地下水库的概念和设计理论
合集下载
地下水库的概念和设计理论
地下河岩溶 无回灌 地下河岩溶 取决于断裂构造 裂隙岩溶
回灌堵塞问题
存在
未发现
未发现 裂隙岩溶 无 岩溶地下河
开采工程布置 水库功能
环境地质问题
无限制条件 供水 防洪 防海水侵染
恢复地下水生态等 土壤次生盐碱化等
受限于断裂构造 供水 防洪等
受限于岩溶构造 供水 防洪 发电 航运等
淹没等
储水介质分类表 根据储水介质的不同可进行地下水库的一级分类 在同一类储水介质的地
地下水库设计理论
地下水库动态设计法
地下水库动态设计法的概念 从已建的地下水库来看 绝大部分都采用水均衡法进行地下水的
调蓄分析和计算 然后进行地下水库设计 这种方法最大的缺陷是无法反映地下水库的实际水位 影响
了地下水库设计的可靠性 目前虽有利用地下水动力学原理进行地下水动态分析的研究 但在地下水
库设计中还没有体现地下水动力学的方法 本文在水均衡法和地下水动态分析的基础上 提出地下水
环境因素是决定地下水库能否兴利的重要因素 它包括两方面的因素 一方面指库区污染和回灌水 等对地下水水质的影响 另一方面指建库后的地下水位 水质是否会带来不利的环境问题 如地下水位 的反复升降是否会引起大范围的地面沉降等
可持续条件是指建立地下水库不是一次性的 应满足可持续发展的要求 这要求地下含水层现在 和将来都不会因兴建地下水库丧失自己的使用功能
灌能力 进行地下水库建筑物的设计
地下水库动态设计法的优点 可以预报开采过程中地下水位降深的空间分布和随时间的变化
真实地反映实际的地下水位和库容
考虑库区最低地下水位对地下水调蓄的影响 的含义是允许
库区内某点的地下水位在一定时段内低于最低设计水位 但该点在整个时段内的平均地下水位应不低
回灌堵塞问题
存在
未发现
未发现 裂隙岩溶 无 岩溶地下河
开采工程布置 水库功能
环境地质问题
无限制条件 供水 防洪 防海水侵染
恢复地下水生态等 土壤次生盐碱化等
受限于断裂构造 供水 防洪等
受限于岩溶构造 供水 防洪 发电 航运等
淹没等
储水介质分类表 根据储水介质的不同可进行地下水库的一级分类 在同一类储水介质的地
地下水库设计理论
地下水库动态设计法
地下水库动态设计法的概念 从已建的地下水库来看 绝大部分都采用水均衡法进行地下水的
调蓄分析和计算 然后进行地下水库设计 这种方法最大的缺陷是无法反映地下水库的实际水位 影响
了地下水库设计的可靠性 目前虽有利用地下水动力学原理进行地下水动态分析的研究 但在地下水
库设计中还没有体现地下水动力学的方法 本文在水均衡法和地下水动态分析的基础上 提出地下水
环境因素是决定地下水库能否兴利的重要因素 它包括两方面的因素 一方面指库区污染和回灌水 等对地下水水质的影响 另一方面指建库后的地下水位 水质是否会带来不利的环境问题 如地下水位 的反复升降是否会引起大范围的地面沉降等
可持续条件是指建立地下水库不是一次性的 应满足可持续发展的要求 这要求地下含水层现在 和将来都不会因兴建地下水库丧失自己的使用功能
灌能力 进行地下水库建筑物的设计
地下水库动态设计法的优点 可以预报开采过程中地下水位降深的空间分布和随时间的变化
真实地反映实际的地下水位和库容
考虑库区最低地下水位对地下水调蓄的影响 的含义是允许
库区内某点的地下水位在一定时段内低于最低设计水位 但该点在整个时段内的平均地下水位应不低
胶东半岛地下水库
胶东半岛地下水库理论技术 与勘查评价
目
录
引言 自然条件概述 自然地理特征 区域地质、水文地质概况 胶东半岛地下水库属性 基本概念 地下水库建设基本条件 地下水库类型 地下水库系统构成 地下水库建设适宜区分析 地下水库工程及其运行管理 人工工程
地下水库运行管理 地下水库勘查评价（以烟台市夹河地下水库为 例） 目的任务 烟台市夹河地下水库勘查评价 区域环境地质条件（自然地理地质与环境） 库区水文地质条件（地下水库建设条件） 截渗坝选址及水文工程地质条件 地下水库效能评价 综合评价 青岛大沽河地下水库简介 结语
地下水库建设适宜区分析 在胶东半岛适宜建设地下水库的地段为河流中下游山间 河谷地带及滨海平原区 ，地下水库的具体选址还应着 重考虑以下几方面因素：
建库目的：在胶东半岛，地下水库建设一般都要兼顾地下水的开 发利用和地质环境保护，多数以利于地下水开发为主，但在有的 地段偏重考虑生态环境保护。 用水需求：用水需求是建设地下水库的前提，要当前用水和长远 规划相结合、平时供水和应急相结合，统筹规划地下水库的布局 和建设安排。 建坝条件：主要指截渗坝位置的水文和工程地质条件和截渗坝的 施工难度。 除已建成的地下水库外，在具备建库条件的龙口市中村河、蓬莱 市平畅河、牟平区沁水河、荣成市龙河、文登市老母猪河、黄垒 河、青岛市白沙河等地均有建设地下水库的需求和意义（详见 图 、表 ），有的已列入政府建设规划
• • • • • •
烟台市夹河地下水库勘查评价
区域环境地质条件（自然地理、地质与环境） 自然地理:地貌单元属鲁东丘陵区的一部分，地形总体南高北低，
山丘高程一般100～200m。由夹河冲积所形成的山间河谷平原和 下游的滨海平原，地势较为平坦，地面高程一般5～25m，地形 坡降3～7‰。夹河是胶东半岛的主要河流之一，分为东西两支, 总流域面积2296km2（图 ）。东支为外夹河，全长68km，该支 流未建有大的地表水库；西支为内夹河，全长75km，中游建有 门楼水库，为烟台市的重要供水水源，设计兴利库容1.26亿m3。 本区属暖温带季风气候，四季分明，气候温和，多年平均气温 12.5℃，最高气温38.4℃，最低气温-13.1℃。烟台市多年平均降 水量652.9 mm（1951-2007年）.
