地下水库蓄水构造的特点分析与探讨

第２６卷第５期　水文　Ｖｏ１．２６　Ｎｏ．５　２００６年１Ｏ月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＨＩＮＡ　ＨＹＤＲＯＬＯＧＹ　Ｏｃｔ．．２００６　地下水库蓄水构造的特点分析与探讨　李旺林　，束龙仓　，李砚阁　（１．河海大学土木工程学院，江苏南京２１００９８；２．河海大学水资源环境学院，江苏南京２１００９８；　３．山东省水利勘测设计院，山东济南２５００１３；４．南京水利科学研究院，江苏南京２１００２９）　摘　要：本文讨论了地下水库的基本概念，提出了地下水库蓄水构造需要具备的四个基本条件，即库容　条件、水量交换条件、可利用条件和封闭性条件。同时分析了影响地下水库蓄水构造的因素，指出了地下　水库蓄水构造和普通蓄水构造的差别，并介绍了三个典型的已建地下水库的蓄水构造。　关键词：地下水库；蓄水构造；特点分析　中图分类号：ＴＶ２１１　．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—０８５２（２００６）０５—００１６—０４　地下水库是近十余年兴起的一种新的蓄水工程，　水的设想，即建设地下水库。美国类似于地下水库的概　是一种有目的、主动性地储存、调节和利用地下水流作　念是Ａｑｕｉｆｅｒ　Ｓｔｏｒａｇｅ　ａｎｄ　Ｒｅｃｏｖｅｒｙ（ＡＳＲ），即含水层储　用的一种水利工程。地下水库中蓄水构造不同于一般　存和回采日１．指在丰水季节将可饮用水通过注水井储存　的蓄水构造．它需要具备一定的条件，本文讨论了地下　到合适的含水层中．在用水高峰期或枯水季节再通过　水库的基本概念，介绍了地下水库蓄水构造的特点。　同一眼井将水抽取出来使用，抽出的水不能超过注入　１地下水库的基本概念　的水。荷兰类似于地下水库的概念是Ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ　Ｒｅｃｈａｒｇｅ　—Ｐｕｍｐｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＲＰＳ），即人工回灌和抽水系统，在　随着地下水资源的开发和广泛利用，地下水库逐　考虑回灌的同时．注重抽水系统对整个含水层地下水　渐成为一个热门话题，但地下水库的定义还缺乏科学　位的影ＩＩ［￣［４１　性，有些人将地下含水层或蓄水构造笼统地称为地下　我国学者也提出了对地下水库概念的理解。林学钰　水库，混淆了地下水库和蓄水构造的概念。　１９８４年提出“地下水库是一个便于开发和利用地下水　国际上通行的水文地质学术语中，地下水库ｇｒｏｕｎｄ—　的储水地区”阎。赵天石２００２年的定义是：“地下水库是　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）和地下含水层（ａｑｕｉｆｅｒ或者ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　利用地壳内的天然储水空间，储存水资源的一种地下水　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）是同义语『１１。我国早期的“水文地质学”中，也　开发工程”同　杜汉学２００２年描述的地下水库是：“地下　没有地下水库的概念，只有含水层、蓄水构造等专业术　水库就是指存在于地下的天然大型储水空间”ｔＴｌ。同时有　语。我国１９９３年的水文地质术语中，将地下水库定义　些学者认为：为便于社会接受，将一些地区的厚大含水　为“地层中能储存外来补给水源又便于开发利用的地　层或大型蓄水构造应进一步命名为“地下水库”ｔＴｌ。　下储水层”［２１，即地下水库仅是一种地下储水层。　可见，国内外学者没有将地下水库和地下含水层、　地下水库的说法最早起源于日本．二十世纪初日　蓄水构造的概念严格地区别开来，文献『６１中将地下水　本在开发枥木县的那须野原时．为了有效地利用流入　库看作地下水开发工程，但大部分人将地下水库的概　大海的地下水，有人提出在地下建防渗墙来储蓄地下　念在水文地质学的范畴，还没有真正地将地下水　收稿日期：２００５—１２—０５　基金项目：水利部科技创新项目（ＳＣＸ２００３—５）　作者简介：李旺林（１９６４一），男，山西榆社人，山东省水利勘测设计院应用技术研究员，河海大学在读博士，主要研究方向为岩土工程、水工结构和　地下水库。