什么是地下水库？
本文分七部分：
1、地下水库的概念
2、我国地下水库的分布
3、地下水库与地表水库的区别
4、地下水库的组成与分类
5、地下水库的建库条件
6、地下水库特征水位与特征库容划分
7、地下水库特征水位的确定原则
像这样的地表水库各位一定不陌生：
水库，通常指充分利用地形建立在两山之间或者河流的狭窄处，以拦洪蓄水和调节水流的水利工程建筑物。它依托自身强大的蓄水能力调节水流，起到防止洪水、农田灌溉、发电等作用。
大家见到的绝大多数水库都是建在地面上的，也有这样的平常很少见的地下水库：
重庆海底沟地下水库，我国第一座地下水库
北京密怀顺地下水库剖面图
地下水库是地下砂砾石孔隙、岩石裂隙或溶洞所形成的，或指修建于地下并以含水层为调蓄空间，通过修建地下截水墙以截蓄地下水或潜流而形成的有确定范围的贮水空间。
把水蓄在土壤、岩石的孔隙、裂隙或溶洞里，可贮存地下水，可采用回灌方式贮存地面水。
在关于地下水库的认识中，有以下几种比较有代表性：
1）地下水库是一种水利工程；
2）地下水库是含水层；
3）地下水库是蓄水构造；
4）地下坝是地下水库的关键工程。
目前我国在建或已建成的地下水库大致分布如下：
在我国华北、西北地区具有代表性的地下水库有:
河北的南宫地下水库、
石家庄滹沱河地下水库、
北京西郊地下水库、
新疆的乌拉泊洼地地下水库、
柴窝堡盆地地下水库、
郑州市新石桥-黄庄地下水库、
关中盆地秦岭山前地下水库、
三工河流域山前地下水库、
包头市地下水库。
山东省是目前地下水库建设和研究方面比较成熟的地区，修建的水库多是用于调蓄地下水和防止海水倒灌的。其代表性的地下水库有：
八里沙河地下水库、
龙口市黄水河地下水库、
济宁市地下水库、
莱芜市的傅家桥地下水库、
夹河地下水库、
大沽河地下水库等。
东北也是我国修建地下水库最早的地区之一，具有代表性的是
龙河地下水库、
三涧堡地下水库、
老龙湾地下水库↓
白城地下水库、
东辽河下游地下水库
下辽河平原地下水库等。
我国南方一些省市和岛屿、滨海地区也有不少地下水库, 例如：
贵州省马官地下水库
长岗地下水库
贵后寨地下水库
独山县南部地下水库
广西省小平阳地下水库等
建造中的石林地下水库
1
地表水库拦截地表径流，将水储存在地表的峡谷、洼地中；地下水库拦截地下径流，将水储存在天然含水层(储水构造)的介质中，形成“水-岩”两相体系。它的存在和运动更为复杂，定量描述这种运动的科学是地下水动力学。
2
地表水库必须要有拦水工程———水坝，有的地下水库要有截水工程———地下水坝。例如在滨海河谷地区开发地下水经常导致海水入侵等问题。通过地下截水工程，不仅拦截了地下径流形成地下水库，而且还阻挡了海水沿含水层的渗流侵入，有效地防止海水入侵。有些情况不需要修建地下截水坝，例如边界完整的地下水盆地。
滨海河谷型地下水库示意图
（①—原始地下水位;②—建库后坝内地下水位;③—海水位;④—地下水坝;⑤—地下水库咸水残留体;⑥—建库后坝外地下水位）
3
地下水库要有含水层补给工程，即通过各种工程手段(天然渗入、井、渠、沟引渗等)将地表水引入地下含水层中，这是实现调蓄的基本条件之一，地表水库不需要这种工程。
4
地下水库所不具备的地表水库的很多功能如航运、发电、养殖、旅游等，那么地下水库具备什么功能呢？
蓄水功能
地下水库的蓄水功能以一般构建在赋水介质空隙内的库容空间为基础。遵循“以丰补欠”的原则，利用巨大的贮水空间，地下水库可以在丰水期蓄积大量的水，以备枯水期之用。从而优化水资源在时间上的配置。
调水功能
选择合适的地点和途径，通过相应的工程手段，人为干预库区地下水的补入与采出。一方面，最大限度地将经济合理地用于地下水库的水资源调入库中。另一方面，在恰当的时间最有效地将库中水调出到需水单位。由此完成优化水资源配置的功效。
其他功能
地下水库还可以防止地面沉降、滋润生态环境、增加对降水资源的截留、调节小气候、储冷储热等。这些都属外延功能，以蓄水和调水功能为基础。
（1）天然储水构造组成的地下水库库区。
根据储水介质的不同，可将地下水库分为松散介质、裂隙介质、岩溶介质和混合介质地下水库。由于储水介质的不同，地下水的分布特征和地下水动力性质也不同，即所采用的地下截渗、回灌开采工程也不同。
表一：三种地下水库的主要特征和区别
（2）拦截地下径流的地下挡水构造。根据其工程结构形式分为有坝、无坝和混合型三种。
无坝地下水库： 一般都建在平原地区的古河道上。这种地质含水层好，地势平坦，地下水力坡度平缓，流速较缓。所以，即使不筑坝流出去的水量也是很有限的。如果周围存在一个封闭的含水层构造，更可不用筑坝了。
有坝地下水库：主要在山前坡积区。由于地面坡度陡，地下水的水力坡度陡，流速大，其下游都有出口。有些地区的地下水还会出现承压现象，这就要修筑截流地下坝。
