柳新厚，王明波，劉建興

（龍口市水務(wù)局，山東 龍口 265701）

水既是重要的自然資源,又是重要的自然環(huán)境要素,是可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)與條件,是環(huán)境問題與發(fā)展問題的核心。隨著經(jīng)濟與社會的迅速發(fā)展，水資源的短缺，水資源供需矛盾日益嚴(yán)重，地表水地下水聯(lián)合調(diào)度越來越被人們重視。因此,綜合考慮社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境等制約因素,進行水資源可持續(xù)利用前景分析,開展地下水與地表水的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度研究,科學(xué)的優(yōu)化和開發(fā)水資源,促進國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展已成為現(xiàn)在水資源戰(zhàn)略研究的方向[1]。

1 黃水河流域地表水地下水聯(lián)合調(diào)度的必要性

1.1 黃水河流域自然地理位置

黃水河流域位于山東半島北部，發(fā)源于棲霞市的主山，自東南向西北經(jīng)龍口市境內(nèi)流入渤海，流域內(nèi)總的地形是東南高、西北低，南部為低山丘陵，北部為平原，平原面積約占流域總面積的20%。流域呈殘葉狀，南北長約 50km，東西寬約 30km，干流全長 55.43km，流域面積 1034.47km2。

1.2 黃水河流域水文氣象與水資源供需情況

黃水河流域內(nèi)多年平均 (1983～2003年)降水量為613mm，降水量年內(nèi)分配不均，71.4%的降水集中在6～9月份，僅 7～8月份降水量即占全年的 50.6%，而3～5月份降水量占全年的13.6%，10～11月份占全年的9.9%。降水量年際變化亦很大，1964年降水量1046.2mm，1989年僅為329.4mm，極差716.8mm。降水地域分布不均，南部山區(qū)降水量較大，北部平原區(qū)降水量較小。

根據(jù)相關(guān)資料，對黃水河流域龍口市境內(nèi)各水平年的可供水量和需水量進行了預(yù)測，預(yù)測結(jié)果見表1。

表1 龍口市境內(nèi)供需水量預(yù)測 （單位：萬m3）

從表1中可以看到從2005年到2030年缺水量越來越大，屆時水資源問題更為突出。由于黃水河流域總的地形特點，每年汛期都有大量的水成為棄水入海,因此有必要開展地表水與地下水的聯(lián)合調(diào)度增加可利用水資源量。

2 黃水河流域地表水地下水聯(lián)合調(diào)度的可行性分析

2.1 聯(lián)合調(diào)度的理論基礎(chǔ)

習(xí)慣說的水循環(huán)是指水文循環(huán),它發(fā)生于大氣水、地表水和地殼巖土體空隙中的地下水之間,在太陽輻射和重力作用下以蒸發(fā)、降水和徑流等方式周而復(fù)始地進行。它通過不斷循環(huán)轉(zhuǎn)化來保證水質(zhì)水量的不斷更新,并在其再生速度水平上滿足生物的永續(xù)利用。目前人力無法改變海洋與大陸之間的水文大循環(huán),但卻可以通過調(diào)節(jié)大陸內(nèi)部的水文小循環(huán)條件,改善局部水資源狀況。當(dāng)天然條件下的水資源更新再生不能滿足人類的需要時,不可避免的人們就要在一定范圍內(nèi)改造它。黃水河流域地表水地下水聯(lián)合調(diào)度研究即是利用了水資源的系統(tǒng)性、流動性、可恢復(fù)性和調(diào)節(jié)性,結(jié)合其實際條件而進行的人類干預(yù)水文小循環(huán)改善水資源狀況的探索。

地表水系統(tǒng)、地下水系統(tǒng)有各自的獨立性,又有不可分割相互聯(lián)系性。受各自系統(tǒng)補給條件影響,各自在系統(tǒng)內(nèi)部的水量時空分布的不均性方面相對獨立,同時兩者都是水文循環(huán)的一部分,又可通過補給、徑流和排泄等各種關(guān)系相互轉(zhuǎn)化,即通過水的運動過程表現(xiàn)出相互聯(lián)系性[2]。