目
录
引言 自然条件概述 自然地理特征 区域地质、水文地质概况 胶东半岛地下水库属性 基本概念 地下水库建设基本条件 地下水库类型 地下水库系统构成 地下水库建设适宜区分析 地下水库工程及其运行管理 人工工程
地下水库运行管理 地下水库勘查评价（以烟台市夹河地下水库为 例） 目的任务 烟台市夹河地下水库勘查评价 区域环境地质条件（自然地理地质与环境） 库区水文地质条件（地下水库建设条件） 截渗坝选址及水文工程地质条件 地下水库效能评价 综合评价 青岛大沽河地下水库简介 结语
地下水库建设适宜区分析 在胶东半岛适宜建设地下水库的地段为河流中下游山间 河谷地带及滨海平原区 ，地下水库的具体选址还应着 重考虑以下几方面因素：
建库目的：在胶东半岛，地下水库建设一般都要兼顾地下水的开 发利用和地质环境保护，多数以利于地下水开发为主，但在有的 地段偏重考虑生态环境保护。 用水需求：用水需求是建设地下水库的前提，要当前用水和长远 规划相结合、平时供水和应急相结合，统筹规划地下水库的布局 和建设安排。 建坝条件：主要指截渗坝位置的水文和工程地质条件和截渗坝的 施工难度。 除已建成的地下水库外，在具备建库条件的龙口市中村河、蓬莱 市平畅河、牟平区沁水河、荣成市龙河、文登市老母猪河、黄垒 河、青岛市白沙河等地均有建设地下水库的需求和意义（详见 图 、表 ），有的已列入政府建设规划
• • • • • •
烟台市夹河地下水库勘查评价
区域环境地质条件（自然地理、地质与环境） 自然地理:地貌单元属鲁东丘陵区的一部分，地形总体南高北低，
山丘高程一般100～200m。由夹河冲积所形成的山间河谷平原和 下游的滨海平原，地势较为平坦，地面高程一般5～25m，地形 坡降3～7‰。夹河是胶东半岛的主要河流之一，分为东西两支, 总流域面积2296km2（图 ）。东支为外夹河，全长68km，该支 流未建有大的地表水库；西支为内夹河，全长75km，中游建有 门楼水库，为烟台市的重要供水水源，设计兴利库容1.26亿m3。 本区属暖温带季风气候，四季分明，气候温和，多年平均气温 12.5℃，最高气温38.4℃，最低气温-13.1℃。烟台市多年平均降 水量652.9 mm（1951-2007年）.
地下水库是西北地区水资源有效利用的重要方式
批示 “ 决不 能让 民勤成 为第二个 罗布泊 ” 的石羊河上 的红崖 山水 库为例 ，００年蒸发水 量损失 １ ｘ ０ ， ２０ ． １７ 多年 平均 蒸 ５ ｍ３ 发水量损失 １１ｘ ０ ３ ． ｌ ７ 。根据 民勤气象站 资料统计 ， ４ ｍ 多年 平 均降水量 １５ ｍ 降水量 主要集 中在 ６ ９月 ，－ 降水量 １ ｍ， － ６ ９月 大约 占全 年 的 ７ ．％ ， 发量 ２ ６ ３９舢 ， 降水量 的 ２ ６６ 蒸 ４． 是 ３
分布错位是加剧干旱 区水 资源短 缺问题 的关键 。 降雨和蒸 发 是水循环过程 中控制 区域水 资源总量的两个关 键因素 ， 如 恰 同调水和节水都能有效解决 水资 源短缺问题一样。 构建节 水 型社会 已成为我 国水 资源短 缺地 区可持续 发展的重要方面 ， 但对减 少水循环 过程 中无 效蒸发 的特 殊重要性 明显认识 不 足 。事实上 ， 年蒸 发量 ２ ００ ｍｍ地 区的水库 ， ｍ 水 面 在 ０ １ｋ ２
水资 源是 基础性的 自然资源 和战略性经济资 源 ， 是生态 环境的控制性要素 ， 国民经济和 国家 安全 中具有重要 的战 在 略地位。 由陕西 、 甘肃 、 宁夏 、 内蒙古 、 青海和新疆 ６ 、 省 自治
区构 成的我 国西 北地 区 总面积 ３ ５万 ｋｎ， 源丰 富 ， ４ ｒ 资 ２ 民族
最为脆弱 的地 区， 水资源是制 约其发展 的核 心 因素。地下水库是指修 建于地下 并以含 水层为调蓄 空间的蓄水 实体 ， 它与地表 水库具有 相似的功能 ， 尤其适应于蒸发量大的干旱地 区。既 能缓解水 资源短缺 的矛盾 ， 能防止水土 流失 ， 又
改善生 态环境 ， 是与 自然环境 和谐 的水资源调控工程 ， ２ 世 纪水资源调控的最主要手段。西北地 区具备修 建地 下 是 １
地下水库修建条件及其在沿海地区的应用
对于河道上修建的拦洪蓄水坝, 在增加了当地 地下水补给量的同时, 容易造成河床表部透水层的 堵塞, 给清理堵塞层增加了很大困难。因此, 这种 方法比较适用于季节性河流或流量较小且水质较好 的河流。
4 地下水库的勘察
对于拟建库区周围各种可能影响补给工程的因
工程勘察 Geotechnical Investigation & Surveying 37
36 工程勘察 Geotechnical Investigation & Surveying
应用。
1 地下水库的概念及作用
地下水库是指修建于地层中并以含水层为水资 源调蓄空间的一种地下水开发利用工程。与地表水 库相比, 地下水库具有如下特点: ¹ 库面无效蒸发 损失量小, 提高了蓄水的有效利用率, 节约了水资 源; º 不占用大量土地资源, 不动迁, 不筑高坝, 建库投资少, 但水资源开发成本较高; » 无淹没、 淤积, 不导致库区外围出现次 生盐渍化、沼泽化、 山体滑坡等灾害地质现象, 相应的生态地质环境负 效应较小; ¼与河流、水库等地表水体联合运用, 可以有效地进行水资源统一规划和科学管理; ½ 利 用水循环, 通过土颗粒的吸附作用和岩 ( 土) 层的 过滤作用, 保护、改善水质, 可避免人为污染, 但 一旦污染后将会难于治理[ 2,3] 。
