賈連杰，范 堯，劉 超，孫振偉，宋海波

(1.山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250013；2.山東省鄒城市水利局，山東 鄒城 273500)

兩城河地下水庫建設(shè)可行性研究

賈連杰1，范 堯1，劉 超2，孫振偉1，宋海波1

(1.山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250013；2.山東省鄒城市水利局，山東 鄒城 273500)

根據(jù)兩城河流域水文地質(zhì)條件、儲水構(gòu)造以及區(qū)域水資源特點，可知兩城河下游地區(qū)具有構(gòu)建河谷型孔隙地下水庫的潛力條件,是可具開發(fā)的重要水源地之一,通過重點研究了建設(shè)兩城河地下水庫的可行性，初步分析了兩城河地下水庫的成庫條件、庫容大小、水力傳導(dǎo)條件、采補條件、水源水質(zhì)等方面，得出該地下水庫以礫質(zhì)粗砂層為主要賦水介質(zhì)的目標(biāo)含水層最大調(diào)蓄能力為1 060萬m3,為下一步兩城河地區(qū)建設(shè)地下水庫，合理開發(fā)利用水資源提供可行性研究.

地下水庫；建庫條件；庫容

地下水庫是利用一定條件屬性的地質(zhì)體來實現(xiàn)儲蓄地下水，可以一定程度上實現(xiàn)地下水合理開采使用，可以有效發(fā)揮富水性含水層調(diào)蓄水資源的重要作用[1-2]；同時也能在穩(wěn)定地下水位，涵養(yǎng)水源，控制地面沉降，增加地下淡水水壓，在沿海地區(qū)有效防止或減少海水入侵含水層，以及干旱缺水季節(jié)抗旱中發(fā)揮巨大的作用[3-4].本文以日照兩城河地下水庫為例，對兩城河地區(qū)的水庫地質(zhì)條件、水文條件以及采補條件進(jìn)行可行性研究分析[5].

1 地下水庫庫區(qū)建設(shè)條件

決定一個地區(qū)是否適宜建設(shè)地下水庫，以此增加區(qū)域地下水可供給開采資源量，大幅度提升社會、生態(tài)、環(huán)境效益[6-7]，需滿足以下條件.

(1)對地質(zhì)條件的要求

兩城河地下水庫研究區(qū)分布在兩城河下游山前河流沖積平原區(qū)，地下儲水介質(zhì)為第四紀(jì)松散堆積物，儲水層相對厚度大、分布穩(wěn)定，含水層巖性以礫質(zhì)粗砂為主，適宜于地下水庫工程建設(shè)[8]，其庫區(qū)地質(zhì)(見圖1).

圖1 地下水庫庫區(qū)地質(zhì)略圖

(2)對補給水源的要求

兩城河由西北向東南穿過庫區(qū)，上游來水量對地下水的補給以及雨季的棄水是有利于對地下水庫補給的.從水資源補給角度分析，該地區(qū)適宜于沿河沖積平原地下水庫工程建設(shè).

(3)對人工補給地下水措施的要求

在穿庫區(qū)的河道上修建攔河壩和漫灌、引滲工程增大補給過水面域，加快補給速度，提高其對含水層的補給強度和補給量；在地下水庫天然流場的下游截面地方可以進(jìn)行人工改造，修建地下攔蓄壩，以此攔截地下徑流，有利于增加補源的同時減小下游排泄水量.

(4)對開采措施的要求

擬建兩城河地下水庫蓄水以后，現(xiàn)狀可調(diào)節(jié)需求開采量較大，有利于調(diào)節(jié)地下水位、嚴(yán)控土地的沼澤化和鹽堿化等地質(zhì)環(huán)境問題.

(5)良好的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益

兩城河地區(qū)地下水庫在一定程度上可以有效彌補當(dāng)?shù)匾约翱鐓^(qū)域用水資源量的缺口，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟和社會發(fā)展[9].

綜合以上分析，根據(jù)地形、地質(zhì)及采補要求等得出兩城河附近沿河沖積平原區(qū)具備建設(shè)地下水庫的自然條件.