2.2 聯(lián)合調(diào)度的工程基礎(chǔ)

2.2.1 地表工程條件分析

黃水河流域內(nèi)現(xiàn)有水庫、塘壩577座，其中大型水庫1座，即王屋水庫，其總庫容為1.21億m3，興利庫容0.725億 m3，死庫容 600萬 m3，控制流域面積 320km2，具有多年調(diào)節(jié)功能；在黃水河主干河道中下游的側(cè)高、呂家、西張家、妙果、黃河營等地修建了7座水力自控式鋼筋混凝土翻扳攔河閘，對地表徑流進行梯級攔蓄，與補源滲井工程相配合，組成地表水、地下水復(fù)合促滲系統(tǒng)。7座鋼筋砼翻板攔河閘一次性最大攔蓄地表水的能力為 390.5萬 m3，可回水總長度為 13610m(見表 2)。這些工程的實施，不僅增加了河道的多余洪水利用功能、改善了河道工程面貌和生態(tài)環(huán)境，同時為實現(xiàn)地表水和地下水的聯(lián)合調(diào)度奠定了基礎(chǔ)。

表2 攔河閘指標(biāo)及控制井?dāng)?shù)

2.2.2 地下工程條件分析

伴隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)及生活用水量迅猛增加，各行業(yè)對水的需求不斷加大，導(dǎo)致地下水開采強度增加，地下水位大幅度下降，疏干漏斗不斷擴大，地下水位低于海平面的負值區(qū)面積最大達到225km2，出現(xiàn)了生態(tài)平衡的破壞，環(huán)境質(zhì)量下降，海水向內(nèi)陸侵染加劇，68km的海岸線上幾乎全部出現(xiàn)海水入侵，最大入侵面積達113.5km2。

為了解決上述問題，利用黃水河下游良好的地下蓄水庫容修建了有壩地下水庫，地下水庫系統(tǒng)工程包括補源滲井、工業(yè)廢水排放系統(tǒng)、翻板攔河閘、地下?lián)跛畨?、供水工程、三水監(jiān)測系統(tǒng)六部分組成[3-5]。這系統(tǒng)工程增加了地表水與地下水聯(lián)系。地下水庫工程投入運行后，有效地改善了黃水河流域的水環(huán)境，在緩解水資源供需矛盾、保障經(jīng)濟建設(shè)和城鎮(zhèn)生活用水等方面發(fā)揮了積極作用。

3 黃水河流域科學(xué)利用水資源

通過數(shù)學(xué)模型、最優(yōu)化技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進的科研成果,建立地表水地下水聯(lián)合調(diào)度模型,以達到全流域生產(chǎn)生活用水優(yōu)化分配、科學(xué)利用。

對于地表水體可依據(jù)來水、需水調(diào)節(jié)能力等特征參數(shù),用生態(tài)經(jīng)濟的方法和水量平衡方法決策使用方案,以期達到最佳運行效益。對于地下水可以建立地下水?dāng)?shù)值模擬模型進行預(yù)測，在保證好生態(tài)環(huán)境的前提下，通過預(yù)測結(jié)果采取科學(xué)的開采方案，既可以降低地下水位，騰出庫容使豐水期的多余洪水入滲地下，又可以使排泄掉的地下水資源轉(zhuǎn)化為可利用的地下水資源。

