杜汉学

（吉林省水文地质调查所  长春  130012）

提要：关于地下水库的概念众说纷纭，颇有争鸣之势。地下水库的概念不只是个理论问题，还和生产实践密切相关。不正确的概念认识，会导致生产实践中的一些错误的做法，造成一些不应有的损失浪费和危害。为正确的指导利用地下水库蓄水的勘察评价、开发利用和科学研究工作，通过讨论研究定义出一个严密科学共识性的概念，是一项十分紧迫而有重要意义的学术任务。

本文介绍了一些有关地下水库的概念。归纳划分为“水利工程说”和“天然储水空间说”两个学派。阐述了定义地下水库的基本原则，对“水利工程说”提出一些看法，重点论述了“天然储水空间说”的合理性。指出地下水库概念的提出是对大型含水层功能认识的深化和飞跃，指出地下水库的天然特性，为什么只把大型含水层定义为地下水库？论述了什么是天然调节库容、天然库容、疏干库容、多年调节库容、蓄水库容、死库容。

关键词：地下水库概念、基本原则、水利工程说、天然储水空间说、多年调节库容、蓄水

库容、蓄水效益。

地下水库这个名词经常出现在一些文章和文献中，被广泛利用。可是关于地下水库概念的定义目前尚不统一。究竟什么是地下水库？目前在认识上众说纷纭，颇有争鸣之势。

首先在众说纷纭的概念中哪个概念的定义更严密科学，更能正确的概括出地下水库这个客观实体的成因、特点和潜在功能？其次作为科学概念不应总是众说

作者简介：杜汉学（1938——），男，吉林梨树人，吉林省地质工程勘察院教授级高级工程师，享受国务院政府特殊津贴，长期从事利用地下水库蓄水理论方法的调查研究工作。

纷纭，应该通过讨论争鸣形成一个无原则性分岐共识性的概念。此外，地下水库的概念也不只是个理论问题，还和生产实践密切相关。不正确的概念认识，会导致生产实践中的一些错误的作法，造成一些不应有的损失浪费。如果认为地下水库是天然存在的，就不必去修所谓的建库工程，直接勘察评价开发利用就行了。为正确指导利用地下水库蓄水的勘察评价、开发利用的实践活动和科学研究，定义出一个严密科学的地下水库的概念，是一项十分紧迫的学术任务。

本文把国内国际上一些有关地下水库概念的定义及笔者的一些观点介绍给读者，望明鉴指正！

1、有关地下水库的一些概念

1.1 赵天石2002年提出：“地下水库是利用地壳内的天然储水空间，储存水资源的一种地下水开发工程。”[1]

1.2 李旺林的定义是：“地下水库是利用天然储水空间兴建的具有拦蓄、调节和利用地下水流作用的一种特殊水库”。李指出：“包括三层意思，一是地下水库位于天然储水空间，二是地下水库具有人为拦蓄和调节地下水流的作用，三是特殊水库”。[2]

1.3 李砚阁束龙仓等人认为：“地下水库是以岩石空隙为储水空间，在人工干予下形成的具有一定调蓄能力的水资源开发利用工程”。[3]

1.4 张宏仁认为：“地下水库与含水层的内函相一致”。[4]

1.5 杜汉学认为：“地下水库是指存在于地下的天然大型储水空间。一般指厚度较大，范围较广的大型孔隙潜水含水层，也可能是大型岩溶储水空间，大型含水断裂带等”。[5]

1.6 我国1993年编汇的水文地质术语中，将地下水库定义为“地层中能储存外来补给水源，又便于开发利用的储水层”。[6]

1.7 国外，地下水库（Ground Water reseyoir），有含水层（aguiser）的意思。[7]、[8]