2 兩城河地下水庫成庫條件及庫容

2.1 兩城河地下水庫的邊界條件

依據(jù)研究區(qū)地理位置及區(qū)域地質(zhì)條件、構(gòu)造、水文地質(zhì)條件分析，初步確定擬建兩城河地下水庫其適宜庫區(qū)分布范圍邊界為：上游至兩城河、蘆溝河交叉河口處，下游至東河南村、安家?guī)X村一帶，左岸由安門莊村至安家?guī)X村西側(cè)一帶，右岸由兩城河至泉子溝村、東河南村一帶為界，庫區(qū)面積約為12.3 km2.庫區(qū)巖石基底高程變化及其邊界條件分析(見圖2).

圖2 地下水庫庫區(qū)基底3D示意圖

(1)西部邊界

西部邊界地形起伏較大，兩城河與金銀河地表河流流向庫內(nèi)，庫區(qū)西南主要為基巖山區(qū)且地表高程遠(yuǎn)高于庫內(nèi)，是天然的隔水屏障.

(2)西北部邊界

兩城河上游來水區(qū)位于庫區(qū)西北部，上游地表水及其地下水水位較高，是重要的補給來源.

(3)北部邊界

北部地區(qū)巖石基底高程均高于庫區(qū)內(nèi)，庫區(qū)內(nèi)接受北部地下水的補給.

(4)南部、東部邊界

南部、東部地區(qū)天然條件下是地下水、地表河水的凈流出邊界，可修建地下攔蓄壩等建筑物，結(jié)合地表橡膠壩攔蓄庫區(qū)內(nèi)水源.

(5)底邊界

庫區(qū)基底巖石巖性為二長花崗巖，庫區(qū)內(nèi)不發(fā)育導(dǎo)水構(gòu)造，因此庫區(qū)基底二長花崗巖巖體可概化為隔水地質(zhì)體.

2.2 兩城河地下水庫的有效庫容

地下水庫庫容的大小直接反映了采補水資源調(diào)蓄能力的強弱，在一定區(qū)域內(nèi)，對研究區(qū)庫容的界定與計算采取地質(zhì)邊界條件分區(qū)、分層概化處理，同時在時間上結(jié)合氣象、水文等特征庫容來刻畫地下水庫庫容量的大小，其特征庫容劃分(見圖3).

圖3 地下水庫特征庫容示意圖

2.2.1 地下水庫庫水位分析

礫質(zhì)粗砂層為研究區(qū)內(nèi)主要含水層，在其上部覆蓋一定厚度、一定面積的黏性土，使該層水以承壓水賦存在含水層中.結(jié)合研究區(qū)含水層的埋藏條件，分別確定地下水埋深的控制標(biāo)準(zhǔn).

(1)承壓含水層最低水位的確定

考慮到承壓含水層的賦水條件，其含水層最低水位應(yīng)不低于承壓含水層隔水頂板，以免發(fā)生水位降低，造成上部土體壓縮變形.

(2)正常蓄水位的確定標(biāo)準(zhǔn)

研究區(qū)內(nèi)庫區(qū)地表主要由壤土、細(xì)砂組成，庫區(qū)范圍內(nèi)正常蓄水位應(yīng)滿足對生態(tài)環(huán)境的保護與改良，結(jié)合研究區(qū)所在地區(qū)氣象、水文等環(huán)境指標(biāo)，通過類比分析綜合確定研究區(qū)內(nèi)地下水潛水位埋深最小應(yīng)控制在2.0 m.

2.2.2 庫容估算方法

研究區(qū)地下水庫第四系含水層包括承壓含水層與潛水含水層，其調(diào)蓄的水量主要以含水層孔隙空間所存儲水的體積以及承壓水彈性儲存水量的體積為主.根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)條件、地形地質(zhì)條件及邊界特征，依據(jù)含水層抽水試驗求得的水文地質(zhì)參數(shù)、及含水層水量體積公式對地下水庫特征水位庫容體積量進(jìn)行計算[10].

