貴陽市水文地質(zhì)條件及環(huán)境效應研究

王中美，廖義玲，李明琴，張竹如

（貴州大學 資源與環(huán)境工程學院，貴陽550003）

貴陽市是貴州省的省會城市，處于喀斯特地區(qū)。隨著貴陽市社會經(jīng)濟的發(fā)展，以及它本身復雜的水文地質(zhì)條件，對城市環(huán)境的保護成了人們關注的重要問題之一。例如在貴陽市的西邊，由于地下水的開采而出現(xiàn)的降落漏斗群產(chǎn)生的城市環(huán)境水文地質(zhì)問題；在主城區(qū)修建建筑物產(chǎn)生的基坑涌水、地表開裂、地面塌陷等城市環(huán)境工程地質(zhì)問題；以及由于城市化、工業(yè)化的發(fā)展，產(chǎn)生的工業(yè)廢水和生活污水污染城市地下水環(huán)境問題等，都是應該特別關注的問題。然而，由于貴陽市復雜的水文地質(zhì)條件，使得貴陽市這座高原山城，森林環(huán)繞，林木蒼翠，形成了寬1～7km，長逾70km的環(huán)城林帶，為貴陽市提供了綠色生態(tài)屏障，也為貴陽人提供了良好的居住環(huán)境。因此，應該對環(huán)城林帶進行保護，為林城貴陽創(chuàng)建生態(tài)文明城市提供保障?；谝陨显颍疚膶⒂懻撡F陽市水文地質(zhì)條件及環(huán)境效應，從而認知并進一步保護這一珍貴的森林之城。

1 研究區(qū)環(huán)境地質(zhì)背景

貴陽市處于云貴高原向東傾斜的過渡地帶，為一典型的巖溶盆地地貌。其盆地四周1 125～1 438m標高組成的山峰為云貴高原“山盆期”夷平面，也是區(qū)內(nèi)次級河流的分水嶺。中心城區(qū)盆地最低處為噴水池，海拔1 000m，與四周山峰最大高差338m。地理位置為北緯26°11′00″—26°54′30″，東經(jīng)106°27′20″—107°03′00″。氣候溫和，雨量充沛，年均氣溫15℃，相對濕度70%左右，年平均降水量1 174mm，降水多集中在4—10月，屬典型的亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)。區(qū)內(nèi)出露地層較齊全，除白堊系外，從奧陶系到第四系均有分布，地層分布以三疊系最廣，其次為二疊系。主要有碳酸鹽巖和碎屑巖，出露巖石類型以淺海臺地碳酸鹽巖（白云巖和石灰?guī)r）為主，晚三疊世晚期以后均為陸相碎屑地層，且碳酸鹽巖與碎屑巖在垂向分布上具多層性，平面展布呈條帶狀相間。地下水含水巖系主要為石灰?guī)r和白云巖以及碎屑巖。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造明顯，以南北向及北北東向為主，斷層裂隙十分發(fā)育，特別是貴陽市區(qū)及北部一帶，斷層裂隙縱橫交錯，地下巖溶裂隙及管道密集，成為地下水富水地帶之一[1]。同時研究區(qū)內(nèi)植被比較豐富，多分布在盆地四周的碎屑巖地層區(qū)及碳酸鹽與碎屑巖地層互層區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水文地質(zhì)條件

貴陽市中心城區(qū)及其四周，碳酸鹽巖廣泛出露，斷層褶皺強烈，裂隙十分發(fā)育，地下水豐富。通過工程鉆孔揭露的水文地質(zhì)資料表明，受貴陽向斜盆地儲水構(gòu)造的影響，區(qū)內(nèi)淺層地下水埋深較淺，通常不大于10m。碳酸鹽巖地層含水豐富，巖溶泉出露較多，加之與碎屑巖隔水層相間分布，地下水常在隔水層露頭處出露形成接觸泉。通過調(diào)查可知，在長坡嶺森林公園、小河藥用植物園、黔靈公園的七星潭、中天花園的月亮湖等都可見到濕地。研究區(qū)大量泉水的出露和濕地都表明貴陽盆地地下水豐富，埋藏淺，有利于植物的生長。

