地下水庫分類方式淺析

陳明健

（江蘇地質礦產設計研究院， 江蘇 徐州 221006）

0 引言

我國水資源的時空、地域分布特點導致很多地區嚴重缺水，為滿足城市生產生活，農作物灌溉需要，很多地區大量開采地下水[1]，造成地面塌陷、地裂縫、地下水污染等地質災害。由于上述問題的存在，儲存及調蓄水資源的地下水庫被越來越多應用于生產生活中[2]。地下水庫(ground water reservoir)在國外通常指地下含水層(aquifer)[3-5]。在國內地下水庫的概念是對比于地表水庫提出的，指利用地下含水層做為調蓄空間的蓄水實體；林學鈺[6]提出地下水庫是一個具有多種功能，包含水的供給、儲存、混合和輸送且便于開發和利用的地下水儲水地區；趙天石[7]提出地下水庫是利用地下天然儲水空間， 儲存地下水資源的一種開發工程；杜漢學[8]提出地下水庫就是存在于地下的天然大型儲水空間，為便于社會接受， 將厚大含水層和大型儲水構造命名為“地下水庫”。針對地下水庫的重要性，尋找一種合理的便于科研及工作人員接受的地下水庫分類方式顯得愈發重要。

1 現有地下水庫分類方式及優缺點

1.1 按地下水庫構筑形式分類及優缺點

按地下水庫有無構筑形式分成三類[6]：

(1)無壩地下水庫：指不需要建設地下擋水壩便能形成有效蓄水庫容的地下水庫。

(2)有壩地下水庫：有壩地下水庫是指當儲水區邊界不滿足封閉條件時， 需要修建攔截地下水流的擋水壩， 形成可調蓄庫容的地下水庫。

(3)混合型地下水庫：指地下水庫邊界中，有的邊界修建了擋水壩，有的邊界則利用天然隔水邊界，此種地下水庫屬于混合型地下水庫。

優點：按筑壩形式對地下水庫進行分類，便于直觀了解地下水庫是否進行人為干預。

缺點：上述分類過于簡單，按筑壩形式分類體現不出地下水庫的個性差異，如無壩地下水庫可能是兩條隔水斷層之間的孔隙含水層為主的地下水庫，也可能是兩條隔水斷層之間裂隙含水層為主的巖溶地下水庫。同時上述分類并未結合地下水的相關知識，按筑壩形式分類的地下水庫缺乏學術性，不便于交流。

1.2 結合地區特點分類及優缺點

結合地下水庫的介質、地貌成因和位置、人為開采情況等將遼寧省地下水庫劃分為五種類型：調蓄型、開采漏斗型、河谷型、陸地巖溶型、濱海巖溶型[7]。

優點：此種分類方式在實際應用中因地制宜，具有地方特色。通過地下水庫介質、地貌成因、位置、人為開采情況對地下水庫進行分類便于直觀了解某一地下水庫現狀，同時結合地下水相關知識，提高了地下水庫學術性，便于相關人員準確并快速了解地下水庫。

缺點：上述分類依據較多、分類較復雜且無法概括所有地下水庫。

1.3 按介質類型分類及優缺點

利用地下水含水介質進行分類[9]。包括孔隙地下水，裂隙地下水及巖溶地下水。李旺林教授在地質亞類上對地下水庫進行劃分，在每一地下水庫大類基礎上結合地貌及地理位置劃分亞類地下水庫。

優點：按含水介質分類，能夠說明地下水庫的具體含水介質類型，直觀形象；同時應用地下水相關知識，使分類更具有學術性。在亞類劃分上結合地貌及地理位置使地下水庫的分類更加實用。

缺點：所謂的孔隙、裂隙、巖溶等地下水庫，并不是一成不變的。三者之間隨時可能相互轉化，此種分類不能從嚴格意義上包含全部地下水庫。

1.4 按地下水類型分類及優缺點

利用地下水類型進行分類[10]，地下水庫可劃分為潛水地下水庫、承壓水地下水庫及潛水—承壓水地下水庫。

優點：地下水類型劃分可囊括全部地下水庫。

缺點：按地形水類型劃分不能體現地下水庫個體差異性，比如北京張坊巖溶地下水庫[13]和尖包河地下水庫[15]，都屬于潛水地下水庫，但二者之間存在較大差別，張坊巖溶地下水庫含水介質是巖溶含水層，而尖包河地下水庫含水介質是砂巖孔隙含水層。

2 地下水庫分類方式探討

2.1 地下水庫劃分依據

針對上述分類方式存在的不足，參考地表水庫分類方式。在具體分類時要做到包含地下水庫全部的同時還應體現每個地下水庫的個性差異。本次劃分采用多指標組合形式，并結合地表水庫部分指標對地下水庫分類方式進行探討。選取指標如下：地下水類型及庫容指標包含全部地下水庫，水庫庫區所在位置及水庫建設目的確保每個地下水庫的個體差異。最終分類方式為水庫庫區所在位置+水庫建設目的+庫容+地下水類型。