对于人工补给方法除了考虑工程设施、水文地 质条件、水动力平衡和补给技术外, 尚须考虑因补 给地下水所获得的社会、经济成本与效益, 因此应 该建立完整的补给计划和方案。
3 地下水库的组成
地下水库除具备水文地质方面的基础条件外, 还必须修建水利工程。
综合国内外地下水库的建设经验及工程实例, 地下水库的主体应包括以下 4 个基本部分: ¹ 由天 然储水构造所组成的地下蓄水空间; º 拦截地下径 流的截渗坝 ( 在 隔水 边界完 整的储 水构造 也可不 建) ; » 地表拦 洪蓄水工 程和人工 引渗补给 工程; ¼地下水开采工程; 由此形成了储水 ) 拦水 ) 引水 ) 开采水的地下水补给、开发利用系统。此外地下 水库还应包括一些辅助工程, 如地表排污工程、污 水处理和防护工程、滨海地下截渗坝内残留咸水体 处理工程、滨海河道海水 ( 潮汐) 拦截工程、地下 水资源与环境管理监测系统等。
4 地下水库的勘察
对于拟建库区周围各种可能影响补给工程的因
工程勘察 Geotechnical Investigation & Surveying 37
36 工程勘察 Geotechnical Investigation & Surveying
应用。
1 地下水库的概念及作用
地下水库是指修建于地层中并以含水层为水资 源调蓄空间的一种地下水开发利用工程。与地表水 库相比, 地下水库具有如下特点: ¹ 库面无效蒸发 损失量小, 提高了蓄水的有效利用率, 节约了水资 源; º 不占用大量土地资源, 不动迁, 不筑高坝, 建库投资少, 但水资源开发成本较高; » 无淹没、 淤积, 不导致库区外围出现次 生盐渍化、沼泽化、 山体滑坡等灾害地质现象, 相应的生态地质环境负 效应较小; ¼与河流、水库等地表水体联合运用, 可以有效地进行水资源统一规划和科学管理; ½ 利 用水循环, 通过土颗粒的吸附作用和岩 ( 土) 层的 过滤作用, 保护、改善水质, 可避免人为污染, 但 一旦污染后将会难于治理[ 2,3] 。
对于人工补给方法除了考虑工程设施、水文地 质条件、水动力平衡和补给技术外, 尚须考虑因补 给地下水所获得的社会、经济成本与效益, 因此应 该建立完整的补给计划和方案。
3 地下水库的组成
地下水库除具备水文地质方面的基础条件外, 还必须修建水利工程。
综合国内外地下水库的建设经验及工程实例, 地下水库的主体应包括以下 4 个基本部分: ¹ 由天 然储水构造所组成的地下蓄水空间; º 拦截地下径 流的截渗坝 ( 在 隔水 边界完 整的储 水构造 也可不 建) ; » 地表拦 洪蓄水工 程和人工 引渗补给 工程; ¼地下水开采工程; 由此形成了储水 ) 拦水 ) 引水 ) 开采水的地下水补给、开发利用系统。此外地下 水库还应包括一些辅助工程, 如地表排污工程、污 水处理和防护工程、滨海地下截渗坝内残留咸水体 处理工程、滨海河道海水 ( 潮汐) 拦截工程、地下 水资源与环境管理监测系统等。
地下水库 地上水库
5.地下水库具有减少蒸发量、水质好不易污染、不移民投资小、不占用 地表面积、防止海水倒灌等优点。（这种水库在西北干旱地区和滨海地 区均受到同点
3.地下水库要有含水层补给工程，即通过各种工程手段(天然渗入、井、 渠、沟引渗等)将地表水引入地下含水层中，地表水库不需要这种工程。
4.地表水库的很多功能如航运、发电、养殖、旅游等是地下水库所不具 备的。但地下水库还可以防止地面沉降、滋润生态环境、增加对降水资 源的截留、调节小气候、储冷储热等外延功能。
有坝地下水库：主要在山前坡积区。由于地面坡度陡，地下水 的水力坡度陡，流速大，其下游都有出口。有些地区的地下水 还会出现承压现象，这就要修筑截流地下坝。
地表水库和地下水库的不同点
1.它们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。
2.地表水库将水储存在地表的峡谷、洼地中；地下水库将水储存在天然 含水层(储水构造)的介质中。
地下水库是指修建于地下并以含水层为调蓄空间的蓄水实体， 就是把水蓄在土壤孔隙、岩石的孔隙、裂隙或溶洞里。
地下水库一定有拦水坝吗
无坝地下水库： 一般都建在平原地区的古河道上。这种地质含 水层好，地势平坦，地下水力坡度平缓，流速较缓。所以，即 使不筑坝流出去的水量也是很有限的。如果周围存在一个封闭 的含水层构造，更可不用筑坝了。
3.地下水库要有含水层补给工程，即通过各种工程手段(天然渗入、井、 渠、沟引渗等)将地表水引入地下含水层中，地表水库不需要这种工程。
4.地表水库的很多功能如航运、发电、养殖、旅游等是地下水库所不具 备的。但地下水库还可以防止地面沉降、滋润生态环境、增加对降水资 源的截留、调节小气候、储冷储热等外延功能。
有坝地下水库：主要在山前坡积区。由于地面坡度陡，地下水 的水力坡度陡，流速大，其下游都有出口。有些地区的地下水 还会出现承压现象，这就要修筑截流地下坝。
地表水库和地下水库的不同点
