舟山島地下水庫建設(shè)可行性分析

翁益松，可建偉，徐夢茜

（1.舟山市水利局，浙江 舟山 316021；2.舟山市水利勘測設(shè)計院，浙江 舟山 316000）

1 問題的提出

舟山地處海島，水資源匱乏，又因海島地區(qū)建庫條件差，缺少有效的蓄水工程，造成可供水量少，生活生產(chǎn)缺水嚴(yán)重。當(dāng)前舟山島再建造水庫開發(fā)利用水資源的難度非常大，主要問題有：一是土地資源有限，山林植被破壞大；二是適宜建水庫的地方甚少，難找一塊集雨面積達(dá)3 km2以上的區(qū)域；三是政策處理難度大，投資成本極高。但同時舟山地處氣候濕潤的江南地區(qū)，每年的梅雨、臺風(fēng)季節(jié)，受外海潮水的頂托，強(qiáng)降雨形成的洪水無法排出，造成內(nèi)澇、受淹。

針對在這種水少無水源補(bǔ)給、“水多”無調(diào)蓄空間的海島地區(qū)，利用開挖建地下水庫方式，提出一種新的開發(fā)利用水資源思路來解決旱與澇的水問題。

2 舟山島水資源概況

2.1 水資源現(xiàn)狀

舟山島土地面積502.6 km2，多年平均降水量1 350 mm，水資源總量3.00億m3，島內(nèi)水庫、山塘、河道總蓄水能力約為1.10億m3。舟山島山地集雨面積約為370.0 km2，水庫、山塘開發(fā)利用的集雨面積為150.0 km2。

根據(jù)1956 — 2000 年水評價系列統(tǒng)計，舟山島最大年份水資源總量5.50億m3（1977 年），最小年份水資源總量0.93億m3（1968年），水資源量最豐年份是最枯年份的5.9倍，而最豐年與最枯年降水量之比為2.61倍。水資源總量的年際變化較降雨更為不均勻，在1956 — 2000 年期間，水資源總量大于均值的年份為19 a，小于均值的年份為 26 a。

此外近些年為緩解防洪排澇問題，每年都會修建強(qiáng)排泵站等大量的排澇工程，將降雨排至大海，盡管如此，本島的防洪標(biāo)準(zhǔn)仍未達(dá)到應(yīng)有的防洪要求。

2.2 水資源開發(fā)方式

從資源方面講，舟山是一個降雨相對充沛而可用水資源總量、人均水資源量少和資源分布不均勻地區(qū)，主要呈現(xiàn)域內(nèi)無大河流也無客水通過，水資源靠島內(nèi)陸域降雨，年度分布不均，島內(nèi)地域分布不均這幾個特點。

從水資源開發(fā)利用角度看，舟山本島自身水資源開發(fā)度已達(dá)30%左右，總蓄水能力不到1.10億m3，本島多年平均公共供水能力不足5 500萬m3。近些年規(guī)劃及實施的大陸引水、拓庫擴(kuò)容、新建調(diào)節(jié)水庫、庫塘聯(lián)網(wǎng)、河道水系聯(lián)通、海水淡化等項目，在一定程度上基本保障了地區(qū)用水需求。可存續(xù)率不高，儲蓄調(diào)節(jié)能力小，隨引隨用的情況尚未得到根本改善。若遇上較大的干旱、枯水年，影響范圍將是整個區(qū)域性的，包括大陸引水的水源地，可能出現(xiàn)無水可引或引水水質(zhì)差的局面（根據(jù)舟山有氣象資料以來的60 a統(tǒng)計資料，歷史上至少出現(xiàn)過2次連續(xù)3 a的枯水期，年平均降雨量為最多年的40%，平均年的60% ～70%）。水資源不足、水安全御災(zāi)能力不強(qiáng)仍是舟山長期面對的基本問題。

3 舟山島地質(zhì)地貌

3.1 地形地貌

舟山島系浙江省境內(nèi)天臺山余脈向東北方向延伸入海的出露部分，屬海島丘陵地貌，由火山巖類、侵入巖類等組成，島內(nèi)丘陵起伏，有較多的丘間谷地，中央綿亙分水嶺、山腳和濱海呈小塊平地。全島最高峰為黃楊尖，海拔高程503.60 m，山丘面積約占73%，呈低山低丘地形地貌特征。舟山島四周環(huán)海，河谷流程一般較短，季節(jié)性變化大，侵蝕作用雖明顯，但并不強(qiáng)烈，溝谷發(fā)育，但較短小，上游溝谷窄，坡降較大；下游則多以寬谷為主，呈“U”型，切割深度一般為100.00 ～ 200.00 m不等，溝谷中常有較厚的松散堆積物。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造

