(2)胶东半岛沿海地区地下水库工程
(1)地下水库建设的必要性
虽然山东省淡水资源较少，但通过适当提高水资源的开发利用率，使有限的水资源发挥最佳的经济效益，依靠自身是可以解决供水问题的。解决供需矛盾主要从三个方面入手:逐步提高水资源的开发利用率，增加供水量；节约水资源；减少水需求。发展地下水库，增加供水。
胶东半岛和莱州湾的降水多以暴雨形式出现，2/3的降水集中在2、3月份的汛期，这一时期2/3的降水集中在20天内的几次暴雨中。该地区河流独流入海，地势陡峭，水流短而急。降雨后河水暴涨暴跌，不便于拦截利用。目前拦蓄利用率平均只有40%左右，其中胶东半岛平均每年只有约49亿m3的河流径流排入大海。与之相对应的是，该地区长期依靠超采地下水来维持本地区工业、农业和城乡生活用水量的年增长，部分地区超采严重。
对于胶东半岛这样的缺水地区，提高水资源可利用性的主要途径是充分挖掘当地水资源潜力，提高地表径流利用率。但是，仅仅依靠地表蓄水设施是远远不够的，因为目前该地区适合修建地表水库的地方很少，而且随着人类技术经济活动的不断加剧和人口密度的增加，修建地表水库引起的土地淹没、居民搬迁和地表设施拆除的成本会越来越高。同时，地表蓄水造成的水面蒸发损失很大。根据淄博市太和水库的监测资料，由于施工期防渗良好，大坝下无渗漏情况。当下游来水量为40000 m3/d时，水库水位稳定，说明水库日蒸发量等于来水量，即水库日蒸发量为40000 m3/d，等于开采一个中型水源。修建地下水库，利用地下库容对水资源进行联合调蓄，是提高地表径流滞留率的重要手段。
(2)地下水库建设条件分析。
胶东半岛丘陵区滨海平原和山间谷地平原第四系厚度大，含水层粗厚，储存空间大。而且这些地区地下水开采强度也较高，造成了海水入侵灾害，极大地限制了已建水源地的供水能力。修建地下水库不仅可以阻止海水入侵的发展，还可以提高水源地的供水能力。因此，滨海平原和河谷平原具有修建地下水库的水文地质条件和强烈的水资源与环境需求。
本次调查在分析胶东丘陵地区地质环境条件的基础上，选择了18个地下水库场址，其中5个已建成使用，4个已纳入规划(表7-2)。这18座地下水库总库容为11.1亿m3，最大调节库容之和为5.93亿m3，最大调节库容占总库容的53%。水库建成前，库区地下水总可开采量为3.27亿m3/a，建成后达到5.02亿m3/a，可开采量增加了54%，水资源效益相当明显。此外，18座地下水库中的13座存在不同程度的海水倒灌问题。在这些地区修建地下水库，可以有效遏制海水入侵灾害，取得显著的环境效益。
表7-2胶东半岛地下水库基本情况
继续的
(3)地下水库选址的基本条件
根据胶东半岛地质环境条件分析，该地区地下水库宜选在山前冲洪积平原和滨海河谷平原，在确定库址时应主要考虑以下五个基本条件:
1)理想的表面储存条件。地下水库区首先要有地势平缓的临时地表水贮存场所，为地表水下渗和补给提供足够的空间和时间。因此，主要河流的河床和两岸的冲积平原是理想的库址，可以通过在河床上修建水闸来储存地表水。
工作区已建的3座地下水库均位于河流平原中下游，地面坡度小于2‰，天然河床相对较宽，河床和漫滩宽度一般为250 ~ 800 m，具有建坝后回水距离长、库容强的特点，适宜修建拦河坝。目前，在现有的三个地下水库中共有15座河坝，总库容为1220万m3。
2)良好的地下水储存条件。库区含水层蓄水空间大，渗透性强，埋深小；包气带岩性颗粒粗，无大面积分布的弱透水层，有利于降水入渗和地表水入渗补给；含水层赋存平缓，边界条件相对封闭，基底地层渗透性较弱。
以胶州市拟建洋河地下水库选址为例，洋河下游冷家村以东河谷平原地下水为第四系孔隙承压水，主要含水砂层之上有8 ~ 10m厚的砂质粘土和海相淤泥覆盖，为相对隔水层，不利于地表水的入渗和降水，地下水储存条件较差。因此，水库选址废弃，选在河流中游和冷家村以西的富水地区。该区包气带岩性颗粒粗，无相对隔水层，储存条件好。
3)优越的供水条件。要求控制地下库区的流域面积，以保证汛期地表径流充足，或靠近跨流域调水线路，以保证枯水期特别是连续干旱年补充水源充足。补给水源除了数量要求外，还应满足水质要求，因为补给水会对含水层的水质产生重要影响，地下水一旦受到污染，控制起来相当困难。
