南宮地下水庫設(shè)計(jì)分析

盧雙寶 徐寶同 劉立華

南宮地下水庫設(shè)計(jì)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(jì)研究院 河北石家莊 050021）

南宮地下水庫近期工程設(shè)計(jì)，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(jì)內(nèi)容。

南宮 地下水庫 設(shè)計(jì)

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(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)辦事處，101個(gè)行政村。

南宮地下水庫工程，為引黃水的調(diào)蓄工程，是一項(xiàng)涉及水文地質(zhì)、地下水動(dòng)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(xiàng)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(yuǎn)的水井地下水位埋深15～28m。含水層主要為粉細(xì)砂、砂壤土層，水質(zhì)屬淡水～微咸水（局部有咸水），中細(xì)砂、細(xì)砂、粉砂層具有中等透水性，中細(xì)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(bǔ)給。機(jī)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(xué)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(gè)別3.15g/L，以淡水～微咸水為主，個(gè)別為咸水，地下水質(zhì)量評價(jià)F值7.16～7.3，水質(zhì)類型為較差（Ⅳ類）～極差（Ⅴ類）。超標(biāo)指標(biāo)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(chǔ)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(gè)良好的地下水庫儲(chǔ)水空間。

按庫區(qū)面積和含水層有效厚度進(jìn)行分區(qū)計(jì)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(yàn)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(jì)出各孔砂層的有效厚度，并采用不同的給水度計(jì)算水庫總庫

容為4.6億m3。

1.3 前期試驗(yàn)研究情況

1975年，北京大學(xué)和河北省地理研究所的專家認(rèn)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(yàn)區(qū)，由河北省地理研究所、南宮縣水利局共同承擔(dān)第一階段試驗(yàn)任務(wù)，重點(diǎn)開展了地貌測繪、地質(zhì)勘探、水文地質(zhì)參數(shù)試驗(yàn)、庫容計(jì)算、回灌水源初步分析、地下水動(dòng)態(tài)觀測等基礎(chǔ)條件的試驗(yàn)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(yàn)區(qū)進(jìn)行了三次較大規(guī)模的引水回灌試驗(yàn)，重點(diǎn)進(jìn)行了回灌水源補(bǔ)充分析、灌溉回歸試驗(yàn)、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(bǔ)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(yuǎn)期按照需要與可能，通過擴(kuò)建清涼江揚(yáng)水站或自東風(fēng)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(kuò)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(jì)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(yáng)水站設(shè)計(jì)流量為4.5m3/ s），考慮回灌及提水損失，確定與缺水量相應(yīng)的引黃水量及時(shí)間，即引黃水量為3128萬m3、一個(gè)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(shí)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(jìn)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(yuǎn)結(jié)合、需要與可能結(jié)合的原則，通過多途徑引黃和相機(jī)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(jì)、科學(xué)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(yáng)水站（設(shè)計(jì)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(fù)中心試驗(yàn)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(jī)井249眼，提水能力較小。考慮庫區(qū)以井灌區(qū)為主的特點(diǎn)，庫區(qū)灌溉提水機(jī)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(yuǎn)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(yuǎn)期按照需要與可能，通過擴(kuò)建清涼江揚(yáng)水站或自東風(fēng)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(kuò)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。