徐向廣，啜瑞媛

(1.水利部海河水利委員會(huì)，300170，天津；2.天津市龍網(wǎng)科技發(fā)展有限公司，300170，天津）

海河流域平原區(qū)適宜建地下水庫區(qū)域分析

徐向廣1，啜瑞媛2

(1.水利部海河水利委員會(huì)，300170，天津；2.天津市龍網(wǎng)科技發(fā)展有限公司，300170，天津）

根據(jù)地下水庫構(gòu)建要素，對海河流域平原區(qū)地下水庫成庫條件進(jìn)行分析，得到海河流域平原區(qū)可作為地下水庫的適宜區(qū)域。海河流域平原區(qū)建設(shè)地下水庫比較理想的是山前沖洪積扇地區(qū)和巖溶介質(zhì)區(qū)，共8個(gè)區(qū)域，庫區(qū)總面積3 332.3 km2，調(diào)蓄總庫容49.89億m3。

海河流域平原區(qū)；地下水庫；區(qū)域

地下水是海河流域平原區(qū)的主要供水水源，2015年占總用水量的56.5%。地下水的開采為保障海河流域平原區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)村飲水安全發(fā)揮了重要作用，但是隨著地下水開采強(qiáng)度的不斷增大而引發(fā)的地下水水位下降、大面積的降落漏斗問題日趨嚴(yán)重，海河流域平原區(qū)已經(jīng)成為全國最大的“漏斗區(qū)”。在海河流域平原區(qū)開展人工調(diào)蓄地下水庫的區(qū)域分析，利用這些區(qū)域的地下水庫空間，在豐水期儲(chǔ)水，在干旱期取水，循環(huán)往復(fù)，從而調(diào)節(jié)水資源供需的時(shí)空矛盾，使地下水系統(tǒng)達(dá)到新的相對平衡，保障水資源可持續(xù)利用，具有十分重要的意義。

一、地下水庫的構(gòu)建

地下水庫是由地下貯水層中的孔隙、裂隙和天然的溶洞或通過修建地下截水墻攔截地下水形成的水庫。地下水庫不僅用以調(diào)蓄地下水，還可采取一定的工程措施，如坑、塘、溝、井等，把當(dāng)?shù)亟涤陱搅骱秃拥纴硭右曰毓嘈畲?，地下水庫具有不占土地、蒸發(fā)損失小等優(yōu)點(diǎn)，可與地面水庫聯(lián)合運(yùn)用，形成完整的供水體系。

1.地下水庫的成庫條件

①水文地質(zhì)條件。必須由高透水性、高孔隙率的含水層和不透水的黏土層組成，且具有較大的可調(diào)蓄空間，才能形成有實(shí)際意義的地下水庫。

②水源條件。水源通常來自于河道基流、水庫棄水、降水入滲、灌溉入滲等，在當(dāng)?shù)厮摧^為缺乏且條件允許時(shí)，也可以用外調(diào)水人工補(bǔ)給。

③取水條件。一般通過打井抽取地下水，要求含水層透水性較強(qiáng)，單井涌水量較多。同時(shí)要求地下水庫蓄水和適時(shí)開采協(xié)調(diào)進(jìn)行。

④其他條件。環(huán)境條件和生態(tài)條件等也是地下水庫成庫的重要因素。

2.地下水庫的組成

地下水庫包括儲(chǔ)水、攔水、引水、提水4個(gè)基本部分。

①儲(chǔ)水：由天然儲(chǔ)水構(gòu)造組成的地下水庫庫區(qū)，即邊界條件清楚的儲(chǔ)水構(gòu)造。

②攔水：當(dāng)沒有隔水邊界或隔水邊界不完整時(shí)，需修建攔截地下徑流的地下壩，當(dāng)隔水邊界完整時(shí)，無須建設(shè)地下攔水壩。

③引水：當(dāng)?shù)叵滤畮鞄靺^(qū)表層透水性較差時(shí)，需修建地表水?dāng)r截工程，使地表徑流滯留，再通過引滲工程將滯留的地表水引滲到地下水庫中。

④提水：從地下水庫提取用水的方法包括各種類型的取水井和集水廊道。

二、地下水庫建庫條件分析

1.水文地質(zhì)條件

海河流域位于東經(jīng) 112°~120°，北緯 35°~43°之間，東臨渤海，南界黃河，西靠云中、太岳山，北依蒙古高原，總面積32.06萬km2，其中平原（也稱海河平原）面積 13.1萬 km2，占41%，海拔在100 m以下，除個(gè)別地區(qū)有基巖出露外，絕大部分地區(qū)為第四紀(jì)松散物質(zhì)覆蓋。