舟山島為基巖島，地層以上侏羅統(tǒng)火山巖為主，侵入巖比較發(fā)育，濱海小塊平原分布有第四系陸、海相松散沉積層。舟山島前第四紀(jì)地層主要分布在侵蝕剝蝕丘陵區(qū)，出露地層簡單，主要為早白堊系磨石山群火山巖。舟山島位于華南褶皺系（I2）浙東南褶皺帶（II3）麗水 — 寧波隆起（III7）新昌 — 定海斷?。↖V9）的東北部，也是浙閩粵沿海中生代火山帶的北段。晚第四紀(jì)以來，構(gòu)造運(yùn)動和緩，表現(xiàn)為斷裂活動弱，地震活動頻率低，強(qiáng)度小。據(jù)記載，以舟山群島新區(qū)為中心100 km范圍內(nèi)，僅有過一次震級為4.75級的地震，震中位于寧波市鎮(zhèn)海，發(fā)生在1523年，區(qū)域地殼基本穩(wěn)定。因此島中部基巖處適合開挖地下水庫。

4 地下儲蓄水庫建設(shè)的可行性分析

4.1 建設(shè)方案

舟山島陸域面積502.0 km2，島中部有一條貫穿整島的山脊，將舟山島劃分為南北2個區(qū)域，舟山島山地所占面積為73%以上，除修建部分水庫外，暫未規(guī)劃其他用途，且無較多人口聚集。山脊地下更是沒有任何開發(fā)利用規(guī)劃。以本島63萬m3/ km2水資源量計算，舟山島370.0 km2山地面積，其水資源總量為2.30億m3；還未開發(fā)利用的120.0 km2山地面積，其水資源總量為0.75億m3。

以目前各地實施的海綿城市為背景，借鑒礦區(qū)利用廢棄坑道儲水的經(jīng)驗，采用地下洞群方式存儲，以沿山修建截水溝渠匯流收集方式，可實現(xiàn)對降雨水量的滯留。沿本島中脊修建貫穿整島的地下洞群，將為留存降雨，溝通水系，防洪減災(zāi)、整島水資源優(yōu)化配置起到十分重要的作用。

地下儲蓄水庫主要以隧洞的方式實施開挖，地下洞室結(jié)構(gòu)受地質(zhì)條件因素影響較大，地質(zhì)條件好的區(qū)域可建造大型蜂巢結(jié)構(gòu)洞室，地質(zhì)條件不利區(qū)域只建造為單一條型隧洞。按保守條件設(shè)計，地下水庫采用隧洞形式，選用寬10.00 m，高15.00 m的常規(guī)洞型方案，洞室結(jié)構(gòu)設(shè)主洞與支洞，隧洞從山體四周凹谷為作業(yè)面起點，向山體中心掘進(jìn)，待水庫施工完成時，起點可作為地表水進(jìn)水口。為不影響地表各項設(shè)施，隧洞基本布置在山體下方，從海島特殊地貌形式考慮，隧洞最高蓄水位為2.00 m，平均潮位以下深度為13.00 m，具體按平原地面高程和地層海水滲透情況確定。舟山島地下水庫洞室建設(shè)布置路由示意見圖1，地下水庫結(jié)構(gòu)樣式示意見圖2。

圖1 舟山島地下水庫洞室建設(shè)布置路由示意圖

圖2 地下水庫結(jié)構(gòu)樣式示意圖

4.2 地下水庫建設(shè)與常規(guī)水庫建設(shè)比較

4.2.1 費(fèi)用比較

地表水庫費(fèi)用主要有土地征用費(fèi)、移民安置費(fèi)、工程建設(shè)費(fèi)3部分組成。地下水庫費(fèi)用則主要為工程建設(shè)費(fèi)。雖然工程建設(shè)費(fèi)用較高，但不占用土地，又可將開挖出的石渣作為建筑材料出售。隨著政策處理費(fèi)用越來越高和土地資源緊缺，地下水庫優(yōu)勢將逐步顯現(xiàn)。以舟山島大沙水庫和黃金灣水庫建設(shè)費(fèi)用進(jìn)行比較，具體見表1。

表1 地下水庫與常規(guī)水庫建設(shè)費(fèi)用對比表

由表1可以看出，通過直接投資比較地表水庫可比單位水量與地下水庫相差不多，地下水庫并無較大優(yōu)勢。若將土地出讓費(fèi)用，地下水庫增加的蓄水量費(fèi)用、后期管理運(yùn)行費(fèi)用及開挖地下水庫宕渣出售等綜合考慮，總成本將明顯低于地表水庫，且綜合效益優(yōu)于地表水庫。以目前征地修建水庫的價格計算，修建地下洞室結(jié)構(gòu)的水庫，同方量庫容建設(shè)總費(fèi)用是比建地面水庫低的。

