地下水库调蓄初探

地下水库调蓄初探

摘要：阐述了地下水库的概念特征、地下水库建立的条件及库址的选择及地下水位的储蓄，分析了地下水库发展中遇到的问题，提出了地下水库在水资源开发利用中的重要意义。

关键词：地下水库；调蓄；探究

1地下水库的概念特征

1.1地下水库的定义地下水库是利用地壳天然储水空间，储存水资源的一种地下水开发工程。天然储水空间就是含水层，包括坚硬岩石和松散堆积物中的空隙、孔隙、裂隙、溶洞等，目前还没有严格和通用的定义。地下水库调节水资源的基本原理是在丰水期将多余的地表水储存在地下水库中，干旱缺水时期大量取用，以这种周期性补给、开采的运行方式调节水资源供需的时空矛盾。

1.2地下水库与地表水库的差异

1.2.1 拦截和储存的对象不同。地表水库拦截地表径流，地下水库拦截地下径流。

1，2.2地表水库将水储存在地表的峡谷、洼地中，仅是水的单相体系；地下水库将水储存在天然含水层(储水结构)的介质中，为“水——岩”两相体系。它的存在和运动更为复杂。

1，2.3地表水库必须要有拦水工程——水坝，而地下水库有些需要有截水工程——地下水坝，有些情况不需要修建地下截水坝。

1.2.4地下水库要有含水层补给工程，即通过各种工程手段将地表水引入地下含水层中，这是实现调蓄的基本条件之一，地表水库不需要这项工程。

1.2.5地表水库的很多功能如航运、发电、养殖等是地下水库所不具备的，地下水库也有一些特殊功能，如储蓄功能等。

1.3地下水库的优点虽然地下水库与地表水库都是以储存和调节水资源为

基本目的的水资源开发工程，但与地表水库相比，地下水库还具有以下优点。①可将部分地表水转入地下进行多年调节，提高水资源可调蓄空间；②地下水库水温稳定，可储冷储热，节省能源；③就地蓄水，就地取水，可以丰蓄枯采，调节水资源时空分配不均匀，最大限度地利用降水资源，提高水资源的利用率；④地下水库蒸发损耗小；⑤不占用土地资源；⑥水库泥沙淤积较少；⑦由于含水层的过滤作用，水质良好，不易污染；⑧能改良土壤，涵养地下水源，改善生态环境；

⑨工程投资少见效快；⑩地下水蓄水安全，不会带来大的灾害(如地震，滑坡，溃坝等)。

2地下水库建立的条件及库址的选择

2.1地下水库建立的条件除水源外，建立地下水库还需备如下3个条件：

①封闭或近封闭的边界及其范围内足够大的蓄水空间；②库区内优秀的水力传导条件；③便利可行的采补条件。

2.2地下水库的库址选择

2.2.1理想的水文地质条件(较大的储水空间、较强的渗透能力、较封闭的边界条件)；

2.2.2优越的地理位置；

2.2.3能最大程度地满足工业和城市集中开采地下水及解决贫水区的用水要求；

2.2.4能保证运行安全，并有利于改善环境，不产生新的地质灾害和环境问题；

2.2.5投资少、周期短、见效快、效益高。

3地下水位的储蓄

3.1地下水库的库容地下水库库容有多种表示方法，如最大库容、最小库容、最大调蓄库容等。其前提都是调蓄过程中不诱发严重的环境地质问题。

最大库容，是位于极限高水位与隔水底板之问的赋水体的重力和弹性释水空间，表征着地下水库的最大蓄水能力。其中的极限高水位一般依据赋水介质的性质及是否引起环境负面效应来确定。最小库容，是位于极限低水位与底板之间的重力和弹性释水空间，表征着地下水库的最小蓄水能力。其中的极限低水位一般依据赋水介质的厚度、在不致引起环境负面效应的前提下的最大疏干程度及当前经济技术条件下工程提水能力来确定。最大调蓄库容，是指地面下极限高水位处至潜水面范围内含水层所具有的储存外来客水的容积。它系最大库容与最小库容之差，表征着地下水库的最大调蓄能力。实现蓄水库容，指任一时刻库区赋水介质被水充满的重力和弹性释水空间。其值等于充水介质在疏干条件下的重力和弹陛释水体积。表征任一时刻地下水库的蓄水量。实时调蓄库容，系指最大库容与实时蓄水库容之差。标明任一时刻地下水库调蓄空间的大小，表征着任一时刻地下水库的调蓄能力，如图1所示。

图一典型地下水库特征库窖剖面示意图

一般来说地下水库库容计算公式为：V库=sωM

(1)式中：V库一地下水库的库容(m，)；S＝u＋u(对无压赋水体)S＝u(对有压赋水体)赋水介质的释放水系数(无量纲)；u－为重力给水度(无量纲)；u－弹性释水系数(无量纲)；ω－为库区面积(m1)M-库区赋水体厚度(m)。对于无压赋水体，有：M=H-B

(2)H-地下水位(m)；B－赋水体底板标高(m)。

计算时，首先依照质量守恒原理，确定出时段内水位变化值△H；然后，根据赋水体地下水位值H0，加上△H，得出时段末刻的水位值H，进而由(2)式得赋水体的实时厚度M；最后利用库容计算公式(1)求得地下水库库容。

3.2地下水库调蓄能力

3.2.1调蓄目标直接指导调蓄方案的制订，并对地下水库蓄水、调水能力的人工构建程度做定向性的导引。

3.2.2 调蓄方案是调蓄目标的理论实现，实现不同的调蓄方案标志对地下水库不同的干预方式和干预强度，进而影响地下水库的出、纳水能力和蓄水能力。多种调蓄方案的权衡与寻优可以借助运筹学的相关知识来完成。

3.2.3 蓄水能力是调蓄能力的基础部分。包括极限蓄水能力和实时蓄水能力，二者都通过特征库容刻画。

3.2.4 凋水能力是调蓄能力中的兴利部分。包括导水能力和出、纳水能力。地下水库的导水能力直接决定了其承载更新的能力，进而影响水库调蓄空间的利用及凋水能力的发挥。

根据调蓄目标，被用做地下水库的地下蓄水体，其在天然条件下维系水更替的消补条件在建库后受到抑制或加强。人们影响水消补的主要手段是适当地布置人工工程，直接或诱发采补，以此达到调控水库水更新的目的。

4地下水库发展中遇到的问题

地下水库在工程技术上的难点主要集中在人工补给工程补给效率问题(入渗速度和入渗量)堵塞的预防与治理问题、地下水储水的水质变化和水岩相互作用等问题。

4.1地下水库的概念界定问题在美国，地下水库通常指的是含水层，而水银行、含水层储存和回采以及一部分综合利用的地下水人工补给工程则与我们所特指的地下水库有异曲同工之处，但又有所不同(本文暂将其划入地下水库的范畴)；而在日本，只有修建了地下坝的水资源地下水蓄工程方可称为地下水库。在中国，关于地下水库概念的理解基本可以划分为3种：第一种观点认为地下水库与含水层的内涵相一致；第二种观点认为地下坝是地下水库的重要标志；第三种观点认为地下水库是基于含水层或蓄水构造之上，结合了地下水人工补给、开