貴州喀斯特地區(qū)水資源研究進(jìn)展

摘要：西南喀斯特地區(qū)特殊的二元結(jié)構(gòu)水文系統(tǒng)使得該區(qū)水分運(yùn)移相當(dāng)復(fù)雜。目前，水資源短缺和水質(zhì)退化已成為喀斯特地區(qū)面臨的嚴(yán)重問題。開展喀斯特水資源相關(guān)研究意義重大。本文以喀斯特典型區(qū)貴州省為例，從水資源現(xiàn)狀、水資源承載力、土壤水研究以及生態(tài)環(huán)境對(duì)喀斯特地下水的影響方面總結(jié)了喀斯特水資源研究現(xiàn)狀，并對(duì)未來研究方向進(jìn)行了建議。

關(guān)鍵詞：喀斯特地區(qū)；水資源；貴州；研究

中圖分類號(hào)：S157 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

引言

喀斯特環(huán)境以其獨(dú)特的二元水文結(jié)構(gòu)為基本特征，形成了脆弱的生態(tài)環(huán)境。貴州位于世界三大喀斯特集中分布區(qū)之一的東亞片區(qū)的中心，全省碳酸鹽巖的出露面積達(dá)13萬km2，占全省土地總面積的73%，在全省86個(gè)縣級(jí)單位中，有75個(gè)縣（市）屬于“喀斯特縣”，屬典型的生態(tài)脆弱區(qū)，是我國(guó)西部大開發(fā)中生態(tài)建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)地區(qū)。水資源是喀斯特地區(qū)自然生態(tài)平衡、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、貧困消除的決定性因素。長(zhǎng)期以來，由于過度墾殖、陡坡開墾等不合理的土地利用方式導(dǎo)致水土流失和石漠化，喀斯特地區(qū)水資源問題嚴(yán)峻，臨時(shí)性干旱頻繁。另一方面，隨著人口數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)水資源的需求也急劇增加。本文以貴州省為例，從該區(qū)水資源現(xiàn)狀、水資源承載力、土壤水研究以及生態(tài)環(huán)境對(duì)地下水的影響方面總結(jié)了喀斯特水資源研究現(xiàn)狀，并對(duì)未來研究方向進(jìn)行了建議。

1貴州省水資源概況

1.1貴州省水資源量概況

貴州省位于我國(guó)南方喀斯特強(qiáng)烈發(fā)育的高原山區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。年降雨量在1000毫米～1300毫米之間，屬于濕潤(rùn)地區(qū)。據(jù)2010年貴州省水資源公報(bào)，全省平均降水量1105.9 毫米，折合年降水總量1948.15億立方米，屬平水年份。2010年，全省地表水資源量956.54億立方米，折合徑流深543.0毫米，比上年增加5.1%，比常年偏少9.9%，屬平水年份。全省地下水資源量為251.4億立方米，比上年增加0.97 %，比常年偏少4.1%，其中長(zhǎng)江流域片區(qū)為176.9億立方米，珠江流域片區(qū)為74.5億立方米。雖然雨季降水豐沛，但由于喀斯特二元水文系統(tǒng)使得降水容易經(jīng)地表滲入地下難以開采，工程性缺水嚴(yán)重。

1.2 貴州省水質(zhì)狀況

隨著人口的增加和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，開發(fā)建設(shè)和生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市生活用水與工業(yè)用水量迅速增加，廢水污染排放量日益增大，貴州省水環(huán)境面臨巨大壓力?！笆晃濉薄ⅰ笆濉币詠?，隨著污染物總量控制和環(huán)境管理的推進(jìn)，貴州省地表水水質(zhì)狀況持續(xù)好轉(zhuǎn)。據(jù)2013年貴州省環(huán)境狀況公報(bào)，對(duì)全省在長(zhǎng)江、珠江兩大流域七大水系共44 條河流的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，85 個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面中，達(dá)到Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)的斷面為52 個(gè)，占總監(jiān)測(cè)斷面的61.2%；達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)斷面為19 個(gè)，占總監(jiān)測(cè)斷面的22.4%；2 個(gè)斷面為Ⅳ類水質(zhì)，占總監(jiān)測(cè)斷面的2.4%；1 個(gè)斷面為Ⅴ類水質(zhì)，占總監(jiān)測(cè)斷面的1.2%；11 個(gè)斷面4水質(zhì)劣于Ⅴ類，占總監(jiān)測(cè)斷面的12.8%。2013 年全省滿足水質(zhì)功能要求的斷面有70 個(gè)，占總監(jiān)測(cè)斷面的82.3%。雖然貴州省地表水水質(zhì)狀況尚好，但隨著該區(qū)城鎮(zhèn)化及工業(yè)化的不斷推進(jìn)，水質(zhì)繼續(xù)保持和持續(xù)改善的形勢(shì)仍然嚴(yán)峻。值得注意的是，喀斯特地區(qū)地上地下雙重空間結(jié)構(gòu)，使污染物直接轉(zhuǎn)入地下水中；又因缺乏溶解氧、陽光，導(dǎo)致微生物繁殖慢，地下水水體自凈能力差，容易造成點(diǎn)、線、面、體的全面污染，導(dǎo)致功能性缺水。

