地下水庫(kù)分類(lèi)方式淺析

陳明健

（江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計(jì)研究院， 江蘇 徐州 221006）

0 引言

我國(guó)水資源的時(shí)空、地域分布特點(diǎn)導(dǎo)致很多地區(qū)嚴(yán)重缺水，為滿(mǎn)足城市生產(chǎn)生活，農(nóng)作物灌溉需要，很多地區(qū)大量開(kāi)采地下水[1]，造成地面塌陷、地裂縫、地下水污染等地質(zhì)災(zāi)害。由于上述問(wèn)題的存在，儲(chǔ)存及調(diào)蓄水資源的地下水庫(kù)被越來(lái)越多應(yīng)用于生產(chǎn)生活中[2]。地下水庫(kù)(ground water reservoir)在國(guó)外通常指地下含水層(aquifer)[3-5]。在國(guó)內(nèi)地下水庫(kù)的概念是對(duì)比于地表水庫(kù)提出的，指利用地下含水層做為調(diào)蓄空間的蓄水實(shí)體；林學(xué)鈺[6]提出地下水庫(kù)是一個(gè)具有多種功能，包含水的供給、儲(chǔ)存、混合和輸送且便于開(kāi)發(fā)和利用的地下水儲(chǔ)水地區(qū)；趙天石[7]提出地下水庫(kù)是利用地下天然儲(chǔ)水空間， 儲(chǔ)存地下水資源的一種開(kāi)發(fā)工程；杜漢學(xué)[8]提出地下水庫(kù)就是存在于地下的天然大型儲(chǔ)水空間，為便于社會(huì)接受， 將厚大含水層和大型儲(chǔ)水構(gòu)造命名為“地下水庫(kù)”。針對(duì)地下水庫(kù)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(kù)分類(lèi)方式顯得愈發(fā)重要。

1 現(xiàn)有地下水庫(kù)分類(lèi)方式及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 按地下水庫(kù)構(gòu)筑形式分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)

按地下水庫(kù)有無(wú)構(gòu)筑形式分成三類(lèi)[6]：

(1)無(wú)壩地下水庫(kù)：指不需要建設(shè)地下?lián)跛畨伪隳苄纬捎行钏畮?kù)容的地下水庫(kù)。

(2)有壩地下水庫(kù)：有壩地下水庫(kù)是指當(dāng)儲(chǔ)水區(qū)邊界不滿(mǎn)足封閉條件時(shí)， 需要修建攔截地下水流的擋水壩， 形成可調(diào)蓄庫(kù)容的地下水庫(kù)。

(3)混合型地下水庫(kù)：指地下水庫(kù)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(kù)屬于混合型地下水庫(kù)。

優(yōu)點(diǎn)：按筑壩形式對(duì)地下水庫(kù)進(jìn)行分類(lèi)，便于直觀了解地下水庫(kù)是否進(jìn)行人為干預(yù)。

缺點(diǎn)：上述分類(lèi)過(guò)于簡(jiǎn)單，按筑壩形式分類(lèi)體現(xiàn)不出地下水庫(kù)的個(gè)性差異，如無(wú)壩地下水庫(kù)可能是兩條隔水?dāng)鄬又g的孔隙含水層為主的地下水庫(kù)，也可能是兩條隔水?dāng)鄬又g裂隙含水層為主的巖溶地下水庫(kù)。同時(shí)上述分類(lèi)并未結(jié)合地下水的相關(guān)知識(shí)，按筑壩形式分類(lèi)的地下水庫(kù)缺乏學(xué)術(shù)性，不便于交流。

1.2 結(jié)合地區(qū)特點(diǎn)分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)

結(jié)合地下水庫(kù)的介質(zhì)、地貌成因和位置、人為開(kāi)采情況等將遼寧省地下水庫(kù)劃分為五種類(lèi)型：調(diào)蓄型、開(kāi)采漏斗型、河谷型、陸地巖溶型、濱海巖溶型[7]。

優(yōu)點(diǎn)：此種分類(lèi)方式在實(shí)際應(yīng)用中因地制宜，具有地方特色。通過(guò)地下水庫(kù)介質(zhì)、地貌成因、位置、人為開(kāi)采情況對(duì)地下水庫(kù)進(jìn)行分類(lèi)便于直觀了解某一地下水庫(kù)現(xiàn)狀，同時(shí)結(jié)合地下水相關(guān)知識(shí)，提高了地下水庫(kù)學(xué)術(shù)性，便于相關(guān)人員準(zhǔn)確并快速了解地下水庫(kù)。

缺點(diǎn)：上述分類(lèi)依據(jù)較多、分類(lèi)較復(fù)雜且無(wú)法概括所有地下水庫(kù)。

1.3 按介質(zhì)類(lèi)型分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)

利用地下水含水介質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)[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(zhì)亞類(lèi)上對(duì)地下水庫(kù)進(jìn)行劃分，在每一地下水庫(kù)大類(lèi)基礎(chǔ)上結(jié)合地貌及地理位置劃分亞類(lèi)地下水庫(kù)。