经过分析对比，关于地下水库的概念，可归纳划分为两个派别。

2、两派学说的相同之处与争论的焦点

在定义地下水库概念的依据要素上，两派学说既有相同之处又有本质区别。

2.1 相同之处

上述有关地下水库的概念都把天然储水空间做为定义地下水库概念的一个主要依据。

2.2 争论的焦点

前三人定义的共性是其概念的论述内容的依据要素，都强调了天然储水空间和水利工程两个要素。可理解为天然储水空间加水利工程等于地下水库。这一派的地下水库的概念可称为“天然储水空间水利工程说”以下简称为“水利工程说”。把地下水库定义为水利工程学术语。

另一派关于地下水库概念的特点是其依据要素，都只用天然储水空间，作为定义地下水库的唯一依据。可称之为“天然储水空间说“。是个水文地质学术语。

上述两派学说争论的焦点是“水利工程说”把地下水库定义为水利工程，认为地下水库是水利工程的产物。而“天然储水空间说”则把地下水库定义为天然形成的储水空间，认为它是天然存在的客观储水实体，它的生成存在和水利工程无关。

3、定义地下水库概念的基本原则

上述两派学说究竟哪派的定义更为合理？

回答这一问题之前，需要明确一个根本性的问题就是关于定义地下水库概念的基本原则，笔者认为这个基本原则应是定义地下水库概念的依据要素或称内容，能准确的概括出地下水库的成因、特点及潜在功能。这也应是定义一般学术概念的基本原则。

下面根据这一基本原则来判断上述两派学说有关地下水库概念的合理性。

4、关于“水利工程说”

“水利工程说”未能正确的概括出地下水库的成因、特点和潜在功能。

在深入探讨水利工程说之前，须指出有些作者的关于地下水库概念的论述中有严重错误。有作者[2]在地下水库概念的定义中写道：“地下水库是利用天然储水空间兴建的具有拦蓄调节利用地下水流作用的一种特殊水库”。他这里写的地下水流，一定是指地下迳流。还有一些作者[9]，在文章中也主张建地下坝截取地下迳流蓄水。众所周知，地下水的地下迳流的速度一般条件下都是非常缓慢的，地下迳流量只占地下水天然资源量的一小部分。根据吉林省孔隙潜水的资料，地下迳流补给量只占地下水天然资源的3.4～12.0%。可见拦蓄地下迳流是达不到大量拦水蓄水目的，地下水库的潜在蓄水功能得不到充分利用。地下水库的主要功能是在渗漏条件好的河床上，或挖入含水层的大型引水蓄水明渠上筑地上坝拦蓄地表水，而不是筑地下坝拦蓄地下迳流。在石灰岩地区筑坝拦蓄地下暗流（河），只能看作地下蓄水的特例，不能作为一般定义的依据。至于作者[2]所谓的调节地下水流作用，也难理解。笔者认为地下水库的调节功能，不是调节地下水流，而是指借用地下水库含水层的储存量，来达到调节用水目的。地下水库的调节作用是通过开发利用其多年调节库容和蓄水库容来实现的，关于此点将在后文中加以论述。

“水利工程说”的核心是通过水利工程开发利用的地下储水空间，才能称之为地下水库，否则不能称为地下水库，把水利工程作为定义地下水库的前提条件，这样，地下水库就成了水利工程的产物。因此，水利工程说既不符合地下水库成因的客观事实，又混淆了地下水库和地表水库的本质区别。

应指出地下水库和地表水库是两个不同成因的客观实体。既有相同之处，又有本质区别。相同之处是两者都是蓄水的空间条件，都是储有水的客观实体，都具有调节用水蓄水功能。不同点是两者的成因不同。

地下水库是天然形成的（有关地下水库的成因将在地下水库的天然特性中加以论证），因此，它的形成和人工因素无关。所以定义地下水库的依据要素自然不应包含任何人为因素。地表水库纯属人工建造的蓄水空间，不建坝拦水就没有蓄水空间的存在，就无地表水库。

