（五）大沽夹河下游地下水库库区水体置换与回灌补源工程

（四）大沽夹河永福园地下水库下游库区水文地质条件~

永福园地下水库下游库区即宫家岛水厂应急供水区域，位于烟台市芝罘区西部及福山区东部，勘察范围自外夹河玉树庄、内夹河北涂山—芝阳山以下，至永福园—宫家岛地下水库坝线，重点在外夹河小沙埠村南、内夹河东北关以北至地下水库截渗坝以上夹河沿岸地带。
1.含水砂层的空间分布规律及富水性
本区覆盖层多为三层结构，上部为3m左右的中细砂，中部为12m左右的黏性土层，下部为15～28m厚的砂卵石层，该层厚度大，透水性强，渗透系数为100～200m/d。
（1）含水砂层平面分布规律
本区含水砂层沉积厚度较大地段为北涂山—南上坊—宫家岛水厂；东关—小沙埠附近；栾家疃西—蒲湾村南；地下水库坝线上下夹河西岸。含水砂层厚度一般15～28m，该地带砂层连续性好，颗粒粗，厚度大，含水砂层分上部潜水含水层和下部承压含水层两层，在宫家岛以南，中间相对隔水层缺失，形成“天窗”。由含水砂层厚度等值线图可看出，区内砂层起主导作用的有两条主径流带，分别在北涂山—南上坊—夹河汇合口附近及栾家疃—蒲湾村南。含水砂层沉积规律与第四系分布规律一致，古河道基底切割深度大，向两侧第四系沉积物由厚变薄。
（2）含水砂层垂向分布规律
据已有钻孔资料，本区在卫家疃外夹河上游和北涂山—芝阳以西含水砂层为二元结构，砂层层数少，一般为1～3层，砂层厚度为5～15m，自上而下颗粒变粗，由中粗砂变为卵砾石。中粗砂顶板埋深一般5～12m，卵砾石顶板埋深一般为17～20m；本区其他大部分地段含水砂层为三元结构，上部砂层层数少，一般为1～2层，厚度2～5m，自上而下颗粒变粗，由中细砂渐变为砾砂，砂层底板埋深为7～10m；中部砂层层数多，一般为2～3层，厚度5～20m，自上而下颗粒变粗，由中粗砂渐变为卵砾石，砂层顶板埋深一般为10～18m，下部普遍有卵砾石层，局部夹有黏性土透镜体。
（3）含水砂层的富水性
根据钻孔抽水试验资料，区内含水砂层的富水性与砂层厚度，颗粒粗细及分选性密切相关。其富水特征表现在：砂层厚度大的钻孔单位涌水量大，分选性越好，粒度越粗，富水性越强。
本区含水砂层厚度大于15m的地段富水性最好，渗透系数为70～100m/d，单井涌水量可大于2000m3/d，主要分布在东关—小沙埠附近和北涂山—南上坊—宫家岛水厂两地段及地下水库坝线上下游夹河西岸，是布置开采井的有利位置，在其外围分布有10～15m厚的含水砂层，富水性较好，单井涌水量在1000～2000m3/d之间，其他地段，富水性相对较差，单井涌水量一般小于1000m3/d。
2.地下水动态特征
影响本区地下水动态变化的主要因素有：开采、降水及地表水体，区内存在潜水及承压水两种类型地下水。由于含水特征的明显差异，其地下水动态也存在明显不同。
（1）潜水
本区潜水含水层直接接受大气降水和地表水体入渗补给，其动态受降水影响明显。一般5～6月份为枯水期，降水稀少，地下水位年内最低；7～9月份为丰水期，降水量增大且较集中，地下水位年内最高。由于在夹河河道上修建有多处拦河闸坝，使区内河道基本保持常年有水，直接补给潜水含水层，使大部分潜水含水层地下水动态变化不大，年变幅多为1～2m。
（2）承压水
区内承压水动态变化主要受人工开采、大气降水及地表水体的影响。人工开采是本区地下水排泄的主要方式，大气降水及地表水体则是通过潜水含水层的越流补给和渗漏天窗直接补给承压含水层。地下水位的动态变化与人工开采、大气降水和地表水体表现出明显的相关性，干旱季节开采量增加，补给量减少，地下水位持续下降，丰水期地下水补给量增加，水位缓慢上升。由于区内层层拦蓄，河道基本保持常年有水，对保持地下水位起到较大作用，区内地下水位年变幅2～5m。
3.地下水水化学特征
受地形地貌、地层岩性、径流条件、人类活动及距海远近等因素影响，本区地下水水化学特征具有明显的分带性。自南往北、下游自山前至河道两侧，地下水质逐渐变咸、变差，地下水TDS由0.5g/L左右，增加到地下水水库坝线1～2g/L，再向北夹河入海处为7.0g/L；Cl-含量由小于100mg/L，至夹河口增大到3600mg/L；水化学类型由简单变得复杂，由 ·Cl-·
S
O -Ca2＋·Na＋·Mg2＋水→Cl-· -Ca2＋·Na＋·Mg2＋水→Cl-· -Ca2＋·Na＋·Mg2＋水→Cl＋-Na＋水，反映了本区地下水自上游向下游径流过程中易溶盐的含量逐渐增加的规律，近海地带由于人工开采导致海水入侵。
4.地下水开发利用现状
区内地下水利用程度较高，先后建有市自来水公司宫家岛水厂（原为二水厂）、西牟水厂及烟台发电厂水源地。此外，尚有福山城区工业自备水源地及农业开采用水。据统计，目前勘察区内地下水实际开采量约为2.7万m3/d。
5.永福园地下水库下游区地下水水质情况
根据地下水动态监测资料，永福园地下水库下游库区水质状况较差，沿夹河靠近坝线附近，约5km2范围内，由于受建坝前海水浸染影响，Cl-含量大都大于200～250mg/L，靠近坝线附近局部大于500mg/L，超过生活饮用水卫生标准（上限250mg/L）。
本区地下水因建库前海水浸染较重，不能满足生活饮用水卫生标准。因此本区水体需要进行置换，抽咸补淡，利用夹河地表水及门楼水库施工弃水进行回灌补源，以满足城市供水水质要求。

