贾连杰，范 尧，刘 超，孙振伟，宋海波

(1.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013；2.山东省邹城市水利局，山东 邹城 273500)

两城河地下水库建设可行性研究

贾连杰1，范 尧1，刘 超2，孙振伟1，宋海波1

(1.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013；2.山东省邹城市水利局，山东 邹城 273500)

根据两城河流域水文地质条件、储水构造以及区域水资源特点，可知两城河下游地区具有构建河谷型孔隙地下水库的潜力条件,是可具开发的重要水源地之一,通过重点研究了建设两城河地下水库的可行性，初步分析了两城河地下水库的成库条件、库容大小、水力传导条件、采补条件、水源水质等方面，得出该地下水库以砾质粗砂层为主要赋水介质的目标含水层最大调蓄能力为1 060万m3,为下一步两城河地区建设地下水库，合理开发利用水资源提供可行性研究.

地下水库；建库条件；库容

地下水库是利用一定条件属性的地质体来实现储蓄地下水，可以一定程度上实现地下水合理开采使用，可以有效发挥富水性含水层调蓄水资源的重要作用[1-2]；同时也能在稳定地下水位，涵养水源，控制地面沉降，增加地下淡水水压，在沿海地区有效防止或减少海水入侵含水层，以及干旱缺水季节抗旱中发挥巨大的作用[3-4].本文以日照两城河地下水库为例，对两城河地区的水库地质条件、水文条件以及采补条件进行可行性研究分析[5].

1 地下水库库区建设条件

决定一个地区是否适宜建设地下水库，以此增加区域地下水可供给开采资源量，大幅度提升社会、生态、环境效益[6-7]，需满足以下条件.

(1)对地质条件的要求

两城河地下水库研究区分布在两城河下游山前河流冲积平原区，地下储水介质为第四纪松散堆积物，储水层相对厚度大、分布稳定，含水层岩性以砾质粗砂为主，适宜于地下水库工程建设[8]，其库区地质(见图1).

图1 地下水库库区地质略图

(2)对补给水源的要求

两城河由西北向东南穿过库区，上游来水量对地下水的补给以及雨季的弃水是有利于对地下水库补给的.从水资源补给角度分析，该地区适宜于沿河冲积平原地下水库工程建设.

(3)对人工补给地下水措施的要求

在穿库区的河道上修建拦河坝和漫灌、引渗工程增大补给过水面域，加快补给速度，提高其对含水层的补给强度和补给量；在地下水库天然流场的下游截面地方可以进行人工改造，修建地下拦蓄坝，以此拦截地下径流，有利于增加补源的同时减小下游排泄水量.

(4)对开采措施的要求

拟建两城河地下水库蓄水以后，现状可调节需求开采量较大，有利于调节地下水位、严控土地的沼泽化和盐碱化等地质环境问题.

(5)良好的社会、环境和经济效益

两城河地区地下水库在一定程度上可以有效弥补当地以及跨区域用水资源量的缺口，促进地区经济和社会发展[9].

综合以上分析，根据地形、地质及采补要求等得出两城河附近沿河冲积平原区具备建设地下水库的自然条件.

2 两城河地下水库成库条件及库容

2.1 两城河地下水库的边界条件

依据研究区地理位置及区域地质条件、构造、水文地质条件分析，初步确定拟建两城河地下水库其适宜库区分布范围边界为：上游至两城河、芦沟河交叉河口处，下游至东河南村、安家岭村一带，左岸由安门庄村至安家岭村西侧一带，右岸由两城河至泉子沟村、东河南村一带为界，库区面积约为12.3 km2.库区岩石基底高程变化及其边界条件分析(见图2).

图2 地下水库库区基底3D示意图

(1)西部边界

西部边界地形起伏较大，两城河与金银河地表河流流向库内，库区西南主要为基岩山区且地表高程远高于库内，是天然的隔水屏障.

(2)西北部边界

两城河上游来水区位于库区西北部，上游地表水及其地下水水位较高，是重要的补给来源.

(3)北部边界

北部地区岩石基底高程均高于库区内，库区内接受北部地下水的补给.

(4)南部、东部边界

南部、东部地区天然条件下是地下水、地表河水的净流出边界，可修建地下拦蓄坝等建筑物，结合地表橡胶坝拦蓄库区内水源.

(5)底边界

库区基底岩石岩性为二长花岗岩，库区内不发育导水构造，因此库区基底二长花岗岩岩体可概化为隔水地质体.

2.2 两城河地下水库的有效库容

地下水库库容的大小直接反映了采补水资源调蓄能力的强弱，在一定区域内，对研究区库容的界定与计算采取地质边界条件分区、分层概化处理，同时在时间上结合气象、水文等特征库容来刻画地下水库库容量的大小，其特征库容划分(见图3).

图3 地下水库特征库容示意图

2.2.1 地下水库库水位分析

砾质粗砂层为研究区内主要含水层，在其上部覆盖一定厚度、一定面积的黏性土，使该层水以承压水赋存在含水层中.结合研究区含水层的埋藏条件，分别确定地下水埋深的控制标准.

(1)承压含水层最低水位的确定

考虑到承压含水层的赋水条件，其含水层最低水位应不低于承压含水层隔水顶板，以免发生水位降低，造成上部土体压缩变形.

(2)正常蓄水位的确定标准

研究区内库区地表主要由壤土、细砂组成，库区范围内正常蓄水位应满足对生态环境的保护与改良，结合研究区所在地区气象、水文等环境指标，通过类比分析综合确定研究区内地下水潜水位埋深最小应控制在2.0 m.