V庫容=∑[Vc×n+(Hc-H0)×Vs×μe]

+Δh×A×μ

(1)

式中：V庫容—研究區(qū)地下水庫的庫容，m3；

n—地下水庫含水層的孔隙度；

Vc—庫區(qū)承壓含水層的體積，m3；

μe—庫區(qū)承壓含水層的彈性給水度；

Hc—庫區(qū)承壓含水層地下水的測壓水位高程，m；

H0—庫區(qū)承壓含水層的頂板標(biāo)高，m；

Vs—庫區(qū)內(nèi)承壓區(qū)面積，m2；

Δh—庫區(qū)潛水區(qū)含水層平均厚度，m；

A—庫區(qū)潛水區(qū)分區(qū)面積，m2；

μ—庫區(qū)潛水含水層的重力給水度.

影響地下水庫庫容計算的水文地質(zhì)參數(shù)包括含水層厚度、分布面積、儲水系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)、單位出水量等主要技術(shù)參數(shù)[11].兩城河地下水庫庫區(qū)面積及主要含水層參數(shù)取值：庫區(qū)范圍面積為12.3 km2，賦水體礫質(zhì)粗砂層體積為0.83億m3，其中庫區(qū)范圍上游潛水區(qū)礫質(zhì)粗砂估算總體積為865萬m3，庫內(nèi)全區(qū)承壓區(qū)面積約10.2 km2.根據(jù)現(xiàn)場主要含水層抽水試驗及含水層物質(zhì)成分資料分析，綜合確定庫內(nèi)地下含水層中礫質(zhì)粗砂含水層的估算參數(shù)為：孔隙度取值0.25，重力給水度取值0.15，承壓含水層的彈性給水度取值0.005，中粗砂層重力給水度取值0.14.

在預(yù)測豐水年、平水年、枯水年、特枯年承壓水承壓高度分別為6.5 m、6 m、5 m、2.5 m，且潛水含水層特征水位(含水層厚度)平均值分別為2.8 m(4.0 m)、1.8 m(3.0 m)、0.8 m(2.0 m)、-2.0 m(0 m)時，計算最小庫容為1 245萬m3，容積儲量(最大庫容量)為2 305萬m3，豐水年最大調(diào)節(jié)儲量1 060萬m3.

3 地下水庫的水力傳導(dǎo)條件

研究區(qū)內(nèi)含水層根據(jù)庫區(qū)第四系沉積環(huán)境和沉積物空間分布特征，將兩城河地下水庫含水層劃分為單一結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)和雙層結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng).

單一結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)垂向由上到下巖性為：壤土，厚度3～5 m，礫質(zhì)粗砂，厚度8～12 m，平均約10.0 m，主要分布于紅旗村西北側(cè)兩城河與蘆溝河河間地塊，基底巖性主要為二長花崗巖；在兩城河下游與雙層結(jié)構(gòu)含水層交接相互連通，單一結(jié)構(gòu)含水層與地表河水水動力條件聯(lián)系緊密，直接接受地表河水的補給(見圖4，圖7).雙層結(jié)構(gòu)含水層在庫區(qū)內(nèi)廣泛分布，其上部為潛水含水層，含水層巖性以中粗砂為主，中粗砂平均厚度約3.0 m，雙層結(jié)構(gòu)含水層中間分布著一層黏性土，該黏性土層分布厚度約2～9 m，其下部礫質(zhì)粗砂層總體厚度2～13 m，平均厚度約7.0 m，具有承壓性，形成了雙層結(jié)構(gòu)含水層，分布于張王莊村及其東部、安家村及其北部大部分地區(qū)(見圖5～圖7).兩城河地區(qū)黏性土以壤土為主，為弱透水層，該層在空間上分布廣泛，其對保護承壓含水層起到了極其重要的作用[12].

單一結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)與雙層結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)直接相連通，兩城河上游潛水及地表徑流河水是兩者的共同補給源.雙層結(jié)構(gòu)含水層系統(tǒng)中，局部黏性土層缺失地段，存在地下水潛水補給“天窗”，是聯(lián)通雙層結(jié)構(gòu)含水層的重要地段，對地下水庫儲存水源起到補給通道的作用[4].

