黄水河流域地表水地下水联合调度分析

柳新厚，王明波，刘建兴

（龙口市水务局，山东 龙口 265701）

水既是重要的自然资源,又是重要的自然环境要素,是可持续发展的基础与条件,是环境问题与发展问题的核心。随着经济与社会的迅速发展，水资源的短缺，水资源供需矛盾日益严重，地表水地下水联合调度越来越被人们重视。因此,综合考虑社会、经济、生态环境等制约因素,进行水资源可持续利用前景分析,开展地下水与地表水的联合优化调度研究,科学的优化和开发水资源,促进国民经济可持续发展已成为现在水资源战略研究的方向[1]。

1 黄水河流域地表水地下水联合调度的必要性

1.1 黄水河流域自然地理位置

黄水河流域位于山东半岛北部，发源于栖霞市的主山，自东南向西北经龙口市境内流入渤海，流域内总的地形是东南高、西北低，南部为低山丘陵，北部为平原，平原面积约占流域总面积的20%。流域呈残叶状，南北长约 50km，东西宽约 30km，干流全长 55.43km，流域面积 1034.47km2。

1.2 黄水河流域水文气象与水资源供需情况

黄水河流域内多年平均 (1983～2003年)降水量为613mm，降水量年内分配不均，71.4%的降水集中在6～9月份，仅 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%。降水量年际变化亦很大，1964年降水量1046.2mm，1989年仅为329.4mm，极差716.8mm。降水地域分布不均，南部山区降水量较大，北部平原区降水量较小。

根据相关资料，对黄水河流域龙口市境内各水平年的可供水量和需水量进行了预测，预测结果见表1。

表1 龙口市境内供需水量预测 （单位：万m3）

从表1中可以看到从2005年到2030年缺水量越来越大，届时水资源问题更为突出。由于黄水河流域总的地形特点，每年汛期都有大量的水成为弃水入海,因此有必要开展地表水与地下水的联合调度增加可利用水资源量。

2 黄水河流域地表水地下水联合调度的可行性分析

2.1 联合调度的理论基础

习惯说的水循环是指水文循环,它发生于大气水、地表水和地壳岩土体空隙中的地下水之间,在太阳辐射和重力作用下以蒸发、降水和径流等方式周而复始地进行。它通过不断循环转化来保证水质水量的不断更新,并在其再生速度水平上满足生物的永续利用。目前人力无法改变海洋与大陆之间的水文大循环,但却可以通过调节大陆内部的水文小循环条件,改善局部水资源状况。当天然条件下的水资源更新再生不能满足人类的需要时,不可避免的人们就要在一定范围内改造它。黄水河流域地表水地下水联合调度研究即是利用了水资源的系统性、流动性、可恢复性和调节性,结合其实际条件而进行的人类干预水文小循环改善水资源状况的探索。

地表水系统、地下水系统有各自的独立性,又有不可分割相互联系性。受各自系统补给条件影响,各自在系统内部的水量时空分布的不均性方面相对独立,同时两者都是水文循环的一部分,又可通过补给、径流和排泄等各种关系相互转化,即通过水的运动过程表现出相互联系性[2]。

2.2 联合调度的工程基础

2.2.1 地表工程条件分析

黄水河流域内现有水库、塘坝577座，其中大型水库1座，即王屋水库，其总库容为1.21亿m3，兴利库容0.725亿 m3，死库容 600万 m3，控制流域面积 320km2，具有多年调节功能；在黄水河主干河道中下游的侧高、吕家、西张家、妙果、黄河营等地修建了7座水力自控式钢筋混凝土翻扳拦河闸，对地表径流进行梯级拦蓄，与补源渗井工程相配合，组成地表水、地下水复合促渗系统。7座钢筋砼翻板拦河闸一次性最大拦蓄地表水的能力为 390.5万 m3，可回水总长度为 13610m(见表 2)。这些工程的实施，不仅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态环境，同时为实现地表水和地下水的联合调度奠定了基础。

表2 拦河闸指标及控制井数

2.2.2 地下工程条件分析

伴随着经济的快速发展，工业及生活用水量迅猛增加，各行业对水的需求不断加大，导致地下水开采强度增加，地下水位大幅度下降，疏干漏斗不断扩大，地下水位低于海平面的负值区面积最大达到225km2，出现了生态平衡的破坏，环境质量下降，海水向内陆侵染加剧，68km的海岸线上几乎全部出现海水入侵，最大入侵面积达113.5km2。

为了解决上述问题，利用黄水河下游良好的地下蓄水库容修建了有坝地下水库，地下水库系统工程包括补源渗井、工业废水排放系统、翻板拦河闸、地下挡水坝、供水工程、三水监测系统六部分组成[3-5]。这系统工程增加了地表水与地下水联系。地下水库工程投入运行后，有效地改善了黄水河流域的水环境，在缓解水资源供需矛盾、保障经济建设和城镇生活用水等方面发挥了积极作用。