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第５期　李旺林等：地下水库蓄水构造的特点分析与探讨　１７　库的概念从水文地质学的范畴上升到水利工程学的角　度，而时常又有人将地下含水层和地下水库的概念混　为一谈。　作者认为：地下水库的概念是相对地表水库而言　的。地表水库不同于地表湖泊，在于地表水库具有人为　地拦蓄和调节地表水流的功能。同样，地下水库不同于　地下含水层（或蓄水构造等），在于地下水库中人为地　调蓄地下水流，笼统地将厚大含水层或大型蓄水构造　命名为“地下水库”是不科学的。地下水库的特点在于　人为地干预了地下水流的天然调节能力和扩大了地下　含水层的蓄水能力，就像地表湖泊不同于地面水库一　样，天然的厚大含水层不一定是地下水库。从水利工程　的角度来讲，可将天然调节地下水流的厚大含水层或　大型蓄水构造命名为地下湖【８１。　从水利工程学的角度给出地下水库的定义：地下　水库是利用天然地下储水空间兴建的具有拦蓄、调节　和利用地下水流作用的特殊的水库。　在这个定义中．地下水库的定义包含三层意思：一　是地下水库位于天然的地下储水空间，指具备一定条　件的蓄水构造或地下含水层，由岩体和松散堆积层中　的孔隙、裂隙和溶隙组成；二是强调地下水库具有人为　地拦蓄和调节地下水流的作用：三是指明地下水库是　一种特殊的水库。　地下水库枢纽是由地下坝、回灌设施、开采设施等　多种建筑物构成的具有多种用途的综合体，是一种蓄　水水利枢纽。　２地下水库蓄水构造需要具备的基本条件　２．１普通蓄水构造的类型　地下水库中天然地下储水空间是一种普通的蓄水　构造，在探讨地下水库蓄水构造需要具备的基本条件　时，有必简要回顾一下普通蓄水构造的概念和分类。　蓄水构造是富集地下水的地质构造形式【２１。它是地　下水形成、运动和蓄存的场所。　钱学傅根据自然地理和空隙的性质，将我国的蓄　水构造分为孔隙蓄水构造、溶隙蓄水构造、裂隙蓄水构　造和地区性蓄水构造四种类型。每种蓄水构造根据不　同的特点又分为不同亚类。其中孔隙蓄水构造又分为　山间河谷蓄水构造、山间盆地蓄水构造、冲积平原蓄水　构造、冰水沉积蓄水构造和半胶结砂岩蓄水构造五种　类型。岩溶蓄水构造分为裂隙岩溶蓄水构造、层间岩溶　蓄水构造、断层岩溶蓄水构造、侵入体岩溶蓄水构造、　膏溶角砾岩蓄水构造、地下河及管道蓄水构造、覆盖岩　溶蓄水构造和隐伏岩溶蓄水构造八种类型。裂隙蓄水　构造分为风化裂隙蓄水构造、节理裂隙蓄水构造、层间　裂隙蓄水构造、断层裂隙蓄水构造、侵入体裂隙蓄水构　造、玄武岩裂隙蓄水构造六种类型。地区性蓄水构造分　为干旱地区蓄水构造、黄土地区蓄水构造、沙漠地区蓄　水构造、滨海及岛屿地区蓄水构造、冻土地区蓄水构造　和热水蓄水构造等六种类型　。　钱学傅的分类反映了蓄水构造的特点，覆盖了蓄　水构造的基本类型，为研究地下水库的天然地下储水　空间提供了基本的依据。　２．２地下水库蓄水构造的基本条件　从地下水库的概念中，可以看出储水空间是地下　水库的基本构成部分，决定着地下水库库容的大小。地　下水库的储水空间，既是一种蓄水构造，又有自己的特　点。但并不是所有的蓄水构造都适宜建造地下水库。地　下水库所需要的天然储水空间应满足四个基本条件。　（１）库容条件。地下水库的天然储水空间必须提供　足够大的库容，ＵＰ］Ｌ隙、裂隙和溶隙，小的蓄水构造所　建造的地下水库，其经济价值和使用价值较小。同时天　然储水空间必须具有足够的连通性，保证地下水在整　个库区范围的流动性。　（２）水量交换条件。地下水库的天然储水空间必须　满足地表水和地下水快速进行水量交换的条件，即需　要天然储水空间本身具有或通过工程措施能够达到足　够的渗透性。亚砂土等低孔隙度、低渗透性的蓄水构造　一般不宜选作地下水库。　（３）可利用条件。地下水库的天然储水空间必须满　足可利用地下水的要求，地下水可开采，经济合理，这　要求地下含水层的埋深适宜。　（４）封闭性条件。