根據(jù)地表分水嶺，可以把研究區(qū)分成兩個完整的儲水構(gòu)造單元。盆地東、北、西三面為阻水帶所包圍，構(gòu)成一個完整的儲水構(gòu)造。淺層地下水的補給方向，在盆地北部為自北而南，南部則自南而北。三橋—阿哈寨一帶，斷裂及大型節(jié)理發(fā)育，黔靈山、花溪壓性斷層及非巖溶層構(gòu)成東部地下水匯集帶的阻水邊界，亦形成一個完好的儲水構(gòu)造，西部廣大地區(qū)的地下水均匯集于此。在兩個儲水構(gòu)造單元內(nèi)地表水、地下水較發(fā)育，主要通過大氣降水補給。大氣降水降到地表一部分經(jīng)過地表徑流補給各級支流，最后匯入南明河，另一部分通過包氣帶的滲入補給地下含水層，最后以泉水、地下河、濕地的方式排泄。區(qū)內(nèi)發(fā)育的地表水、地下水分述如下。

（1）地表水。貴陽市位于長江水系和珠江水系的分水嶺地帶。桐木嶺以北屬長江水系，以南屬珠江水系。區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育，主要河流有南明河、市西河、小車河、雅河、貫城河。南明河是區(qū)內(nèi)最大的河流，發(fā)源于馬林西北的擺古附近，由城西南角流入城區(qū)，近東西向橫貫全城蜿蜒向北東流出。在本市境內(nèi)長97 km，落差366m。平均比降3‰，平均流量13.8m3／s。

南明河中上游段河谷開闊，支流有小車河、市西河、雅河及貫城河。在流經(jīng)城區(qū)前，水質(zhì)均良好。如今河流上游已建成6座水庫，其中阿哈水庫、花溪水庫、松柏水庫為區(qū)內(nèi)主要供水源。貴陽市的地表水資源，基本來源于降水形成的徑流量。年徑流深545～570mm，計算年均天然產(chǎn)水量為13.54億 m3[2]。

（2）地下水。貴陽市由于碳酸鹽巖與碎屑巖相間展布，地下水豐富，淺層地下水水位較高，因此城區(qū)內(nèi)有多處泉出露及濕地。區(qū)內(nèi)地下水類型主要為巖溶水，其次為基巖裂隙水，孔隙水少見。根據(jù)巖性及含水性的差異劃分為4個含水巖組。由調(diào)查數(shù)據(jù)可知，含水層的富水性評價結(jié)果見表1，綜合考慮三項指標，以枯季地下水徑流模數(shù)為主。地下水類型富水性評價指標見表2。區(qū)內(nèi)地下水主要為由盆地四周向盆地中心徑流，北部大片山林匯水及沿巖溶漏斗、溶溝、裂隙、斷層滲入地下形成較為豐富的地下水。

貴陽市的地下水以巖溶水為主，占90%以上（C級儲量）。貴州省地質(zhì)工程勘察院對城區(qū)約200km2范圍內(nèi)的地下水進行初勘，提供可開采地下水資源為159 830.6m3／d（巖溶水占94%）。若按全市335個地下水天然露頭點計算，地下水平均年徑流量為3.5億m3，占水資源總量的26%[2]。2005年4月貴州大學對貴陽市及周邊約2 400km2范圍內(nèi)的地下水資源普查表明，地下水天然資源量為6.92億 m3／a（189.7萬 m3／d）[3]。