当然，利用地下水库蓄水需修建一些水利工程，但这只是开发利用阶段的事，和地下蓄水空间的存在毫无关系。“水利工程说”把地下水库开发利用阶段兴建的水利工程，作为定义地下水库的前提条件，既不符合地下水库成因的客观事实，又颠倒了两者的因果关系。因为不是修了开发性水利工程才有地下蓄水空间，才建成地下水库。而是先有天然地下水库为了开发利用蓄水才修建蓄水供水工程。

地下水库和地表水库另一个主要区别是两者的蓄水用水程序相反。

地表水库是必须先建拦水坝拦水蓄水，然后才能用水，否则无水可用。地下水库则不同，相反它是必须先用水，腾出地下空间，才能有蓄水空间。无论是水源地超采后所采用的补救办法进行人工补给，还是主动蓄水理论[5]按设计的调节用水量和蓄水量主动蓄水，都是必须先用水，才能后蓄水，否则地下只有水体，并无蓄水空间，无法开展地下蓄水。实际的用水蓄水程序也足够证明地下水库是天然的，它的存在和水利工程无关。

综上所述，可见“水利工程说”的定义既不能客观的指出地下水库的成因，又未能概括出地下水库的特点和潜在功能。

“水利工程说”容易引发产生不良的认知导向和生产实践活动。会轻视忽视未发现未评价的一些有重大蓄水价值的地下水库的寻找及勘察评价工作，还可能会修建一些不必要的甚至有害的工程设施。

我国利用地下水库蓄水正处于起步阶段。从北方各省看，从全国看，地下可利用的蓄水空间的潜力非常巨大。急需开展一次全国性利用地下水库蓄水的专项普查工作，为大力推广利用地下水库蓄水作准备。目前可能只有吉林省开展了专项的利用地下水库蓄水潜力调查，取得了喜人的成果，从全国看此项工作尚未引起重视，未开展起来。

利用地下水库蓄水工作并未引起相关主管部门的重视。原因是多方面的。但一个重要的原因也是和地下水库概念的认知混乱有关。不正确的概念认知，不能正确的指导生产实践活动，必然导致工作方向不明，工作重点出偏差。

5、关于天然储水空间说

地下水库的概念是如何产生的？它的主要特点和功能是什么？

5.1 地下水库这一概念的提出是对大型含水层功能认识的深化和飞跃

把大型含水层从一般含水层中分离出来定义为地下水库。这个创意不是随意空想出来的，是在生产实践和科学研究中，发现大型含水层具有和地表水库一样大的调节用水功能和蓄水功能后，才产生的想法。并在以后的生产和科研实践中，逐渐坚定了这一认识，并进一步认识到它的理论和实践意义，才在有关文章文献中启用了地下水库这个专业术语。

为了宣传本专业优势，笔者于1983年8月23日在长春日报上发表了“向长春地下要水”一文。文中重点指出长春伊通河谷存在着一个储量在6亿m³以上的大型地下水库，具有重大开发利用价值。这是笔者首次使用地下水库这个名词。由于“地下水库”的宣传效果，文章引起长春市副市长孙力的高度重视，导致后来长春市政府出资勘察评价了伊通河、饮马河两个大型供水水源地。两水源地经省储委和国家储委审查批准的B级地下水开采量分别为9.8万m³/日和15.2万m³/日。在伊通河谷的大型水源地资源评价中，笔者用地表水转化为地下水的观点，对含水层的调节功能进行了多年调节计算和供水资源评价，证明此水源地具有多年调节用水功能，比用常规评价方法增加供水量0.436亿m³/年。

据我所知，在我之前尚无人对大型含水层潜在的调节用水功能和蓄水功能进行过系统深入的研究探讨。正是由于对大型含水层的调节用水功能和蓄水功能的深入研究探讨，才发现了大型地下储水空间具有和地表水库一样大的调节用水功能和蓄水功能。在此认识的基础上，本人开始了“利用地下水库蓄水的理论方法研究”。1998年10月10日在科技日报上发表了“利用地下水库蓄水是治水的一个重要途径”一文，2000年在“吉林地质”上发表了“利用地下水库蓄水是吉林省新的有效治水途径”一文，2002年在“水科学进展”上发表了“利用地下水库蓄水的初步认识”一文，奠定了利用地下水库蓄水的蓄水原理及理论基础”[5]，并指出一些蓄水方法。