地下水库的天然储水空间的底部　存在相对不透水层，库区四周边界相对封闭或通过工　程措施使之相对封闭，库区不存在无法控制的深大、导　水性断裂构造，以保证能够有效的控制进入库区内的　地下水流，避免过量的库区渗漏。　２．３地下水库中常见蓄水构造　常见的地下水库蓄水构造类型有：①砂砾石层冲　积平原蓄水构造和山间河谷蓄水构造，代表性的地下　水库有山东省莱州市王河地下水库等；②地下河和管　道岩溶蓄水构造，代表性的地下水库有贵州省普定县　马官地下水库等；③滨海及岛屿地区蓄水构造，代表性　的地下水库有Ｅｔ本长崎县野母崎町桦岛地下水库和福　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ８　水文　第２６卷　井县的常神地下水库等。　３影响地下水库蓄水构造的主要因素　（１）地层岩性。指地下水库蓄水构造由具有空隙构　造的岩层组成，如砂卵石层及具有岩溶构造的石灰岩、　白云岩等。　（２）地质构造。指大地构造、新构造运动、褶皱、　断层、火成岩入侵等对地下水库蓄水构造的控制。一　方面指地质构造影响、形成了蓄水构造的岩层，一方　面指构造运动产生了蓄水构造的节理、裂隙及断层　破碎带。　（３）自然地理条件，指气候、地形、河流等。这些因　素对地下水库蓄水构造的形成和地下水的富集都有重　要的影响。如气候的差异影响降雨量的大小，降雨入渗　是地下水补给的重要组成部分；地形的不同影响地下　水的富集环境和排泄方式；河流的状况直接影响河水　补给地下水等。　（４）人为因素。指兴建地下坝、人工回灌设施对地　下水的补给、存储、运移和排泄的影响。　４地下水库与普通蓄水构造的异同点　４．１相同点　地下水库中的蓄水构造是一种特定的蓄水构造，　其储水空间是蓄水构造中各种空隙。地下水库的蓄水　构造具有普通蓄水构造的共性。　４．２不同点　（１）研究对象和研究重点的差异。蓄水构造主要研　究地质体的空隙系统，以及地下水系统的天然补给、汇　集和开采。地下水库是除研究蓄水构造的内容外，还研　究人工补给系统和地下截渗系统等。蓄水构造重点研　究地下水的开采、及其开采区的地质构造。地下水库重　点研究建库条件、地下水的人工补给和地下储水空间　的防渗性等。　（２）功能用途的不同。蓄水构造是生活、工农业用　水的水源地。地下水库除用作水源地外，还可用于防止　海水入侵、改善生态环境及防洪工程的一部分等。　（３）对地下水控制能力的不同。蓄水构造中地下　水主要是自然调节和自然控制。人工补给为辅。而地　下水库中地下水主要是自然调节、自然控制和人工调　节、人工控制并举．更主要的体现在人工调节和人工　控制。　（４）地下水补给的差异。蓄水构造中地下水补给主　要是天然补给，人工补给是开采后的被动措施。而地下　水库中地下水补给除了天然补给外，更重要的是人工　补给，人工补给是有目的积极的、主动措施。　（５）地层岩性的差异。目前构成地下水库的地层　岩性通常是砂层、卵石层、岩溶管道和岩溶地下河等　大孑Ｌ隙、高透水性的岩层，而构成蓄水构造的地层岩　性比较广泛，除了砂层、卵石层、岩溶管道和岩溶地　下河，还有亚砂土、黄土类亚砂土、黄土层、冻土区冰　水沉积层等。　（６）断裂构造的影响。断裂构造往往是基岩地区导　水的主要通道和蓄积地下水的重要场所，易构成良好　的蓄水构造。但是，对地下水库而言，通常需要一个相　对封闭的蓄水空间，由断层构成的蓄水构造，往往难以　控制地下水的流动，不易选作地下水库库区。　５地下水库蓄水构造实例　５．１王河地下水库【１ｑ　王河地下水库位于山东省莱州市王河下游，西与　渤海相邻，水库总库容０．５９６亿ｍ３。库区含水层以冲洪　积堆积或洪积堆积物为主，主要岩性为微含土砾质粗　砂，局部为微含土砾质中砂、中粗砂，空间上分布３～４　层，砂层总厚度５～１５ｍ，最大埋深２３．７ｍ。库区内无深　大导水性断裂，通过建设地下截渗坝，可形成封闭性蓄　水空间。是典型的砂砾石层冲积平原蓄水构造。王河地　下水库代表性的地层剖面见图ｌ。　王河　图１王河地下水库纵剖面图　５．２马官地下水库【”１　马官地下水库位于贵州省普定县马官镇，处于峰　丛洼地一峰林谷地过渡带，库区地层岩性为三叠系关　岭组中段薄层至中厚层泥质灰岩夹少量泥页岩，该　段岩溶发育，形成了具有单管状、单层状、单一出口　的悬挂式尖灭型地下河。地下水库储水空问由地下　维普资讯 http://www.cqvip.com