表1 含水層的富水性評價

表2 地下水富水性評價指標

2.2 環(huán)境效應

2.2.1 生態(tài)環(huán)境效應 由于研究區(qū)內(nèi)的降雨量大（年平均降水量1 174mm），降水多集中在4—10月，與植物生長幾乎同期，且淺層地下水埋藏較淺等氣候、水文地質(zhì)條件等因素，為植物的生長提供有利條件。另外區(qū)內(nèi)地層巖性也是使得貴陽市及周邊植被生長茂密的原因之一[4]，地層巖性與植被覆蓋情況見表3。貴陽市中心城區(qū)（云巖區(qū)、南明區(qū)）被四周的環(huán)城林帶包圍，其西北角為有名的黔靈公園，北部為植物園及其外圍林帶，東北部大片分布的是順海林場，東部有森林公園，南部有藥用植物園，西南角為南郊公園，西側(cè)七里沖有天然林帶；以上環(huán)城林帶總面積大于貴陽市中心城區(qū)。林帶以針葉林、闊葉林為主，主要有梓、樟、櫟、檀、松、杉、柚、白楊、油桐、灌叢等，林幽鳥鳴。因此，貴陽市被稱為“國家森林城市”，2007年連續(xù)第3次獲得“中國避暑之都”稱號，并在“全球避暑旅游名城2007口碑金榜”評選中，從全世界100多個城市中“脫穎而出”排名第9，超過夏威夷、溫哥華、悉尼等名城[5]。根據(jù)2004年數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，貴陽市森林覆蓋率已達34.77%；城市綠地率達39.26%，城市綠化覆蓋率達40.47%[6]。市區(qū)四周群山環(huán)抱、林木蒼翠，寬1～7km，長逾70km的環(huán)城林帶，為貴陽市提供了綠色生態(tài)屏障。同時環(huán)城林帶的植物可以產(chǎn)生美化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣溫、改善城市小氣候、凈化空氣、消減城市中的噪音等生態(tài)環(huán)境效應，為林城貴陽創(chuàng)建生態(tài)文明城市提供保障。

表3 貴陽市各地層巖性與植被覆蓋率

2.2.2 環(huán)境水文地質(zhì)效應 研究區(qū)由于褶皺斷層發(fā)育，巖石破碎，碳酸鹽巖大面積出露，使得地下埋藏著豐富的地下水資源。隨著貴陽城市經(jīng)濟的發(fā)展，供水的需求越來越大，地表水資源已經(jīng)不能滿足需求，于是，大量開采地下水來滿足發(fā)展的需要。在開采地下水的過程中，由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，各單位為了方便都就近打井取水，造成地下水開采井相對集中，開采量大，形成降落漏斗群，破壞水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生環(huán)境水文地質(zhì)效應。如西邊的和尚坡、三橋地段。根據(jù)貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院的地下水環(huán)境監(jiān)測2007年度報告可知，和尚坡地段年內(nèi)有正常使用的生產(chǎn)井6眼，多為單位自備井，均為每日不定時抽水井。累計年開采量約為80.3萬m3／a，枯、豐水期降落漏斗的面積分別為2.30，1.76km2，漏斗中心水位位于3048號井。三橋地段年內(nèi)正常使用的生產(chǎn)開采井6眼，3062號井為較大單位用水，為連續(xù)和每日定時抽水，其余生產(chǎn)井均為不定時抽水井。累計年開采量約為34.07萬 m3／a，枯、豐水期降落漏斗面積分別為2.26，2.06 km2，漏斗中心水位位于3062—3072號生產(chǎn)井之間。

2.2.3 環(huán)境工程地質(zhì)效應 區(qū)內(nèi)由于地下水埋深帶較淺，在工程建設中抽排地下水將可能產(chǎn)生地面開裂、地表塌陷等，同時在基坑開挖時將可能產(chǎn)生基坑涌水、垮塌等不良環(huán)境工程地質(zhì)效應。

例如噴水池北邊的某大樓，在修建過程中，由于該場地巖溶地下水發(fā)育，使得人工挖孔樁施工比較困難，不得不邊抽水邊施工，就在抽水過程中出現(xiàn)了北邊路面的開裂、地表塌陷，張開的裂縫寬度大約2m。當時造成了交通中斷，幸運的是沒有造成人員傷亡事故。另外貴陽市延安中路某大廈在基坑開挖時產(chǎn)生基坑涌水、垮塌等不良工程地質(zhì)問題。