1.基于“三条红线”约束的地下水保护体系构建
这里结合烟台市区有关海水入侵防治和地下水保护方面的基本资料，以贯彻最严格水资源管理制度为指导思想，以“三条红线”（水资源开发利用红线、用水效率控制红线、水功能区限制纳污红线）为约束，以实现海水入侵防治和地下水可持续利用为目标，以合理调控地下水开采量和地下水水位为重点，坚持“预防为主、保护优先、全面规划、综合治理、因地制宜、突出重点、严格管理、持续利用”的工作原则，在大沽夹河流域通过采取“上游建库调控蓄水、中游打井拦蓄补源、下游建坝截流阻侵、多源联合调度”的管理策略，即在入海口处建立完善的海水入侵预警预报系统，实时监测海水和地下水的动态变化过程；在海水入侵影响范围内划定禁采区、限采区，有效压缩地下水开采量；在海水入侵区内大量修建地面、地下海水入侵屏障工程体系，有效切断海水入侵通道；在下游修建挡潮闸、拦潮坝、橡胶坝、溢流堰等蓄水调节工程，抬高下游河道的水位；在中游河道内修建大量的渗渠、渗井，加强对地下水的入渗补给。开展地表水、地下水、外调水、海水等多水源联合调度，加强地下水替代水源工程建设，构建地下水保护体系。大沽夹河流域地下水保护体系框架见图8-5。