大型含水层能用来大量调节用水和蓄水功能的发现和认识，可称之为是对含水层功能认识上的一次质的深化和飞跃。关于调节用水和蓄水功能将在后面的多年调节库容和蓄水库容中详加论述。本人正是根据这一认识，才把大型含水层从一般含水层中分离出来，命名为地下水库。这一定义便于宣传本专业优势，成果便于社会接受，便于和水利工作衔接。另外，从蓄水角度看，其蓄水功能完全可以和一些大型地表水库相媲美，命名为地下水库更名符其实，更能反映客观实际，有利于从蓄水角度去勘察研究地下空间。

5.2 地下水库的天然特性

所谓地下水库的天然特性是指地下水库的形成是天然地质作用的产物，是自然形成的客观储水空间。有蓄水利用价值的地下水库，都具备天然的蓄水基础条件，不需再修建储水边界、防渗边界。

地下水库的储水空间都是天然的含水层。含水层都有天然的隔水底板及上覆层，以及两侧和上下游的自然边界。其中有隔水边界、补给和排泄边界。在各种天然边界的作用下，形成了大型储水空间，大型客观含水实体。它是在天然补给和排泄达到平衡以后形成的。一般在天然状态下，不存在排泄量大于补给量的问题，否则水体就会流失，就不会形成大型含水层，就不会有大型储水空间的存在。可见地下水库是天然形成的。

有些人对地下水库的天然特性认识不足。提出“兴建”[2]和“修建”[9]地下水库。地下水库原本就是天然存在的客观储水实体，为何还提出兴建修建？何需兴建修建？其实直接勘察评价开发利用就行了。还有人提出多余甚至有害的所谓人工蓄水基本条件理论，在“地下水蓄水构造特点分析与探讨”[2]一文中，提出一个封闭性条件：“库区封闭或通过人为的工程措施使之相对封闭”。为何要封闭？作用何在？作者未能给出解释。可能是为了截流和防渗。我认为即使有个别案例需要封闭边界，也不能作为一般标准。在海边附近的地下水库的开发利用中，为防止海水倒灌而修建的地下坝工程，虽然也能截取些地下迳流增加些蓄水量，但主要作用是防止海水倒灌，属特殊案例不能作为一般标准。

应指出，利用地下水库蓄水必须是先开采用水腾出地下库容，然后开采和蓄水同时进行。在开采条件下，不会使排泄量增大，相反由于开采漏斗的存在，反而会使排泄量减少，补给量增大。因此不会产生像地表水库那样由于蓄水而产生的各种渗漏问题，一般不需建截流及防渗工程。截流不但起不到多大的蓄水作用，反而会破坏地下水的天然运动状态，破坏自然生态平衡，是非常有害的。

对地下水库的天然特性必须有个正确的认识，才能正确的指导理论研究和生产实践活动。

5.3 为何只把大型储水空间定义为地下水库？

把大型含水层从一股含水中层分离出来，命名为地下水库，就是为了突出一个“大“字。突出利用地下水库蓄水是以大型含水层为勘察研究及开发利用对象。因为足够大的含水层是利用地下水库蓄水的前提条件。总的要求是天然库容要足够大，才能有较大的调节用水和蓄水库容，才能具有更大的蓄水效益。规模较小的含水层调节用水空间小，或根本就没有调节用水库容没有蓄水利用价值。

这里要求的天然库容要大，有两个含义，一是体积库容要大，二是含水层的厚度要较大。

要求天然库容大，除蓄水效益的需要外，主要还和地下蓄水必须采用的技术方法有关。

受蓄水必须采用的技术方法限制，不是全部的天然库容都可用于蓄水，真正可用的蓄水空间所占的比率较小。原因是必须采用钻井抽水的技术方法腾出地下空间，还必须保留不能动用的足够的死库容。如果抽水降深过大，死库容就过小，就会形成不合理开采。可能影响供水安全和自然生态环境，这是不允许的。