圖1 ，F(xiàn)e3＋，Mn2＋，F(xiàn)－濃度估值等值線

2.2.4 地下水環(huán)境污染效應 貴陽市由于褶皺斷層發(fā)育，節(jié)理裂隙縱橫交錯，地下巖溶裂隙及管道密集，為地下水的儲存和運移提供了良好的空間，同時也為污染物的遷移提供了良好的通路。由于工業(yè)廢水和人類生活污水的排放，使貴陽市地下水環(huán)境在不同程度上受到了污染和破壞，產(chǎn)生水環(huán)境污染效應。

根據(jù)近3a的水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)可知，貴陽市地下水受到了不同程度的污染，其中硫酸鹽、鐵離子（Fe3＋）、錳離子、氟化物（F－）、氨氮亞硝酸鹽、硝酸鹽、氯化物（Cl－）等濃度超標。由污染離子濃度估值等值線圖（圖1）可知，硫酸鹽、鐵離子（Fe3＋）、錳離子 （Mn2＋）、氟化物（F－）等離子高濃度異常區(qū)分布在貴陽市西北的粑粑坳、馬王廟、三橋一帶，主要由工業(yè)污染和人類生活污染引起；由污染離子濃度估值等值線圖（圖2）可知氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氯化物（Cl－）等離子高濃度異常區(qū)分布在貴陽市西北的大山洞、市區(qū)、西面的馬王廟一帶，主要由農(nóng)業(yè)污染和人類生活污染引起。

圖2 ，，，Cl－濃度估值等值線

3 結(jié)論與建議

（1）貴陽市水文地質(zhì)條件復雜，地表水、地下水豐富，主要河流有南明河、市西河、小車河、雅河、貫城河。主要湖泊及水庫有小關水庫、黔靈湖、阿哈水庫。地下水以巖溶水為主，其次為基巖裂隙水，地下含水巖組為二疊系棲霞、茅口、龍?zhí)督M，三疊系大冶、安順、二橋、三橋組以及侏羅系地層。

（2）貴陽市生態(tài)環(huán)境條件較好，形成寬1～7km，長逾70km的環(huán)城林帶，為貴陽市提供了綠色生態(tài)屏障，為林城貴陽創(chuàng)建生態(tài)文明城市提供保障。

（3）貴陽市由于大量開采地下水資源，在和尚坡、三橋地段形成降落漏斗群，破壞水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生環(huán)境水文地質(zhì)效應。

（4）貴陽市在工程建設中抽排地下水產(chǎn)生地面開裂、地表塌陷等，同時在基坑開挖時產(chǎn)生基坑涌水、垮塌等環(huán)境工程地質(zhì)效應。

（5）貴陽市由于工業(yè)廢水和人類生活污水的排放，使地下水環(huán)境在不同程度上受到了污染和破壞，產(chǎn)生水環(huán)境污染效應。

總之，貴陽市巖溶地質(zhì)環(huán)境和巖溶水系統(tǒng)由于本身的脆弱性和易變性，一旦遭受破壞難以短期恢復。因此在城市化建設過程中，要對各種環(huán)境因素進行保護，防止人為因素的破壞，是一項長期的、重要的任務。

[1]李興中，徐際鑫，李雙岱.貴陽地區(qū)巖溶水文地質(zhì)特征[J].中國巖溶，1985（2）：66－75.

[2]曹衛(wèi)鋒.貴陽市2000－2030年地下水資源及環(huán)境地質(zhì)問題預測分析[J].貴州地質(zhì)，1998，15（4）：368－376.

[3]貴州大學.貴陽市地下水資源普查報告[R].2005.

[4]廖義玲，劉祥洋，賀珺，等.巖溶脆弱環(huán)境下貴陽盆地土壤和植被的保護[J].地球與環(huán)境，2008，36（3）：202－206.

[5]劉建忠等，貴陽市城市水土保持的制約因素與應對策略[J].中國農(nóng)學通報，2008，24（5）：467－469.

[6]石登紅，陳訓.“林城”貴陽主要綠化植物調(diào)查及其生態(tài)效益研究[J].貴陽學院學報，2009，4（3）：18－20.