2.2 包含全部地下水庫的指標

（1）地下水類型：地下水類型包括潛水和承壓水。結合李旺林教授按地下水類型對地下水庫進行分類。地下水類型及其組合形式為指標可包含全部地下水庫。具體包括潛水、承壓水和潛水-承壓水組合型。

（2）庫容：地表水庫的庫容是劃分水庫等級的依據。通過庫容將地表水庫分為五個等級，用來判斷水庫蓄水量、水庫安全等級及水庫永久建筑物、臨時建筑物等級的指標。將庫容引用到地下水庫作為地下水庫分類依據的指標，可直觀了解地下水庫蓄水量、人工參與筑壩的建筑物等級、地下水庫污染控制等級。結合地表水庫庫容劃分，地下水庫庫容在劃分時應盡量與地表水庫的分類相似，便于推廣使用。目前已建的地下水庫大部分不足10 億m3，故將庫容大于10 億m3的地下水庫定為特大型，結合地表水庫庫容標準按區間差將庫容指標定為特大型、大型、中型、和小型（表1）[11]。

表1 地下水庫分級標準 Table 1 Groundwater reservoir classification standard

2.3 地下水庫個體差異指標

（1）水庫庫區所在位置：水庫庫區所在位置即地下水庫的具體地點。目前已建水庫按庫區所在位置劃分共兩種；一種省份+具體地點（區或縣）為單位劃分，如北京張坊巖溶地下水庫[12]、北京西郊地下水庫[13]；以流域為單位劃分，如臺蘭河山前地下水庫[14]?？紤]到不是所有地下水庫都坐落在河流流域內以及某些地下水庫范圍大于所在流域的面積，同時各省均有詳細的地質圖及地質資料，以省份+具體地點劃分，可獲取地下水庫所在地區的地質類型及含水層介質類型，因此統一采用省份加具體地點作為地下水庫庫區所在位置的分類指標，以此來體現地下水庫的個體差異性。

（2）水庫建設目的：建設地下水庫有很多目的，如滿足生產生活用水需求、阻止海水入侵、滯留洪水、解決由于前期過分開采地下水帶來的降落漏斗問題、地面沉降問題、地裂縫問題等。雖然建設地下水庫有很多目的但各個地方建設地下水庫的目的也不盡相同。如人口眾多的北京，建設地下水庫主要解決生活用水問題；遼寧省的沿海城市建設地下水庫主要目的是防止海水入侵污染地下水；上海市建設地下水庫，在滿足生活用水的同時也起到防止地面沉降的目的。因此將水庫建設目的列為地下水庫分類指標可了解當前地下水庫所在地區面臨的主要問題，是地下水庫分類必不可少的指標。

3 地下水庫分類方式舉例

3.1 北京西郊地下水庫所屬類型

按上述地下水庫分類指標對北京西郊地下水庫分類。北京西郊地下水庫位于永定河沖洪積扇的中上部，含水層介質以卵礫砂石為主。在昆明湖、紫竹院、陶然亭至西紅門一線以西地帶為單一含水層區， 地下水類型為潛水，以東地帶含水層由單一變為2～3層結構， 地下水由潛水和承壓水組成；地下水庫的面積為333 km2，以1983 年最高水位， 計算出地下水調蓄庫容為8 億m3；北京西郊地下水庫主要供北京市水源三廠、水源四廠、石景山水源地以及首都鋼鐵公司供水水源地取水使用，建設目的主要用于工業用水和居民生活引用水[13]。綜上，北京西郊地下水庫最終分類為：北京西郊生產生活類大型潛水、潛水-承壓水組合地下水庫。

3.2 北京張坊巖溶地下水庫所屬類型

按上述地下水庫分類指標為北京張坊巖溶地下水庫分類。張坊巖溶地下水庫，屬半開放式山前淺埋巖溶地下水系統，含水層位于拒馬河流域，含水介質以巖溶含水層為主。為單一含水層，地下水類型是潛水；可調蓄庫容為2330×104m3，最大調蓄庫容為4690×104m3；作為應急水源地，主要為北京西部企事業單位供水，即以生產生活用水為主[12]。綜上，北京張坊巖溶地下水庫最終分類為：北京張坊生產生活類中型潛水地下水庫。

4 結論

本文對已有地下水庫分類方式進行探討，并詳細介紹其優缺點。針對目前分類方式存在的不足，指出地下水庫分類應同時兼顧共性和個性差異的原則；提出多指標組合分類法對地下水庫進行分類；利用上述方法對北京西郊地下水庫和北京張坊巖溶地下水庫進行劃分。主要結論如下：

（1）多指標組合分類法包含指標為水庫庫區所在位置、水庫建設目的、水庫庫容及地下水類型。水庫庫區所在位置及建設目的指標保證地下水庫個體差異；地下水類型和庫容指標包含全部地下水庫。最終按水庫庫區所在位置+水庫建設目的+庫容+地下水類型對地下水庫進行分類。

（2）以北京西郊地下水庫、北京張坊巖溶地下水庫為例，利用上述方式進行分類，其中北京西郊地下水庫具體分類為北京西郊生產生活類大型潛水、潛水-承壓水組合地下水庫；北京張坊巖溶地下水庫具體分類方式為北京張坊生產生活類中型潛水地下水庫。