河北省利用地下水库调蓄引江水研究

李明良 米玉华

南水北调中线工程是一个庞大的系统工程。由于其来水过程具有年际、年内的丰枯变化，为解决来水、用水过程不一致的矛盾，提高供水保证率，必须对引江水进行调蓄。地下水库调蓄与地表水库调蓄相比，具有占地面积小、移民规模小、有效改善地下水环境等显著的特点，同时也面临着调蓄量计算、地下水库选址、入渗场规模、渗漏损失及管理模式等众多问题，如果这些问题不加以解决，利用地下水库调蓄引江水将成为空谈。因此，开展本项研究十分必要。

1. 工程概况

地下水库调蓄已经在美国、德国、以色列、荷兰、法国等多个国家应用，正在运行使用的地下水库有数百座，在当地供水系统中占据重要地位。按照用途可以分为两类，一类以水资源高效利用为主，主要分布在美国和以色列；另一类以改善水质和水环境为主，主要分布在欧洲各国。国内地下水库的建设起步较晚，1975年在河北省兴建的具有深井回灌系统和开采系统的南宫地下水库，标志着我国地下水库的开始，其后先后兴建了山东黄水河、辽宁省龙河地下水库，发展势头迅速。我国的地下水库类型多与美国、以色列相同，主要用于地表水、地下水联合调蓄，实现水资源高效利用。本次调蓄引江水的地下水库既有水资源高效利用的目的，同时还承担回收投资的任务，因此与国内外常见的两种类型不同。

上个世纪80年代后期到90年代，河北省相关部门开展了众多水文地质调查工作，基本了解清楚了区域水文地质条件，并在滹沱河等河道进行了小规模的调蓄试验，获得了阶段性成果。1995～1997年利用河道汛期弃水等时机进行了多次河道入渗试验，获得了洺河、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渗能力等参数。上述成果为本研究奠定了坚实的基础。

2. 南水北调中线工程引水量分析

根据长江委设计院提供的水平年来水系列，中线一期工程河北省多年平均分配水量（口门水量）为30.39亿m3。从来水量的年际变化过程看最大值是最小值的1.81倍。来水量具有连枯连丰、丰枯年份交替出现的特点。年内来水也不均匀，如1966年为最枯水年，有14个旬来水量很小或为零。

依据河北省南水北调中线一期工程42年旬来水系列和拟定供水方案相应旬供水量进行调节计算。在全省受水区来水量特枯年按25亿m3供水、其余年份按30.39亿m3供水的方案下，所需地下水多年调节库容为20.63亿m3，入渗场工程规模为4.03亿m3/年。见表1。

表1各市地下水库调节计算成果表

3. 区域地下调蓄条件

南水北调中线工程受水区地处河北省京津以南平原区，总干渠通过的山前冲洪积扇平原区，第四系厚度100～550m，浅层地下水底界埋深50～124m。冲洪积扇区含水层粒度粗、厚度大，岩性以卵石、砾石、粗砂含砾、粗砂为主，厚度30～85m，垂向、水平连通性较好，单位涌水量40～145m3/h·m。山前冲洪积平原河道地带，包气带岩性以砂、砂砾石、卵砾石为主，利于地表水及大气降水垂直入渗补给，是浅层地下水垂直补给的重要地段。

近年来，因工业和农业大量、持续超采地下水，地下水位持续下降，地下水位埋深已经由20世纪60年代末的3～4m下降到15～40m，并形成了众多的地下水位降落漏斗，漏斗区地下水埋深已经达到40～65m，腾空了巨大的地下空间。

通过对调蓄区地下水水质进行分析，符合Ⅲ类水的测井占84%，符合Ⅳ类的占11%，符合Ⅴ类的占5%，地下水环境状况良好；南水北调总干渠以西滹沱河、沙河（大清河水系）、唐河、沙河（子牙河水系）上游河段水质良好，以东地区水质较差。

地下水库除水源外还需具备以下4个条件：具有理想的储水空间和储水边界；具有良好的入渗场地和优良的给水功能；具备较强的开采能力；地下水环境状况良好，据分析计算，山前平原区调蓄层总储水能力为129.21亿m3，调蓄空间比拟调蓄水量大很多。滹沱河、一亩泉、唐河-沙河、沙河-洺河冲洪积扇是建立地下水库的最佳选择，4个地下水库总库容为34.29亿m3。

