河北省利用地下水庫(kù)調(diào)蓄引江水研究

李明良 米玉華

南水北調(diào)中線工程是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程。由于其來(lái)水過(guò)程具有年際、年內(nèi)的豐枯變化，為解決來(lái)水、用水過(guò)程不一致的矛盾，提高供水保證率，必須對(duì)引江水進(jìn)行調(diào)蓄。地下水庫(kù)調(diào)蓄與地表水庫(kù)調(diào)蓄相比，具有占地面積小、移民規(guī)模小、有效改善地下水環(huán)境等顯著的特點(diǎn)，同時(shí)也面臨著調(diào)蓄量計(jì)算、地下水庫(kù)選址、入滲場(chǎng)規(guī)模、滲漏損失及管理模式等眾多問(wèn)題，如果這些問(wèn)題不加以解決，利用地下水庫(kù)調(diào)蓄引江水將成為空談。因此，開(kāi)展本項(xiàng)研究十分必要。

1. 工程概況

地下水庫(kù)調(diào)蓄已經(jīng)在美國(guó)、德國(guó)、以色列、荷蘭、法國(guó)等多個(gè)國(guó)家應(yīng)用，正在運(yùn)行使用的地下水庫(kù)有數(shù)百座，在當(dāng)?shù)毓┧到y(tǒng)中占據(jù)重要地位。按照用途可以分為兩類，一類以水資源高效利用為主，主要分布在美國(guó)和以色列；另一類以改善水質(zhì)和水環(huán)境為主，主要分布在歐洲各國(guó)。國(guó)內(nèi)地下水庫(kù)的建設(shè)起步較晚，1975年在河北省興建的具有深井回灌系統(tǒng)和開(kāi)采系統(tǒng)的南宮地下水庫(kù)，標(biāo)志著我國(guó)地下水庫(kù)的開(kāi)始，其后先后興建了山東黃水河、遼寧省龍河地下水庫(kù)，發(fā)展勢(shì)頭迅速。我國(guó)的地下水庫(kù)類型多與美國(guó)、以色列相同，主要用于地表水、地下水聯(lián)合調(diào)蓄，實(shí)現(xiàn)水資源高效利用。本次調(diào)蓄引江水的地下水庫(kù)既有水資源高效利用的目的，同時(shí)還承擔(dān)回收投資的任務(wù)，因此與國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的兩種類型不同。

上個(gè)世紀(jì)80年代后期到90年代，河北省相關(guān)部門開(kāi)展了眾多水文地質(zhì)調(diào)查工作，基本了解清楚了區(qū)域水文地質(zhì)條件，并在滹沱河等河道進(jìn)行了小規(guī)模的調(diào)蓄試驗(yàn)，獲得了階段性成果。1995～1997年利用河道汛期棄水等時(shí)機(jī)進(jìn)行了多次河道入滲試驗(yàn)，獲得了洺河、滹沱河、沙河（大清河水系）、界河等河北省太行山前主要河流的入滲能力等參數(shù)。上述成果為本研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2. 南水北調(diào)中線工程引水量分析

根據(jù)長(zhǎng)江委設(shè)計(jì)院提供的水平年來(lái)水系列，中線一期工程河北省多年平均分配水量（口門水量）為30.39億m3。從來(lái)水量的年際變化過(guò)程看最大值是最小值的1.81倍。來(lái)水量具有連枯連豐、豐枯年份交替出現(xiàn)的特點(diǎn)。年內(nèi)來(lái)水也不均勻，如1966年為最枯水年，有14個(gè)旬來(lái)水量很小或?yàn)榱恪?/p>

依據(jù)河北省南水北調(diào)中線一期工程42年旬來(lái)水系列和擬定供水方案相應(yīng)旬供水量進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算。在全省受水區(qū)來(lái)水量特枯年按25億m3供水、其余年份按30.39億m3供水的方案下，所需地下水多年調(diào)節(jié)庫(kù)容為20.63億m3，入滲場(chǎng)工程規(guī)模為4.03億m3/年。見(jiàn)表1。