图8-5 地下水保护体系框架

2.“三条红线”控制指标确定方法
“三条红线”控制指标（用水总量控制指标、用水效率控制指标和水功能区限制纳污控制指标）的确定是构建最严格水资源管理制度的前提。然而，目前许多地区在划定“三条红线”指标时，多带有一定的行政色彩和主观意识，缺乏科学严谨的论证态度。为此，首先探讨“三条红线”控制指标的确定方法，为实现多水源联合调度提供支撑。
（1）用水总量控制指标的确定
用水总量控制指标是对取用水总量进行宏观、量化管理的控制指标。从区域供水结构特点出发，选取相应的用水总量控制指标，主要包括地表水用水量控制指标、地下水用水量控制指标和外调水用水量控制指标。在划定用水总量控制指标时，首先充分考虑区域的地表水、地下水资源条件和供水结构，以地表水可利用量和地下水可开采量作为用水量控制指标划定的上限值；其次考虑当前的水资源开发利用水平和替代水源工程的供水潜力，并遵照“优先考虑地表水、充分利用外调水、加大利用再生水、压缩开采地下水”的水源建设理念，给出地表水、地下水、外调水等不同水源在考虑水源置换前提下的最大供水能力；最后结合当地社会经济发展水平及需水情况，并充分考虑未来各指标的可实现性，对各水源的用水量指标进行合理调整，制定满足不同发展水平要求的用水总量控制指标。
（2）用水效率控制指标的确定
用水效率控制指标是对区域用水行为进行精细化管理的控制指标。在选取用水效率控制指标时，可从工业、农业、居民生活等不同用水行业来选取相应的指标，如万元GDP用水量、万元工业增加值取水量、工业用水重复利用率、亩均灌溉用水量、农业灌溉水有效利用系数及人均综合生活用水量、农业节水灌溉率等。用水效率控制指标的确定方法为：首先，分析研究区当前各行业的用水定额大小，并将其与全国节水先进地区相同或相近行业的用水定额进行对比；其次，综合考虑研究区水资源条件、节水水平、替代水源建设情况、城镇居民收入等多方面因素，分析当地各行业的用水效率和节水潜力，确定在最大节水水平下的农业节水灌溉率、灌溉水有效利用系数、工业用水重复利用率和城市污水回用率等效率指标；最后，结合当地社会经济发展水平和水资源管理工作水平，并充分考虑未来各指标的可实现性，对指标进行适当调整，分析指标的合理性。
（3）水功能区限制纳污控制指标的确定
水功能区限制纳污控制指标是对区域排污总量进行定量化管理的控制指标。从水功能区管理的角度，可选取水功能区达标率、主要污染物入河总量、工业废水达标排放率、城市生活污水处理率等指标作为限制纳污指标。相应的确定方法为：首先，科学核定水功能区的水体纳污能力，针对划定的水功能区，在满足水域功能要求的前提下，明确水功能区的水质管理目标；选取合适的数学方法，并综合考虑水功能区的水文特性、自然净化能力、排污状况科学计算水体纳污能力。其次，结合水功能区达标现状、水体纳污能力、污废水处理水平、污染源布局等多方面因素，确定污染负荷削减目标。最后，分析未来的排污水平和水质管理目标，分析水功能区限制纳污指标的可实现性，对指标进行适当调整，设定比较适合的控制指标值。
3.“三条红线”控制指标确定
（1）用水总量控制指标
要实现地下水压采目标，确定科学的地下水开采量阈值和地下水水位阈值是制定压采计划的关键。根据烟台市水利局提供的市区范围内典型监测井的Cl-质量浓度、地下水开采量资料，绘制Cl-质量浓度与开采量、埋深相关趋势线。考虑到资料的代表性和完整性，在本次研究中，Cl-质量浓度的确定是以烟台电厂宫家岛水源地监测站观测数据为主，并参照烟台市夹河鸡场、烟台电厂南上坊水源地两个监测站点的观测数据辅助调算得到。
通过对烟台市区历史监测数据的分析，可以看出地下水中Cl-质量浓度与开采量总的变化趋势为：开采量增加Cl-质量浓度也增加，开采量减小则Cl-质量浓度也减小，说明了该区地下水中Cl-质量浓度受控于地下水的开采量，如图8-6所示。
综上分析，只需建立地下水中Cl-质量浓度与开采量、地下水位的关系方程，就可以预测不同开采条件下地下水中Cl-质量浓度。大沽夹河流域地下水中Cl-质量浓度与地区开采量（Q）、埋深（H）的关系方程见式（8-9）、式（8-10）。
ρ（Cl-）＝213.161n（Q）-1718.5 （8-9）
ρ（Cl-）＝139.271n（Q）-25.542 （8-10）
结合海水入侵与地下水作用关系表达式，根据一般的海水入侵判定标准，当ρ（Cl-）＞250mg/L时，就会发生海水入侵，由式（8-1）求得当ρ（Cl-）＝250mg/L时对应的开采量为10248万m3。根据烟台市最新制定的2011～2015年用水总量控制指标，烟台市区地下水控制开采量为12100万m3，与预测的地下水开采量控制阈值基本一致，这也说明预测结果比较合理。在海水入侵得以控制的前提下，再进一步考虑逐步恢复地下水系统的良性循环，尽可能达到入侵之前的均衡状态，按照全市地下水系统整体进行考虑，因此设定烟台电厂宫家岛水源地监测站的ρ（Cl-）＝200mg/L时对应的开采量8100万m3作为2015年的海水入侵防治的地下水开采量控制指标。