通過對海河流域平原區(qū)地下水系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)特征的分析，山前沖洪積扇卵礫石區(qū)帶含有較厚的砂礫石含水層，無連續(xù)隔水層，因此透水性較強(qiáng)，垂向連通性較好，可作為地下水庫首選區(qū)域。

2.水源條件

20世紀(jì)五六十年代，海河流域平原區(qū)興建了很多以防洪和供水為主的大中型水庫，這些水庫多為當(dāng)年調(diào)節(jié)水庫，庫容較小，為確保平穩(wěn)度汛，需在汛期預(yù)留部分防洪庫容。當(dāng)水庫水位超過汛期限制水位時(shí)，水庫將產(chǎn)生大量汛前棄水、汛期棄水，可作為重要調(diào)蓄水源，除此之外，降水入滲、當(dāng)?shù)氐乇硭{(diào)節(jié)河川徑流回補(bǔ)地下水是海河流域平原區(qū)地下水庫調(diào)蓄的主要水源。

3.取水條件

海河流域平原區(qū)地下水資源開發(fā)利用程度比較高，在地下水庫建設(shè)條件比較好的區(qū)域，大部分為地下水集中開采區(qū)，地下水開采系統(tǒng)也就比較完整，初步具備了地下水庫建設(shè)的取水條件。

三、適宜作為地下水庫的區(qū)域分析

1.成庫區(qū)域總體分析

海河流域平原區(qū)既有較大調(diào)蓄庫容、又有較強(qiáng)吞吐能力的地下水調(diào)蓄區(qū)域，主要分布在山前沖洪積扇地區(qū)，除此之外邢臺百泉巖溶介質(zhì)區(qū)以其獨(dú)立、封閉的蓄水構(gòu)造也可作為地下水庫的區(qū)域選擇。結(jié)合水文地質(zhì)條件、人口密度、水源條件等，共有8個(gè)適宜作為地下水庫的區(qū)域，分別為：潮白河沖洪積扇，永定河沖洪積扇，唐河、大沙河沖洪積扇，滹沱河沖洪積扇，沙河、洺河沖洪積扇、安陽河沖洪積扇、新鄉(xiāng)峪河黃水河沖洪積扇以及邢臺百泉巖溶區(qū)。

2.可作為地下水庫區(qū)域的具體情況

（1）北京潮白河沖洪積扇

潮白河沖洪積扇位于北京市東部及東北部，是潮白河由密云縣出山后在山前形成的沖洪積傾斜平原。該區(qū)域共有水庫水電站41座、橡膠壩7座以及若干引水渠道、閘壩。這些水利工程設(shè)施將攔蓄一定的河道基流和水庫棄水，對于地下水調(diào)蓄十分有利。

地下水調(diào)蓄有利地帶選擇在沖洪積扇的中上部，適宜作為地下水庫的面積約為391 km2，調(diào)蓄庫容約為6億m3。東、北、西部以山前坡洪積物為界，透水性及儲(chǔ)水性差，可視為隔水邊界；南部以向陽閘—馬辛莊一線為界，是地下水流出區(qū)，為相對阻水屏障；地下水庫底部北邊為基巖，南邊分布著厚度大于15 m的穩(wěn)定黏質(zhì)砂土層和砂質(zhì)黏土層，為相對隔水邊界。

本區(qū)域可利用南水北調(diào)多余來水調(diào)入密云水庫調(diào)蓄工程引入，也可利用潮白河、潮河、雁棲河、懷河、沙河以及小東河基流作為調(diào)蓄水源。

（2）北京永定河沖洪積扇

永定河沖洪積扇位于海河平原區(qū)的西北部，以出山口三家店為頂點(diǎn)，地形坡度由陡變緩，向東南呈扇形展開。

地下水調(diào)蓄有利地帶選擇在沖洪積扇的中上部，具有良好的補(bǔ)給、徑流、存儲(chǔ)以及給水條件，適宜作為地下水庫的面積約為333 km2，調(diào)蓄庫容為6.24億m3。西部和北部以北京西山為界，屬石炭—二疊系及侏羅系的砂頁巖和火山巖，可視為不透水邊界；東部以昆明湖—紫竹院—陶然亭—西紅門一線以西為界，南部以西紅門—狼垡—南崗?fù)轂榻纾谒南祹r性由西向東顆粒逐漸變細(xì)，含水層由單一變?yōu)槎鄬?，滲透性能減弱，地下水類型由潛水變?yōu)槌袎核梢暈楦羲吔?；底部以半膠結(jié)的沙礫巖、泥巖為界。

