滹沱河地下水库入渗试验成果与初步分析

王志华,韩永涛

（河北省石家庄市水资源综合管理办公室，石家庄050051）

滹沱河地下水库入渗试验成果与初步分析

王志华,韩永涛

（河北省石家庄市水资源综合管理办公室，石家庄050051）

通过以往水文地质资料及历年来滹沱河过水观测数据分析，滹沱河具备建设地下水库的水文地质、工程地质基础，其经济、社会和生态效益明显。要长期大规模调蓄引江水和上游水库水，使工程既在设计上合理可行，又能保证地下水环境良性循环，必需通过开展大规模入渗试验来进一步论证，确定河道入渗补给能力、模型参数和地层净化能力等一系列技术参数。文中对地下水库入渗试验成果进行了初步分析。

滹沱河；地下水库；入渗试验；成果；分析

地下水库是利用地壳内的天然储水空间储存、调蓄水资源的一种地下水开发工程。主要包括天然储水构造组成的地下水库库区、拦截地下径流的地下坝、地表拦水和引渗工程、地下水开采工程四部分。地下水库作为一种有效利用水资源的地下开发工程，在国外发展较快，美国、日本、法国等国家和地区，从20世纪20～30年代就已经开始这方面的工程实践，我国地下水库建设起步相对较晚，从60～70年代开始，北京西郊、山东龙口等地区陆续建设地下水库调蓄工程，并取得宝贵经验。

1 项目简介

南水北调中线工程是改善我国水资源配置的重大基础性战略工程，工程建成后，可有效缓解石家庄市水资源紧缺状况。据丹江口水库1956～1996年来水量资料显示，水源地丹江口水库存在年际的丰、平、枯水年和年内的枯水期，南水北调来水具有年际、年内不均匀性，为最大限度地发挥引江水的效率和效益，满足城市用水需求，提出建设滹沱河地下水库的设想。经过近年来的探索研究相继完成了项目可行性研究报告、入渗试验专项工作设计等工作，2009年8月，结合滹沱河防洪综合整治工程建设成功实施了大型入渗试验。

1.1 条件优良

1.1.1 水源充足

拟建的地下水库入渗场位于南水北调中线干渠附近和岗黄水库及横山岭水库下游，可同时利用引江水和上游水库弃水进行补给，水源条件优越。

1.1.2 水文地质条件良好

具备建设地下水库的优良条件，符合“渗得进、蓄得住、采得出”的基本要求。

（1）渗得进。滹沱河河道地层岩性颗粒粗，连通性好，没有连续的隔水层，渗透系数可达 30～60m/d。

（2）蓄得住。滹沱河冲洪积扇两翼及前缘颗粒较细，滞水性较强，是一个相对独立、半封闭的水文地质单元，且由于多年连续超采地下水，市区已形成约430km2地下水位降落漏斗，为建设地下水库提供了较大的储水空间。

（3）采得出。该区域含水层透水性强，地下水埋深较浅，利用近3000眼取水井可较容易将存储的地下水采出。

1.2 效益明显

1.2.1 经济效益

地下水库建成后，可先期替代市区北部及良村经济技术开发区配套工程，减小南部工程规模，节省工程建设投资和管理运行费用。据估算，共减少投入68亿元，每立方米水的价格仅为配套工程测算水价的2/3，有效降低了城市生产、生活供用水成本。试验前后的抽水试验结果表明，随着地下水位的大幅上升，单位涌水量均明显增加，本次试验滹沱河水源地代表性水源井单位耗电量的出水量也呈增加趋势，见表1。

表1 水厂水源井单位耗电量出水量对比表

1.2.2 社会效益

安全系数大，地下水库处于地下，受污染、受攻击破坏的风险小，抗地震等自然灾害能力强，提高城市供水保证度。水质好，引江水经地下含水层的过滤、净化，水质良好，水温稳定，可提高城市居民的饮水质量。地下水库基本上不占地，节约土地资源，不涉及拆迁问题，促进社会和谐。

