峪沟，进入南北向河道渗漏段，流经金牛洞桥，转而向东，进入沙河河道，流经西坚固、中坚固、喉咽、固坊桥河床、伍仲村南、京广铁路向东进入东部平原区。

3.4 河段弃水渗漏特征
为查明不同时间、不同河段的弃水径流量及相应河段渗漏量、渗补强度，分别在朱庄水库坝下、金牛洞桥、固坊村设立测流断面。

根据对朱庄水库至下游金牛洞桥段漏水量调查和监测，当朱庄水库弃水小于2.5m3/s时，金牛洞桥断面基本没有水，因此，回灌补给是在朱庄水库弃水流量大于2.5m3/s的条件下进行的。

观测期间，对区间内农业用水量、生活用水及其他用水进行了调查，对区间水面蒸发量及侵润损失量进行了估算。

根据回灌试验测试结果表明，河段入渗强度朱庄—金牛洞段平均 1.7m3/s，金牛洞—固坊桥段2.0m3/s；单位入渗强度朱庄—金牛洞段平均0.50m3/s·km，金牛洞—固坊桥段0.16m3/s·km；河段渗漏量及渗补强度与总弃水量及弃水延续时间成正比关系。

但
这种关系不是恒定的，随着渗漏时间的无限延长，河段渗漏系数及渗漏补给量趋于一个定值，分段情况见下图1。

图1 河段入渗强度位置图
3.5弃水回灌水质
根据GB3838-2002《地表水环境质量标准》，朱庄水库水质为地表水Ⅱ类，水库水质较好，适于工业、生活用水。

朱庄水库地表水满足回灌要求。

4 弃水对岩溶水渗漏补给分析
由地质、水文地质条件可知，朱庄至固坊桥段的河床总渗漏为渗漏补给第四系孔隙水（W 孔补）与岩溶水（W 岩补）之和，即W 总渗= W 孔补+ W 岩补 。

4.1 第四系孔隙水渗漏补给量
依W 第四系补=K·I·A·Δt
式中：W 第四系补—弃水补给第四系孔隙水量,（万m 3）；
K —第四系孔隙水砂砾卵石层的渗透系数，用伍仲村抽水资料，故K=35.4m/d ； I —第四系孔隙水水力坡度，用地表径流水力梯度，取I=0.00125；
A —河床第四系孔隙水含水层平均过水断面面积，1990年和1991年断面宽2000m ，含水层平均厚度20m ，则A=4.0万m 2；2007年和2008年断面宽1500m ，含水层平均厚度20m 则A=3.0万m 2；
Δt —地表径流延续时间（d ）；计算结果详见第四系孔隙水渗漏补给量计算表1。

朱庄—金牛洞段
金牛洞—固坊桥段
表1 第四系孔隙水渗漏补给量计算表
经计算1990年、1991年、2007年和2008年弃水补给第四系孔隙水量分别为12.7万m3、11.9万m3、6.4万m3、1.9万m3。

4.2 岩溶水渗漏补给量
依据水量平衡原理，弃水对岩溶水的补给量等于总渗漏量减去对第四系补给量，即：
W
岩补=W
总渗
-W
孔补，
β= W
岩补
/W
总弃
式中，β—弃水对岩溶水的渗漏补给系数。

计算结果详见弃水对岩溶水渗漏补给计算表2。

表2 弃水对岩溶水渗漏补给计算
数据表明岩溶水渗漏补给量与朱庄水库放水量、放水时间成正比关系，即放水量越大，放水时间越长，对岩溶水的渗补量越大。

渗补系数（β）与弃水流量（一定值后）成反比，即随着弃水流量（大于4.8 m3/s）的增加渗补系数减小。

分析其原因一是固坊桥以下全部补给第四系孔隙水；二是流量加大，上游河段面积增加对第四系孔隙水的补给增加；三是水面蒸发量等因素引起耗水量增加。

通过试验资料分析可知，当朱庄水库放水量为8.0m3/s时，弃水渗补系数为0.473～
0.475，平均补给系数为0.474；当朱庄水库放水量为4—6 m3/s时，弃水入渗补系数为0.689～0.724，平均补给系数为0.707，较放水量为8.0m3/s时弃水入渗补系数提高49.2%。