表1各市地下水庫(kù)調(diào)節(jié)計(jì)算成果表

3. 區(qū)域地下調(diào)蓄條件

南水北調(diào)中線工程受水區(qū)地處河北省京津以南平原區(qū)，總干渠通過(guò)的山前沖洪積扇平原區(qū)，第四系厚度100～550m，淺層地下水底界埋深50～124m。沖洪積扇區(qū)含水層粒度粗、厚度大，巖性以卵石、礫石、粗砂含礫、粗砂為主，厚度30～85m，垂向、水平連通性較好，單位涌水量40～145m3/h·m。山前沖洪積平原河道地帶，包氣帶巖性以砂、砂礫石、卵礫石為主，利于地表水及大氣降水垂直入滲補(bǔ)給，是淺層地下水垂直補(bǔ)給的重要地段。

近年來(lái)，因工業(yè)和農(nóng)業(yè)大量、持續(xù)超采地下水，地下水位持續(xù)下降，地下水位埋深已經(jīng)由20世紀(jì)60年代末的3～4m下降到15～40m，并形成了眾多的地下水位降落漏斗，漏斗區(qū)地下水埋深已經(jīng)達(dá)到40～65m，騰空了巨大的地下空間。

通過(guò)對(duì)調(diào)蓄區(qū)地下水水質(zhì)進(jìn)行分析，符合Ⅲ類水的測(cè)井占84%，符合Ⅳ類的占11%，符合Ⅴ類的占5%，地下水環(huán)境狀況良好；南水北調(diào)總干渠以西滹沱河、沙河（大清河水系）、唐河、沙河（子牙河水系）上游河段水質(zhì)良好，以東地區(qū)水質(zhì)較差。

地下水庫(kù)除水源外還需具備以下4個(gè)條件：具有理想的儲(chǔ)水空間和儲(chǔ)水邊界；具有良好的入滲場(chǎng)地和優(yōu)良的給水功能；具備較強(qiáng)的開(kāi)采能力；地下水環(huán)境狀況良好，據(jù)分析計(jì)算，山前平原區(qū)調(diào)蓄層總儲(chǔ)水能力為129.21億m3，調(diào)蓄空間比擬調(diào)蓄水量大很多。滹沱河、一畝泉、唐河-沙河、沙河-洺河沖洪積扇是建立地下水庫(kù)的最佳選擇，4個(gè)地下水庫(kù)總庫(kù)容為34.29億m3。

4. 入滲場(chǎng)規(guī)模

根據(jù)受水區(qū)調(diào)節(jié)計(jì)算成果，地下水庫(kù)需要入滲場(chǎng)規(guī)模4.03億m3。此外，南水北調(diào)中線工程來(lái)水后，一部分水量可以通過(guò)現(xiàn)有的水廠等供水設(shè)施直供用水戶，非直供水量可以引入入滲場(chǎng)，充蓄地下水庫(kù)，更好地發(fā)揮地下水庫(kù)的效益，估計(jì)當(dāng)年充蓄地下水量為10.28億m3。因此入滲場(chǎng)總的規(guī)模為14.31億m3。 見(jiàn)表 2。

5. 地下調(diào)蓄方案的水量損失分析

利用河道作為入滲場(chǎng)，無(wú)論是在動(dòng)水條件下，還是在靜態(tài)環(huán)境滲水池條件下，水量下滲方式都屬垂直自由淋滲方式，下滲過(guò)程中的水量損失主要是開(kāi)放水面的蒸發(fā)損失和一次性的初滲損失。它們主要與入滲場(chǎng)的規(guī)模、入滲場(chǎng)底部巖性結(jié)構(gòu)、包氣帶厚度等因素有關(guān)。水面蒸發(fā)損失56～185萬(wàn)m3，不足調(diào)蓄水量1%；水量下滲過(guò)程中概算一次性初滲損失量為400～1000萬(wàn)m3，每年間斷蓄水次數(shù)按3次計(jì)算，年初滲損失量（浸潤(rùn)損失量）總計(jì)為 1200～3000萬(wàn)m3，占年調(diào)蓄水量的7%左右。也就是說(shuō)，長(zhǎng)期入滲條件下入滲場(chǎng)的水量損失不足年調(diào)蓄水量的8%，遠(yuǎn)小于地表水庫(kù)調(diào)蓄損失的22%。

表2 入滲場(chǎng)規(guī)模統(tǒng)計(jì)表 單位：億m3/a

6. 統(tǒng)一管理模式

6.1 統(tǒng)一管理模式下的管理原則

南水北調(diào)的實(shí)施，形成了引江水和當(dāng)?shù)氐乇硭?、地下水和再生水多種水源并存，多源供水的格局。通過(guò)地下水庫(kù)調(diào)蓄使得引江水已完全和當(dāng)?shù)厮诤蠟橐惑w，不可分割。新水資源綜合管理原則為使有限的水資源發(fā)揮的綜合效益最大，供水保證程度更高，綜合供水成本最低，用水戶矛盾最小，可操作性更強(qiáng)。新水資源綜合管理方案不再區(qū)分水源，將多種水源作為一個(gè)整體統(tǒng)籌考慮，統(tǒng)一調(diào)配、統(tǒng)一使用，分質(zhì)供水、優(yōu)水優(yōu)用。