1.它们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。
2.地表水库将水储存在地表的峡谷、洼地中；地下水库将水储存在天然 含水层(储水构造)的介质中。
地下水库是指修建于地下并以含水层为调蓄空间的蓄水实体， 就是把水蓄在土壤孔隙、岩石的孔隙、裂隙或溶洞里。
地下水库一定有拦水坝吗
无坝地下水库： 一般都建在平原地区的古河道上。这种地质含 水层好，地势平坦，地下水力坡度平缓，流速较缓。所以，即 使不筑坝流出去的水量也是很有限的。如果周围存在一个封闭 的含水层构造，更可不用筑坝了。
浅析地下水库的修建
浅析地下水库的修建作者：李澜来源：《中国科技博览》2014年第31期[摘要]随着社会的发展，水资源对经济的发展已经成为制约因素。
在环境保护方面，水也承担着重要的作用。
然而传统的地表水库占地多、安全系数低，并可能诱发地震。
为了更好的解决用水问题，地下水库应时而生。
地下水库拥有其他水库所没有的优点，作为一种新生的工程，其技术理论还不够完善。
关于地下水库的修建，我们应该持有何种态度？[关键词]地下水库；水资源；含水层中图分类号：P641125 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0062-01一.地下水库的提出水资源是稀缺战略性资源，对社会经济和对地球环境有重要的作用。
但是水资源具有时空分布不均的性质，所以我们要对其进行调节。
传统的调节方式是修建地表水库。
随着人水矛盾越来越尖锐，人类为了解决用水问题而大量开采地下水，由此产生地面沉降、海水入侵等问题。
这使人们意识到过度开发地下水资源所带来的严峻形势。
为了弥补地下水的过度开采，人们又开始注重地下水的补给。
但这毕竟是一种被动的补救措施，人们开始思考科学利用地下水资源的途径。
[1]二.地下水库的定义《水文地质术语》中，定义为：地层中能储存外来补给水源又便于开发利用的地下储水层。
[2]林学钰提出：地下水库是便于开发和利用，具有水的供给、储存、混合和输送的储水地区。
赵天石提出：地下水库利用地壳内的天然储水空间来储存水资源，是一种地下水开发工程。
天然储水空间即含水层，包括空隙、孔隙、裂隙、溶洞和坚硬岩石。
杜汉学提出：地下水库就是存在于地下的大型天然储水空间，范围较广、厚度较大的大型层状孔隙含水层，也可以是大型含水断裂带、大型岩溶储水空间等。
他认为为使社会易于接受，将一些地区的大型储水构造或厚大含水层命名为“地下水库”。
李旺林提出：地下水库是用天然地下储水空间修建的具有调节、拦蓄和利用地下水流作用的特殊水库。
杜新强、李砚阁等提出：地下水库是以岩石空隙为空间，人工干预作用下而形成的调蓄能力较强的水利工程。
地下水库设计理论初探
地下水库设计理论初探李旺林1，3 束龙仓2 殷宗泽1（1.河海大学土木工程学院 南京 210024；2.河海大学水资源环境学院 南京 210024；3.山东省水利勘测设计院 济南 250013）【摘要】 探讨了地下水库的基本概念和建立地下水库的基本条件，介绍了地下水库的分类方法，探索性提出了地下水库设计的基本理论框架。
介绍了山东王河地下水库的设计实例。
【关键词】 地下水库 定义 分类 地下水库工程学0 前言地下水库不同于地下水人工补给，它不是地下水资源超采后的一种补救措施，而是一种有目的、主动性的储存、调节和利用地下水资源的一种工程措施。
本文在总结山东地下水库实践的基础上，并结合国内外其它的地下水库，分析探讨地下水库的基本问题，初步构造了地下水库设计理论框架，最后简单介绍了山东王河地下水库的设计情况。
1 地下水库的发展简史地下水库的发展离不开地下水人工补给的历史，美国、荷兰、俄罗斯等国家自二十世纪三十年代就开始了大规模的人工补给地下水实践。
如美国加州沿海岸线一带的注水井，每年回灌处理后的几十亿方地下水，阻止了海水的继续入侵。
荷兰阿姆斯特丹的滨海砂丘人工补给设施，利用洪水季节淡化莱茵河水，注进天然入渗井和大井，年回灌量达4000万立米。
俄罗斯编制了地下水回灌系统设计及工程运行指南。
可以说国外地下水人工补给的技术是比较成熟和先进的。
我国大规模的地下水人工补给始于二十世纪六十年代，上海为解决地面沉降问题，进行了深井回补地下水的实践。
随着地下水人工补给的发展，地下水库由设想变为现实。
日本于1972年在长崎县野母崎町桦岛建成了第一座地下水库，尽管仅9000立方米的库容，毕竟是世界上早期的地下水库。
1975年在河北省兴建的具有深井回灌系统和开采系统的南宫地下水库，却标志着我国地下水库的开始。
近年来，我国北方地区为解决干旱和海水入侵问题，又兴起了建造地下水库的高潮，北京进行了西郊地下水库的试验，山东从1990年开始，先后兴建了黄水河地下水库、王河地下水库和大沽河地下水库等，辽宁省也修建了龙河地下水库、三涧地地下水库，南方贵州省也兴建了普定县马官地下水库等。
地下水库
阅读图文材料，回答问题。
水资源短缺是许多地方面临的突出问题，为了充分利用地下水， 有些地方采用在地下含水层设置地下水坝的方式储存水量，扩大 蓄水效益。下右图为位于台湾岛西面台湾海峡南部的澎湖列岛主 岛马公地区的一座地下水库，其地下水坝的长度为820米，厚度为 0. 55米，主要提供马公地区农业灌溉用水，为缺水的 马公提供水 资源。下左图为澎湖列岛位置示意图。 (1)分析马公地区缺水的原因有哪些？ (2)相对于地表水，地下水作为 水资源的主要优势是什么？ (3)相对于地上水库，地下 水库具有哪些优点？
