南宮地下水庫引滲回灌方式研究

徐寶同 劉立華

（河北省水利水電第二勘測設計研究院 河北石家莊 050021）

南宮地下水庫引滲回灌方式研究

徐寶同 劉立華

（河北省水利水電第二勘測設計研究院 河北石家莊 050021）

南宮地下水庫位于古河道帶上，古河道砂層比較發育，河床相砂層厚度較大，粒徑相對較粗，透水性好，是一個良好的地下水庫儲水空間。庫區范圍內溹瀘河、清西干渠、九支渠等現狀河渠，具有作為回灌場的有利地貌、地質條件。

南宮 地下水庫 引滲回灌 研究

1 背景工程概況

南宮地下水庫位于河北省南宮市古黃（河）、（大）清（河）、漳（河）故道處，庫區面積206km2，庫底埋深約34m，蓄水總量4.6億m3（水位埋深3～34m）。

1.1 回灌場概況

南宮地下水庫位于古河道帶上，古河道砂層比較發育，河床相砂層厚度較大，粒徑相對較粗，孔隙率高，透水性好，有較大的儲水空間。庫底為湖沼相壤土、粘土，庫區東西兩側以湖沼相及泛濫相壤土、粘土為主，夾砂壤土，為相對阻水帶，庫區周邊條件比較清楚，是一個良好的地下水庫儲水空間。庫區內淺層地下水為第四系孔隙潛水，埋深15～28m。含水層上部主要為粉細砂、砂壤土層，水質屬淡水～微咸水（局部有咸水），下部中細砂、細砂、粉砂層具有中等透水性，中細砂為主砂層給水度0.113，粉砂為主砂層給水度0.067。

庫區范圍內溹瀘河、清西干渠、九支渠等現狀河渠，具有作為回灌場的有利地貌、地質條件。

1.2 引滲水源和引水時段

南宮地下水庫一期工程依托引黃入冀工程以黃河水為水源，通過清涼江揚水站揚水入清西干渠，后輸水至庫區回灌場。遠期考慮需要與可能，通過擴建清涼江揚水站或自引黃入冀補淀工程總干渠東風渠引水入溹瀘河等工程措施，充分利用地下水庫的調蓄能力，擴大受益范圍。亦可相機引蓄岳城水庫或衛河汛期洪水作為地下水庫可能水源。

通過水資源供需分析計算，結合涼江揚水站規模、回灌能力、水庫庫容等因素，確定引黃水量為3128萬m3。清涼江揚水站規模為38.88萬m3/d（4.5m3/s），一個引黃過程需向地下水庫供水約80天，滿足我省冬四月引水時段要求。

2 河渠入滲能力分析

河渠滲漏一般分為三個階段，即濕潤底土階段、自由滲流階段和頂托滲流階段（穩定滲流階段）。來水初期，滲漏水首先濕潤渠底以下土層，隨著濕潤深度的增加滲漏量逐漸減小，地下水運動呈不穩定狀態，且這一階段持續時間相對較短，本次不再考慮該階段的滲漏影響。

2.1 自由滲流階段

（1）單位長度滲漏量計算

在自由滲流情況下，河渠的滲漏量主要決定于河渠斷面形式、水位、渠床和下部土層的滲透系數等，在地下水與河（渠）底銜接前，河渠的滲流受地下水位的影響較小，滲漏量基本保持穩定?？刹捎孟铝泄接嬎悖?/p>

式中，q為河渠單位長度滲漏量（m3/d/m）；

k為河（渠）床滲透系數，試驗成果表明中心試驗站處滲透系數為0.325m/d，根據地質章節溹瀘河各鉆孔平均綜合滲透系數為0.085m/d，綜合確定取為0.2m/d；