引江水費(fèi)用由受水區(qū)城市用水分擔(dān)，供水價(jià)格的測(cè)算按照城市用水量進(jìn)行。政府通過(guò)征收水資源費(fèi)進(jìn)行宏觀調(diào)控。政府通過(guò)對(duì)水資源依法實(shí)行取水許可制度和征收水資源費(fèi)，實(shí)現(xiàn)水資源的宏觀調(diào)控，優(yōu)化配置水資源。政府通過(guò)征收不同的水資源費(fèi)和執(zhí)行不同的水價(jià)達(dá)到綜合管理的目標(biāo)。充分利用現(xiàn)有供水、輸水設(shè)施，就近供水，減少重復(fù)投資。

6.3 統(tǒng)一管理模式下的用戶綜合水價(jià)與水資源費(fèi)征收體制

水價(jià)是由資源水價(jià)、工程水價(jià)和環(huán)境水價(jià)3部分組成。資源水價(jià)即水資源費(fèi)，購(gòu)買的是水資源的使用權(quán)；工程水價(jià)購(gòu)買的是一定量和質(zhì)的水體，其水體的生產(chǎn)成本和產(chǎn)權(quán)受益；環(huán)境水價(jià)購(gòu)買的是環(huán)境容量，即水污染處理費(fèi)用。征收方式仍由各市水務(wù)局水資辦統(tǒng)一征繳，主要采用用水戶到征費(fèi)科繳納、自來(lái)水公司代收和工作人員到用水戶收取的形式。各市將征收的水資源費(fèi)按照一定比例上繳各市南水北調(diào)辦公室。

7. 結(jié)語(yǔ)

6.2 統(tǒng)一管理模式下的管理框架

7.1 結(jié)論

本課題應(yīng)用系統(tǒng)工程、水循環(huán)等理論系統(tǒng)解決了利用地下水庫(kù)調(diào)蓄引江水的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，即調(diào)蓄量、水庫(kù)選址、庫(kù)容計(jì)算、入滲場(chǎng)規(guī)模、管理模式等問(wèn)題。通過(guò)地下水庫(kù)調(diào)蓄引江水與調(diào)蓄引江水方案相比該工程還具有“建設(shè)維護(hù)成本低、水量損失小、管理方式簡(jiǎn)捷、風(fēng)險(xiǎn)小易控制、供水保證率高”的優(yōu)點(diǎn)，建設(shè)管理投資的減少使供水成本大大降低，從而可降低供水水價(jià)，利用地下水庫(kù)調(diào)蓄引江水工程是一個(gè)眾望所歸的“惠民工程”。地下水庫(kù)沒(méi)有涉及單位拆遷和移民問(wèn)題，減少了人為因素的干擾，從而保證了地下水庫(kù)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行，也是一項(xiàng)人水和諧、安民、環(huán)保的“民心工程”。

7.2 建議

一是開(kāi)展唐沙河、沙銘河地下水庫(kù)靶區(qū)入滲場(chǎng)大型野外入滲試驗(yàn)。為掌握唐河-沙河、沙河-銘河地下水庫(kù)靶區(qū)入滲場(chǎng)在接近南水北調(diào)中線工程供水實(shí)際情況下的入滲能力，加快列入配套規(guī)劃的步伐，應(yīng)盡快開(kāi)展大型入滲試驗(yàn)。

二是開(kāi)展唐河-沙河、沙河-銘河地下水庫(kù)數(shù)值模擬調(diào)蓄研究。利用地下水?dāng)?shù)值模擬研究地下水庫(kù)在不同來(lái)水情況下的水庫(kù)水位動(dòng)態(tài)變化情況，分析計(jì)算外泄水量，研究其邊界的穩(wěn)定性。

三是建立實(shí)時(shí)水位、水量、水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)建立實(shí)時(shí)水位、水量、水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，為地下水庫(kù)的運(yùn)行管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保障地下水庫(kù)安全穩(wěn)定運(yùn)行。