桂西北巖溶地下水庫建設(shè)的思考

鄧永光，鄧悅敏

(1.廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023;2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150028)

1 桂西北巖溶地區(qū)水資源現(xiàn)狀

以地頭水柜為主的雨水集蓄利用工程，在一定程度上解決了桂西北生活用水問題和糧食生產(chǎn)問題，在經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、生態(tài)效益上取得了顯著的成績。但水柜占用一定的土地面積，影響到環(huán)境景觀，水柜建設(shè)越多這個(gè)問題越嚴(yán)重，且2009年8月開始到2010年的冬春連旱暴露出工程存在的水質(zhì)、水量和建設(shè)管理問題［1］，因其蓄水體積有限，發(fā)揮作用受到天氣、耕地和管理等諸多條件限制，只能滿足于一時(shí)之需，隨著干旱季節(jié)的延長其作用越來越小。解決地頭水柜雨水集蓄利用工程的水量問題比解決水質(zhì)和建設(shè)管理問題更復(fù)雜。水柜水量不足的原因主要有:一是水柜的體積有限;二是水柜的水源多數(shù)為降雨形成的地表徑流，少數(shù)為降水補(bǔ)給的泉水，雨、人、柜三個(gè)條件同時(shí)滿足才能蓄水，而更多的雨水由于巖溶地區(qū)的地形地質(zhì)原因，很快就灌入地下成為地下水資源。

1999—2009年，廣西地礦局進(jìn)行了巖溶石山區(qū)地下水資源勘查與生態(tài)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，同時(shí)對廣西典型地區(qū)和重點(diǎn)巖溶流域進(jìn)行地下水與環(huán)境地質(zhì)調(diào)查及建設(shè)地下水利用環(huán)境整治示范工程，調(diào)查地下河系127條，巖溶大泉85個(gè)，按地下河、大泉子系統(tǒng)為基本計(jì)算單元，以地表水文三級系統(tǒng)為匯總單元，全區(qū)巖溶地下水天然資源量每年791.37億 m3，允許開采量每年197.57億 m3，巖溶水可有效開發(fā)利用潛力量每年180.70億 m3，而現(xiàn)狀地下水開采量占可開采量的比例，清水河流域?yàn)?.5%，汪莊河流域?yàn)?.25%，龍須河流域?yàn)?%［2］。2007年廣西地質(zhì)勘查總院承擔(dān)的《廣西重點(diǎn)巖溶流域水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)調(diào)查(黑水河流域)》，初步評價(jià)黑水河流域巖溶地下水每年允許開采量超過7.8億 m3，現(xiàn)狀開采量僅占允許開采量的5.4%［3］。從巖溶地區(qū)地下水的開發(fā)利用現(xiàn)狀來看，地下水的開發(fā)潛力非常巨大。

要把巖溶地區(qū)水柜攔蓄不了的水資源留在本區(qū)來加以利用，有必要加大地下水庫的工程建設(shè)，以工程、生物、農(nóng)業(yè)相結(jié)合的綜合措施來調(diào)蓄水資源，使三種水庫形成一個(gè)完整的水庫系統(tǒng)，充分利用本區(qū)的容水空間最大限度蓄積水資源，因地制宜地綜合利用，或發(fā)電，或供水，或灌溉，方可有效地提高水資源的利用率，并確保其可持續(xù)利用，從根本上提高抗災(zāi)能力和綜合生產(chǎn)能力，解決大石山區(qū)秋冬連旱和電力供應(yīng)等問題。

2 巖溶地區(qū)興建地下水庫的可行性分析

歷年來的地質(zhì)調(diào)查研究工作為巖溶地區(qū)利用地下水資源和地質(zhì)環(huán)境綜合整治提供了豐富的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