以即墨市鳌山卫-温泉地区为例，该地区滨海河谷平原无论从地表蓄水条件、地下水蓄水条件、环境地质条件还是供水需求来看，都适合修建地下水库，但该地区河流长度只有15km，流域面积只有92km2。由于流域面积小，即使在汛期也经常断流，且距离西气东输管道较远，难以获得充足的供水，因此水库选址被否决。
4)良好的环境地质条件。地下库区要求地质环境好，人口密度低，工厂少，无重大污染源，现状地下水水质良好，符合饮用水卫生标准，或者虽然现状水质较差，但通过地下水库的调蓄运行，逐步改善水质是可能的。
黄水河地下水库位于胶东半岛人口密集区，这里有原龙口县城，库区几个乡镇为主的集体和私营企业也比较发达，为水库建成后库区地下水水质恶化留下了隐患。结果由于库区污水处理工程不配套，排水沟密布，在地下水库建成使用后不到6年的时间里，虽然通过修建地下水库控制了海水入侵造成的地下水水质恶化，但人为排污造成的地下水污染相当严重。目前，库区地下水TDS、总硬度、氯离子、“三氮”、硫酸根离子超标面积已占库区总面积的1/2以上。今后，该水库地下水环境的恢复和治理将是一项极其艰巨复杂的工程。
5)供水需求旺盛，供水和环境效益好。要求库区及其附近地区的水资源供需矛盾更加突出。地下水库的建设可以解决当地工业、农业和生活供水不足的问题，在保证安全运行的前提下，有助于改善环境，避免新的环境地质问题。
山东半岛建设的三座地下水库是龙口市、青岛市、烟台市的主要供水水源。地下水开采强度大，水库建成前不同程度地发生了海水入侵，对水源的正常利用构成了极大的威胁。地下水库建成使用后，不仅增加了水源的开采能力，还使三个地下水库的地下水可开采量从43.6万m3/d增加到72.5万m3/d，有效遏制了海水入侵的发展，取得了良好的供水和环境效益。
(4)地下水库建设的生态环境效益。
地下水库工程的建设将对缓解山东半岛的供水危机和改善生态环境起到重要作用，主要表现在以下几个方面:
保留地表径流。山东半岛降水集中，河源短而急，汛期大量地表径流排入大海。如此大量的地表弃水与该地区的缺水状况相反，最大限度地利用这部分弃水对解决受纳地区的供水危机具有重要意义。现有实践经验表明，建设地下水库工程可以有效拦截地表径流，减少弃入大海的水量。以龙口市黄水河为例，黄水河多年平均入海径流量为9800万m3/a，地下水库建成后，库区4座河道水闸和5000口渗井可截留年均地表径流废水。
储存和分流河流。西气东输工程建成投产后，调水的时间分布将与受水区的用水需求不一致，农业灌溉季节的用水需求缺口将由冬季的调水来补充，仅靠地表水库无法蓄水，需要利用地下水库作为蓄水场所。山东半岛23座地下水库的总最大调节库容为25.73亿m3，而峡山水库、王屋水库、门楼水库、密山水库、木鱼水库、棘洪滩水库等8座大型骨干水库的总调节库容仅为654.38+3.5亿m3，仅为这23座地下水库最大调节库容的52%。这表明地下水库有很大的蓄水潜力。
从根本上改善区域生态环境。山东半岛地下水超采引发了一系列生态环境地质问题，主要表现为区域地下水位持续下降、海(咸)水入侵和地下水水质持续恶化。解决这些问题需要从地下水环境的修复和改善入手，地表水和地下水的联合调蓄是主要的控制手段之一。以莱州湾南岸的山前冲洪积平原为例，由于近年来降水偏少，河流上游水资源量增加，减少了冲洪积平原下游的地表径流，河道干涸，地下水常年入不敷出，形成了大面积的区域性水位下降漏斗，造成咸水入侵，地下水水质恶化。同时，由于地下水位上升，降水补给和地表水入渗减少，加剧了水资源短缺。地下水库工程建成运行后，通过补给水源，可逐步抬高地下水位，改变地下水的水动力条件，加强地下水循环，增加地表水的补给能力，将彻底根除该地区突出的环境地质问题。
保护沿海河谷地区的地下水源，增加地下水可开采量。山东半岛沿海河谷地区第四系含水层粗厚，为富水区，已建地下水源地均在此区域。由于靠近海岸，中上游修建了大量水库、塘坝，流域地表径流相继断流，减少了富水地区的地下水补给，造成地下水位负漏斗，造成了海水倒灌，极大地遏制了水源区的供水能力。在这些富水地区修建大坝地下水库系统工程，可以防止海水入侵，增加库区地下水可开采量。
2.胶东半岛沿海地区地下水库类型及主要水库特征
自1995以来，胶东半岛共修建了三座地下水库，分别是黄水河地下水库、大沽河地下水库、大沽河地下水库。这些地下水库在实际运行中取得了明显的水资源和环境效益。