图8-6 地下水中氯离子浓度与开采量、埋深相关关系

根据《烟台市2011～2015年度用水总量控制指标》，年度用水控制指标包括当地地表水控制指标、地下水控制指标和区域外调入水量控制指标，即当年最大允许可利用量指标。规定近期烟台市区的年度地表水用水量控制指标为29500万m3、引江水4160万m3，结合上述地下水开采量阈值的计算结果，将地下水控制目标为8100万m3，总用水量控制指标即为41750万m3，见表8-10。

表8-10 大沽夹河流域下游地区规划水平年用水总量控制指标

（2）用水效率控制指标
按照最严格水资源管理制度的总体要求，以提高用水效率，遏制用水浪费，促进水资源的可持续利用，支撑经济社会的可持续发展为目标，烟台市编制《烟台市2011～2015年用水效率控制指标》，大沽夹河流域下游地区在近期（2015年）的用水效率控制指标，见表8-11。

表8-11 大沽夹河流域下游地区规划水平年用水效率控制指标

（3）水功能区纳污控制指标
近年来工业的快速发展和城市化进程的推进，使得废污水排放量不断增加，污染物入河量也随之增加，使得其大大超出了水环境的承载能力，造成部分地区水体污染，水质恶化严重。水污染造成的水体功能下降和水资源可利用量减少，使得本已严峻的水资源供需矛盾更加突出。为进一步推进最严格水资源管理制度的顺利实施，严格控制入河排污总量，保障水生态环境安全，山东省水利厅根据省政府批复的《山东省水资源综合规划》和《山东省水功能区划》，按照《山东省水功能区限制排污总量的意见》，制定了《山东省水功能区限制纳污控制指标（暂行）》，2015年大沽夹河流域水功能区限制纳污控制指标见表8-12。

表8-12 大沽夹河流域2015 规划水平年水功能区限制纳污控制指标

4.大沽夹河流域下游地区的地下水保护措施
结合烟台市区“十二五”水利规划和近期即将开展的水利工程建设，进一步提出大沽夹河流域下游地区的地下水保护措施，包括工程措施体系的总体布局和管理措施体系。
（1）地下水保护工程措施
针对烟台市的舌状海水入侵方式，可采取“上游建库调控蓄水、中游打井拦蓄补源、下游建坝截流阻侵、多源联合调度”的管理策略，市区的地下水保护工程体系具体包括地表水库工程、地下水库工程、水体置换工程、河道拦蓄工程、区调调水工程、替代水源工程等水源开发与地下水保护工程。地下水保护工程措施如下：
1）河口建库，阻断通道。根据当地的水文地质条件，在河口处修建地表、地下水库，阻隔海水侵入，同时拦蓄了地下淡水。
2）梯级拦蓄，加强补给。在入海河流的中下游修建梯级拦河闻坝，开挖渗渠、渗井，配套开展了人工湿地建设，将入海淡水蓄积在河道里，从而加强对地下水的渗入补给。
3）水源替代，封井压采。通过水库外调地表水，置换入侵区的地下水源，大量发展雨水蓄积工程、海水利用工程等非常规水源利用工程，在此基础上大力封井压采，恢复河口处的地下水水位。
4）区域调水，增加供水。随着胶东地区引黄调水工程等工程的建设实施，通过对调水工程的调蓄水库进行除险加固以及优化水厂供水管网，减少对地下水开发，达到缓解或预防海水入侵的效果。
（2）地下水保护管理措施
海水入侵的程度与人为开采地下水有着极其密切的关系，超量开采地下水是造成海水入侵的主要原因。因此，地方政府和有关方面应尽快制定或完善地下水管理保护方面的法规条例及配套制度，严格地下水取水许可审批，加强取水计量监管，有计划地调整地下水开采布局；同时加强地下水基础工作建设，包括建设专门监测海水入侵的地下水动态监测网、制定合理水价机制、建立地下水管理模型等相关工作，全面实施地下水管理保护工作。
1）明确城市用水总量控制指标并严格执行取用水管理。
2）建立地下水水位预警线动态监控地下水资源开采，限制超采。
3）明确地表水功能区限制纳污能力，建立水功能区纳污容量预警线，增加污水处理回用规模，保护水环境。
4）大力推进节水型社会建设和需水管理水平，提高用水效率和效益。
5）建立完善水资源管理信息与决策系统，实现城市多水源联合供水自动化统一调度。
综上所述，大沽夹河是一条季节性河流，汛期为每年的6～9月，径流量占全年径流量的84%，大量水资源得不到利用，流入大海。年际变化也很大，年径流量最大值发生在1964年为56496万m3，年径流量最小值发生在1999年和2000年均为0万m3。而且大沽夹河流经海阳、乳山、栖霞、牟平、福山、莱山、芝罘区、开发区等8市区，所以大沽夹河水资源的联合调度需要克服时间和地域难题。为了充分发挥地下水库的调节作用，提高水资源的利用率，夹河流域大力发展农业节水灌溉和城市高效用水，并在夹河流域大力兴建水利设施，实现夹河水资源梯级开发和地下水资源保护，从而在空间上实现地表水与地下水的高效联合运用。大沽夹河流域水资源高效利用模式如图8-7所示。