要解決上述問題，一方面需要修建新的入滲補源工程，尤其是在地下水集中開采的地段，這些地段由于開采量較大、地下水降深大，有較大的騰空庫容。同時，由于持續(xù)開采有較大復(fù)蓄能力，因此，在這些地段修建新的補源工程，補源效果會更明顯；另一方面，要充分發(fā)揮地表水?dāng)r蓄工程的調(diào)節(jié)作用，這種作用既表現(xiàn)在可以將豐水期來水?dāng)r蓄起來，供枯水期用水之需或用于地下水人工補源，還表現(xiàn)在可以對流量較大來水進行調(diào)節(jié)，控制下泄流量，使部分水量通過人工措施引到支渠或斗溝中補源或自然滲漏補給地下水。除此之外，還可通過加強用水管理，制定應(yīng)急對策及預(yù)備方案等措施來調(diào)節(jié)地下水開采量。應(yīng)急預(yù)備方案為第一、第二枯水年，削減地表水供水量，第三、四個枯水年時，采取壓縮工農(nóng)業(yè)生活以及非生產(chǎn)用水，削減地下水開采量5%～10%，為城區(qū)供水儲備應(yīng)急用水。

采取應(yīng)對措施后，依據(jù)所建立的地下水量優(yōu)化模型，對四枯一豐的地下水庫調(diào)蓄調(diào)控周期重新進行了模擬，結(jié)果見表3。經(jīng)計算，豐水年可使地下水人工補給量達到原設(shè)計值，枯水年則可增加地下水入滲補給量300萬m3，要達到此目標(biāo)，需要在現(xiàn)有集中開采地段及其它河流渠道修建新的人工補源工程，補給能力約5萬m3/d。由此可見，地下水庫在新的運行方式下，4個枯水年超采量在一個豐水年基本能得到補償，超采部分不超過多年平均開采量的15%，不會導(dǎo)致地下水位大幅下降。

表3 黃水河地下水庫豐枯調(diào)蓄調(diào)控模擬結(jié)果（單位：萬 m3/a）

4 黃水河流域地表水地下水聯(lián)合調(diào)度潛力分析

上述工程系統(tǒng)經(jīng)過多年運行，減少了多余洪水入海量，地下水位上升，許多農(nóng)業(yè)開采井復(fù)活，增加了水資源可利用量，緩解和避免了因水資源緊缺、水質(zhì)惡化而引發(fā)的各種社會矛盾，促進了社會安定，產(chǎn)生了良好的社會效益。但是也存在一些問題，從而使黃水河流域地表水地下水聯(lián)合調(diào)度具有一定潛力：

（1）龍口市境內(nèi)地表蓄水工程大部分在上世紀(jì)60～70年代修建，由于當(dāng)時的施工條件和技術(shù)條件限制，出現(xiàn)了不少病危險庫，一些輸水渠道標(biāo)準(zhǔn)低，滲漏水較多，許多工程老化，存在著質(zhì)量隱患。需要經(jīng)過科學(xué)計算，抬高汛限水位，盡可能在保證安全情況下多蓄洪水資源，以利于聯(lián)合調(diào)度。

（2）回灌補源工程是入滲雨洪水的一項關(guān)鍵工程，目的是為了加大地表徑流的入滲，尤其是雨洪水向地下水的轉(zhuǎn)化，主要包括布置在河床上的滲溝、滲渠、滲井等措施，與地下含水層溝通，加快雨洪水入滲補給地下水的速度，進而增加入滲補給量。經(jīng)過多年運行，可能有些堵塞失去應(yīng)有功能，需要重新布置。另外，隨著經(jīng)濟發(fā)展，人們需水量增多，需要重新調(diào)整開采布局。所以要調(diào)整聯(lián)合調(diào)度方案。

（3）浪費水的現(xiàn)象仍比較普遍，居民生活、公共設(shè)施、工業(yè)、農(nóng)業(yè)不同程度上都存在著浪費水的情況。不合理的用水結(jié)構(gòu)也浪費了大量水資源。所以應(yīng)該建立黃水河流域地表水地下水聯(lián)合調(diào)度管理系統(tǒng)。

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[2]王大純,張人權(quán),史毅虹,等.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:地質(zhì)出版社,1995.

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[4]徐征和,陳吉亭,劉健勇,等.地下水回灌補源生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究[J].地下水,2006,28(3):78-81.

[5]劉青勇,張保祥,張 欣,等.山東半島地下水庫建設(shè)與研究進展[J].地下水,2007,29(5):33-36.