地理视野|地下水库
当前，我国许多地方都还存在着不同程 度的“水荒”。特别是某些地区的干旱 季节常有严重缺水的现象，而在丰水期 尤其是暴雨季节，又有大量的地表径流 和地下水白白地流失而被浪费的现象。 因此，进一步解决水的贮存，调节大气 降水、地表水和地下水的水量，成为当 务之急。于是地下水库应运而生！
04 中国首座地下水库——重庆海底沟 海底沟地下水库是中国重庆市江北区境内的一座水库， 西南地区最大的地下水库，建于上世纪七十年代。水库 正常库容为442万立方米，集雨面积为63平方千米，海 拔为368.58米。 在1966年8月26日的深夜里，工人们正在为第二天煤矿 的掘进准备，钻探时，突然冒出一股压力很大泥浆，接 着采取爆破措施将水排出。但是随之而来的是大量的水 的出现，水流喷出的高度的超出了工人们的想象，足足 有10多米高。经过地质队勘察发现，这是一个巨大的洞， 里面装满了水。此时正是“农业学大寨”的时候，加上 该地区以喀斯特地貌为主，长期饱受缺水之苦，当地人 设想：能不能利用这个地下洞穴建个水库？它常年不枯， 可以解决当地农田的灌溉问题。
(2)水量稳定，水质 好，不易蒸发。 (3)不占用土地资源、 安全性高、投资低
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
可见目前仍未将地下水库和地下含水层、储水构造的概念严格地区别开来, 赵天石[ 2] 虽然将地下水 库看作地下水开发工程, 但其他大部分人将地下水库的概念限制在水文地质学的范畴内, 且时常有人将 地下水库和地下含水层混为一谈。地下水库不同于地下含水层, 在于人为地干预了地下水流的天然调
收稿日期: 2005-07-12 基金项目: 水利部科技创新项目( SCX2003- 5) 作者简介: 李旺林( 1964- ) , 山西榆社人, 博士生, 研究员, 主要研究方向为岩土工程、水工结构和地下水库。E-mail: cswlw@ jnnc. com
210098;
摘要: 本文介绍了地下水库的基本概念, 提出了地下 水库的 储水介 质分类 法。在完善 地下储 水空间 和水源 两个基
本建库条件的基础上, 补充了地下水库的可持续、环境和生态 3 个建库条 件。文中以王 河地下水库 为例, 提出和介
绍了地下水库的动态设计法, 并认为地下水库的基本设计理论包括 6 个方面: 地下水库 建库理论、地下水 水文学理
文献[ 1] 分类比较直观、简单, 可以清楚地反映有无地下坝, 代表了当时地下水库分类的观点, 但由 于当时建设的地下水库较少, 它无法恰当地概括当今新出现的地下水库, 也无法反映地下水流的特征, 而地下水流的特征决定着地下水库回灌和开采工程的布置等; 文献[ 2] 分类具有地方特色, 但分类依据 较多, 且无法概括所有的地下水库。随着地下水库建设的发展, 目前的分类方法已无法满足地下水库交 流和实践的需要, 需要进一步研究能够反映地下水库本质特征的分类方法。 212 地下水库的储水介质分类法 21211 储水介质分类法 储水介质分类法是根据储存地下水载体的不同进行地下水库分类的一种方 法。利用储水介质进行地下水库分类, 主要有以下理由: ( 1) 储水介质可以反映地下水贮存形式的差别 及地下水流运动特征和规律的不同; ( 2) 储水介质影响地下水库建筑物的布置。由表 1 可以看出不同储 水介质的地下水库具有十分明显的本质差别, 因此说储水介质能够区别不同类型的地下水库的主要特 征, 建议推荐储水介质分类法。
) 613 )
节能力和扩大了地下含水层的蓄水能力。笼统地将大型储水构造命名为/ 地下水库0是不科学的, 仿照 地表湖泊, 可将天然的大型储水构造命名为地下湖。
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一种特殊的水库。 它包含 3 层意思: ( 1) 地下水库位于具备一定条件的天然的地下储水空间中, 天然地下储水空间指地下 储水构造, 由岩体和松散堆积层中的孔隙、裂隙和溶隙组成; ( 2) 强调地下水库具有人为地拦蓄和调节地 下水流的作用; ( 3) 指明地下水库是一种将水存放于地下的特殊的水库, 是一种新型的蓄水水利工程。
在谈到地下水库的同时, 应注意地下水库与地下水人工补给的区别。地下水人工补给只是地下水 资源被超采后的一种被动的补救措施, 是单纯的增加地下水资源的储量。
2 地下水库基本分类的探讨
211 我国目前的地下水库分类和存在问题 我国目前的地下水库分类有两种: ( 1) 文献[ 1] 根据工程构 筑形式将地下水库分为有坝、无坝和混合类型三类; ( 2) 文献[ 2] 根据地下水库的介质、地貌成因、位置和 人为开采情况将辽宁省的地下水库分为调蓄型、开采漏斗型、河谷型、陆地岩溶型及滨海岩溶型 5 种。
有坝 无坝 有坝 无坝
王河地下水库、黄水河地下水库 南宫地下水库, 大庆地下水库
岩溶介质地下水库
地下河及管道岩溶 裂隙岩溶
马官地下水库
松散与岩溶介质
傅家桥地下水库
混合介质地下水库