根据以往经验，抽水的最大降深一般不能超过含水层厚度的1/3～1/2。因此真正可开发利用的空间最多为含水层厚度的1/2。

还须指出，这1/2的含水层还必须划分出疏干库容、保证天然资源充分合理开采利用的多年调节库容，剩余的调节用水空间才能用于蓄水。因此真正可用于蓄水的空间所占比率就更小。由于以上原因为了多蓄水天然库容必须越大越好。

规模较小的含水层没有可利用蓄水空间。假如砂砾石含水层的厚度为10m,抽水最大降深为5m，剩下5m为死库容，就没有蓄水空间没有蓄水利用价值。有些地区尽管含水层分布面积较大，含水层的天然库容也较大，有几亿m3甚至更多，也具有一定的开发利用价值。但因其含水层厚度小，因而无蓄水利用价值。只能开发利用地下水的天然资源。

综上所述可见，受蓄水必须采用的技术方法限制，只有规模较大的含水层才具有蓄水库容，才能用于蓄水。这就是本人所以要突出“大”字，把大型含水层定义为地下水库的一个主要原因。

究竟含水层的厚度多大，体积库容多大才具蓄水利用价值？要结合各地蓄水的基础条件，需水量大小来确定。

许多大型地下水库的蓄水效益完全可以和大型地表水库的蓄水效益相媲美。根据本人建议已蓄水利用的白城市冲洪积扇地下水库，砂砾石含水层厚30.0m左右，天然库容100亿m3以上。引蛟流河水作为蓄水水源，一期工程实现蓄水1.0亿m³/年左右。如能再引嫩江水作为蓄水水源的还可实现蓄水2.0亿m³/年以上。吉林省永吉县第二松花江河谷型地下水库，砂砾石含水层厚度50.0m左右，天然库容50.0亿m3以上。若以松花江为水源，采用岸边取水利用河床渗漏引渗蓄水方法，经初步测算可实现蓄水5.0亿m3/年以上。

中国北方西北、华北、东北地区可蓄水利用的地下水库如能充分利用，也许可以产生和中国“南水北调工程”相媲美的供水效益，投资会大大低于南水北调工程的投资。

地下水库的蓄水利用率高。中国北方干旱半干旱地区，地表水面的蒸发量大，半干旱地区地表水库的蓄水利用率只有50%左右，干旱地区的利用率就更低。地下水库在开采用水蓄水的条件下，会产生水位降落漏斗式区域性的水位下降，再加上天然的地下水埋深，地下水位埋深较大。一般都在地下水的极限蒸发埋深（4m）以下，基本无水面蒸发，或蒸发量很小，其蓄水利用率可达到或接近100%。

利用地下水库蓄水可以产生事半功倍的供水效益。

2011年6月4日

参考文献

[1] 赵天石 关于地下水库几个问题的探讨[1]水文地质工程地质

2002年5期（65—67）

[2] 李旺林 地下水库蓄水构造特点分析与探讨[1]水文2006

第26卷第5期（16—17）

[3] 李砚阁束龙仑 地下水库建设研究[M]北京中国环境出版社 2007

[4] 张宏仁 关于地下水库 http：//203.93.38.203

[EB/OL]2002—4—24 中国水利网

[5] 杜汉学 关于地下水库的初步认识[J] 水科学进展 2002.9

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[6] GB/T14153—93年 水文地质术语[S]

[7] George R. Aiken and Eve editors U.S.Geologieal Survey artificial recharge workshop proceedings. April 2—4.2002

[8] H K Jones I Caus. A T Williams.P Shand. 1 N Cale. ASR—U K A review of the status of research and inve—stigations. Techicial Report WD/99/54

[9] 肖长来 洮儿河扇形地修建地下水库可行性研究

吉林大学学报（地球科学版） 2004年10月第34卷55—59