本區(qū)域永定河河道、南旱河河道的基流，稻田滯洪水庫、馬廠滯洪水庫的棄水作為調(diào)蓄水源。

（3）河北唐河、大沙河沖洪積扇

唐河、大沙河沖洪積扇位于保定、石家莊交界的新樂市、永州市一帶，是由唐河沖積洪積扇和大沙河沖積洪積扇組成，在縱向上由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使山前地段間歇性抬升，使其具有多期發(fā)育的特點(diǎn)，在平原上呈串珠狀展開。在橫向上兩河的沖洪積扇并列發(fā)育，扇間地帶相互疊加。唐河、大沙河的河道與含水層的連通性比較好，河道表層由于常年斷流不存在河道底基層，中細(xì)砂直接暴露于地表，這些條件對于地下水庫調(diào)蓄非常有利。

地下水調(diào)蓄有利地帶選擇在沖洪積扇的中上部，適宜作為地下水庫的面積約為888.4 km2，總庫容為5.23億m3。由于此沖洪積扇含水層的巖性是連續(xù)變化的，很難將其與外界完全隔斷，西部邊界位于地下水調(diào)蓄區(qū)的上游，其邊界受上游高水位的控制；北、東、南部邊界東段由于顆粒逐漸變細(xì)，滲透性變差，水流向外流動(dòng)變得比較弱；南部邊界西段，為磁河沖洪積扇與大沙河沖洪積扇交互沉積，含水層厚度大，與庫區(qū)連通性好，與外界存在一定的水量交替。此區(qū)域可在下游適當(dāng)修建攔蓄工程，以提高儲(chǔ)水量。

本區(qū)域可利用唐河、大沙河河道基流，以及西大洋水庫、王快水庫棄水作為調(diào)蓄水源。

（4）河北滹沱河沖洪積扇

滹沱河沖洪積扇位于太行山山前傾斜平原，西高東低，高程緩降，向東傾斜。此區(qū)域包氣帶巖性有中粗砂、中細(xì)砂及砂礫石組成，黏性土層僅在局部地帶零星分布，幾乎沒有隔水層，同時(shí)滹沱河河床有若干挖沙坑，坑底大多為砂礫石，對地下水調(diào)蓄非常有利。

地下水調(diào)蓄有利地帶在滹沱河沖洪積扇中上部，適宜作為地下水庫的面積約為506 km2，調(diào)蓄庫容為10.04億m3。該區(qū)域扇軸部位于河道一帶，由連續(xù)的砂、卵礫石沉積自上而下排列，局部夾黏性土薄層，呈透鏡體分布；河道南側(cè)上部被粉土、粉質(zhì)黏土薄層覆蓋，其下部多為連續(xù)排列的砂、卵礫石層，或是不連續(xù)的薄層黏土。

本區(qū)域可利用黃壁莊水庫棄水從溢洪道流入，也可利用南水北調(diào)來水由總干渠田莊分水口引入作為調(diào)蓄水源。

（5）河北沙河、洺河沖洪積扇

沙河、洺河沖洪積扇位于邯鄲與邢臺市之間的永年縣和沙河市一帶，為低丘壟崗和山前傾斜平原。沙河、洺河河道的河床包氣帶巖性均以砂卵石、粗砂石及中砂為主，不存在連續(xù)分布的黏土層，滲漏條件好，是比較理想的入滲場所。

地下水調(diào)蓄有利地帶在沖洪積扇的中上部，適宜作為地下水庫的面積約為318.8 km2，調(diào)蓄庫容為8.27億m3。該區(qū)域西部以分布于西北留—大池樹—南高村—贊善—通頭—吳莊一線的自然地質(zhì)邊界為界；北部以分布于李莊—柴家莊—武家一線的自然地質(zhì)邊界為界；東部以分布于前樓下—留村—?jiǎng)⒐虡洹埐堋R固一線的相對地質(zhì)邊界為界；南部以分布于張窯—興業(yè)村—周村一線為界。

本區(qū)域利用朱莊水庫棄水，也可將水庫棄水直接放入沙河河道，引入滲漏場作為調(diào)蓄水源。

（6）河南安陽河沖洪積扇

安陽河沖洪積扇分布于安陽市區(qū)及西部，三面環(huán)繞丘陵崗地，東部為扇緣洼地，地形由西向東傾斜。由于地下水超量集中開采，安陽市區(qū)形成了區(qū)域性地下水水位降落漏斗，大范圍疏干了卵礫石含水層。

地下水調(diào)蓄有利地帶選擇在安陽沖洪積扇之上，由于其所處的地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件，基本上形成了一個(gè)相對封閉的水文地質(zhì)儲(chǔ)水單元。適宜作為地下水庫的面積約為170.6 km2，調(diào)蓄庫容5.23億m3。該區(qū)域西部以西梁村—南流寺村—郭里一線為界；東部以東于曹—西辛莊—中所屯一線為界；北部以大碾屯—六寺村—韓陵山一線，南部以許張村—牛房一線為界。

