文档介绍：利用地下水库调蓄水资源
孙蓉琳   梁  杏   张人权
(中国地质大学·武汉)
本成果为地质调查项目《水文地质发展战略与水工环地质调查战略研究》成果之一,由中国地质大学(武汉)环境学院城市环境研究所承担完成。
一、利用地下水库调蓄水资源的意义
到2025年,世界上将有1/3的国家和地区会面临水资源短缺问题。然而,很多缺水地区,每年却有大量的雨洪径流泄入海洋。尤其是季风气候地区,降水往往只集中在短短的几个月里,大量的淡水没有得到有效利用,使得这些地区同时遭受干旱和洪涝灾害。
我国是个典型的大陆季风气候国家,降水在年内高度集中,年际变化剧烈。大部分地区,6~9月的降水量占全年的60~80%,而这几个月的降水也只是集中在若干天内。在年际变化上,我国南方地区年最大降水量一般为年最小降水量的2~4倍,北方地区为3~8倍。因此,水资源中大约2/3的水是洪水径流量。另一方面,我国南方水资源丰富,耕地少;北方水资源缺乏,耕地多;近20多年来,我国北方干旱缺水与南方洪涝灾害同时出现,形成了北旱南涝的局面。降水时空分布不均,是造成我国水旱灾害频繁和水资源供需矛盾十分尖锐的主要原因。
调蓄水资源是解决这些矛盾的重要途径之一。除了利用江河湖泊等天然地表水体外,世界各国愈来愈多地通过修建地表水库调蓄水资源。
近几十年来,我国修建了很多地表水库,这些水库在防洪抗旱方面发挥了重要作用,并带来了巨大的经济利益。与此同时,修建地表水库也出现了不少问题。例如:库区泥沙淤积降低了水库调蓄能力,甚至导致水库壅水淤积、洪灾加剧(如三门峡水库);干旱半干旱地区,水库蒸发损失造成水资源的巨大浪费;水库壅水及水库渗漏导致库区地下水位抬升,引起次生沼泽化和盐渍化,触发滑坡崩塌,破坏洄游鱼类的生态环境;库区移民造成了沉重的社会经济负担等。
基于以上原因,发达国家正在放弃修建地表水库调蓄水资源的传统做法,甚至考虑拆除一些已建水库,转而利用地下含水层——地下水库调蓄水资源。地下水库将水蓄存在地下岩土的空隙中,可以避免因修建地表水库引起的负效应,就蓄水能力来说造价也远远低于同等规模的地表水库。
修建地下水库,还可以多方面改善生态环境。例如,通过人工补给含水层抬升地下水位,可以消减因地下水超采形成的降落漏斗,缓解地面沉降,减少由于抽水引起不均匀沉降导致的地裂缝,阻止海水入侵,恢复湿地面积,缓解土地荒漠化、沙漠化等。
总之,利用地下水库调蓄水资源,可以对含水层有计划的补给与回采,实现含水层的可持续利用,并有效改善生态环境。由于我国能源缺乏而水能丰富,降水分布不均,因此,利用地表水库发电、防洪与调蓄水资源,仍有必要;与此同时,有必要大力发展地下水库。
二、利用地下水库调蓄水资源的发展概况
(一)地下水库在国内外的发展
作为一种有效的、环保的、经济的地下开发工程,地下水库在国外发展很快。对于地下水库,国外常用的提法是“含水层人工补给”或“含水层储存与回采(ASR--aquifer storage and recovery)”。
美国正在实施“含水层储存回采ASR工程计划”,到2002年7月,正在运行的ASR系统共有56个,而建成的系统则有100个以上。仅佛罗里达州南部,在墨西哥海湾沿岸已经修建了26个ASR工程,约有330口ASR井;下一步,该州将会在内陆湖Okeechobee周围修建ASR工程。目前,prehensive Everglades Restoration Plan——综合湿地恢复计划)的重要组成部分。美国国家研究理事会水科学与技术委员会和美国地质调查局水资源研究分委会,还把“含水层储存与回采ASR工程”作为“区域和全国尺度地下水系统调查”最优先资助领域之一。
瑞典、荷兰、德国、澳大利亚、日本、伊朗等国,都在实施地下水人工补给,以解决国内水资源短缺问题。瑞典、荷兰和德国的人工补给含水层工程,在总供水中所占的份额分别达到20%、15%和10%。20世纪50年代起,荷兰在沿海人口稠密的城市地区开展了大规模的地下水人工补给工程;到1990年,×108m3/a。
我国也已经开始实施地下水库调蓄工程,如北京西郊、山东龙口、大连旅顺等地都已经修建了地下水库,积累了一些经验。处于永定河冲洪积扇中上部的北京西郊地下水库,是个多年调节型地下水库。该地下水库利用旧河道、平原水库、深井、废弃砂石坑进行回灌,取得了一定的效果,使得永定河河床地下水位上升2~3m。山东龙口黄水河地下水库,建成于1995年,是国内第一个设计功能较为完整的地下水库,通过修建拦河闸、地下坝及大量引渗设施,联合调蓄地表水与地下水;据估算,×104~×104 m3(不同来源的资料,所提供的地下水增量很不一致,此值仅供参考),