李明良 米玉華

南水北調中線工程是一個龐大的系統(tǒng)工程。由于其來水過程具有年際、年內的豐枯變化，為解決來水、用水過程不一致的矛盾，提高供水保證率，必須對引江水進行調蓄。地下水庫調蓄與地表水庫調蓄相比，具有占地面積小、移民規(guī)模小、有效改善地下水環(huán)境等顯著的特點，同時也面臨著調蓄量計算、地下水庫選址、入滲場規(guī)模、滲漏損失及管理模式等眾多問題，如果這些問題不加以解決，利用地下水庫調蓄引江水將成為空談。因此，開展本項研究十分必要。

1. 工程概況

地下水庫調蓄已經(jīng)在美國、德國、以色列、荷蘭、法國等多個國家應用，正在運行使用的地下水庫有數(shù)百座，在當?shù)毓┧到y(tǒng)中占據(jù)重要地位。按照用途可以分為兩類，一類以水資源高效利用為主，主要分布在美國和以色列；另一類以改善水質和水環(huán)境為主，主要分布在歐洲各國。國內地下水庫的建設起步較晚，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，標志著我國地下水庫的開始，其后先后興建了山東黃水河、遼寧省龍河地下水庫，發(fā)展勢頭迅速。我國的地下水庫類型多與美國、以色列相同，主要用于地表水、地下水聯(lián)合調蓄，實現(xiàn)水資源高效利用。本次調蓄引江水的地下水庫既有水資源高效利用的目的，同時還承擔回收投資的任務，因此與國內外常見的兩種類型不同。

上個世紀80年代后期到90年代，河北省相關部門開展了眾多水文地質調查工作，基本了解清楚了區(qū)域水文地質條件，并在滹沱河等河道進行了小規(guī)模的調蓄試驗，獲得了階段性成果。1995～1997年利用河道汛期棄水等時機進行了多次河道入滲試驗，獲得了洺河、滹沱河、沙河（大清河水系）、界河等河北省太行山前主要河流的入滲能力等參數(shù)。上述成果為本研究奠定了堅實的基礎。

2. 南水北調中線工程引水量分析

根據(jù)長江委設計院提供的水平年來水系列，中線一期工程河北省多年平均分配水量（口門水量）為30.39億m3。從來水量的年際變化過程看最大值是最小值的1.81倍。來水量具有連枯連豐、豐枯年份交替出現(xiàn)的特點。年內來水也不均勻，如1966年為最枯水年，有14個旬來水量很小或為零。

依據(jù)河北省南水北調中線一期工程42年旬來水系列和擬定供水方案相應旬供水量進行調節(jié)計算。在全省受水區(qū)來水量特枯年按25億m3供水、其余年份按30.39億m3供水的方案下，所需地下水多年調節(jié)庫容為20.63億m3，入滲場工程規(guī)模為4.03億m3/年。見表1。

表1各市地下水庫調節(jié)計算成果表

3. 區(qū)域地下調蓄條件

南水北調中線工程受水區(qū)地處河北省京津以南平原區(qū)，總干渠通過的山前沖洪積扇平原區(qū)，第四系厚度100～550m，淺層地下水底界埋深50～124m。沖洪積扇區(qū)含水層粒度粗、厚度大，巖性以卵石、礫石、粗砂含礫、粗砂為主，厚度30～85m，垂向、水平連通性較好，單位涌水量40～145m3/h·m。山前沖洪積平原河道地帶，包氣帶巖性以砂、砂礫石、卵礫石為主，利于地表水及大氣降水垂直入滲補給，是淺層地下水垂直補給的重要地段。

近年來，因工業(yè)和農(nóng)業(yè)大量、持續(xù)超采地下水，地下水位持續(xù)下降，地下水位埋深已經(jīng)由20世紀60年代末的3～4m下降到15～40m，并形成了眾多的地下水位降落漏斗，漏斗區(qū)地下水埋深已經(jīng)達到40～65m，騰空了巨大的地下空間。

通過對調蓄區(qū)地下水水質進行分析，符合Ⅲ類水的測井占84%，符合Ⅳ類的占11%，符合Ⅴ類的占5%，地下水環(huán)境狀況良好；南水北調總干渠以西滹沱河、沙河（大清河水系）、唐河、沙河（子牙河水系）上游河段水質良好，以東地區(qū)水質較差。

地下水庫除水源外還需具備以下4個條件：具有理想的儲水空間和儲水邊界；具有良好的入滲場地和優(yōu)良的給水功能；具備較強的開采能力；地下水環(huán)境狀況良好，據(jù)分析計算，山前平原區(qū)調蓄層總儲水能力為129.21億m3，調蓄空間比擬調蓄水量大很多。滹沱河、一畝泉、唐河-沙河、沙河-洺河沖洪積扇是建立地下水庫的最佳選擇，4個地下水庫總庫容為34.29億m3。