第５期　李旺林等：地下水库蓄水构造的特点分析与探讨　河管道系统组成，即由单一的水平溶道与两个垂直　竖井及裂隙组成的岩溶管道系统构成．通过地下河　蓄、调节和利用地下水流作用的特殊的水库。地下水库　的蓄水构造是一种具有一定含水规模和适宜埋深、能　够快速进行水量交换的蓄水构造，同时这种蓄水构造　应具有相对的封闭性。　参考文献：　出Ｉ＝１的砌石拱坝，抬高水位形成地下水库，是典型的　地下河及管道蓄水构造。马官地下水库形态纵剖面　示意图见图２。　１器　　‘～一　、Ｌ、　盎！　、一‘　下河　［１］张宏仁．关于“地下水库”［Ｒ］．中国水利网，２００２年４月２４日．　［２］ＧＢ／Ｔ　１４１５３—９３，水文地质术语［Ｓ］．　马官谷地　［３］杜新强，廖资生，李砚阁．含水层储存和回采技术的研究与应用【Ｊ】．中　国给水排水，２００４，２０（８），２４—２６．　图２马官地Ｆ水厍形态纵剖面不意图　Ｊｏｎｏｓｋｉ　Ａ．，Ｚｈｏｕ　Ｙａｎｇｘｉａｏ，Ｎｏｎｎｅｒ　Ｊ．，Ｍｅｉｊｅｒ　Ｓ．Ｍｏｄｅｌ－ａｉｄｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　５．３常神地下水库【’　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ　ｒｅｃｈａｒｇｅ—ｐｕｍｐｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ１．Ｈｙｄｒｏｌｏｓｉｃａｌ　Ｓｃｉ　常神地下水库位于日本福井县敦贺市西面，西临　日本海，利用冲积形成的砂砾石含水层储存地下水，是　一ｅｎｃｅｓ　Ｊｏｕｍａｌ，１９９７，４２（６），９３７－９５３．　［５］林学钰．论地下水库开发利用中的几个问题【Ｊ】．长春地质学院学报，　１９８４．２．１ｌ３一ｌ２１．　座有坝地下水库。地层结构分为三层，冲积层上部为　粘土和混有岩石碎片的砂砾石层组成，厚１２～１５ｍ：冲　积层下部为厚４～５ｍ，软塑状的青灰色混有砾石的粘土　层；基岩为粘板岩和泥岩，强风化带厚２－３ｍ，是典型的　滨海及岛屿地区蓄水构造，地质剖面图见图３。　［６］赵天石．关于地下水库几个问题的探讨【Ｊ】．水文地质工程地质，２００２，　５．６５—６７．　［７］杜汉学，常国纯，等．利用地下水库蓄水的初步ｌ３（５），６１８—６２２．　ｉＰ４Ｊ１．水科学进展，２００２，　［８］李旺林，束龙仓，殷宗泽．地下水库设计理论初探［Ａ】．中国水利学会第　二届青年科技论坛论文集［Ｃ］，郑州：黄河出版社，２００５，１０，３８６—５５．　［９］钱学傅．中国蓄水构造类型［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９０．　［１０］李旺林，李桂国．王河地下水库的设计与实践［Ａ１．地下水库建设学术　讨论会论文集［Ｃ］，南京：南京水利科学研究院，２００５，２６—３２．　图例￡芝　牯土　蟹ｌ　含砾石牯土　二ｊ］沙砾石　［１１］汪文富．贵州普定马官岩溶地下水库成库条件及效益研究【Ｊ】．中国　岩溶，１９９９，ｌ８（１），４８—５５．　图３　日本常神地下水库地质剖面图　［１２］川崎，诚．自硬性稳定固化液法修建地下水库［Ａ】．赴日本考察地下水　库建设技术报告［Ｃ］，济南：山东省水利科学研究所，１９８９，５８—６７．　６结语　地下水库是利用天然地下储水空间兴建的具有拦　［１３］李旺林，束龙仓，殷宗泽．地下水库的概念和设计理论【Ｊ】．水利学报，　２００６，３７（５），６１３－６１８　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ－Ｓｔｏｒｉｎｇ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ　ＬＩ　Ｗａｎｇ—ｌｉｎ　．ＳＨＵ　Ｌｏｎｇ—ｃｈａｎｇ￣．