2.2.2 库容估算方法

研究区地下水库第四系含水层包括承压含水层与潜水含水层，其调蓄的水量主要以含水层孔隙空间所存储水的体积以及承压水弹性储存水量的体积为主.根据研究区水文地质条件、地形地质条件及边界特征，依据含水层抽水试验求得的水文地质参数、及含水层水量体积公式对地下水库特征水位库容体积量进行计算[10].

V库容=∑[Vc×n+(Hc-H0)×Vs×μe]

+Δh×A×μ

(1)

式中：V库容—研究区地下水库的库容，m3；

n—地下水库含水层的孔隙度；

Vc—库区承压含水层的体积，m3；

μe—库区承压含水层的弹性给水度；

Hc—库区承压含水层地下水的测压水位高程，m；

H0—库区承压含水层的顶板标高，m；

Vs—库区内承压区面积，m2；

Δh—库区潜水区含水层平均厚度，m；

A—库区潜水区分区面积，m2；

μ—库区潜水含水层的重力给水度.

影响地下水库库容计算的水文地质参数包括含水层厚度、分布面积、储水系数、导水系数、单位出水量等主要技术参数[11].两城河地下水库库区面积及主要含水层参数取值：库区范围面积为12.3 km2，赋水体砾质粗砂层体积为0.83亿m3，其中库区范围上游潜水区砾质粗砂估算总体积为865万m3，库内全区承压区面积约10.2 km2.根据现场主要含水层抽水试验及含水层物质成分资料分析，综合确定库内地下含水层中砾质粗砂含水层的估算参数为：孔隙度取值0.25，重力给水度取值0.15，承压含水层的弹性给水度取值0.005，中粗砂层重力给水度取值0.14.

在预测丰水年、平水年、枯水年、特枯年承压水承压高度分别为6.5 m、6 m、5 m、2.5 m，且潜水含水层特征水位(含水层厚度)平均值分别为2.8 m(4.0 m)、1.8 m(3.0 m)、0.8 m(2.0 m)、-2.0 m(0 m)时，计算最小库容为1 245万m3，容积储量(最大库容量)为2 305万m3，丰水年最大调节储量1 060万m3.

3 地下水库的水力传导条件

研究区内含水层根据库区第四系沉积环境和沉积物空间分布特征，将两城河地下水库含水层划分为单一结构含水层系统和双层结构含水层系统.

单一结构含水层系统垂向由上到下岩性为：壤土，厚度3～5 m，砾质粗砂，厚度8～12 m，平均约10.0 m，主要分布于红旗村西北侧两城河与芦沟河河间地块，基底岩性主要为二长花岗岩；在两城河下游与双层结构含水层交接相互连通，单一结构含水层与地表河水水动力条件联系紧密，直接接受地表河水的补给(见图4，图7).双层结构含水层在库区内广泛分布，其上部为潜水含水层，含水层岩性以中粗砂为主，中粗砂平均厚度约3.0 m，双层结构含水层中间分布着一层黏性土，该黏性土层分布厚度约2～9 m，其下部砾质粗砂层总体厚度2～13 m，平均厚度约7.0 m，具有承压性，形成了双层结构含水层，分布于张王庄村及其东部、安家村及其北部大部分地区(见图5～图7).两城河地区黏性土以壤土为主，为弱透水层，该层在空间上分布广泛，其对保护承压含水层起到了极其重要的作用[12].

单一结构含水层系统与双层结构含水层系统直接相连通，两城河上游潜水及地表径流河水是两者的共同补给源.双层结构含水层系统中，局部黏性土层缺失地段，存在地下水潜水补给“天窗”，是联通双层结构含水层的重要地段，对地下水库储存水源起到补给通道的作用[4].

图4 单一结构含水层水文地质剖面图

图5 双层结构含水层水文地质剖面图

图6 地下水库砾质粗砂含水层厚度与基岩面等值线图

图7 地下水库含水层空间分布图

4 地下水库的采补条件

4.1 两城河地下水库的补、径、排条件

(1)补给条件

地下水库储水构造中的地下水是区域水循环中最积极参与水循环的地下水[9-10]，研究区地下水主要补给来源包括地表径流至库区内的地表河水以及两城河上游区潜流的侧向补给，地下水动力条件较好，补给源充足.

(2)径流与排泄

地下水库库区内地下水动力场受诸多因素影响，地下水流场总体现状为水流由西北方向流向库区内下游东南方向，受人为开采地下水影响，库区内局部现已经形成地下水降落漏斗，排泄方式主要以两城河下游侧向径流排泄和人工开采为主(见图8)，其次为天然蒸发.

图8 地下水库地下水动力场图

4.2 两城河地下水库的开采条件

两城河地下水库建设条件比较优越，上游边界多为补给边界，库区含有砾质粗砂、中粗砂层，是本区的主要富水层，其分布面积广，厚度大且稳定，地下水补给源充足且利于开采，因此两城河地下水库开采条件较优越[13-14].

5 地下水库的水质

现状库区内不存在工业废水等其它污染源，仅存在人类聚集区零星生活废水的排放.通过对两城河库区地下水以及主要河段地表河水取样进行水质及污染分析，得出：两城河地表水分级为Ⅲ类，达到目标水质；地下水现状分级为Ⅲ类.以人体健康基准为依据，可满足适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水.

6 结 论

两城河地下水库为松散介质型地下水库，含水层水源主要来自于区内两城河地表河水的侧向补给，含水层以砾质粗砂为主，容积储量(最大库容量)为2 305万m3，蓄水功能优越，在合理开采规划布置的前提下可作为优良的供水水源地使用，较地表水库其潜在社会效益、经济效益更加优越.

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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

贾连杰(1973-)，男，山东聊城人，硕士，高级工程师，从事工程地质、水文地质等勘察研究工作.

TV62+3

A

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