3 黄水河流域科学利用水资源

通过数学模型、最优化技术、计算机网络技术等先进的科研成果,建立地表水地下水联合调度模型,以达到全流域生产生活用水优化分配、科学利用。

对于地表水体可依据来水、需水调节能力等特征参数,用生态经济的方法和水量平衡方法决策使用方案,以期达到最佳运行效益。对于地下水可以建立地下水数值模拟模型进行预测，在保证好生态环境的前提下，通过预测结果采取科学的开采方案，既可以降低地下水位，腾出库容使丰水期的多余洪水入渗地下，又可以使排泄掉的地下水资源转化为可利用的地下水资源。

要解决上述问题，一方面需要修建新的入渗补源工程，尤其是在地下水集中开采的地段，这些地段由于开采量较大、地下水降深大，有较大的腾空库容。同时，由于持续开采有较大复蓄能力，因此，在这些地段修建新的补源工程，补源效果会更明显；另一方面，要充分发挥地表水拦蓄工程的调节作用，这种作用既表现在可以将丰水期来水拦蓄起来，供枯水期用水之需或用于地下水人工补源，还表现在可以对流量较大来水进行调节，控制下泄流量，使部分水量通过人工措施引到支渠或斗沟中补源或自然渗漏补给地下水。除此之外，还可通过加强用水管理，制定应急对策及预备方案等措施来调节地下水开采量。应急预备方案为第一、第二枯水年，削减地表水供水量，第三、四个枯水年时，采取压缩工农业生活以及非生产用水，削减地下水开采量5%～10%，为城区供水储备应急用水。

采取应对措施后，依据所建立的地下水量优化模型，对四枯一丰的地下水库调蓄调控周期重新进行了模拟，结果见表3。经计算，丰水年可使地下水人工补给量达到原设计值，枯水年则可增加地下水入渗补给量300万m3，要达到此目标，需要在现有集中开采地段及其它河流渠道修建新的人工补源工程，补给能力约5万m3/d。由此可见，地下水库在新的运行方式下，4个枯水年超采量在一个丰水年基本能得到补偿，超采部分不超过多年平均开采量的15%，不会导致地下水位大幅下降。

表3 黄水河地下水库丰枯调蓄调控模拟结果（单位：万 m3/a）

4 黄水河流域地表水地下水联合调度潜力分析

上述工程系统经过多年运行，减少了多余洪水入海量，地下水位上升，许多农业开采井复活，增加了水资源可利用量，缓解和避免了因水资源紧缺、水质恶化而引发的各种社会矛盾，促进了社会安定，产生了良好的社会效益。但是也存在一些问题，从而使黄水河流域地表水地下水联合调度具有一定潜力：

（1）龙口市境内地表蓄水工程大部分在上世纪60～70年代修建，由于当时的施工条件和技术条件限制，出现了不少病危险库，一些输水渠道标准低，渗漏水较多，许多工程老化，存在着质量隐患。需要经过科学计算，抬高汛限水位，尽可能在保证安全情况下多蓄洪水资源，以利于联合调度。

（2）回灌补源工程是入渗雨洪水的一项关键工程，目的是为了加大地表径流的入渗，尤其是雨洪水向地下水的转化，主要包括布置在河床上的渗沟、渗渠、渗井等措施，与地下含水层沟通，加快雨洪水入渗补给地下水的速度，进而增加入渗补给量。经过多年运行，可能有些堵塞失去应有功能，需要重新布置。另外，随着经济发展，人们需水量增多，需要重新调整开采布局。所以要调整联合调度方案。

（3）浪费水的现象仍比较普遍，居民生活、公共设施、工业、农业不同程度上都存在着浪费水的情况。不合理的用水结构也浪费了大量水资源。所以应该建立黄水河流域地表水地下水联合调度管理系统。

[1]孟庆伟,刘继朝,苗长军,等.豫北平原地下水与地表水联合调度初探[J].地下水,2004,26(4):232-235.

[2]王大纯,张人权,史毅虹,等.水文地质学基础[M].北京:地质出版社,1995.

[3]刘溱蕃,孟凡海,张树荣.龙口市滨海地下水库系统工程[J].勘察科学技术,2003,(6):47-52.

[4]徐征和,陈吉亭,刘健勇,等.地下水回灌补源生态修复技术研究[J].地下水,2006,28(3):78-81.

[5]刘青勇,张保祥,张 欣,等.山东半岛地下水库建设与研究进展[J].地下水,2007,29(5):33-36.