1.2.3 生态效益

地下水库建成后，通过丰补枯采等措施，可有效遏制地下水位持续下降趋势，涵养地下水；在滹沱河南水北调倒虹吸以上河段形成180万m2水面，与滹沱河综合整治工程融为一体，修复河流生态功能，调节气候，净化空气，改善城市生态环境和人居环境。

2 入渗试验总体设计与工作目标

通过以往水文地质资料及历年来滹沱河过水观测数据分析，我市滹沱河地下水库水源条件、水文地质条件及入渗能力已基本清楚。但要大规模调蓄引江水，确定地下水库入渗场规模，使工程设计在经济上合理，技术上可行，保证地下水环境的良性循环，必须通过开展大规模入渗试验来进一步论证，从而确定河道入渗补给能力、模型参数和地层净化能力，为地下水库规划设计实施提供更加科学的依据。

2.1 试验场位置选择

根据本次试验水源条件、现状引水条件，拟选滹沱河综合整治工程河心岛两侧作为本次试验的入渗场，经地质勘查，南侧12～16m分布有比较连续的粘性土层，影响入渗效果；北侧粘性土层分布深度不同，不连续，入渗条件较好，确定将试验场设在河心岛北侧。

2.2 试验放水规模

根据规划年调蓄引江水水量3亿m3测算，计划调蓄规模不小于100万m3/d，为满足试验要求，放水时间应为20d，总引水量2600万m3，扣除沿线损失水量，到达入渗场水量为2000万m3。

2.3 观测孔设置

本次试验设置水位专门观测孔12眼，采用自记水位计进行观测，辅助人工观测检查校正。选择外围观测井60～70眼，采用人工观测。时间从试验开始前2d开始直到水丘消散时结束，预计总观测时间为60d。同时，对布设的观测孔进行坐标和高程测量，以保证水丘体积的计算精度。在试验影响范围内分区域布设水质监测点10个，试验过程中分6次对试验场的地表水和地下水进行采样监测，检测分析水质变化情况。

2.4 流量监测断面设置

根据试验场规模不同，结合地层地质结构，在入渗场布设4条流量观测断面，采用流速仪测定流速，确定各断面流量，监测河道入渗量。

2.5 主要工作目标

2.5.1 确定河道入渗能力

根据各断面流量监测数据和断面间的入渗量，采用相关分析法分别建立入渗量与入渗场规模、流速、地层地质条件间的关系，分析确定河道入渗能力。

2.5.2 研究补给能力

试验计划在入渗场周围布设水位观测井80眼，通过在试验期地下水位回升程度及时间观测确定入渗试验的影响范围，圈定入渗补给地下水形成的水丘体积计算得出补给水量，与扣损法（入渗试验水量减去水面蒸发量、包气带滞留水量）计算出的补给水量进行校核对比，最终确定补给能力。

2.5.3 获取模型参数

试验需获得以下水文地质参数，支持地下水库运行管理模型的建立：

（1）通过入渗场中心观测孔试验数据，求取垂向入渗速度；

（2）在入渗场岸边设置专门观测孔，观测入渗水体入渗方式。

2.5.4 监测水质变化

对地层及地表水和地下水采集样品进行检测，建立试验前的背景值，与试验过程中检测结果及最终检测结果进行对比分析，确定地下水水质变化趋势及地层净化能力。

3 试验过程及成果

试验自2009年8月19日开始至12月30日结束，历时130d。试验水量自8月20日0：53进入入渗场，截至9月5日18：00，放水历时18d，累计渠首放水量1820万m3，试验水量1523.6万m3，动态观测历时130d。经对数据资料统计分析，获取了各项技术参数，达到了预期目的。

3.1 入渗强度

动水条件下初期的单位河长入渗量为38万m3/km·d（平均河道宽度180m），趋于稳定的单位河长入渗量32万m3/km·d（平均河道宽度222m），单位面积的入渗量1.47m3/m2·d。