（3）地表拦水和引渗工程。引水入渗的方法主要有2 种：一是地面入渗法；二是垂直注水法，如果遇到在古河道上覆盖有一层透水性较差的粘性土，而且其厚度又很大时，可以改用打竖井穿透覆盖层向库内注水。
（4）地下水的开采工程。 主要有开采井和集水廊道等。
（5）地下水的泄水工程。
（6）库内残留杂质水体的处理工程。
（7）地下水的监测管理系统。
地下水库的修建离不开它的基本建设条件，根据现有地下水库的建设经验，现从以下几方面分析了建库的基本条件。
（1）修建地下水库的水文地质条件。地下水库的成功建设必须要符合一定的水文地质条件。首先，必须有地下河谷和适宜的含水层的存在，具有高透水性，高孔隙率的含水层和不透水的粘土层组成，才能形成有实际意义的地下水库。
（2）水源条件。要有充足的地下水补给源，水量越充足，建设地下水坝的效果越明显。水源通常来自于本流域或跨流域的地下径流和调水，还有当地的降雨入渗。对于农田灌区来说，其渠系和田间灌溉入渗也是主要的补给源。
（3）良好的地下水开采条件。取水条件是建设地下水库的一个重要因素。因为通过地下水库的调蓄水之后，由于地下水开采的特点必须要打井抽水。所以，地下水库的含水层必须透水性较强，单井的涌水量要足够大。这样既可以提高效率，又可以为蓄水提供更大的空间。
（4）其他条件, 如环境地质条件和生态条件等，也是地下水库发挥更大价值的重要因素。
参考地表水库特征水位与库容的划分方案,将地下水库特征水位与特征库容进行如下划分:
(1)死水位(H死)和死库容(V死)
在当前技术经济条件允许、不致引起环境负效应的前提下,地下水库允许的最大疏干水位称为死水位
它是地下水库是否丧失调控能力的临界水位,与其对应的地下水库蓄水体积称为死库容。
(2)正常蓄水位(H正)与调蓄库容(V调)
长期储水而不引起环境负效应的前提下,地下水库能发挥最大蓄水效益时所达到水位称为正常蓄水位
正常蓄水位到死水位之间所对应的地下水库蓄水体积称调蓄库容,它是地下水库调蓄能力大小的重要指标,相当于地表水库的兴利库容。
(3)腾空库容(V空)和已占库容(V占)
地下水库现状地下水位到正常蓄水位之间的蓄水体积称为腾空库容
表明地下水库可利用的蓄水空间大小;
从含水层隔水底板到现状地下水位之间的库容,已经被占用,称为已占库容
该指标表明现状条件下, 地下水库总库容中的已经利用部分。
这两个特征库容的设定,体现了地下水库对水量动态调控的要求。
(4)总库容(V总)正常蓄水位
到地下水库隔水底板所对应的库容称为总库容,它包括地下水库的调蓄库容和死库容,数值上等于已占用库容和腾空库容之和
即V总=V死+V调=V空+V占
死水位的确定原则
(1)水量均衡:地下水库最低水位的确定必须建立在水资源的年内或年际平衡基础上,否则干旱季节或枯水年份将地下水位降得过低,而在丰水季节或丰水年仍然得不到有效补偿的话,势必影响到地下水库相应功能的正常实现。
(2)地表生态:最低地下水位不应导致区内地表生态环境退化,如地表荒漠化,湖泊、沼泽和湿地的萎缩等。
(3)地下水环境:地下水位过低可能引起与调蓄含水层有水力联系的其它劣质水体的入侵;另外,地下水位过低,造成含水层水文地球化学环境改变,可能造成地下水水质恶化。
(4)地质环境:对于水位抬升不可恢复的环境地质问题而言,例如,地面沉降,最低水位不超过现状地下水位即可,因为即使是地下水位有较大幅度回升,地面沉降的回弹量也是极其微小的;第二,对于地下水位上升可以改善的生态环境地质问题,应将地下水位升至不产生该问题时的临界地下水位。
(5)效益/成本:地下水库最低水位一般不应超过现有取水工程的最大提水深度,以免因水位过低造成开采井吊泵、报废,影响到水源地的正常运行、增加能耗、提高成本;或者因水位过低需要增加新井、安装新设备等而增加工程投资。
正常蓄水位的确定原则
(1)地表生态:地下水位过高的主要危害是可能产生土壤次生盐碱化,通常以地下水临界深度为指标。地下水临界深度指在一年中蒸发最强烈的季节,不致引起土壤表层积盐的最浅地下水埋藏深度,其值与地下水矿化度、土壤质地、气候条件等均有关系。
(2)蓄水效益:蓄水效益方面可以从有利于增加大气降水入渗补给量以及减少地下水无效损失量两个方面来考虑。从降水入渗的角度而言,降水入渗量的大小与地下水位埋藏深度有关,往往存在一个与降水入渗系数最大值相对应的地下水位埋藏深度。从减少地下水损失量而言,地下水的蒸发损失随着水位的升高而逐渐加大;对于非封闭边界,库区地下水位越高,则侧向径流排泄量就越大。
(3)水量均衡:考虑区内水资源储备量的需要以及可用的地下水人工补给水源的水量大小,根据实际情况设定正常蓄水高程。