(1)黄水河地下水库
1)地下水库基本信息。黄水河地下水库建于1995，主坝长5996m，平均坝深26.7m，库区面积51.82km2(图7-1)。为了提高库区的渗透能力，在湟水河开挖了7000多口人工渗水井。
变质岩分布在库区南部，为隔水边界；古近系砂砾岩和粘土岩分布在东部丛林寺河以南，属于弱透水层，是良好的防水边界。西部的杨澜-宋家疃地区为山前倾斜平原，据调查为贫水区，地层渗透性较弱，应视为隔水边界。库区基底为古近系砂砾岩和粘土岩，是良好的防水底板；隔水层起伏较大，形成两个低洼区，一个位于地下水库上游的镇沙村附近，另一个位于地下水库下游的周家村村以东。简村-姬野-唐家集一线有一个近东西向的隆起，上覆第四系明显变薄。
库区包气带的岩性分为砂质粘土、粘质砂土和砂。中下游5.8km的河面上分布着一层厚约3 ~ 17m的粘性土层，透水性较差。库区第四系含水层厚度10~30m ~ 30m，主要岩性为砾质粗砂，富含水。含水层之间以及地表水和地下水之间有良好的水力联系(图7-2)。
图7-1黄水河地下库区状况图
2)地下水库蓄水功能分析。地下水库总库容5288.8万m3，死库容6543.8+0402.4万m3，最大调节库容3886.4万m3。
经多年计算(1960 ~ 1990)，多年平均降水入渗补给量、河流入渗补给量、地下径流补给量分别为562.3万m3/a、12705万m3/a、230万m3/a。水库建成后，河流入渗补给量为351.88万m3/a(图7-3)，比水库建成前增加了1.77%。库区地下水的补给主要来自河流入渗，分别占水库建成前后总补给量的62%和82%。
(2)大沽河地下水库
1)库区水文及地下水开采。大沽河是胶东半半岛的主要河流，全长179km。主要支流有小谷河、贺铸河和古武河，流域面积4162km2。根据南村水文站资料，1981之前常年有水，断流时间很短。1981 ~ 1989，除1985外，大部分时间被截断，包括1981年、1983年、1984年和65438+。1997 ~ 1999一般径流时间为7 ~ 9月，最大年径流量2192万m3/a，最小径流量088万m3/a，不同降水年径流量差异较大。
大沽河流域有大型水库2座，中型水库6座，总库容3.7亿m3。还有许多小水库和池塘。目前，大沽河共有7座大坝。
库区农业开发程度高，平面上几乎均匀，但时间上有明显的季节性，多集中在枯水期。工业开采采用大面积相对集中分散井的开采方式，在平面上不同强度矿区接近均匀开采。库区地下水年开采量为365438+33万~ 65438+65438+32.3万m3/a(表7-3)，开采强度为74300 ~ 268500 m3/(km3a)。
图7-2黄水河地下水库水文地质剖面图
图7-3黄水河地下水库修建前后补给组成图。
表7-3大沽河地下水库历年地下水开采量统计表
2)地下水库的地质背景条件。地下水库区第四系厚度一般为5 ~ 17m，主要含水层为冲洪积砂卵石层。在沿大沽河现代河床发育的古河谷中，平原呈窄条状，宽5 ~ 7 km。纵向上，第四系具有双层结构，上部主要为厚度为2 ~ 5m的粘质砂。现代河床部分地段的上层缺失，形成所谓的“天窗”。粘质砂土下面是一层砂卵石，一般厚4 ~ 8m，南部最厚，平均5.89m，北部最薄，平均4.93m，中间为5.03m，水平方向上，古河道中心厚度最大，两侧砂层厚度变薄变尖，颗粒变细。
库区基底地层为王组粘土岩、青山组砂岩和玄武岩，其中粘土岩占绝大部分面积。
地下水的水力性质基本属于潜水，在“天窗”位置和开采状态下，地下水位急剧下降时，呈现典型的潜水性质。库区地下水主要受大气降水和河水补给，二者之间的转化关系明显。由于近年来库区地下水位急剧下降，不能将地下水转化为地表水，但将地表水转化为地下水是非常有利的，即使河流断流已久，一旦产生流量，也会立即转化为地下水。
库区地下水开采属于大面积均匀开采，没有明显的地下水降落漏斗，水力梯度较小。
3)地下水库的基本信息。大沽河地下水库建于1998，库区面积421.7km2，含水层在库区边缘逐渐消失，边界为弱透水粘性土或与不透水粘土岩直接接触，东西边界可视为隔水边界。北边界大沽河、小沽河山口段，西北边界新庄-冷家庄段，南边界由于库区内外蓄水层的连通，可视为透水边界。
