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【理论】地下水库知多少?

2015-12-06 来源:杜新强, 秦延军, 齐素文, 等. 地下水库特征水位与特征库容的划分及确定 企业名称:

一、概念

地下水库:地下砂砾石孔隙、岩石裂隙或溶洞所形成的,或建筑地下截水墙,截蓄地下水或潜流而形成的有确定范围的贮水空间。可贮存地下水,采用回灌方式贮存地面水。

二、地下水库特征水位与特征库容划分

参考地表水库特征水位与库容的划分方案,将地下水库特征水位与特征库容进行如下划分(图1):

(1)死水位(H死)和死库容(V死)

在当前技术经济条件允许、不致引起环境负效应的前提下,地下水库允许的最大疏干水位称为死水位,它是地下水库是否丧失调控能力的临界水位,与其对应的地下水库蓄水体积称为死库容

(2)正常蓄水位(H正)与调蓄库容(V调)

长期储水而不引起环境负效应的前提下,地下水库能发挥最大蓄水效益时所达到水位称为正常蓄水位,正常蓄水位到死水位之间所对应的地下水库蓄水体积称调蓄库容,它是地下水库调蓄能力大小的重要指标,相当于地表水库的兴利库容。

(3)腾空库容(V空)和已占库容(V占)

地下水库现状地下水位到正常蓄水位之间的蓄水体积称为腾空库容,表明地下水库可利用的蓄水空间大小;从含水层隔水底板到现状地下水位之间的库容,已经被占用,称为已占库容,该指标表明现状条件下, 地下水库总库容中的已经利用部分。这两个特征库容的设定,体现了地下水库对水量动态调控的要求。

(4)总库容(V总)正常蓄水位

到地下水库隔水底板所对应的库容称为总库容,它包括地下水库的调蓄库容和死库容,数值上等于已占用库容和腾空库容之和,即V总=V死+V调=V空+V占

三、地下水库特征水位的确定原则

1.死水位的确定原则

(1)水量均衡:地下水库最低水位的确定必须建立在水资源的年内或年际平衡基础上,否则干旱季节或枯水年份将地下水位降得过低,而在丰水季节或丰水年仍然得不到有效补偿的话,势必影响到地下水库相应功能的正常实现。

(2)地表生态:最低地下水位不应导致区内地表生态环境退化,如地表荒漠化,湖泊、沼泽和湿地的萎缩等。

(3)地下水环境:地下水位过低可能引起与调蓄含水层有水力联系的其它劣质水体的入侵;另外,地下水位过低,造成含水层水文地球化学环境改变,可能造成地下水水质恶化。

(4)地质环境:对于水位抬升不可恢复的环境地质问题而言,例如,地面沉降,最低水位不超过现状地下水位即可,因为即使是地下水位有较大幅度回升,地面沉降的回弹量也是极其微小的;第二,对于地下水位上升可以改善的生态环境地质问题,应将地下水位升至不产生该问题时的临界地下水位。

(5)效益/成本:地下水库最低水位一般不应超过现有取水工程的最大提水深度,以免因水位过低造成开采井吊泵、报废,影响到水源地的正常运行、增加能耗、提高成本;或者因水位过低需要增加新井、安装新设备等而增加工程投资。

2.正常蓄水位的确定原则

(1)地表生态:地下水位过高的主要危害是可能产生土壤次生盐碱化,通常以地下水临界深度为指标。地下水临界深度指在一年中蒸发最强烈的季节,不致引起土壤表层积盐的最浅地下水埋藏深度,其值与地下水矿化度、土壤质地、气候条件等均有关系。

(2)蓄水效益:蓄水效益方面可以从有利于增加大气降水入渗补给量以及减少地下水无效损失量两个方面来考虑。从降水入渗的角度而言,降水入渗量的大小与地下水位埋藏深度有关,往往存在一个与降水入渗系数最大值相对应的地下水位埋藏深度[1] 。从减少地下水损失量而言,地下水的蒸发损失随着水位的升高而逐渐加大;对于非封闭边界,库区地下水位越高,则侧向径流排泄量就越大。

(3)水量均衡:考虑区内水资源储备量的需要以及可用的地下水人工补给水源的水量大小,根据实际情况设定正常蓄水高程。

 

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