在朱庄水库放水量4—6 m3/s时，朱庄水库至喉咽村的两个强渗漏段，即朱庄村南—西坚固河段、西坚固—喉咽村河段全部过水，且在固坊桥断面以上全部漏失，渗漏强度接近最大值。

参考水库运用调度方案，研究认为：朱庄水库放水量为4—6 m3/s时，对岩溶水的补给渗漏强度接近最大值，弃水入渗补系数接近最大值。

如果与人工回灌相配套，建设合理的回灌工程如滚水坝、梯级拦水坝等，充分发挥人为控制功能，延长渗漏补给时间，增大渗水周界，扩大渗漏补给面积，则回灌渗补系数将更大，可能比未修水库的天然条件下河流渗漏强度还大。

5 弃水对岩溶水水位影响分析
通过对2007年—2008年董村水源地、紫金泉水源地和百泉观测孔水位对比观测，和利用渗漏试验成果和水位观测成果点绘朱庄水库弃水流量与岩溶水水位埋深过程线，详见朱庄水库弃水流量与岩溶水水位埋深过程线图。

（图2）
图2 朱庄水库弃水流量与岩溶水水位埋深过程线图
The Hydrograph of Lost Water Quantity from Zhuzhuang Reservoir and
Buried Depth of Cavern Water
从图中可知，1月—2月由于开采量相对处于较小时期，水位呈回升状态，3月以后随着农业用水的增加，水位开始下降，4月6日开始弃水，采补基本达到平衡，5月—11月地下水水位趋平，12月弃水停止，水位开始下降。

2008年5月弃水开始，7月地下水水位停止下降，随着汛期降雨补给和农业用水减少，水位开始缓慢回升。

以上表明，朱庄水库弃水补给市区岩溶水关系明显。

研究认为，引朱庄水库地表水，开展地表水—地下水联合调蓄，充分发挥本区地表
水资源充沛，岩溶水系统地下库容巨大调节能力强的优势，达到以库补岩溶水，以丰补欠安全供水的目的是可行的。

6 弃水回灌环境分析
根据对回灌段情况分析，河段区间内无污染源流入，但在村庄有生活垃圾。

这些垃圾远离河道，正常情况下对回灌地下水水质无影响，但在洪水期，河流流量较大，汇水面积广，会将河流周边垃圾带入地表水中，使河水造成污染，由于其经过入渗段，因此可能产生对地下水的污染。

为防止回灌段地下水污染事件发生，应建立地下水入渗区保护条例，禁止有害、有毒物质进入保护区内，以杜绝事故的发生。

建立防渗安全区，最大限度地阻止污染物质进入地下水体。

建立地下水监测系统，加强对地下水的监测。

7 结束语
通过对朱庄水库弃水回灌补给百泉岩溶水研究，在相同弃水量的情况下，以不同的弃水流量即不同的弃水过程，对岩溶水的补给效果是不同的。

确定了人工回灌的最佳地段，初步查明人工回灌条件和可行性，对不同回灌条件下回灌地段的渗漏补给量及渗漏补给系数（β）进行了计算，在朱庄水库放水量4—6 m3/s时，朱庄水库至喉咽村的两个强渗漏段，即朱庄村南—西坚固河段、西坚固—喉咽村河段全部过水，渗漏强度接近最大值，使有限的水库弃水最大限度地渗漏补给岩溶水。

这是缓解水资源紧缺，实现经济可持续发展的有效举措。

进行人工调蓄引渗回灌，是科学合理开发利用大气降水、地表水、地下水，获得宝贵水资源，增加可供给水资源量的有效途径，对邢台市水生态系统保护与修复意义重大。

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Researching on Replenishment to Cavern Water of Bai Fountain Using Lost Water from Zhuzhuang Reservoir
（DONG Li-juan1，LI Guo-zhi2，JIA Li-guo1)
(1.Xingtai Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Hebei Province,Xingtai 054000,China) Abstract:Xintai City was called fountain Town and had splendid landscape because of fountain. With increasing exploration of cavern water, the fountain was dried and the view of former day was lost. Through research on replenishment to cavern water of Bai Fountain using lost water of zhuzhuang reservoir, we found the effect of replenishment is not same using different water amount which means different process on treatment of lost water. Using limited lost water to replenishment cavern water as much as possible, the cavern water system will be manual regulated, which will have significant meaning to protection and restoration on water system of Xintai City.
Key words：Protection; Repair,Lost Water; Replenishment; Bai Fountain。