图8-7 大沽夹河流域水资源高效利用模式

永福园地下水库库区位于烟台市芝罘、福山及莱山三区所辖范围内，库区下游边界即坝轴线，西起朱家山经永福园至宫家岛，内夹河门楼水库大坝为地下水库的内夹河上界，外夹河的上游边界至旺远河段。地理位置为东经121°09′～121°27′，北纬37°20′～37°38′。为了改善与治理夹河的生态环境，永福园地下水库库区的下游段，外夹河大沙埠橡胶坝以下、内夹河东北关以下至地下水库截渗坝之间主河床及河间地块地段实施水体置换及回灌补源工程。

1.水体置换及回灌补源工程规划设计

（1）水体置换及排水工程规划设计

本次考虑对永福园地下水库下游库区即大沙埠橡胶坝以下河段5.7km²范围内布设抽水井进行水体置换。该区域地下水中Cl^-含量大都在200～250mg/L以上，靠近坝轴线处局部大于500mg/L，超过饮用水卫生标准。其外围17.75km²的范围内Cl^-含量多为120～180mg/L。本次确定大沙埠橡胶坝以下河段5.7km²置换区水体置换目标为地下水中Cl^-含量小于150mg/L，达到地下水Ⅱ类水标准，如果置换时间和条件许可尽可能地把区内地下水Cl^-含量降为100mg/L以下。

水体置换采取在地下水库下游库区，沿内、外夹河及河间地块新打水体置换井抽水，然后回灌补源的方案。排水主干管沿各置换井附近布设，管径为DN200～DN600，在截渗坝下游200m处修建挡水围堰，将抽出的苦咸水送至围堰以下顺河道自流入海。

规划布设水体置换抽水井30眼（拟改造旧井5眼，打新井25眼），抽水能力为6万m³/d，打注水井3眼，排水管道总长为7.53km。经分析计算，最长140天左右即可完成置换抽水工作。

（2）回灌补源工程规划设计

本次设计在外夹河大沙埠橡胶坝以下、内夹河东北关以下，至地下水库截渗坝河段布设渗井258眼。其中外夹河大沙埠橡胶坝至内外夹河汇合口段长2.48km，设渗井115眼；内夹河东北关至内外夹河汇合口段长2.15km，设渗井98眼；内外夹河汇合口至地下水库截渗坝河段长0.86km，设渗井45眼。利用门楼水库施工弃水进行回灌补源，以达到提高水体置换效果，缩短水体置换时间，增加城市供水量的目的。渗井沿河按井距50m、排距50m、每排3眼或2眼，梅花形进行布置。经分析计算，在回灌补源水量有保障的情况下，需65d左右即可完成对抽水置换区的回灌补源工作。

