姚建明 路亮 孫小玉 常興

摘?要：地下水是水資源的重要組成部分，地下水補給是關(guān)乎社會經(jīng)濟發(fā)展與人民福祉的重要措施。本文以天水市地下水資源補給為目的，從天水市自然環(huán)境條件與社會經(jīng)濟狀況出發(fā)，并分析各種地下水補給方法的利弊，為天水市地下水資源補給提供具備可實施性的建議，為天水市發(fā)展海綿城市提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地下水；雨水滲透；透水鋪裝；雨水花園；滲井

水是重要的自然資源和戰(zhàn)略資源，是人類生存所需要的最基本資源。地下水是水資源的重要組成部分，在維持農(nóng)業(yè)發(fā)展、保障人民日常生活、維護地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)平衡方面起著十分重要的作用［12］。近些年，為保障民生、支撐經(jīng)濟的快速發(fā)展，地下水資源開發(fā)利用規(guī)模逐年增加，作為水資源的重要組成部分，由于過量開采引發(fā)的一系列問題也日益凸顯［3］。地下水資源的過量開采使得含水層疏干，導(dǎo)致諸如地面沉降、地表地裂縫、巖溶塌陷、地下水水質(zhì)惡化、海水入侵、濕地萎縮、土地荒漠化等一系列環(huán)境地質(zhì)問題的發(fā)生，嚴重影響地下水資源的可持續(xù)利用和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展［2，4］。

地下水補給是指地下含水層或含水系統(tǒng)從外界獲得水量的過程［5］。在干旱和半干旱地區(qū)，地表水資源匱乏，且由于降雨稀少且具有高度時空非均質(zhì)性，地下水是重要甚至唯一的供水水源［6］。解決好地下含水層的補給問題，才能實現(xiàn)對地下水資源的可持續(xù)開發(fā)利用，為西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、居民生活水平提高提供重要保障。

天水市地下水資源相對貧乏，雨水時空分布不均，隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)、生活需水量增加，水資源供求矛盾日漸突出，已經(jīng)成為制約天水市經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素之一。探求對天水市地下水資源的科學(xué)管理和行之有效的地下含水層補給方法，對天水市水資源的優(yōu)化配置有著重要意義。

1?天水市概況

天水市位于甘肅省東南部，總面積1.43萬平方千米。天水市跨長江黃河兩大流域，以西秦嶺為分水嶺，北部地區(qū)為黃河流域渭河水系，面積11695km2，占全市面積的81.7%，南部為嘉陵江水系，占全市18.3%的面積。屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，西北高，東南低，平均海拔1100m，多年平均氣溫11.3℃，年無霜期185d。全市行政區(qū)包括秦州區(qū)、麥積區(qū)、清水縣、秦安縣、甘谷縣、武山縣及張家川回族自治縣。土壤以黃綿土、黑壚為主，土層深厚山塬開闊［7］。截至2021年，天水市常住人口295.65萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值750.33億元。

2?天水市地下水資源概況

2.1?天水市地下水資源總量

根據(jù)甘肅省水文局《水資源綜合規(guī)劃水資源調(diào)查評價報告》，天水市全域劃分為山丘區(qū)地下水資源評價類型，地下水資源量的計算采用排泄量法，河川基流量采用基流切割法計算，河川基流切割站選用武山、甘谷、秦安、社棠、天水、永寧河站。全市多年平均地下天然水資源量為5.15億m3/a，其中黃河流域為3.44億m3/a，長江流域為1.71億m3/a。地下水凈資源量（與河川徑流不重復(fù)的地下水資源量）為0.29億m3/a，均處渭河流域。各區(qū)縣地下水資源量見下表［8］。

2.2?天水市地下水資源補給量

張凌鵬在對天水市地下水資源進行評價時，將天水市分為河谷區(qū)和山區(qū)計算天水市地下水天然資源補給量。河谷區(qū)分為黃河流域和長江流域2個區(qū)域，經(jīng)計算，黃河流域地下水天然資源補給量為4.37×108m3/a，占河谷區(qū)地下水補給量總體的98.12%，長江流域地下水天然資源補給量為0.08×108m3/a。按照渭河流域山區(qū)和嘉陵江流域山區(qū)分別計算地下水資源天然補給量，結(jié)果為：渭河流域山區(qū)地下水資源補給量為1.73×108m3/a，嘉陵江流域山區(qū)地下水資源補給量為1.03×108m3/a。計算得出天水市地下水資源補給總量為7.21×108m3/a。

2.3?天水市地下水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

天水市城區(qū)用水主要以地下水為主，開采對象為耤河及渭河河谷地區(qū)第四系松散巖類孔隙水，此外還有分散式農(nóng)田灌溉機井的季節(jié)性開采，地下水開發(fā)利用程度較高。天水市地下水含水層變化幅度大，補給不足且與地表水交替強烈，調(diào)節(jié)能力差。分布在基巖山區(qū)、溝谷區(qū)的地下水主要作為分散村社的人畜飲用水源，只有少數(shù)相對寬闊的溝臺地上通過截引泉水或開采淺層地下水灌溉；城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)密集分布的河谷平原區(qū)，城市生活、工業(yè)及部分農(nóng)業(yè)灌溉用水均開采地下水，目前全市城市供水除張家川縣城由地表水供水以外，中心城區(qū)及其余縣城均由地下水水源地供水。