優(yōu)點(diǎn)：按含水介質(zhì)分類(lèi)，能夠說(shuō)明地下水庫(kù)的具體含水介質(zhì)類(lèi)型，直觀形象；同時(shí)應(yīng)用地下水相關(guān)知識(shí)，使分類(lèi)更具有學(xué)術(shù)性。在亞類(lèi)劃分上結(jié)合地貌及地理位置使地下水庫(kù)的分類(lèi)更加實(shí)用。

缺點(diǎn)：所謂的孔隙、裂隙、巖溶等地下水庫(kù)，并不是一成不變的。三者之間隨時(shí)可能相互轉(zhuǎn)化，此種分類(lèi)不能從嚴(yán)格意義上包含全部地下水庫(kù)。

1.4 按地下水類(lèi)型分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)

利用地下水類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)[10]，地下水庫(kù)可劃分為潛水地下水庫(kù)、承壓水地下水庫(kù)及潛水—承壓水地下水庫(kù)。

優(yōu)點(diǎn)：地下水類(lèi)型劃分可囊括全部地下水庫(kù)。

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

2 地下水庫(kù)分類(lèi)方式探討

2.1 地下水庫(kù)劃分依據(jù)

針對(duì)上述分類(lèi)方式存在的不足，參考地表水庫(kù)分類(lèi)方式。在具體分類(lèi)時(shí)要做到包含地下水庫(kù)全部的同時(shí)還應(yīng)體現(xiàn)每個(gè)地下水庫(kù)的個(gè)性差異。本次劃分采用多指標(biāo)組合形式，并結(jié)合地表水庫(kù)部分指標(biāo)對(duì)地下水庫(kù)分類(lèi)方式進(jìn)行探討。選取指標(biāo)如下：地下水類(lèi)型及庫(kù)容指標(biāo)包含全部地下水庫(kù)，水庫(kù)庫(kù)區(qū)所在位置及水庫(kù)建設(shè)目的確保每個(gè)地下水庫(kù)的個(gè)體差異。最終分類(lèi)方式為水庫(kù)庫(kù)區(qū)所在位置+水庫(kù)建設(shè)目的+庫(kù)容+地下水類(lèi)型。

2.2 包含全部地下水庫(kù)的指標(biāo)

（1）地下水類(lèi)型：地下水類(lèi)型包括潛水和承壓水。結(jié)合李旺林教授按地下水類(lèi)型對(duì)地下水庫(kù)進(jìn)行分類(lèi)。地下水類(lèi)型及其組合形式為指標(biāo)可包含全部地下水庫(kù)。具體包括潛水、承壓水和潛水-承壓水組合型。

（2）庫(kù)容：地表水庫(kù)的庫(kù)容是劃分水庫(kù)等級(jí)的依據(jù)。通過(guò)庫(kù)容將地表水庫(kù)分為五個(gè)等級(jí)，用來(lái)判斷水庫(kù)蓄水量、水庫(kù)安全等級(jí)及水庫(kù)永久建筑物、臨時(shí)建筑物等級(jí)的指標(biāo)。將庫(kù)容引用到地下水庫(kù)作為地下水庫(kù)分類(lèi)依據(jù)的指標(biāo)，可直觀了解地下水庫(kù)蓄水量、人工參與筑壩的建筑物等級(jí)、地下水庫(kù)污染控制等級(jí)。結(jié)合地表水庫(kù)庫(kù)容劃分，地下水庫(kù)庫(kù)容在劃分時(shí)應(yīng)盡量與地表水庫(kù)的分類(lèi)相似，便于推廣使用。目前已建的地下水庫(kù)大部分不足10 億m3，故將庫(kù)容大于10 億m3的地下水庫(kù)定為特大型，結(jié)合地表水庫(kù)庫(kù)容標(biāo)準(zhǔn)按區(qū)間差將庫(kù)容指標(biāo)定為特大型、大型、中型、和小型（表1）[11]。

表1 地下水庫(kù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) Table 1 Groundwater reservoir classification standard

2.3 地下水庫(kù)個(gè)體差異指標(biāo)

（1）水庫(kù)庫(kù)區(qū)所在位置：水庫(kù)庫(kù)區(qū)所在位置即地下水庫(kù)的具體地點(diǎn)。目前已建水庫(kù)按庫(kù)區(qū)所在位置劃分共兩種；一種省份+具體地點(diǎn)（區(qū)或縣）為單位劃分，如北京張坊巖溶地下水庫(kù)[12]、北京西郊地下水庫(kù)[13]；以流域?yàn)閱挝粍澐?，如臺(tái)蘭河山前地下水庫(kù)[14]?？紤]到不是所有地下水庫(kù)都坐落在河流流域內(nèi)以及某些地下水庫(kù)范圍大于所在流域的面積，同時(shí)各省均有詳細(xì)的地質(zhì)圖及地質(zhì)資料，以省份+具體地點(diǎn)劃分，可獲取地下水庫(kù)所在地區(qū)的地質(zhì)類(lèi)型及含水層介質(zhì)類(lèi)型，因此統(tǒng)一采用省份加具體地點(diǎn)作為地下水庫(kù)庫(kù)區(qū)所在位置的分類(lèi)指標(biāo)，以此來(lái)體現(xiàn)地下水庫(kù)的個(gè)體差異性。