2.永福园地下水库下游库区地下水可供水量分析计算

永福园地下水库库区总面积为63.26km²，调蓄库容为0.65亿m³，95%保证率年可开采量为4418万m³。本次规划永福园地下水库下游库区均衡计算区的库区面积为17.75km²。

（1）地下水补给量计算

根据1956～2003年降水资料进行计算。

1）大气降水入渗补给量。

按式Q_降＝Faχ计算。

式中：F——计算区的面积；

a——大气降水渗入系数；

χ——年降水量。

计算结果见表8-13。

表8-13 大气降水入渗补给量表

2）库区周边侧向补给量。计算库区周边分水岭以内大气降水入渗量，地下水蒸发量及开采量忽略不计，计算出的入渗量即为周边侧向补给量。

按岩性将周边分水岭以内地段分为三个区，分别计算大气降水入渗量，计算结果见表8-14。

3）河水入渗补给。采用达西公式Q＝KIHBt计算河流一侧渗漏量，乘以2即为河水入渗补量，计算结果详见表8-15。表中计算了外夹河玉树庄—大沙埠及大沙埠—宫家岛河段入渗补给量；内夹河芝阳—二水厂河段入渗补给量。

表8-14 库区周边侧向补给量表

表8-15 外夹河河水入渗补给量表

4）农业灌溉回归水量。区内农田以菜田为主，据统计，年灌溉用水量约为36.5万m³，灌溉回归系数为0.2，则农业灌溉回归水量为7.3万m³/a（200m³/d），95%保证率不予考虑。

5）上游地下水径流补给量。计算公式如下：

Q_径补＝KIHB

式中：K——含水层渗透系数，m/d；

I——地下水水力坡度；

H——含水层厚度，m；

B——断面长度，m。

上游地下水径流补给断面有芝阳山-北涂山断面及玉树庄断面，计算断面以上分布有芝阳水厂及套口水厂集中取水井，形成水位降落漏斗，因而在90%及95%保证率情况下，无地下径流补给。经计算，50%保证率地下水径流补给量为0.65万m³/d（235.82万m³/a），详见表8-16。

表8-16 地下水径流补给量表

6）地下水补给总量。上述各项补给量相加，即为置换区内地下水补给总量，见表8-17。

表8-17 地下水补给总量统计表

（2）地下水消耗量

1）地下水蒸发量。据地下水动态观测资料，区内地下水埋深3～3.5m以上，蒸发量可忽略不计。

2）地下水径流排泄量。计算区北端为地下截渗坝，阻挡了地下径流，坝西端至朱甲山留有宽630m的缺口。但由于上游有工业自备井常年抽水，形成地下水降落漏斗，致使缺口处无地下径流向库外排泄。

3）地下水开采量。经统计，区内地下水开采总量为2.7万m³/d（包括电厂1.2万m³/d、福山城区企业自备井1.4万m³/d、灌溉0.1万m³/d）。

（3）本区域地下水可开采量计算成果

经计算，95%保证率情况下，本区地下水日均补给量为1.13万m³。本区地下水位降至-12m，控制在含水层顶板上下，地下水储存量为2594万m³；另外本河段补源渗井工程实施后，地表水可直接补给地下水，按宫家岛橡胶坝347万m³蓄水的1/3、大沙埠蓄水191万m³作为储存量予以开采，扣除蒸发等，两橡胶坝可开采的储存量为245万m³；地下水合计总储存量为2839万m³，应急供水16个月（487d），动用储存量可增加开采量为5.83万m³/d。扣除日均已有地下水开采量及其他消耗量2.70万m³，应急供水16个月，95%保证率情况下，地下水日均可开采量为4.26万m³。应急供水16个月，永福园地下水库下游库区宫家岛水厂地下水可开采量计算成果见表8-18。