3.2 补给能力

累计试验水量1523.6万m3，其中980万m3进入主试验场，其余543.6万m3自8月30日5：00开始经河心岛南侧引水渠进入沙坑。9月8日，水位回升范围已达31km2以上，其中水位上升超过1m的面积为20km2，超过5m的面积为5.7km2，超过10m的面积为1.6km2。水源地范围内观测井最大上升6.8m。依据入渗影响范围内水均衡计算出河道渗漏量为1510.16万m3，补给地下水量为1415.7万m3，包气带滞留水量为94.5万m3。

3.3 水丘形成与消亡过程

水丘的形成和消失可通过预先设计的地下水位观测断面的水位变化曲线分析得出，AA断面（见图1）位于入渗试验场中心，最早接受补给，地下水位最早开始响应，于9月1日地下水位达到峰值并开始下降，至9月27日地下水丘不再明显。BB断面（见图2）和CC断面（见图3）分别位于入渗试验场上下游，接受相对补给较晚，响应时间均较AA断面晚，响应幅度较小，在9月5日地下水位达到峰值后开始下降，至9月27日地下水丘不再明显。

3.4 模型参数

3.4.1 垂向渗透系数

根据水面到达时间和中心观测孔自计水位仪记录数据推算，入渗28.7h即到达37.8m深地下水位，垂直入渗速率达31.6m/d。

3.4.2 入渗方式

通过未穿透粘土层及穿透粘土层观测孔水位变动情况可知，入渗水在下渗过程中，先是垂直入渗，遇到粘性土隔水层时，沿粘土层水平运动，遇到天窗后再向下运动。

3.5 地层净化能力及水质变化趋势

通过对地表水、地下水水质化验资料分析对比，试验前后地下水水质无明显变化，部分化学成分因地表水离子成分稍高，地下水离子成分随时间呈波动状态变化。地表水中五毒未检出，入渗后土壤中五毒含量明显降低，表明被溶解到地下水中，但地下水中五毒均未检出，表明入渗后对地下水水质没有明显影响。影响地下水水质的主要离子是NO-3,入渗地表水的NO-3明显低于地下水，河心岛及入渗场附近的井，水位升幅均在5m以上，在入渗中NO-3呈逐步降低趋势，直到持续9月下旬（22～23日），距入渗场较远的井水位升降较小，主要受水丘扩散影响，水丘上升期NO-3含量呈明显增加，水丘回落后NO-3又明显下降，接近试验前的水平。

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［6］张光辉，费宇红，邢开，等.太行山前平原动水条件下地下水调蓄功能实验研究——以滹沱河冲洪积平原为例［J］.干旱区资源与环境，2004，18（1）：42－48.

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The results and preliminary analysis of the infiltration experiment in groundwater reservoir of Hutuo River

WANG Zhi-hua,HAN Yong-tao
（Shijiazhuang Water Resources General Administration Office,Shijiazhuang 050051,China）

Through analyzing the geohydrologic data and observation data of Hutuo River，it has possessed the geohydrologic and engineering geologic condition to construct groundwater reservoir in Hutuo River,and it has an obvious benefit in the aspects of economy,society and ecology.In order to long-term and large-scale regulate and store water resources from transfer water and upstream reservoir,and to making the engineering design reasonably and feasibly and groundwater environment circle virtuously,it need be further demonstrated by large-scale infiltration experiment to determine the technical parameters of the infiltration and recharge ability of river channels,model parameters and the purification ability of strata.Paper give a preliminary analysis of the underground reservoir infiltration test.

Hutuo River;groundwater reservoir;infiltration experiment;results;analysis

TV62+3

A

1672-9900（2010）S0-0118-03

2010-09-27

王志华（1963-），男（汉族），河北栾城人，高级工程师，主要从事水资源管理工作，（Tel）13603116718。