本區(qū)域利用工礦棄水、城市集中雨水、大型企業(yè)的棄水，經(jīng)人工處理并水質(zhì)達(dá)標(biāo)后，可作為調(diào)蓄水源。

（7）河南新鄉(xiāng)峪河黃水河沖洪積扇

新鄉(xiāng)峪河黃水河沖洪積扇分布于河南省輝縣西部、衛(wèi)河北部，東部、北部為山區(qū)，兩扇中間連為一體，西南、南部為扇間和扇緣洼地，封閉性較好。

地下水調(diào)蓄有利地帶位于新鄉(xiāng)峪河黃水河沖洪積扇之上，由于受構(gòu)造的控制，封閉性較好。適宜作為地下水庫的面積約為207.5 km2，調(diào)蓄庫容約為6.35億m3。西北部以片麻巖為邊界，可視為隔水邊界；東部以山前傾斜地為邊界，巖性為沖洪積扇邊緣相山前殘坡積的黏性土和黏性土與礫石的混粒土，可視為隔水邊界；西南部以沖洪積扇扇間帶為邊界，可視為零通量邊界；南部以沖洪積扇扇前洼地為邊界，巖性為黏性土和砂層交互沉積，為半隔水邊界，在開采狀態(tài)下可成為分水嶺零通量邊界。

本區(qū)域主要利用峪河和黃水河作為調(diào)蓄水源。

（8）河北邢臺百泉巖溶區(qū)

邢臺百泉巖溶區(qū)位于河北省邢臺市百泉泉域一帶。

百泉巖溶地下水系統(tǒng)主要徑流區(qū)與排泄區(qū)約517 km2，調(diào)蓄庫容約2.53億m3。該區(qū)域北部以邢臺、東龐煤田為界，可視為隔水邊界；西部和西南部以寒武系下統(tǒng)、閃長巖體為界，構(gòu)成隔水邊界；南部為透水的補(bǔ)給邊界；底部以巖溶弱發(fā)育的基巖為界，構(gòu)成隔水邊界。因此，本區(qū)域形成了一個(gè)基本獨(dú)立、封閉的巖溶地下水蓄水構(gòu)造。

本區(qū)域主要利用朱莊水庫棄水、汛期洪水作為調(diào)蓄水源，另外在邢臺市西部礦山開發(fā)過程中的排水經(jīng)水質(zhì)處理達(dá)標(biāo)后，也可作為調(diào)蓄水源。

四、結(jié) 語

通過對海河流域地下水庫資料的搜集與整理分析，從水文地質(zhì)、補(bǔ)給水源、取水條件等方面考慮，海河流域平原區(qū)建設(shè)地下水庫比較理想的是山前沖洪積扇地區(qū)和巖溶介質(zhì)區(qū)共8個(gè)區(qū)域適宜作為地下水庫，庫區(qū)總面積約為3 332.3 km2，調(diào)蓄總庫容約為49.89億 m3。

另外，建設(shè)地下水庫是一項(xiàng)新的研究課題，涉及學(xué)科多、技術(shù)復(fù)雜，還需從工程地質(zhì)勘查、生態(tài)環(huán)境、地下水污染調(diào)查等方面繼續(xù)探究，從而進(jìn)行綜合性的科學(xué)決策。

[1]杜新強(qiáng)，等.地下水庫的概念、分類和分級問題研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2008,4(2).

[2]姜媛，等.近地下水庫理論與工程實(shí)踐現(xiàn)狀[J].城市地質(zhì)，2012，7(3).

[3]李旺林，等.地下水庫的概念和設(shè)計(jì)理論[J].水利學(xué)報(bào)，2006，37(5).

[4]李安娜，等.滹沱河沖洪積扇地下水庫調(diào)蓄庫容研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012,40(20).

[5]李志萍，等.北京平谷盆地地下水庫建庫條件分析 [J].上海國土資源，2011，32(1).

[6]苗晉祥.論安陽市區(qū)地下水位下降漏斗演變與地下水可持續(xù)利用規(guī)劃[J].南水北調(diào)與水利科技，2010，8(6).

Examination of areas suitable for construction of underground reservoir in plains of Haihe River Basin//

Xu Xiangguang,Chuai Ruiyuan

Evaluation of conditions for underground reservoir construction in plain of the Haihe River Basin has been conducted based on observation of its basic elements.It is concluded that Haihe River plain is feasible for the construction of underground reservoir.Foreland pluvial fan and karst areas are most favorable for the construction of underground reservoir in the Haihe River Basin,where has eight zones with a total area of 3 332.3 km2and total storage capacity of 4.989 billion m3.

plain areas of Haihe River Basin;underground reservoir;area

TV623

B

1000-1123（2017）16-0037-03

2017-02-20

徐向廣，教授級高級工程師，主要從事農(nóng)村水利管理工作。