裂隙与岩溶介质
松散与裂隙介质
3 地下水库的建库条件
311 地下水库的建库条件 建库条件指建立地下水库所需要具备的最基本的条件。目前一般考虑两 个最基本的建库条件, 即天然地下储水空间和水源。此外, 作者认为还必须考虑可持续条件、环境条件 和生态条件, 特别是环境条件有时会成为建库的决定因素。
地下储水空间中的孔隙、裂隙和溶隙构成地下水库的库容, 地下储水空间常指各种含水构造, 如冲 洪积扇、地下岩溶等。地下水库库区由库区边界所围成的相对封闭的地下储水空间组成, 库区边界包括 进水边界、泄水边界及由地下分水岭、水库的决定性条件。水源通常指通过本流域或跨流域引来的没有污染的地下水、 地表水, 以及中水、矿坑排水等。地下水库最主要的特征就是实现了人工调节地下水流, 它包括三方面 的调节措施: 一是通过建造地下坝抬高地下水位, 截住和多蓄地下水; 二是通过人工入渗补给地下水, 增 强地表水转化为地下水的能力; 三是通过开采地下水, 预留地下蓄水空间, 相应地增大地下水的蓄水量。
环境因素是决定地下水库能否兴利的重要因素, 它包括两方面的因素: 一方面指库区污染和回灌水 等对地下水水质的影响; 另一方面指建库后的地下水位、水质是否会带来不利的环境问题, 如地下水位 的反复升降是否会引起大范围的地面沉降等。
可持续条件是指建立地下水库不是一次性的, 应满足可持续发展的要求。这要求地下含水层现在 和将来都不会因兴建地下水库丧失自己的使用功能。
) 614 )
( 1) 型( 1 @ 107 > Va \1 @ 106 m3 ) 、小( 2) 型( 1 @ 106 > Va \1 @ 105 m3 ) 五类地下水库。/ 有效库容0指地下水
库中参与地下水调节的最大库容。与地面水库不同, 地下水深度可能超过几百米, 深层地下水所占的库
容有可能成为库容的主体, 而参与调节的库容有限, 因此用总库容难以真实地反映地下水库的实际规
2006 年 5 月 文章编号: 0559- 9350( 2006) 05- 0613- 06
水利
SHUILI
学报
XUEBAO
第 37 卷 第 5 期
地下水库的概念和设计理论
李旺林1, 3 , 束龙仓2 , 殷宗泽1
( 11 河海大学 土木工程学院, 江苏 南京 210098; 21 河海大学 水资源环境学院, 江苏 南京 31 山东省水利勘测设计院, 山东 济南 250013)
表 1 地下水库的主要特征和区别
项目 储水空间 含水层分布 水流特性 地下坝截渗或挡水方式
回灌工程布置
松散介质地下水库 松散介质中的孔隙
比较均匀 孔隙渗流 采用各种方式
无限制条件
裂隙介质地下水库 断裂岩层中的裂隙
取决于断裂构造 裂隙渗流
采用灌浆的方式
受限于断裂构造
岩溶介质地下水库
岩溶中的溶隙 取决于岩溶构造 裂隙渗流、管道流、明流 采用灌浆方式( 裂隙岩溶) 或筑坝方式
4 地下水库设计理论
411 地下水库动态设计法
) 615 )
41111 地下水库动态设计法的概念 从已建的地下水库来看, 绝大部分都采用水均衡法进行地下水的 调蓄分析和计算, 然后进行地下水库设计。这种方法最大的缺陷是无法反映地下水库的实际水位, 影响 了地下水库设计的可靠性。目前虽有利用地下水动力学原理进行地下水动态分析的研究, 但在地下水 库设计中还没有体现地下水动力学的方法。本文在水均衡法和地下水动态分析的基础上, 提出地下水 库的动态设计法。
我国学者提出的地下水库定义有: ( 1) 林学钰[ 1] 提出地下水库是一个便于开发和利用地下水的储水 地区, 具有多种功能, 包括水的供给、储存、混合和输送; ( 2) 赵天石[ 2] 提出地下水库是利用地壳内的天然 储水空间, 储存水资源的一种地下水开发工程; ( 3) 杜汉学[3] 2002 年提出地下水库就是指存在于地下的 天然大型储水空间, 并认为为便于社会接受, 将一些地区的厚大含水层或大型储水构造应进一步命名为 / 地下水库0。
生态条件指建立地下水库是否会对植物、生物的生存带来不良的生态问题。 312 地下水库储水空间的基本要求 为能满足地下水库调蓄地下水的功能, 地下水库储水空间应满足 4 个基本条件。( 1) 库容条件。储水空间必须提供足够的库容, 同时应具有充分的连通性, 保证地下水 在整个库区范围内具有良好的流动性; ( 2) 水量交换条件。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; ( 3) 可利用条 件。储水空间必须满足可利用、经济开采地下水的要求, 这要求含水层的埋深适宜; ( 4) 封闭性条件。储 水空间的底部应存在相对不透水层, 除进水、出水边界外, 储水空间的四周边界应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导水性断裂, 以避免过量的渗漏。
( 地下河岩溶) 无回灌( 地下河岩溶) , 取决于断裂构造( 裂隙岩溶)
回灌堵塞问题
存在
未发现
未发现( 裂隙岩溶) , 无( 岩溶地下河)
开采工程布置 水库功能
环境地质问题
无限制条件 供水、防洪、防海水侵染、
恢复地下水生态等 土壤次生盐碱化等
受限于断裂构造 供水、防洪等
受限于岩溶构造 供水、防洪、发电、航运等
