南宮地下水庫設(shè)計分析

盧雙寶 徐寶同 劉立華

南宮地下水庫設(shè)計分析

盧雙寶 徐寶同 劉立華

（河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院 河北石家莊 050021）

南宮地下水庫近期工程設(shè)計，本文主要介紹了其地下水庫建設(shè)條件、地下水庫蓄水、回灌規(guī)模確定等設(shè)計內(nèi)容。

南宮 地下水庫 設(shè)計

南宮地下水庫位于河北省南宮市東南部，距南宮市區(qū)約30km，地處黑龍港地區(qū)，在清涼江左岸，為古黃（河）、（大）清（河）、漳（河）故道。庫區(qū)南北長約20km，東西寬約10km，面積206km2，庫底埋深約34m，蓄水總量4.6億m3（水位埋深3～34m）。庫區(qū)范圍內(nèi)涉及南宮的段蘆頭、紫冢、董家廟、垂楊、明化5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)辦事處，101個行政村。

南宮地下水庫工程，為引黃水的調(diào)蓄工程，是一項涉及水文地質(zhì)、地下水動態(tài)、回灌入滲、提水、輸水、群井遙控等多專業(yè)的系統(tǒng)工程，是地表、地下水相互轉(zhuǎn)化可持續(xù)利用水資源的綜合性示范項目，是華北平原地下水超采綜合治理的有效手段。

1 地下水庫建設(shè)條件

1.1 區(qū)域水文地質(zhì)情況

工程區(qū)位于河北平原中部湖積沖積泛濫平原的黃、清、漳河古河道帶上。區(qū)內(nèi)地貌類型可分為高地、平地、洼地三種類型。

范圍內(nèi)（淺層）地下水為第四系孔隙潛水，局部微具承壓性，溹瀘河河道內(nèi)地下水位埋5.8～11.2m，距離河道稍遠的水井地下水位埋深15～28m。含水層主要為粉細砂、砂壤土層，水質(zhì)屬淡水～微咸水（局部有咸水），中細砂、細砂、粉砂層具有中等透水性，中細砂為主砂層給水度0.113，粉砂為主砂層給水度0.067。壤土層具有弱透水性。地下水主要來源于大氣降水、上游洪水補給。機井開采是其主要排泄方式。

取樣分析結(jié)果表明，庫區(qū)水化學類型為HCO3-Na-Mg、HCO3-Mg-Na、HCO3-Na、SO4-Cl-HCO3-Na-Mg、HCO3-Cl-Na水，礦化度一般0.72～1.55g/L，個別3.15g/L，以淡水～微咸水為主，個別為咸水，地下水質(zhì)量評價F值7.16～7.3，水質(zhì)類型為較差（Ⅳ類）～極差（Ⅴ類）。超標指標為肉眼可見物、溶解性總固體。

1.2 地下水庫蓄水空間

南宮地下水庫位于古河道帶上，古河道砂層比較發(fā)育，河床相砂層厚度較大，粒徑相對較粗，孔隙率高，透水性好，有較大的儲水空間。庫底為湖沼相壤土、粘土，庫區(qū)東西兩側(cè)以湖沼相及泛濫相壤土、粘土為主，夾砂壤土，為相對阻水帶，庫區(qū)周邊條件比較清楚，是一個良好的地下水庫儲水空間。

按庫區(qū)面積和含水層有效厚度進行分區(qū)計算，則地下水庫的庫容量：

式中，F(xiàn)為各地質(zhì)分區(qū)的面積（m2）；

M為各地質(zhì)分區(qū)的有效含水層平均厚度（m）；

μ為各地質(zhì)分區(qū)的含水層給水度。

根據(jù)已有試驗資料和有關(guān)規(guī)范，按防漬、防堿要求確定地下水的臨界埋深為3m，則水庫蓄水范圍為埋深3～34m，分別統(tǒng)計出各孔砂層的有效厚度，并采用不同的給水度計算水庫總庫

容為4.6億m3。

1.3 前期試驗研究情況

1975年，北京大學和河北省地理研究所的專家認為南宮段古河道帶可作為地下水庫開發(fā)利用。1977—1979年，在庫區(qū)東南選定10 km2范圍作為中心試驗區(qū)，由河北省地理研究所、南宮縣水利局共同承擔第一階段試驗任務，重點開展了地貌測繪、地質(zhì)勘探、水文地質(zhì)參數(shù)試驗、庫容計算、回灌水源初步分析、地下水動態(tài)觀測等基礎(chǔ)條件的試驗研究工作，并通過省科委組織的階段性成果鑒定。根據(jù)鑒定意見，又于1980—1982年在中心試驗區(qū)進行了三次較大規(guī)模的引水回灌試驗，重點進行了回灌水源補充分析、灌溉回歸試驗、回灌前后水土分析、開采量及成本典型分析、降雨對地下水補給量分析、地下水庫水資源均衡分析等研究工作。