地下水库总库容38465438+32万m3，平均含水层厚度5.86 m:死库容14633.7m3，平均含水层厚度2.00m；最大库容为102360000 m3。
大沽河地下水库建成后，“四旱一丰”降水周期地下水库合理运行条件下的补给量组成见图7-4。
水库建成前库区地下水可开采量为20万m3/a，建成后增加到30.2万m3/a，可开采量增加了51.1%。库区地下水补给主要为降水入渗和河流渗漏补给(包括人工补给)，分别占总补给量的61%和36%。
图7-4理想工况下地下水库补给量组成图
(3)大谷家河地下水库
地下水库建设的背景。烟台是一个缺水城市，10年一旱，三年一旱，特别是1998 ~ 10年，烟台遭遇了1887有记录以来降水量最少、持续32个月的干旱。到2000年底，全市386条河流、5000多座水库、塘坝全部干涸，市区唯一地表水源门楼水库库容只有700万m3，仅占整个水库库容的5%。如果这些水用于城市人口，只能维持40天左右。自来水厂各井组地下水位已达极限，55口水源井已枯竭关闭。
2000年，为了延缓门楼水库蓄水锐减，水利部门在门楼水库西支流库底挖了一条20多公里的渗沟。为了防止渗漏，采用了最原始的土法，在渗沟底部铺设了近7.1km的塑料薄膜。没有空间挖掘地表水的潜力，人们就想到了地下水。
10年前，有人提出了在夹河下游修建地下水库的设想。但经过论证，专家发现，如果不从根本上控制河流上游的污染问题，修建地下水库无疑会破坏这一优质地下水源，于是烟台市政府开始加紧控制上游污染源，为未来修建地下水库做前期准备。
2000年9月，当烟台市数百万市民面临缺水危机时，市政府下定决心修建一座地下水库。
2)库区地质背景条件。夹河地下水库位于大沽夹河河谷平原。大沽夹河在库区分为两条支流。西支叫内家河，发源于栖霞小岭山，东支叫外家河，发源于海阳田园牛山。门楼水库建在内家河中游，控制着上游80%以上的来水量，总库容6543.8+0.97亿m3，设计库容6543.8+0.33亿m3。夹河6座拦河坝，夹河口1，夹河2座，夹河外3座。大沽夹河口附近的夹河橡胶坝一次可蓄水250万m3，年兴利调节水量达11万m3，相当于一座中型地面水库的调节水量。
库区共有地下水集中开采区12处，其中自来水厂5处，自来水公司自备水源5处。* * *集中开采井100多口，设计地下水开采量为24.4万m3/d..
库区第四系厚度10 ~ 80m，分布宽度1000 ~ 6000m。第四系厚度一般为15 ~ 25m，具有多重二元结构，含水层岩性为砾石、潜水-浅层微承压水，单井涌水量一般为1000 ~ 3000 m3/d，第四系厚度一般为25 ~ 60m，上部为粉砂、粘质粉土、亚粘土，中部为淤泥、淤泥质砂土，为相对隔水层，下部为砾石、卵石。厚度由南向北逐渐增加，沿海最大厚度为50米。上部有潜水，单井涌水量100 ~ 500m3。库区基底地层为元古界粉子山群的麻粒岩、片岩、大理岩和花岗岩(图7-5)。
图7-5大沽夹河地下水库水文
库区地下水除受大气降水补给外，还受河流渗漏、周边基岩裂隙水侧向径流和农业灌溉补给，其中承压水还受上层地下水溢流补给。地下水的排泄主要是人工开采，其次是蒸发。根据近几年的监测数据分析，地下水无径流。
3)地下水库概述。嘉禾地下水库工程于2006年6月竣工1，10，地下大坝修建于龚家岛、永福花园、朱果山之间，全长3894m，主体工程为深度30m以上的地下防渗大坝。坝体厚约1m，长约3894m，平均坝高约30m。施工采用高压喷射灌浆法，灌浆孔深入基岩1m。东坝段一期工程于2000年6月5438+065438+10月施工，2006年8月8日竣工投入使用。
2001年，水利部门进行了水库补库工程建设，共修建渗水井1000余口，开挖渗沟38条。地下水库建成后，库区面积63.26km2，总库容2.052亿m3，最大调节库容0.65亿m3。水库建成前库区地下水可开采量为6500万m3/a，建成后可开采量可达654.38+009.3万m3/a:河流入渗补给(包括人工补给)由建成前占库区总补给量的26%提高到建成后的55%(图7-6)。
图7-6建库前后补货量构成图
地下水库建成后，水利部门对大坝两侧观测井的水位和水质进行了监测。结果表明，坝内地下水位比坝外高出近1m，氯离子含量远低于坝外监测井。