ＬＩ　Ｙａｎ—ｇｅ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＣｉｖｉｌ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｅｌｇｅ　ｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，　Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９８，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｓｔｎｉｔｕｔｅ　ｏｆＷａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ，．￣ｎｏａ　２５００１３，Ｃｈｉａ；ｎ　４．Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｓｔｎｉｔｕｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００２９，Ｃｈｉａ）ｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐａｌ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ａｎｄ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　４　ｂａｓｉｃ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｔｈａｔ　ａｒｅ　ｄｅｍａｎｄｅｄ　ｂｙ　ｎａｔｕｒａｌ　ｗａｔｅｒ—ｓｔｏｒｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｒｏｕｎｄｗａｔｇｅｒ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｓｕｃｈ　ａｓ　１）ｔｈｅ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，２）ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｅｘｃｈａｎｇｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，３）ｔｈｅ　ａｖａｉｌａｂｌｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ａｎｄ　４）ｔｈｅ　ｃｌｏｓｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｌｓｏ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｗａｔｅｒ—ｓｔｏｒｉｎｇ　ｓｔｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｇｒｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｗａｔｅｒ—ｓｔｏｒｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ａｎｄ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｗａｔｅｒ—ｓｔｏｒｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　３　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　ｗａｔｅｒ－ｓｔｏｒｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｇｒｏｕｎｄｗａ—　ｔｅｒ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ；ｗａｔｅｒ－ｓｔｏｒｉｎｇ　ｓｔｕｃｔｕｒｅ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｒｉｓｔｉｃ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