課題鑒定意見提出，南宮地下水庫建設(shè)對解決黃淮海平原水資源和治理旱澇堿問題提出了新的途徑，是治水技術(shù)的新發(fā)展，具有一定的代表性，為南水北調(diào)受水區(qū)地下調(diào)蓄提供示范作用。

1.4 調(diào)蓄水源

近期依托位山引黃入冀工程以黃河水為水源，考慮引水泵站規(guī)模、入滲能力等，按南宮分水口引水規(guī)模4.5m3/s控制。遠期按照需要與可能，通過擴建清涼江揚水站或自東風渠自流引水入溹瀘河等途徑引蓄黃河水、岳城水庫或衛(wèi)河汛期洪水，充分利用地下水庫的調(diào)蓄能力，擴大受益范圍。

2 地下水庫蓄水、回灌規(guī)模確定

通過水資源供需分析確定缺水量，經(jīng)計算水庫庫區(qū)缺水量為2010萬m3。

鑒于南宮地下水庫庫容較大為4.6億m3，引水及回灌能力成為控制工程規(guī)模的限制因素，按照盡量利用現(xiàn)有工程的原則，經(jīng)現(xiàn)有引水工程規(guī)模分析（清涼江揚水站設(shè)計流量為4.5m3/ s），考慮回灌及提水損失，確定與缺水量相應的引黃水量及時間，即引黃水量為3128萬m3、一個引黃過程需向地下水庫供水約80天，滿足我省冬四月引水時段要求。

回灌工程規(guī)模按與引水規(guī)模相等確定，即回灌工程規(guī)模為38.88萬m3/d（4.5m3/s）。按照優(yōu)先利用已有工程、回灌與灌溉結(jié)合布置的原則，將渠道、回灌井入滲兩種回灌方式，按照采用單一或組合的回灌方案組合進行比較。在相同的回灌能力條件下，井渠結(jié)合的回灌方案大大節(jié)省了占地，投資較少，故推薦井渠結(jié)合方案。

3 地下水庫工程

地下水庫工程包括引水水源工程、回灌工程、地下水開采工程、輸配水工程等。在現(xiàn)有工程體系的基礎(chǔ)上，按照立足現(xiàn)狀、近遠結(jié)合、需要與可能結(jié)合的原則，通過多途徑引黃和相機引洪相結(jié)合的引水方案，逐步建成以溹瀘河、清西干渠為骨架，回灌河渠與回灌井結(jié)合布置的回灌體系；充分利用庫區(qū)淺井和清西干渠灌溉系統(tǒng)，形成“能吞能吐、豐枯互濟、科學調(diào)度、持續(xù)利用”的地下水庫。見圖1。

圖1 地下水庫工程結(jié)構(gòu)圖

（1）引水工程

一期工程主要利用清涼江張二莊節(jié)制閘上游清涼江揚水站（設(shè)計流量4.5m3/s）引水，通過清西干渠輸水至庫區(qū)范圍內(nèi)各回灌場。

（2）回灌工程

清淤疏浚清西干渠、溹瀘河、九支渠，結(jié)合灌溉恢復中心試驗區(qū)引水渠、喬村渠、清溹渠等回灌河渠57.7km，并于回灌河渠內(nèi)布置1560眼回灌井。

（3）取水及輸配水工程

一期工程供水范圍為庫區(qū)范圍內(nèi)灌溉用水，根據(jù)水利普查成果，庫區(qū)范圍內(nèi)庫底板（埋深34m）以上現(xiàn)有機井249眼，提水能力較小?？紤]庫區(qū)以井灌區(qū)為主的特點，庫區(qū)灌溉提水機井和輸配水工程在充分利用現(xiàn)狀工程的基礎(chǔ)上，由庫區(qū)群眾自行解決。遠期可利用清西干渠灌溉系統(tǒng)向庫區(qū)西側(cè)供水。

4 結(jié)論

（1）南宮地下水庫位于河北平原中部湖積沖積泛濫平原的黃、清、漳河古河道帶上，是建設(shè)地下水庫有利位置，蓄水總量約4.6億m3。

（2）南宮地下水庫的調(diào)蓄水源主要為位山引黃入冀來水，遠期按照需要與可能，通過擴建清涼江揚水站或自東風渠自流引水入溹瀘河等途徑引蓄黃河水、岳城水庫或衛(wèi)河汛期洪水，充分利用地下水庫的調(diào)蓄能力，擴大受益范圍。

（3）南宮地下水庫充分利用現(xiàn)有工程建設(shè)引水、回灌、取水和配水體系，降低工程投資。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.12.019

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1672-2469(2014)12-0055-02

盧雙寶（1957年—），男，教授級高級工程師。