4.2.2 占地比較

舟山本島地表水庫多是利用山區(qū)地形修筑堤壩，攔截山地降雨，蓄積形成水庫；還有圍陸圈地修筑堤壩形成平地水庫。

舟山山地可用于建造水庫的區(qū)域基本上在20世紀(jì)六七十年代已開發(fā)完成。舟山缺少平原腹地，現(xiàn)有用于城市開發(fā)建設(shè)的土地，基本源于近現(xiàn)代圍海形成，總量不足，現(xiàn)有土地基本已被使用。以當(dāng)前在建的大沙水庫為例，建設(shè)用地全部需要征地移民，占用93.3 hm2（1 400多畝）的土地，僅建成了888萬m3的庫容，而工程建設(shè)費(fèi)用上，工程投資1.5億元，征地及政策處理達(dá)9.5億元，費(fèi)用比為6倍多。為此舟山基本沒有可供水庫建設(shè)的土地，即便可通過征地移民騰出部分土地，征地成本與可形成的庫容比，費(fèi)用比非常高。

地下水庫不受土地制約限制，是將占地面積較大的水庫，從地表移至地面以下，不再占用現(xiàn)有較為緊缺的土地資源，可讓出土地資源供城市建設(shè)使用。

4.2.3 水資源利用方式及管理比較

地表水庫主要收集地表降雨和河道水，水面蒸發(fā)量大，舟山島年水面蒸發(fā)量為800 ～ 1 000 mm。地下水庫平時除可利用地表降雨外，還可收集地下巖體裂隙水蓄積，并可作為大陸引水調(diào)節(jié)水庫，蒸發(fā)量少，儲蓄率高。遇干旱時可利用儲蓄的地下水供給；遇澇時，可利用地下洞室空間滯蓄洪水，起到增加蓄力，減小下游河道城區(qū)防洪壓力，提高城市滯蓄力，對水資源利用更為充分。

地表水庫通常建在山岙出口，地勢較高，下游多為城市居民聚集區(qū)，有一定的防洪安全要求，日常要進(jìn)行管理檢測，尤其是在汛期、臺風(fēng)期間，更要加強(qiáng)管理。每運(yùn)行6 ～ 10 a又需要進(jìn)行安全鑒定等較為復(fù)雜的管理工作。

地下水庫建于地下，一般蓄水位與區(qū)域地下水位一致，洪水期間，可利用地下水庫庫容作為滯洪庫容，可有效減少城市水網(wǎng)用地。即使形成滿蓄，也不會有防洪安全問題。地下水庫為地下巖體中開挖形成，一般無須過多維護(hù)和管理?？捎行p少管理單位工作任務(wù)。

4.3 地下水庫水質(zhì)分析

根據(jù)地下水庫建設(shè)技術(shù)研究的需要，申報2018年度水利部技術(shù)示范項目《海島地區(qū)地下水庫儲水技術(shù)研究與應(yīng)用示范》（SF — 201817），并在舟山島馬目丁家山進(jìn)行地下洞庫蓄水試驗，分別建設(shè)口徑3.00 m×3.50 m，長150.00 m和190.00 m的2個蓄水隧洞，將從寧波市姚江引來的水灌入2個隧洞，從2017年4月17日 — 2018年6月11日，浙江省水資源監(jiān)測中心舟山分中心對pH值、電導(dǎo)率、濁度、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷、化學(xué)需氧量、氯化物、鐵、錳11項指標(biāo)時進(jìn)行32次監(jiān)測，各項指標(biāo)趨勢平穩(wěn)，未出現(xiàn)太大的波動，其中濁度從3.39 NTU降到了0.28 NTU；氨氮指標(biāo)明顯降低，從0.898 mg/L降到了0.051 mg/L和0.025 mg/L。pH值、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、氨氮4項指標(biāo)變化趨勢分別見圖3 ～ 6。由此可見，地下水庫雖然基本不見陽光、不透風(fēng)，但水質(zhì)不受影響，同時通過對舟山83351部隊幾十個洞庫的多年水質(zhì)資料分析后得出水質(zhì)常年穩(wěn)定，各項主要指標(biāo)基本符合GB 3838 — 2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和GB 5749 — 2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。

圖3 pH值折線變化圖

圖4 高錳酸鹽指數(shù)折線變化圖

圖5 化學(xué)需氧量（CODcr）折線變化圖

圖6 氨氮（NH3-N）折線變化圖

5 結(jié) 語

修建地下水庫，既有效解決舟山島蓄水能力不足，又大大提高調(diào)洪能力，對解決這一矛盾提供了一個新的思路。

地下水庫是對海島地區(qū)水資源不足，調(diào)蓄能力弱，保障性不高，水資源綜合開發(fā)利用的探索。