4. 入滲場規(guī)模

根據(jù)受水區(qū)調節(jié)計算成果，地下水庫需要入滲場規(guī)模4.03億m3。此外，南水北調中線工程來水后，一部分水量可以通過現(xiàn)有的水廠等供水設施直供用水戶，非直供水量可以引入入滲場，充蓄地下水庫，更好地發(fā)揮地下水庫的效益，估計當年充蓄地下水量為10.28億m3。因此入滲場總的規(guī)模為14.31億m3。 見表 2。

5. 地下調蓄方案的水量損失分析

利用河道作為入滲場，無論是在動水條件下，還是在靜態(tài)環(huán)境滲水池條件下，水量下滲方式都屬垂直自由淋滲方式，下滲過程中的水量損失主要是開放水面的蒸發(fā)損失和一次性的初滲損失。它們主要與入滲場的規(guī)模、入滲場底部巖性結構、包氣帶厚度等因素有關。水面蒸發(fā)損失56～185萬m3，不足調蓄水量1%；水量下滲過程中概算一次性初滲損失量為400～1000萬m3，每年間斷蓄水次數(shù)按3次計算，年初滲損失量（浸潤損失量）總計為 1200～3000萬m3，占年調蓄水量的7%左右。也就是說，長期入滲條件下入滲場的水量損失不足年調蓄水量的8%，遠小于地表水庫調蓄損失的22%。

表2 入滲場規(guī)模統(tǒng)計表 單位：億m3/a

6. 統(tǒng)一管理模式

6.1 統(tǒng)一管理模式下的管理原則

南水北調的實施，形成了引江水和當?shù)氐乇硭?、地下水和再生水多種水源并存，多源供水的格局。通過地下水庫調蓄使得引江水已完全和當?shù)厮诤蠟橐惑w，不可分割。新水資源綜合管理原則為使有限的水資源發(fā)揮的綜合效益最大，供水保證程度更高，綜合供水成本最低，用水戶矛盾最小，可操作性更強。新水資源綜合管理方案不再區(qū)分水源，將多種水源作為一個整體統(tǒng)籌考慮，統(tǒng)一調配、統(tǒng)一使用，分質供水、優(yōu)水優(yōu)用。

引江水費用由受水區(qū)城市用水分擔，供水價格的測算按照城市用水量進行。政府通過征收水資源費進行宏觀調控。政府通過對水資源依法實行取水許可制度和征收水資源費，實現(xiàn)水資源的宏觀調控，優(yōu)化配置水資源。政府通過征收不同的水資源費和執(zhí)行不同的水價達到綜合管理的目標。充分利用現(xiàn)有供水、輸水設施，就近供水，減少重復投資。

6.3 統(tǒng)一管理模式下的用戶綜合水價與水資源費征收體制

水價是由資源水價、工程水價和環(huán)境水價3部分組成。資源水價即水資源費，購買的是水資源的使用權；工程水價購買的是一定量和質的水體，其水體的生產(chǎn)成本和產(chǎn)權受益；環(huán)境水價購買的是環(huán)境容量，即水污染處理費用。征收方式仍由各市水務局水資辦統(tǒng)一征繳，主要采用用水戶到征費科繳納、自來水公司代收和工作人員到用水戶收取的形式。各市將征收的水資源費按照一定比例上繳各市南水北調辦公室。

7. 結語

6.2 統(tǒng)一管理模式下的管理框架

7.1 結論

本課題應用系統(tǒng)工程、水循環(huán)等理論系統(tǒng)解決了利用地下水庫調蓄引江水的關鍵技術問題，即調蓄量、水庫選址、庫容計算、入滲場規(guī)模、管理模式等問題。通過地下水庫調蓄引江水與調蓄引江水方案相比該工程還具有“建設維護成本低、水量損失小、管理方式簡捷、風險小易控制、供水保證率高”的優(yōu)點，建設管理投資的減少使供水成本大大降低，從而可降低供水水價，利用地下水庫調蓄引江水工程是一個眾望所歸的“惠民工程”。地下水庫沒有涉及單位拆遷和移民問題，減少了人為因素的干擾，從而保證了地下水庫可以長期穩(wěn)定地運行，也是一項人水和諧、安民、環(huán)保的“民心工程”。

7.2 建議

一是開展唐沙河、沙銘河地下水庫靶區(qū)入滲場大型野外入滲試驗。為掌握唐河-沙河、沙河-銘河地下水庫靶區(qū)入滲場在接近南水北調中線工程供水實際情況下的入滲能力，加快列入配套規(guī)劃的步伐，應盡快開展大型入滲試驗。

二是開展唐河-沙河、沙河-銘河地下水庫數(shù)值模擬調蓄研究。利用地下水數(shù)值模擬研究地下水庫在不同來水情況下的水庫水位動態(tài)變化情況，分析計算外泄水量，研究其邊界的穩(wěn)定性。

三是建立實時水位、水量、水質監(jiān)控系統(tǒng)。通過建立實時水位、水量、水質監(jiān)控系統(tǒng)，為地下水庫的運行管理提供基礎數(shù)據(jù)，保障地下水庫安全穩(wěn)定運行。