表8-18 宫家岛水厂地下水可开采量表

3.永福园地下水库下游库区水体置换范围及置换区储存量

（1）置换区范围确定

根据地下水动态监测资料，永福园地下水库下游库区宫家岛水厂影响区域水质状况较差。坝线上游沿夹河约5km²范围内，由于受建坝前海水浸染影响，Cl^-含量大都大于200～250mg/L，靠近坝线附近局部大于500mg/L，超过生活饮用水卫生标准（上限250mg/L）。本次规划对该区地下水进行水体置换、抽咸补淡，实施置换的范围主要是永福园地下水库下游库区、大沙埠橡胶坝以下宫家岛水厂应急供水井影响区域，面积约5.7km²。置换区外围地下水中Cl^-含量一般为120～180mg/L。

（2）置换区地下水储存量

根据“烟台市夹河地下水库水文工程地质勘察报告”，地下水库库区总面积63.26km²，总库容（水位高程0.5m以下）为2.05亿m³，其中宫家岛水厂水资源均衡计算区库区面积17.75km²，相应地下库容（水位高程0.5m以下）为7040万m³。地下水库下游区既宫家岛水厂区域不同地下水位高程以下库容计算见表8-19。

根据近年来地下水动态观测资料，计算区地下水位平均高程为0m。经计算，自0m降至不同水位的储存量如下：-10m为2013万m³，-11m为2298万m³，-12m为2594万m³，-13m为3072万m³，-15m为3667万m³，-20m为5555万m³。

本次规划实施的地下水库下游区即宫家岛水厂应急供水井影响置换区面积5.7km²，地下水位-15m以上储存量约为1220万m³，-20m以上储存量约为1850万m³。

表8-19 地下水库下游区库容计算表

（3）置换区地下水水质情况

本次规划的5.7km²置换区受建坝前海水浸染影响，地下水水质总体较差，属Ⅳ～Ⅴ类水，主要是Cl^-含量超标，Cl^-含量大都大于200～250mg/L，靠近坝线附近局部大于500mg/L，超过生活饮用。

（4）置换目标

根据监测资料，内、外夹河地表水及门楼水库水Cl^-含量一般40～60mg/L，因此，本次确定大沙埠橡胶坝以下河段5.7km²置换区水体置换目标为地下水中Cl^-含量小于150mg/L，达到地下水Ⅱ类水标准，如果置换时间和条件许可尽可能地把区内地下水Cl^-含量降为100mg/L以下。置换抽水过程中加强水质监测，当达到置换目标时即完成置换抽水。

（5）置换抽水天数计算

根据“烟台市城市供水应急工程宫家岛水厂水文地质勘察报告”，置换区平水年地下水的天然补给量为4.4万m³/d，现有开采量为2.7万m³/d。本次规划实施的宫家岛水厂应急供水井影响置换区域，地下水位-15m以上，储存量约为1220万m³。

置换抽水天数计算：按单井出水量2000m³/d，规划30眼井抽水量为6.0万m³/d，现有地下水开采量为2.7万m³/d，每天抽水量合计为8.7万m³。按置换区地下水Cl^-含量背景值为250mg/L，天然补给量中Cl^-含量100mg/L，人工回灌补源水Cl^-含量50mg/L，采用Cl^-通量均衡公式进行计算：

初始储存通量-回灌时段末储存通量＝抽水通量-回灌补给通量-外围入渗通量＋蒸发通量

式中：初始储存通量＝置换区地下水储存量×Cl^-含量（背景值）；

回灌时段末储存通量＝置换区地下水储存量×Cl^-含量（置换目标值）；

抽水通量＝抽出水总量×Cl^-含量（取200mg/L）；

回灌补给通量＝回灌补给量×Cl^-含量，50mg/L；

外围入渗通量＝天然补给量×Cl^-含量，100mg/L；

蒸发通量：置换区地下水位埋深大于3.5m，蒸发通量忽略不计。

设置换抽水天数为X，则：

置换区地下水储存量＝1220万m³＝1.22×1010L

抽水总量＝8.7×10⁷L×X

外围入渗补给量＝4.4×10⁷L×X

回灌补给量＝（8.7-4.4）×10⁷L×X

按置换目标Cl^-含量分别为100mg/L、150mg/L，经计算，所需抽水天数分别为169 d和113 d。

考虑置换过程存在复杂性，水位降至-15m，激发增加补给量，同时-15m以下咸水及含水层中吸附Cl^-将向上扩散。因此，设计置换历时按Cl^-含量150mg/L考虑，确定为140d；如果置换条件许可，抽水时间可延长至200 d以上，将区内地下水中Cl^-含量降至100mg/1以下。