4. 入渗场规模

根据受水区调节计算成果，地下水库需要入渗场规模4.03亿m3。此外，南水北调中线工程来水后，一部分水量可以通过现有的水厂等供水设施直供用水户，非直供水量可以引入入渗场，充蓄地下水库，更好地发挥地下水库的效益，估计当年充蓄地下水量为10.28亿m3。因此入渗场总的规模为14.31亿m3。 见表 2。

5. 地下调蓄方案的水量损失分析

利用河道作为入渗场，无论是在动水条件下，还是在静态环境渗水池条件下，水量下渗方式都属垂直自由淋渗方式，下渗过程中的水量损失主要是开放水面的蒸发损失和一次性的初渗损失。它们主要与入渗场的规模、入渗场底部岩性结构、包气带厚度等因素有关。水面蒸发损失56～185万m3，不足调蓄水量1%；水量下渗过程中概算一次性初渗损失量为400～1000万m3，每年间断蓄水次数按3次计算，年初渗损失量（浸润损失量）总计为 1200～3000万m3，占年调蓄水量的7%左右。也就是说，长期入渗条件下入渗场的水量损失不足年调蓄水量的8%，远小于地表水库调蓄损失的22%。

表2 入渗场规模统计表 单位：亿m3/a

6. 统一管理模式

6.1 统一管理模式下的管理原则

南水北调的实施，形成了引江水和当地地表水、地下水和再生水多种水源并存，多源供水的格局。通过地下水库调蓄使得引江水已完全和当地水融合为一体，不可分割。新水资源综合管理原则为使有限的水资源发挥的综合效益最大，供水保证程度更高，综合供水成本最低，用水户矛盾最小，可操作性更强。新水资源综合管理方案不再区分水源，将多种水源作为一个整体统筹考虑，统一调配、统一使用，分质供水、优水优用。

引江水费用由受水区城市用水分担，供水价格的测算按照城市用水量进行。政府通过征收水资源费进行宏观调控。政府通过对水资源依法实行取水许可制度和征收水资源费，实现水资源的宏观调控，优化配置水资源。政府通过征收不同的水资源费和执行不同的水价达到综合管理的目标。充分利用现有供水、输水设施，就近供水，减少重复投资。

6.3 统一管理模式下的用户综合水价与水资源费征收体制

水价是由资源水价、工程水价和环境水价3部分组成。资源水价即水资源费，购买的是水资源的使用权；工程水价购买的是一定量和质的水体，其水体的生产成本和产权受益；环境水价购买的是环境容量，即水污染处理费用。征收方式仍由各市水务局水资办统一征缴，主要采用用水户到征费科缴纳、自来水公司代收和工作人员到用水户收取的形式。各市将征收的水资源费按照一定比例上缴各市南水北调办公室。

7. 结语

6.2 统一管理模式下的管理框架

7.1 结论

本课题应用系统工程、水循环等理论系统解决了利用地下水库调蓄引江水的关键技术问题，即调蓄量、水库选址、库容计算、入渗场规模、管理模式等问题。通过地下水库调蓄引江水与调蓄引江水方案相比该工程还具有“建设维护成本低、水量损失小、管理方式简捷、风险小易控制、供水保证率高”的优点，建设管理投资的减少使供水成本大大降低，从而可降低供水水价，利用地下水库调蓄引江水工程是一个众望所归的“惠民工程”。地下水库没有涉及单位拆迁和移民问题，减少了人为因素的干扰，从而保证了地下水库可以长期稳定地运行，也是一项人水和谐、安民、环保的“民心工程”。

7.2 建议

一是开展唐沙河、沙铭河地下水库靶区入渗场大型野外入渗试验。为掌握唐河-沙河、沙河-铭河地下水库靶区入渗场在接近南水北调中线工程供水实际情况下的入渗能力，加快列入配套规划的步伐，应尽快开展大型入渗试验。

二是开展唐河-沙河、沙河-铭河地下水库数值模拟调蓄研究。利用地下水数值模拟研究地下水库在不同来水情况下的水库水位动态变化情况，分析计算外泄水量，研究其边界的稳定性。

三是建立实时水位、水量、水质监控系统。通过建立实时水位、水量、水质监控系统，为地下水库的运行管理提供基础数据，保障地下水库安全稳定运行。