由于供水水源長期過量開采和受連年干旱少雨等因素影響，各縣區(qū)地下水源地水位下降，產(chǎn)水能力連年大幅減少，部分城區(qū)存在水壓偏低或白天無水夜間等水的情況，供水量不足嚴重影響到城市經(jīng)濟的健康發(fā)展和居民的正常生產(chǎn)生活，制約了城市的可持續(xù)發(fā)展。天水市水資源開發(fā)利用不平衡，部分水源地水資源豐富地段地下水資源開發(fā)利用率低，水資源貧乏地段開發(fā)利用率高，出現(xiàn)貧水區(qū)更加缺水的現(xiàn)象，且由于環(huán)保意識的匱乏，城市污水未經(jīng)處理直接排入水體，影響地下水質(zhì)。

3?天水市地下水資源補給途徑

地下水補給是通過深層包氣帶向下運移最終到達含水層補給地下水的過程。地下水的補給來源分為天然補給與人為補給，天然補給量來自大氣降水、地表水、凝結(jié)水以及相鄰含水層的補給等，人為補給主要有灌溉水入滲、水庫滲漏及人工回灌等，為改善地下水資源條件而采取的人工補給地下水的措施近年來發(fā)展較為迅速。

地下水人工補給指通過人為手段，將時間分配不均的供水不穩(wěn)定的地表水源，包括泉水、河流、水庫棄水、雨洪水、處理后的再生水等轉(zhuǎn)化為較為穩(wěn)定的、可持續(xù)利用的地下水資源的地下水補給方式［9］。20世紀60年代以來，隨著社會發(fā)展，對于資源的需求也日益增長，促進了世界各國地下水人工補給研究的發(fā)展。根據(jù)補給途徑及功能的不同可分為分散補給型、渠道補給型、入滲井補給型、過濾型、雨洪型及城市管網(wǎng)型6大類［10］。

結(jié)合上述人工補給技術(shù)，對其中應(yīng)用到的補給方式進行匯總，可以將地下水人工補給方式分為兩大類，直接補給法和間接補給法［11］。本文主要介紹直接補給法中的地面入滲法。

地面入滲法指的是通過人工挖鑿水塘、滲透池等地面集水設(shè)施或天然存在的洼地、河道等作為場地，使地表補給水源借助地表水與地下水間天然水頭差滲入地下含水層，起到增補地下水資源儲量的目的。地面入滲法以較低的工程成本取得不錯的收益，充分利用自然條件，運營管理簡便，一些地面入滲建筑，如雨水花園等在進行地下水補給任務(wù)的同時還可以作為景觀使用，美化環(huán)境。天水市城區(qū)綠化率低且微地形較為復(fù)雜，地下管網(wǎng)排水標準偏低且多為無組織排水，根據(jù)天水市自然條件以及工程造價等方面因素考慮，雨水花園、雨水滲井和透水鋪裝是較為適合作為天水市地下水人工補給的設(shè)施。

雨水花園于20世紀90年代首創(chuàng)，通過對該地區(qū)建立的花園的監(jiān)測和分析，表明雨水花園既有經(jīng)濟效益又有生態(tài)效益。雨水花園具體是指通過人工干預(yù)或者利用現(xiàn)有地形在城市未硬化路面通過設(shè)計一定的匯流比和適宜性植物、高效填料等，收集城市降雨徑流通過蓄水層中植物和土壤作用，實現(xiàn)雨水洪峰滯后、水質(zhì)凈化及地下水補給等功能［1214］。

雨水花園的構(gòu)造一般由內(nèi)到外分為五層：礫石層、砂層、種植土壤層、覆蓋層和蓄水層。根據(jù)是否有雨水回用，在礫石層中埋置集水穿孔管用于收集雨水再就近排入市政管網(wǎng)，選用適合天水地區(qū)的植物配置，如油松、小葉萬壽菊與芍藥搭配，可廣泛應(yīng)用于城市廣場以及公園空間，在增加雨水入滲量的同時改變居民居住環(huán)境。

城市環(huán)境中充斥著大量灰色基礎(chǔ)設(shè)施，導(dǎo)致在降雨發(fā)生時，大量的雨水無法下滲，且雨水在土層中的下滲具有速度慢、效率低的特點，使得大部分降雨無法滲入地下水層，地下水補給量遠遠小于消耗量。

雨水滲井是我國海綿城市建設(shè)技術(shù)體系中的一種滲透類雨水設(shè)施，具有促使雨水迅速入滲，削減徑流總量與峰值，緩解排水壓力等作用。在土層中埋置豎向滲透性透水混凝土濾芯作為過水通道，降雨發(fā)生時，雨水由地表快速下滲至多孔混凝土濾芯中，再由濾芯向四周土體中滲流，大幅提高雨水的下滲能力［1516］。雨水滲井選址前應(yīng)進行水文地質(zhì)勘察，分析地層穩(wěn)定性與承載力，避開濕陷性土壤以防出現(xiàn)滑坡等后期問題，滲井匯水范圍內(nèi)應(yīng)盡量避免徑流污染嚴重區(qū)域，防止對地下水水質(zhì)產(chǎn)生不良影響。

（a）

（b）

雨水花園示意圖

結(jié)語

天水市城鄉(xiāng)居民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要水源為地下水，但天水市境內(nèi)水資源相對匱乏，降雨時空分布不均，地下水補給量嚴重不足，導(dǎo)致地下水位連年下降，水資源的供需矛盾已經(jīng)成為制約全市經(jīng)濟發(fā)展，影響人民群眾生活質(zhì)量的關(guān)鍵問題。

根據(jù)天水市自然條件與經(jīng)濟條件的因素考慮，在天水市城區(qū)布設(shè)雨水花園、雨水滲井等LID措施，可以增加水資源利用率，延緩地表徑流的產(chǎn)生，增加地表水補給量，對天水地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護，社會經(jīng)濟發(fā)展有著重要意義。

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作者簡介：姚建明（1980—?），男，漢族，甘肅武山人，本科，工程師，研究方向：水資源管理、節(jié)約用水管理。