舟山岛地下水库建设可行性分析

2019-12-03翁益松可建伟徐梦茜

浙江水利科技 2019年6期

翁益松，可建伟，徐梦茜

（1.舟山市水利局，浙江舟山 316021；2.舟山市水利勘测设计院，浙江舟山 316000）

1 问题的提出

舟山地处海岛，水资源匮乏，又因海岛地区建库条件差，缺少有效的蓄水工程，造成可供水量少，生活生产缺水严重。当前舟山岛再建造水库开发利用水资源的难度非常大，主要问题有：一是土地资源有限，山林植被破坏大；二是适宜建水库的地方甚少，难找一块集雨面积达3 km2以上的区域；三是政策处理难度大，投资成本极高。但同时舟山地处气候湿润的江南地区，每年的梅雨、台风季节，受外海潮水的顶托，强降雨形成的洪水无法排出，造成内涝、受淹。

针对在这种水少无水源补给、“水多”无调蓄空间的海岛地区，利用开挖建地下水库方式，提出一种新的开发利用水资源思路来解决旱与涝的水问题。

2 舟山岛水资源概况

2.1 水资源现状

舟山岛土地面积502.6 km2，多年平均降水量1 350 mm，水资源总量3.00亿m3，岛内水库、山塘、河道总蓄水能力约为1.10亿m3。舟山岛山地集雨面积约为370.0 km2，水库、山塘开发利用的集雨面积为150.0 km2。

根据1956 — 2000 年水评价系列统计，舟山岛最大年份水资源总量5.50亿m3（1977 年），最小年份水资源总量0.93亿m3（1968年），水资源量最丰年份是最枯年份的5.9倍，而最丰年与最枯年降水量之比为2.61倍。水资源总量的年际变化较降雨更为不均匀，在1956 — 2000 年期间，水资源总量大于均值的年份为19 a，小于均值的年份为 26 a。

此外近些年为缓解防洪排涝问题，每年都会修建强排泵站等大量的排涝工程，将降雨排至大海，尽管如此，本岛的防洪标准仍未达到应有的防洪要求。

2.2 水资源开发方式

从资源方面讲，舟山是一个降雨相对充沛而可用水资源总量、人均水资源量少和资源分布不均匀地区，主要呈现域内无大河流也无客水通过，水资源靠岛内陆域降雨，年度分布不均，岛内地域分布不均这几个特点。

从水资源开发利用角度看，舟山本岛自身水资源开发度已达30%左右，总蓄水能力不到1.10亿m3，本岛多年平均公共供水能力不足5 500万m3。近些年规划及实施的大陆引水、拓库扩容、新建调节水库、库塘联网、河道水系联通、海水淡化等项目，在一定程度上基本保障了地区用水需求。可存续率不高，储蓄调节能力小，随引随用的情况尚未得到根本改善。若遇上较大的干旱、枯水年，影响范围将是整个区域性的，包括大陆引水的水源地，可能出现无水可引或引水水质差的局面（根据舟山有气象资料以来的60 a统计资料，历史上至少出现过2次连续3 a的枯水期，年平均降雨量为最多年的40%，平均年的60% ～70%）。水资源不足、水安全御灾能力不强仍是舟山长期面对的基本问题。

3 舟山岛地质地貌

3.1 地形地貌

舟山岛系浙江省境内天台山余脉向东北方向延伸入海的出露部分，属海岛丘陵地貌，由火山岩类、侵入岩类等组成，岛内丘陵起伏，有较多的丘间谷地，中央绵亘分水岭、山脚和滨海呈小块平地。全岛最高峰为黄杨尖，海拔高程503.60 m，山丘面积约占73%，呈低山低丘地形地貌特征。舟山岛四周环海，河谷流程一般较短，季节性变化大，侵蚀作用虽明显，但并不强烈，沟谷发育，但较短小，上游沟谷窄，坡降较大；下游则多以宽谷为主，呈“U”型，切割深度一般为100.00 ～ 200.00 m不等，沟谷中常有较厚的松散堆积物。

3.2 地质构造

舟山岛为基岩岛，地层以上侏罗统火山岩为主，侵入岩比较发育，滨海小块平原分布有第四系陆、海相松散沉积层。舟山岛前第四纪地层主要分布在侵蚀剥蚀丘陵区，出露地层简单，主要为早白垩系磨石山群火山岩。舟山岛位于华南褶皱系（I2）浙东南褶皱带（II3）丽水 — 宁波隆起（III7）新昌 — 定海断隆（IV9）的东北部，也是浙闽粤沿海中生代火山带的北段。晚第四纪以来，构造运动和缓，表现为断裂活动弱，地震活动频率低，强度小。据记载，以舟山群岛新区为中心100 km范围内，仅有过一次震级为4.75级的地震，震中位于宁波市镇海，发生在1523年，区域地壳基本稳定。因此岛中部基岩处适合开挖地下水库。

4 地下储蓄水库建设的可行性分析

4.1 建设方案

舟山岛陆域面积502.0 km2，岛中部有一条贯穿整岛的山脊，将舟山岛划分为南北2个区域，舟山岛山地所占面积为73%以上，除修建部分水库外，暂未规划其他用途，且无较多人口聚集。山脊地下更是没有任何开发利用规划。以本岛63万m3/ km2水资源量计算，舟山岛370.0 km2山地面积，其水资源总量为2.30亿m3；还未开发利用的120.0 km2山地面积，其水资源总量为0.75亿m3。