4.工程规模的确定

（1）置换抽水井规模

本区水体置换完成后，置换抽水井将转为宫家岛水厂应急供水井。根据“烟台市城市供水应急工程宫家岛水厂水文地质勘察报告”，按前述计算规划的抽水量和抽水时间，按含水层的分布情况及抽水井的影响半径，确定布抽水井30眼，单井出水量2000m³/d，抽水能力为6.0万m³/d。另外，未来应急供水16个月，90%、95%保证率情况下，本区地下水日均可开采量分别为5.05万m³、4.26万m³。宫家岛水厂应急供水规模按5.0万m³/d设计，也需布井30眼（备用5眼井）。

（2）回灌补源渗井规模

本次规划实施的地下水库下游区即宫家岛水厂应急供水井影响置换区面积5.7km²，地下水位-15m以上水体达到置换目标需抽水140d，30眼井抽水加现状已有的开采量2.7m³/d，抽出的水量为1218万m³，本区地下水的天然补给量为4.4万m³/d，抽水期间天然补给量为616万m³，其余602万m³靠人工渗井补源。根据“烟台市夹河地下水库回灌补源工程可行性研究报告”，玉树庄以下设计回灌井井距50m，排距50m，每排3眼或2眼，间隔排列。按上述设计，本次在外夹河大沙埠橡胶坝以下、内夹河东北关以下至地下水库截渗坝河段，共计需布渗井258眼。据“山东省烟台市夹河中下游地段引渗回灌可行性研究报告”及本次计算分析，渗井的入渗能力按每眼360m³/d考虑，则大沙埠橡胶坝以下河段258眼井入渗能力为9.29万m³/d，65d左右可完成对地下水的回补，与门楼水库施工放水时间相当。

为保证置换效果，置换抽水过程中，在置换区西侧栾家疃—宋家疃一带布设3眼注水井，向井内注水，形成水峰，阻止抽水漏斗范围向西扩展及西坝段溢流口侧地下水向置换区补给。

根据置换抽水井的抽水量和回灌补源井的入渗能力，确定本工程规模为中型，等级为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物级别为5级。

5.工程方案比选与工程任务

（1）工程方案比选

本次水体置换方案有两个：一是抽水与人工补源相结合的工程方案，二是只进行抽水，靠自然回补地下水方案。两个方案比选情况见表8-20。

由表8-20可看出，方案一优于方案二。因此，推荐选用方案一抽水与人工补源相结合进行水体置换工程。

表8-20 水体置换方案比选表

（2）工程任务

通过永福园地下水库下游库区的水体置换及回灌补源工程的建设，将大大改善永福园地下水库下游库区水质，解决因门楼水库施工放水造成的城市供水不足问题，为城市当前供水提供替代水源，确保城市供水安全，并为保证城市长远发展用水需求奠定良好的基础。30眼水体置换抽水井抽水能力6万m³/d，258眼回灌补源渗井入渗能力9.29万m³/d。

本工程共打水体置换抽水井25眼，改造利用旧井5眼，打回灌补源井258眼，铺设排水管路7.53km。

地下水库建库多年来，虽然规划的回灌补源工程一直没有实施，但按照市政府确定的优先使用地表水、科学涵养地下水的水资源开发利用方针，库内的地下水资源得到了一定的涵养储存。库区内的地下水位也有了明显的回升，地下水漏斗区面积逐年减少。但目前地下截渗坝上游仍封存有建坝前入侵的部分海水，Cl^-含量大都大于200～250mg/L，靠近坝线附近局部大于500mg/L，海水侵染区的水质一直没有得到有效的改善。对永福园地下水库水体进行置换及回灌补源，采用机井抽取地下含氯较高的苦咸水，同时在河道范围内布置渗井，利用夹河地表水及门楼水库施工弃水进行回灌补源后，该区域水质可以达到Ⅲ类水标准，且Cl^-含量小于150mg/L，能够改善并逐步恢复本区域生态环境，满足城市供水水质要求，为城市社会和经济发展提供水资源保障，其社会效益和生态效益十分显著。

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