巖溶地區(qū)的地質(zhì)調(diào)查，尤其是自1999年以來中國地質(zhì)調(diào)查局在西南巖溶地區(qū)開展的國土資源大調(diào)查項(xiàng)目“西南巖溶地區(qū)地下水與環(huán)境地質(zhì)調(diào)查”(2003—2006年)［4］，基本查明了西南巖溶干旱缺水和石漠化重點(diǎn)地區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律、各流域內(nèi)以地下河為代表的巖溶地下水系的分布及其主要水文地質(zhì)特征、巖溶水開發(fā)利用條件及開發(fā)利用現(xiàn)狀，查明了巖溶干旱、洪澇、水質(zhì)污染和石漠化等環(huán)境地質(zhì)問題，局部也系統(tǒng)調(diào)查了流域內(nèi)30 a來水質(zhì)變化情況［3］，進(jìn)行巖溶地下水開發(fā)和石漠化綜合整治區(qū)劃，并就一些地下河和巖溶大泉的開發(fā)利用提出具體開發(fā)利用建議和方案，實(shí)施了一些巖溶地下水的有效開發(fā)利用與石漠化綜合整治示范工程，分別在貴州、云南、湖南、廣西等地取得顯著成效，成功總結(jié)出了山區(qū)開發(fā)表生帶巖溶水、徑流和排泄區(qū)開發(fā)地下河水、平原或蓄水構(gòu)造采用鉆孔取水等三種巖溶水開發(fā)模式，如“貴州巨木地下河開發(fā)利用示范工程”，“廣西平果表生巖溶泉利用示范工程”，“湖南龍山縣八仙洞堵洞成庫示范工程”［5］，在廣西還成功實(shí)施了以桂中新埠江流域?yàn)槔姆辶制皆?、以廣西黎塘示范區(qū)為例的巖溶平原干旱區(qū)、扶綏縣東門蓄水構(gòu)造、忻城福六浪巖溶洼地等巖溶水資源開發(fā)與利用工程。［4］

概括來說，目前巖溶地區(qū)地下水一般有如下開發(fā)利用方式，一是選擇地下水淺埋的地段直接開挖或鉆孔取水;二是從地下河天窗、溶潭及泉口直接提取地下水;三是準(zhǔn)確測定地下河的空間位置，或打隧道，或筑壩修建地下水庫(電站)后將地下河水引出地表灌溉、發(fā)電;四是在巖溶洼地、巖溶大泉及地下河出口下游，選擇有利的地形地質(zhì)條件建壩成地表水庫。目前西南巖溶地區(qū)地下水開發(fā)利用一般是供人畜飲用及部分耕地灌溉用水，主要方式是在地下河、巖溶泉出口、地下河溢流天窗攔堤引水，或在地下河天窗、有水溶洞、泉口開控成井裝機(jī)抽水，或鉆井抽水，或用水柜蓄積表層巖溶泉水［2］。雖然很多地方因地制宜采用了各種開發(fā)利用方式，但還不能充分利用巖溶山區(qū)的豐富地下水資源，地下水開發(fā)利用率低，很有必要改變利用方式，通過地下水庫為主調(diào)蓄分布低位的地下水資源，采取最合適和經(jīng)濟(jì)的方式加以利用，最大限度地發(fā)揮地下水資源對本區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的支持作用。

建設(shè)巖溶地下水庫難度很大，但已有實(shí)例證明可行。因地形崎嶇，巖溶水資源所處的巖溶地下管道十分發(fā)育且難于準(zhǔn)確定位，巖溶水非均一性強(qiáng)且埋藏深度較大，地下河水本身的調(diào)蓄能力差，致使地下水勘查及開發(fā)的技術(shù)難度大，地下水開發(fā)工程建設(shè)困難，再加上對地下水開發(fā)未足夠重視，缺乏資金等外部條件，造成巖溶水的開發(fā)能力弱。但是從宏觀來說巖溶地區(qū)總是被非巖溶區(qū)包圍分割，非可溶巖可能成為隔水邊界，大的地下水庫址可能不會多，但經(jīng)過詳細(xì)勘察總可選擇到合適的庫址和壩址，在地表也可以找到具有堵截成湖(庫)條件的溶蝕洼地，用工程措施攔蓄巖溶地區(qū)水資源在技術(shù)上是可行的。

3 興建巖溶地下水庫的技術(shù)問題

3.1 水庫淤積

地下水庫的流速變小，可使來水的固體物質(zhì)沉淀在地下水庫的巖溶管道中，影響巖溶水庫的體積和運(yùn)用，甚至產(chǎn)生澇災(zāi)等生態(tài)環(huán)境的負(fù)面變化。要通過庫區(qū)綠化和治坡、治溝等水土流失治理措施減少雨水產(chǎn)生的沖蝕，通過沉沙池等對地表徑流進(jìn)行預(yù)處理，以降低泥沙懸浮物質(zhì)、營養(yǎng)物、有機(jī)碳等，必要時(shí)再使用過濾設(shè)備減少水中化學(xué)物質(zhì)，抑制微生物的增長，可以解決含水層的堵塞問題，盡量避免補(bǔ)給水進(jìn)入巖溶管道后產(chǎn)生的不良影響。同時(shí)在地下壩中設(shè)置沖砂孔，在運(yùn)行中保證一定的地下水流動(dòng)更替速度，可盡量減少淤積量，同時(shí)維持下游環(huán)境的生態(tài)平衡。