以目前各地实施的海绵城市为背景，借鉴矿区利用废弃坑道储水的经验，采用地下洞群方式存储，以沿山修建截水沟渠汇流收集方式，可实现对降雨水量的滞留。沿本岛中脊修建贯穿整岛的地下洞群，将为留存降雨，沟通水系，防洪减灾、整岛水资源优化配置起到十分重要的作用。

地下储蓄水库主要以隧洞的方式实施开挖，地下洞室结构受地质条件因素影响较大，地质条件好的区域可建造大型蜂巢结构洞室，地质条件不利区域只建造为单一条型隧洞。按保守条件设计，地下水库采用隧洞形式，选用宽10.00 m，高15.00 m的常规洞型方案，洞室结构设主洞与支洞，隧洞从山体四周凹谷为作业面起点，向山体中心掘进，待水库施工完成时，起点可作为地表水进水口。为不影响地表各项设施，隧洞基本布置在山体下方，从海岛特殊地貌形式考虑，隧洞最高蓄水位为2.00 m，平均潮位以下深度为13.00 m，具体按平原地面高程和地层海水渗透情况确定。舟山岛地下水库洞室建设布置路由示意见图1，地下水库结构样式示意见图2。

图1 舟山岛地下水库洞室建设布置路由示意图

图2 地下水库结构样式示意图

4.2 地下水库建设与常规水库建设比较

4.2.1 费用比较

地表水库费用主要有土地征用费、移民安置费、工程建设费3部分组成。地下水库费用则主要为工程建设费。虽然工程建设费用较高，但不占用土地，又可将开挖出的石渣作为建筑材料出售。随着政策处理费用越来越高和土地资源紧缺，地下水库优势将逐步显现。以舟山岛大沙水库和黄金湾水库建设费用进行比较，具体见表1。

表1 地下水库与常规水库建设费用对比表

由表1可以看出，通过直接投资比较地表水库可比单位水量与地下水库相差不多，地下水库并无较大优势。若将土地出让费用，地下水库增加的蓄水量费用、后期管理运行费用及开挖地下水库宕渣出售等综合考虑，总成本将明显低于地表水库，且综合效益优于地表水库。以目前征地修建水库的价格计算，修建地下洞室结构的水库，同方量库容建设总费用是比建地面水库低的。

4.2.2 占地比较

舟山本岛地表水库多是利用山区地形修筑堤坝，拦截山地降雨，蓄积形成水库；还有围陆圈地修筑堤坝形成平地水库。

舟山山地可用于建造水库的区域基本上在20世纪六七十年代已开发完成。舟山缺少平原腹地，现有用于城市开发建设的土地，基本源于近现代围海形成，总量不足，现有土地基本已被使用。以当前在建的大沙水库为例，建设用地全部需要征地移民，占用93.3 hm2（1 400多亩）的土地，仅建成了888万m3的库容，而工程建设费用上，工程投资1.5亿元，征地及政策处理达9.5亿元，费用比为6倍多。为此舟山基本没有可供水库建设的土地，即便可通过征地移民腾出部分土地，征地成本与可形成的库容比，费用比非常高。

地下水库不受土地制约限制，是将占地面积较大的水库，从地表移至地面以下，不再占用现有较为紧缺的土地资源，可让出土地资源供城市建设使用。

4.2.3 水资源利用方式及管理比较

地表水库主要收集地表降雨和河道水，水面蒸发量大，舟山岛年水面蒸发量为800 ～ 1 000 mm。地下水库平时除可利用地表降雨外，还可收集地下岩体裂隙水蓄积，并可作为大陆引水调节水库，蒸发量少，储蓄率高。遇干旱时可利用储蓄的地下水供给；遇涝时，可利用地下洞室空间滞蓄洪水，起到增加蓄力，减小下游河道城区防洪压力，提高城市滞蓄力，对水资源利用更为充分。

地表水库通常建在山岙出口，地势较高，下游多为城市居民聚集区，有一定的防洪安全要求，日常要进行管理检测，尤其是在汛期、台风期间，更要加强管理。每运行6 ～ 10 a又需要进行安全鉴定等较为复杂的管理工作。

地下水库建于地下，一般蓄水位与区域地下水位一致，洪水期间，可利用地下水库库容作为滞洪库容，可有效减少城市水网用地。即使形成满蓄，也不会有防洪安全问题。地下水库为地下岩体中开挖形成，一般无须过多维护和管理。可有效减少管理单位工作任务。

4.3 地下水库水质分析

根据地下水库建设技术研究的需要，申报2018年度水利部技术示范项目《海岛地区地下水库储水技术研究与应用示范》（SF — 201817），并在舟山岛马目丁家山进行地下洞库蓄水试验，分别建设口径3.00 m×3.50 m，长150.00 m和190.00 m的2个蓄水隧洞，将从宁波市姚江引来的水灌入2个隧洞，从2017年4月17日 — 2018年6月11日，浙江省水资源监测中心舟山分中心对pH值、电导率、浊度、高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷、化学需氧量、氯化物、铁、锰11项指标时进行32次监测，各项指标趋势平稳，未出现太大的波动，其中浊度从3.39 NTU降到了0.28 NTU；氨氮指标明显降低，从0.898 mg/L降到了0.051 mg/L和0.025 mg/L。pH值、高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮4项指标变化趋势分别见图3 ～ 6。由此可见，地下水库虽然基本不见阳光、不透风，但水质不受影响，同时通过对舟山83351部队几十个洞库的多年水质资料分析后得出水质常年稳定，各项主要指标基本符合GB 3838 — 2002《地表水环境质量标准》和GB 5749 — 2006《生活饮用水卫生标准》。