淹没等
21212 储水介质分类表 根据储水介质的不同可进行地下水库的一级分类。在同一类储水介质的地 下水库中, 也存在着个性上的差异, 由此进行二级分类。如松散介质地下水库的主要差别在于有无地下 坝, 岩溶介质地下水库的主要区别在于岩溶构造的不同等。储水介质分类法详见表 2, 应说明的是随着 地下水库建设的发展, 储水介质分类法也会得到补充和完善。 213 其他的分类方法 管理分类法是按地下水库有效库容 Va 的大小进行分类的一种方法, 它将地下 水库分为大( 1) 型( Va \1 @ 109 m3 ) 、大( 2) 型( 1 @ 109 > Va \1 @ 108 m3 ) 、中型( 1 @ 108 > Va \1 @ 107 m3 ) 、小
模。管理分类法的优点就在于能够根据水库的大小进行分级管理。
埋藏分类法是根据地下水埋藏条件进行分类的一种方法, 它将地下水库分为潜水、承压水和潜水-
收稿日期: 2005-07-12 基金项目: 水利部科技创新项目( SCX2003- 5) 作者简介: 李旺林( 1964- ) , 山西榆社人, 博士生, 研究员, 主要研究方向为岩土工程、水工结构和地下水库。E-mail: cswlw@ jnnc. com
210098;
摘要: 本文介绍了地下水库的基本概念, 提出了地下 水库的 储水介 质分类 法。在完善 地下储 水空间 和水源 两个基
本建库条件的基础上, 补充了地下水库的可持续、环境和生态 3 个建库条 件。文中以王 河地下水库 为例, 提出和介
绍了地下水库的动态设计法, 并认为地下水库的基本设计理论包括 6 个方面: 地下水库 建库理论、地下水 水文学理
文献[ 1] 分类比较直观、简单, 可以清楚地反映有无地下坝, 代表了当时地下水库分类的观点, 但由 于当时建设的地下水库较少, 它无法恰当地概括当今新出现的地下水库, 也无法反映地下水流的特征, 而地下水流的特征决定着地下水库回灌和开采工程的布置等; 文献[ 2] 分类具有地方特色, 但分类依据 较多, 且无法概括所有的地下水库。随着地下水库建设的发展, 目前的分类方法已无法满足地下水库交 流和实践的需要, 需要进一步研究能够反映地下水库本质特征的分类方法。 212 地下水库的储水介质分类法 21211 储水介质分类法 储水介质分类法是根据储存地下水载体的不同进行地下水库分类的一种方 法。利用储水介质进行地下水库分类, 主要有以下理由: ( 1) 储水介质可以反映地下水贮存形式的差别 及地下水流运动特征和规律的不同; ( 2) 储水介质影响地下水库建筑物的布置。由表 1 可以看出不同储 水介质的地下水库具有十分明显的本质差别, 因此说储水介质能够区别不同类型的地下水库的主要特 征, 建议推荐储水介质分类法。
) 613 )
节能力和扩大了地下含水层的蓄水能力。笼统地将大型储水构造命名为/ 地下水库0是不科学的, 仿照 地表湖泊, 可将天然的大型储水构造命名为地下湖。
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一种特殊的水库。 它包含 3 层意思: ( 1) 地下水库位于具备一定条件的天然的地下储水空间中, 天然地下储水空间指地下 储水构造, 由岩体和松散堆积层中的孔隙、裂隙和溶隙组成; ( 2) 强调地下水库具有人为地拦蓄和调节地 下水流的作用; ( 3) 指明地下水库是一种将水存放于地下的特殊的水库, 是一种新型的蓄水水利工程。
在谈到地下水库的同时, 应注意地下水库与地下水人工补给的区别。地下水人工补给只是地下水 资源被超采后的一种被动的补救措施, 是单纯的增加地下水资源的储量。
2 地下水库基本分类的探讨
211 我国目前的地下水库分类和存在问题 我国目前的地下水库分类有两种: ( 1) 文献[ 1] 根据工程构 筑形式将地下水库分为有坝、无坝和混合类型三类; ( 2) 文献[ 2] 根据地下水库的介质、地貌成因、位置和 人为开采情况将辽宁省的地下水库分为调蓄型、开采漏斗型、河谷型、陆地岩溶型及滨海岩溶型 5 种。
有坝 无坝 有坝 无坝
王河地下水库、黄水河地下水库 南宫地下水库, 大庆地下水库
岩溶介质地下水库
地下河及管道岩溶 裂隙岩溶
马官地下水库
松散与岩溶介质
傅家桥地下水库
混合介质地下水库
裂隙与岩溶介质
松散与裂隙介质
3 地下水库的建库条件
311 地下水库的建库条件 建库条件指建立地下水库所需要具备的最基本的条件。目前一般考虑两 个最基本的建库条件, 即天然地下储水空间和水源。此外, 作者认为还必须考虑可持续条件、环境条件 和生态条件, 特别是环境条件有时会成为建库的决定因素。
地下储水空间中的孔隙、裂隙和溶隙构成地下水库的库容, 地下储水空间常指各种含水构造, 如冲 洪积扇、地下岩溶等。地下水库库区由库区边界所围成的相对封闭的地下储水空间组成, 库区边界包括 进水边界、泄水边界及由地下分水岭、水库的决定性条件。水源通常指通过本流域或跨流域引来的没有污染的地下水、 地表水, 以及中水、矿坑排水等。地下水库最主要的特征就是实现了人工调节地下水流, 它包括三方面 的调节措施: 一是通过建造地下坝抬高地下水位, 截住和多蓄地下水; 二是通过人工入渗补给地下水, 增 强地表水转化为地下水的能力; 三是通过开采地下水, 预留地下蓄水空间, 相应地增大地下水的蓄水量。