3.2 地下水庫浸沒和巖溶塌陷

巖溶地下水庫的運(yùn)行使地下水位比較頻繁變化，地下水位上升可能引起水庫地帶的土地次生鹽漬化、沼澤化等災(zāi)害現(xiàn)象，使農(nóng)作物減產(chǎn)，工礦企業(yè)和民用建筑物地基條件惡化而損壞，礦井涌水量增加，鐵路、公路發(fā)生翻漿，文物保護(hù)的難度加大。隨著地下水庫蓄水，地下水水力坡降變陡，滲透流速加大，某些地方會產(chǎn)生滲漏，原有滲漏之處滲漏量將會進(jìn)一步增大，產(chǎn)生水流沖蝕問題，而當(dāng)?shù)叵滤畮焖幌鋾r(shí)，在入滲水和地下水的沖刷、淘蝕及氣爆、負(fù)壓等因素作用下，覆蓋在一些巖溶洞穴，溶隙入口處的黃土及巖溶洞隙充填物將被沖刷帶走，地下水庫淤積的泥沙只能堵塞細(xì)小的裂隙，并且很難保持穩(wěn)定，水流通道逐漸擴(kuò)大，會導(dǎo)致巖溶塌陷的次數(shù)和規(guī)模增大。通過控制地下水庫工程最高蓄水位，控制庫水的補(bǔ)給和利用量以控制水位變幅和速度，可避免本問題的發(fā)生。

3.3 水庫水質(zhì)問題

地下水庫的流速變小，水體體積增大，可使來水的溶解物質(zhì)積淀在其中，有機(jī)物的變化或生物的生長改變水質(zhì)。要在巖溶地下水的補(bǔ)給區(qū)，大力營造水源林及防護(hù)林帶，過濾地表徑流，凈化水質(zhì);進(jìn)一步推進(jìn)庫區(qū)生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)工作，加快面源污染治理，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，減少農(nóng)藥、化肥使用量，大力建設(shè)污水處理廠，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，使城鎮(zhèn)生活廢棄物及工業(yè)三廢零排放，垃圾二次利用及無害化處理;防止礦產(chǎn)資源開發(fā)及其它生產(chǎn)活動(dòng)對水資源的污染與破壞。

4 興建巖溶地下水庫措施

4.1 做好規(guī)劃工作

一要做到水資源開發(fā)利用與經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展，既要滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對它的需求，又要防止對其超采。二要做到統(tǒng)一配置，科學(xué)管理，做好流域規(guī)劃、區(qū)域規(guī)劃的銜接，做到地表、地下水資源統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一配置，按照巖溶水的自然特點(diǎn)、生態(tài)與環(huán)境保護(hù)要求，處理好開發(fā)利用與保護(hù)之間的關(guān)系，統(tǒng)籌考慮其開發(fā)利用現(xiàn)狀、存在問題和未來一定時(shí)期內(nèi)的各方面需求。三要重視水資源的生態(tài)與環(huán)境功能，既重開發(fā)又重保護(hù)，加強(qiáng)對水資源開發(fā)利用管理和污染預(yù)防監(jiān)督管理，嚴(yán)格防止生態(tài)環(huán)境惡化。四要工程措施與非工程措施并重，綜合治理和開發(fā)，科學(xué)規(guī)劃地下水庫群、用水、節(jié)水、水土流失治理、污染預(yù)防、監(jiān)測監(jiān)控等工程，將開發(fā)利用水資源與治理巖溶山區(qū)生態(tài)環(huán)境、基本農(nóng)田建設(shè)、農(nóng)村能源工程等結(jié)合起來。

4.2 加強(qiáng)地下水庫開發(fā)的前期工作

從地質(zhì)勘探和設(shè)計(jì)等方面科學(xué)論證地下水庫建設(shè)的可行性，從庫址的地質(zhì)條件、地下水運(yùn)動(dòng)、樞紐布局、投資等方面對其進(jìn)行充分審查，對于擬建區(qū)周圍各種可能影響工程的因素，都要進(jìn)行詳細(xì)精確的調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括:氣候(降雨、濕度、蒸發(fā)等)、水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件、補(bǔ)給水的水質(zhì)、水量和時(shí)間選擇、含水層合理深度和儲存能力、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和供水需求、現(xiàn)有供水和排水網(wǎng)絡(luò)、農(nóng)作物和植被情況、建庫技術(shù)、操作和維持地下水庫運(yùn)行的技術(shù)等等。