圖4 單一結(jié)構(gòu)含水層水文地質(zhì)剖面圖

圖5 雙層結(jié)構(gòu)含水層水文地質(zhì)剖面圖

圖6 地下水庫礫質(zhì)粗砂含水層厚度與基巖面等值線圖

圖7 地下水庫含水層空間分布圖

4 地下水庫的采補條件

4.1 兩城河地下水庫的補、徑、排條件

(1)補給條件

地下水庫儲水構(gòu)造中的地下水是區(qū)域水循環(huán)中最積極參與水循環(huán)的地下水[9-10]，研究區(qū)地下水主要補給來源包括地表徑流至庫區(qū)內(nèi)的地表河水以及兩城河上游區(qū)潛流的側(cè)向補給，地下水動力條件較好，補給源充足.

(2)徑流與排泄

地下水庫庫區(qū)內(nèi)地下水動力場受諸多因素影響，地下水流場總體現(xiàn)狀為水流由西北方向流向庫區(qū)內(nèi)下游東南方向，受人為開采地下水影響，庫區(qū)內(nèi)局部現(xiàn)已經(jīng)形成地下水降落漏斗，排泄方式主要以兩城河下游側(cè)向徑流排泄和人工開采為主(見圖8)，其次為天然蒸發(fā).

圖8 地下水庫地下水動力場圖

4.2 兩城河地下水庫的開采條件

兩城河地下水庫建設(shè)條件比較優(yōu)越，上游邊界多為補給邊界，庫區(qū)含有礫質(zhì)粗砂、中粗砂層，是本區(qū)的主要富水層，其分布面積廣，厚度大且穩(wěn)定，地下水補給源充足且利于開采，因此兩城河地下水庫開采條件較優(yōu)越[13-14].

5 地下水庫的水質(zhì)

現(xiàn)狀庫區(qū)內(nèi)不存在工業(yè)廢水等其它污染源，僅存在人類聚集區(qū)零星生活廢水的排放.通過對兩城河庫區(qū)地下水以及主要河段地表河水取樣進(jìn)行水質(zhì)及污染分析，得出：兩城河地表水分級為Ⅲ類，達(dá)到目標(biāo)水質(zhì)；地下水現(xiàn)狀分級為Ⅲ類.以人體健康基準(zhǔn)為依據(jù)，可滿足適用于集中式生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水.

6 結(jié) 論

兩城河地下水庫為松散介質(zhì)型地下水庫，含水層水源主要來自于區(qū)內(nèi)兩城河地表河水的側(cè)向補給，含水層以礫質(zhì)粗砂為主，容積儲量(最大庫容量)為2 305萬m3，蓄水功能優(yōu)越，在合理開采規(guī)劃布置的前提下可作為優(yōu)良的供水水源地使用，較地表水庫其潛在社會效益、經(jīng)濟效益更加優(yōu)越.

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Feasibility Study on the Construction of Groundwater Reservoir in Liangcheng River

JIA Lian-jie1, FAN Yao1, LIU Chao2, SUN Zhen-wei1, SONG Hai-bo1

(1.Shandong Survey and Design Institute of Water Conservancy, Jinan 250013, China;2.Water Conservancy Bureau of Zoucheng, Shandong, Zoucheng 273500, China)

According to the hydrogeological conditions, water storage structure and regional water resources characteristics of the Liangcheng River basins, it can be seen that the lower reaches of the river have the potential conditions for the construction of the valley-type pore groundwater reservoir, which is one of the important water sources that can be developed. The paper analyzes the feasibility of constructing the groundwater reservoir along the Liangcheng River, preliminarily analyzing the reservoir conditions, reservoir capacity, hydraulic conditions, mining and recharge conditions, water quality and other aspects of the groundwater reservoir of the Liangcheng River. The groundwater reservoir is designed in gravel, and the maximum storage capacity of the targeted aquifer is 10.6 million m3, providing a feasibility study for the construction of the groundwater reservoir along the Liangcheng River, as well as for the rational development and utilization of water resources.

groundwater reservoir; conditions for building groundwater reservoir; reservoir capacity

2016-12-01

賈連杰(1973-)，男，山東聊城人，碩士，高級工程師，從事工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等勘察研究工作.

TV62+3

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1008-536X(2017)04-0029-07