环境因素是决定地下水库能否兴利的重要因素, 它包括两方面的因素: 一方面指库区污染和回灌水 等对地下水水质的影响; 另一方面指建库后的地下水位、水质是否会带来不利的环境问题, 如地下水位 的反复升降是否会引起大范围的地面沉降等。
可持续条件是指建立地下水库不是一次性的, 应满足可持续发展的要求。这要求地下含水层现在 和将来都不会因兴建地下水库丧失自己的使用功能。
) 614 )
( 1) 型( 1 @ 107 > Va \1 @ 106 m3 ) 、小( 2) 型( 1 @ 106 > Va \1 @ 105 m3 ) 五类地下水库。/ 有效库容0指地下水
库中参与地下水调节的最大库容。与地面水库不同, 地下水深度可能超过几百米, 深层地下水所占的库
容有可能成为库容的主体, 而参与调节的库容有限, 因此用总库容难以真实地反映地下水库的实际规
2006 年 5 月 文章编号: 0559- 9350( 2006) 05- 0613- 06
水利
SHUILI
学报
XUEBAO
第 37 卷 第 5 期
地下水库的概念和设计理论
李旺林1, 3 , 束龙仓2 , 殷宗泽1
( 11 河海大学 土木工程学院, 江苏 南京 210098; 21 河海大学 水资源环境学院, 江苏 南京 31 山东省水利勘测设计院, 山东 济南 250013)
表 1 地下水库的主要特征和区别
项目 储水空间 含水层分布 水流特性 地下坝截渗或挡水方式
回灌工程布置
松散介质地下水库 松散介质中的孔隙
比较均匀 孔隙渗流 采用各种方式
无限制条件
裂隙介质地下水库 断裂岩层中的裂隙
取决于断裂构造 裂隙渗流
采用灌浆的方式
受限于断裂构造
岩溶介质地下水库
岩溶中的溶隙 取决于岩溶构造 裂隙渗流、管道流、明流 采用灌浆方式( 裂隙岩溶) 或筑坝方式
4 地下水库设计理论
411 地下水库动态设计法
) 615 )
41111 地下水库动态设计法的概念 从已建的地下水库来看, 绝大部分都采用水均衡法进行地下水的 调蓄分析和计算, 然后进行地下水库设计。这种方法最大的缺陷是无法反映地下水库的实际水位, 影响 了地下水库设计的可靠性。目前虽有利用地下水动力学原理进行地下水动态分析的研究, 但在地下水 库设计中还没有体现地下水动力学的方法。本文在水均衡法和地下水动态分析的基础上, 提出地下水 库的动态设计法。
我国学者提出的地下水库定义有: ( 1) 林学钰[ 1] 提出地下水库是一个便于开发和利用地下水的储水 地区, 具有多种功能, 包括水的供给、储存、混合和输送; ( 2) 赵天石[ 2] 提出地下水库是利用地壳内的天然 储水空间, 储存水资源的一种地下水开发工程; ( 3) 杜汉学[3] 2002 年提出地下水库就是指存在于地下的 天然大型储水空间, 并认为为便于社会接受, 将一些地区的厚大含水层或大型储水构造应进一步命名为 / 地下水库0。
生态条件指建立地下水库是否会对植物、生物的生存带来不良的生态问题。 312 地下水库储水空间的基本要求 为能满足地下水库调蓄地下水的功能, 地下水库储水空间应满足 4 个基本条件。( 1) 库容条件。储水空间必须提供足够的库容, 同时应具有充分的连通性, 保证地下水 在整个库区范围内具有良好的流动性; ( 2) 水量交换条件。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; ( 3) 可利用条 件。储水空间必须满足可利用、经济开采地下水的要求, 这要求含水层的埋深适宜; ( 4) 封闭性条件。储 水空间的底部应存在相对不透水层, 除进水、出水边界外, 储水空间的四周边界应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导水性断裂, 以避免过量的渗漏。
( 地下河岩溶) 无回灌( 地下河岩溶) , 取决于断裂构造( 裂隙岩溶)
回灌堵塞问题
存在
未发现
未发现( 裂隙岩溶) , 无( 岩溶地下河)
开采工程布置 水库功能
环境地质问题
无限制条件 供水、防洪、防海水侵染、
恢复地下水生态等 土壤次生盐碱化等
受限于断裂构造 供水、防洪等
受限于岩溶构造 供水、防洪、发电、航运等
淹没等
21212 储水介质分类表 根据储水介质的不同可进行地下水库的一级分类。在同一类储水介质的地 下水库中, 也存在着个性上的差异, 由此进行二级分类。如松散介质地下水库的主要差别在于有无地下 坝, 岩溶介质地下水库的主要区别在于岩溶构造的不同等。储水介质分类法详见表 2, 应说明的是随着 地下水库建设的发展, 储水介质分类法也会得到补充和完善。 213 其他的分类方法 管理分类法是按地下水库有效库容 Va 的大小进行分类的一种方法, 它将地下 水库分为大( 1) 型( Va \1 @ 109 m3 ) 、大( 2) 型( 1 @ 109 > Va \1 @ 108 m3 ) 、中型( 1 @ 108 > Va \1 @ 107 m3 ) 、小
模。管理分类法的优点就在于能够根据水库的大小进行分级管理。
埋藏分类法是根据地下水埋藏条件进行分类的一种方法, 它将地下水库分为潜水、承压水和潜水-