4.3 重視現(xiàn)場試驗(yàn)與監(jiān)測研究

由于不同地點(diǎn)的、同一地點(diǎn)的不同層位的巖溶含水層都有自身的特殊性，不同的施工方法等等都會導(dǎo)致各種各樣的問題，要預(yù)防和解決它們，必須在地下水庫工程開工之前進(jìn)行多次的小規(guī)模的現(xiàn)場試驗(yàn)研究，獲取較全面的數(shù)據(jù)，以確保地下水庫建成后能夠正常運(yùn)行。這些數(shù)據(jù)包括:地下水庫設(shè)計(jì)應(yīng)用的水文地質(zhì)參數(shù)、建壩技術(shù)、地下水庫徑流調(diào)節(jié)計(jì)算等。要建立包括氣象、水文地質(zhì)和水土流失治理預(yù)警系統(tǒng)的水資源環(huán)境監(jiān)測及預(yù)測系統(tǒng)，觀測水質(zhì)、水量、地下河的流場，實(shí)現(xiàn)RS、GIS支持下的快速準(zhǔn)確獲取水資源的時(shí)空分布信息，研究地下水庫環(huán)境下的三水轉(zhuǎn)化、儲存、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和條件及環(huán)境效應(yīng)、巖溶地球化學(xué)背景和巖溶過程、石漠化動(dòng)態(tài)及演變等等，了解動(dòng)態(tài)變化并及時(shí)采取預(yù)防措施，為地下水庫的維護(hù)管理打好基礎(chǔ)。

4.4 要建設(shè)和完善地下水庫的管理體系

要科學(xué)制定水資源管理的有關(guān)政策措施，完善水資源管理體制、地下水庫運(yùn)行機(jī)制，利用經(jīng)濟(jì)手段，科學(xué)管理水事活動(dòng)。培訓(xùn)地下水庫管理人才，提高其管理能力和水平。完善政策引導(dǎo)機(jī)制，吸引各種渠道的資金，加大地下水庫的建設(shè)投入。宣傳相關(guān)的法律、法規(guī)，加強(qiáng)公眾教育，形成保護(hù)生態(tài)環(huán)境、治理水土流失的文化氛圍。由于地下水庫的水源涉及到地表水、地下水，建設(shè)與管理涉及到水利、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、城市規(guī)劃、交通等部門，需要以水利部門作為主持部門，協(xié)調(diào)好相關(guān)部門，共同制訂運(yùn)行地下水庫的方案與措施。

5 結(jié)語

桂西北巖溶地區(qū)水問題是廣西水利工 作迫切需要解決的問題之一。只有堅(jiān)持科學(xué)的發(fā)展觀，在水土流失綜合治理，充分發(fā)揮地頭水柜雨水集蓄利用工程的作用的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)規(guī)劃、合理布局修建地下水庫，形成工程、生物、農(nóng)業(yè)相結(jié)合的綜合措施，充分調(diào)蓄地下水資源，使地下水得到合理利用和有效保護(hù)，才能確保用安全，提高水資源的利用效率和效益，增強(qiáng)水資源承載本區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的能力，走出一條解決干旱、恢復(fù)生態(tài)平衡、再造秀美山川之路，人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展，發(fā)電、灌溉、供水的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益和環(huán)境效應(yīng)三豐收，根本解決大石山區(qū)的水問題，促進(jìn)本區(qū)可持續(xù)發(fā)展。地下水庫建設(shè)將標(biāo)志著本區(qū)水資源開發(fā)利用進(jìn)入地表水與地下水合理調(diào)蓄利用的新階段。

［1］鄧永光.解決桂西北大石山區(qū)水問題的措施淺探［J］.科技信息.2011，(11):274－402.

［2］黎誼鍇.應(yīng)重視開發(fā)利用巖溶地下水.［EB/OL］.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局網(wǎng)站 http://www.gxdkj.com/build/200911/200911302227515713.htm，2009－11－30.

［3］黃志強(qiáng)，黃桂強(qiáng).廣西巖溶地下水開發(fā)利用潛力大［EB/OL］.廣西壯族自治區(qū)國土資源廳 http://www.gxdlr.gov.cn/Newscentre/NewsShow.aspx NewsId=6378，2010 －01 －14.

［4］蔣忠誠.西南巖溶地區(qū)地下水與環(huán)境地質(zhì)調(diào)查 項(xiàng)目進(jìn)展和展望［EB/OL］.中國地質(zhì)環(huán)境信息網(wǎng) http://www.cigem.gov.cn/readnews.asp newsid=3272，2005 －05 －30.

［5］范宏喜.地下水能否解西南之渴——我國西南地區(qū)旱災(zāi)審視與應(yīng)對［EB/OL］.國土資源網(wǎng) http://www.mlr.gov.cn/xwdt/dfdt/201003/t20100331_143512.htm，2010－03－31.