（2）水庫(kù)建設(shè)目的：建設(shè)地下水庫(kù)有很多目的，如滿(mǎn)足生產(chǎn)生活用水需求、阻止海水入侵、滯留洪水、解決由于前期過(guò)分開(kāi)采地下水帶來(lái)的降落漏斗問(wèn)題、地面沉降問(wèn)題、地裂縫問(wèn)題等。雖然建設(shè)地下水庫(kù)有很多目的但各個(gè)地方建設(shè)地下水庫(kù)的目的也不盡相同。如人口眾多的北京，建設(shè)地下水庫(kù)主要解決生活用水問(wèn)題；遼寧省的沿海城市建設(shè)地下水庫(kù)主要目的是防止海水入侵污染地下水；上海市建設(shè)地下水庫(kù)，在滿(mǎn)足生活用水的同時(shí)也起到防止地面沉降的目的。因此將水庫(kù)建設(shè)目的列為地下水庫(kù)分類(lèi)指標(biāo)可了解當(dāng)前地下水庫(kù)所在地區(qū)面臨的主要問(wèn)題，是地下水庫(kù)分類(lèi)必不可少的指標(biāo)。

3 地下水庫(kù)分類(lèi)方式舉例

3.1 北京西郊地下水庫(kù)所屬類(lèi)型

按上述地下水庫(kù)分類(lèi)指標(biāo)對(duì)北京西郊地下水庫(kù)分類(lèi)。北京西郊地下水庫(kù)位于永定河沖洪積扇的中上部，含水層介質(zhì)以卵礫砂石為主。在昆明湖、紫竹院、陶然亭至西紅門(mén)一線以西地帶為單一含水層區(qū)， 地下水類(lèi)型為潛水，以東地帶含水層由單一變?yōu)?～3層結(jié)構(gòu)， 地下水由潛水和承壓水組成；地下水庫(kù)的面積為333 km2，以1983 年最高水位， 計(jì)算出地下水調(diào)蓄庫(kù)容為8 億m3；北京西郊地下水庫(kù)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(shè)目的主要用于工業(yè)用水和居民生活引用水[13]。綜上，北京西郊地下水庫(kù)最終分類(lèi)為：北京西郊生產(chǎn)生活類(lèi)大型潛水、潛水-承壓水組合地下水庫(kù)。

3.2 北京張坊巖溶地下水庫(kù)所屬類(lèi)型

按上述地下水庫(kù)分類(lèi)指標(biāo)為北京張坊巖溶地下水庫(kù)分類(lèi)。張坊巖溶地下水庫(kù)，屬半開(kāi)放式山前淺埋巖溶地下水系統(tǒng)，含水層位于拒馬河流域，含水介質(zhì)以巖溶含水層為主。為單一含水層，地下水類(lèi)型是潛水；可調(diào)蓄庫(kù)容為2330×104m3，最大調(diào)蓄庫(kù)容為4690×104m3；作為應(yīng)急水源地，主要為北京西部企事業(yè)單位供水，即以生產(chǎn)生活用水為主[12]。綜上，北京張坊巖溶地下水庫(kù)最終分類(lèi)為：北京張坊生產(chǎn)生活類(lèi)中型潛水地下水庫(kù)。

4 結(jié)論

本文對(duì)已有地下水庫(kù)分類(lèi)方式進(jìn)行探討，并詳細(xì)介紹其優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)目前分類(lèi)方式存在的不足，指出地下水庫(kù)分類(lèi)應(yīng)同時(shí)兼顧共性和個(gè)性差異的原則；提出多指標(biāo)組合分類(lèi)法對(duì)地下水庫(kù)進(jìn)行分類(lèi)；利用上述方法對(duì)北京西郊地下水庫(kù)和北京張坊巖溶地下水庫(kù)進(jìn)行劃分。主要結(jié)論如下：

（1）多指標(biāo)組合分類(lèi)法包含指標(biāo)為水庫(kù)庫(kù)區(qū)所在位置、水庫(kù)建設(shè)目的、水庫(kù)庫(kù)容及地下水類(lèi)型。水庫(kù)庫(kù)區(qū)所在位置及建設(shè)目的指標(biāo)保證地下水庫(kù)個(gè)體差異；地下水類(lèi)型和庫(kù)容指標(biāo)包含全部地下水庫(kù)。最終按水庫(kù)庫(kù)區(qū)所在位置+水庫(kù)建設(shè)目的+庫(kù)容+地下水類(lèi)型對(duì)地下水庫(kù)進(jìn)行分類(lèi)。

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