B為河渠水面寬（m），B=b+2mh；

A為根據滲流理論推導的來的系數，視斷面形式而定，對于水面寬度較小的渠道，為方便計算有時近似地采用A=2，在水面寬度較大時，A值可達3～4，本次取2；

hk為為土壤毛管水上升高度（m），亞砂最大毛管水上升高度為1.2～2.5m，取1.8m。

首先分析現狀河渠的入滲能力，溹瀘河按照除澇規劃斷面清淤，清西干渠、九支渠按原設計斷面清淤，自由滲流階段各河渠單位河長滲漏量計算成果，見表1。

表1 各河渠單位河長滲漏量計算成果表

（2）頂托的判別

在河渠滲漏量保持一定時，向一側排泄的滲漏量為，距離河道中心線處地下水的上升值可按下列公式計算：

式中，S為地下水上升值（m）；

x為距河道中心線的距離（m）；

q為河渠單位長度滲漏量（m3/d/m）；

μ為給水度，按綜合給水度計，為0.07；

α為含水層壓力傳導系數，據試驗成果取89m2/d；

t為時間（d）；

現狀庫區地下水埋深20～26m，為簡化計算地下水位上升值均按20m計，則各河渠達到頂托入滲階段的時間計算成果詳見表2。

表2 各河渠達到頂托入滲所需時間表

由表1和2可知，單位河長入滲量越大，達到頂托滲流階段越快，也就是說河道越寬、水深越大，越容易形成頂托。

2.2 穩定滲流階段

試驗成果表明，試驗站處地下水埋深2～4m，試驗成果為單位面積穩定入滲率2～5mm/h。本次優先利用現狀的溹瀘河、清西干渠、九支渠等河渠作為入滲場所，且地下水埋深較大，達25m左右，綜合確定單位面積穩定入滲率采用3mm/h（折合0.072m/d）。

現有渠道回灌能力成果見表3。

表3 現有各河渠達回灌能力成果表

由上表可知，現有河渠回灌能力不能滿足回灌工程要求。且溹瀘河達到穩定滲流階段僅用時5天，之后回灌入滲能力大大降低，從偏于安全角度出發，回灌方案擬定時不再考慮渠道自由滲流階段的影響。

3 回灌井入滲能力分析

3.1 裘布衣公式法

根據《地下水動力學》，完整潛水注水井公式：

式中，Q為單井流量（m3/h）；

k為滲透系數，根據試驗成果水平滲透系數取6.51m/d；

hw為井水位到底板的距離（m）；

H0為地下水位到底板的距離（m）；R為影響半徑（m）；

rw為井的半徑，按0.25m計。

3.2 經驗公式法

根據《供水水文地質手冊（第三冊）》，在松散的含水層中灌水，單位回灌量一般小于抽水時的單位出水量。在細顆粒含水層中，單位回灌量是單位出水量的1/3至1/2。

回灌井入滲計算成果見表4。

表4 回灌井入滲成果表

根據《供水水文地質手冊（第三冊）》，天津地區細砂、夾粉砂含水層井灌試驗成果表明，當靜水位埋深35～40m，回灌水位埋深25～35m，即水頭差10m左右時單井回灌量20～30m3/h。結合相關工程經驗，本次采用偏保守的成果，即單井回灌入滲量為10m3/h。

4 引滲回灌方式選擇

回灌工程按照優先利用已有工程、回灌與灌溉結合布置的原則，將渠道、回灌井入滲兩種回灌方式，按照采用單一或組合的回灌方案組合進行比較,各方案比較成果見表5。

表5 各方案比較表

方案一（渠道入滲方案）：以清西干渠、溹瀘河為回灌骨架，結合灌溉恢復中心試驗區引水渠、喬村渠、清溹渠等作為回灌場，若不滿足回灌要求局部擴寬溹瀘河；

方案二（回灌井入滲方案）：以清西干渠、溹瀘河為回灌骨架，結合灌溉恢復中心試驗區引水渠、喬村渠、清溹渠等作為回灌場，若不滿足回灌要求在原中心試驗區集中連片布置回灌井；

方案三（結合方案）：清淤疏浚清西干渠、溹瀘河、九支渠、中心試驗區引水渠、喬村渠、清溹渠等河渠，將回灌井布置于河（渠）底?？紤]回灌井與渠道入滲相互影響，回灌井入滲能力按80%計。

由上表可知，在相同的回灌能力條件下，方案三大大節省了占地，投資較少，故確定南宮地下水庫回灌方案為井渠結合方式。

5 結論

（1）渠道自由滲流階段入滲能力較大，但持續時間較短。

（2）回灌井入滲能力理論計算成果較經驗值偏大，取用時按偏安全考慮。

（3）考慮庫區地層顆粒上細下粗的特點，采用井渠結合的回灌方案有利于提高回灌效率。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.12.022

TV62

B

1672-2469(2014)12-0061-03

徐寶同（1987年—），男，助理工程師。