2西南喀斯特地區(qū)水資源研究現(xiàn)狀

2.1 喀斯特水資源承載力研究

水資源承載力是指以可持續(xù)發(fā)展為原則，以可預(yù)見的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù)，以維護(hù)生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展為條件，某一地區(qū)的水資源在某一具體歷史發(fā)展階段下，經(jīng)過合理優(yōu)化配置，對(duì)該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大支撐能力。喀斯特區(qū)獨(dú)特的水文結(jié)構(gòu)及其功能效應(yīng)增加了該區(qū)水資源開發(fā)及利用難度。目前，對(duì)喀斯特地區(qū)水資源承載力的研究主要有：王在高等[1]通過構(gòu)建指標(biāo)體系并利用LOGISTIC預(yù)測(cè)了喀斯特地區(qū)水資源承載力。周亮廣等[2]提出相對(duì)資源承載力的研究方法對(duì)貴州喀斯特地區(qū)水資源承載力進(jìn)行了相關(guān)研究。鹿坤等[3]利用模糊綜合評(píng)判法研究了喀斯特地區(qū)水資源承載力。楊秀英等[4]運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析和研究了喀斯特地區(qū)水資源綜合承載能力?？滋m等[5]研究了貴州省喀斯特流域徑流量時(shí)序演變特征分析。張美玲等[6]運(yùn)用多目標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)投影法，研究了貴州省水資源承載力的空間地域差異。賀中華等[7]進(jìn)行了貴州省喀斯特地區(qū)水資源承載力的綜合評(píng)價(jià)研究。這些研究對(duì)貴州喀斯特地區(qū)水資源可持續(xù)利用提供了相關(guān)的理論依據(jù)。

2.2 喀斯特土壤水研究

土壤水與地表植被、大氣水、地表水和地下水有著緊密的聯(lián)系，是水資源中最復(fù)雜和最重要的組分。近年來，對(duì)于喀斯特地區(qū)水資源的研究逐漸從大尺度的水文地質(zhì)領(lǐng)域及其表層巖溶帶內(nèi)水文研究，即偏重地下水的研究，轉(zhuǎn)向?qū)Φ乇硭?、地下水轉(zhuǎn)化的中間環(huán)節(jié)即土壤水的研究。目前，對(duì)喀斯特土壤水分的研究主要集中在喀斯特山區(qū)土壤水分的運(yùn)移規(guī)律、時(shí)間異質(zhì)性及其主要影響因素方面。已有的研究結(jié)果表明：西南喀斯特山區(qū)土壤水分具有明顯的時(shí)空變異性和派生性，其空間異質(zhì)性與該地區(qū)復(fù)雜多變的地形地貌和類型多樣的小生境密切相關(guān)。另外，土地利用方式、微地貌、土壤物理性質(zhì)、有機(jī)質(zhì)含量等對(duì)喀斯特山區(qū)土壤水分的空間分布與變異都有重要影響。朱守謙等[8]、高華瑞等[9]分別研究了烏江流域喀斯特石質(zhì)山地水分特征、不同類型碳酸鹽巖坡面的土壤水分特征。杜雪蓮等[10]研究了喀斯特高原區(qū)不同植被類型土壤水分的變化特征。范新瑞等[11]研究了黔中典型喀斯特地區(qū)土壤水分時(shí)空特征。肖德安等[12]指出應(yīng)加強(qiáng)土壤水的地球化學(xué)特征研究。今后的研究應(yīng)進(jìn)一步注重與土壤學(xué)、植物學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、生態(tài)學(xué)、地球化學(xué)等學(xué)科的交叉融合以實(shí)現(xiàn)喀斯特地區(qū)水土資源的協(xié)調(diào)利用和生態(tài)恢復(fù)與重建。

2.3 生態(tài)環(huán)境變化對(duì)喀斯特地下水資源的影響

地下水既是水資源的重要組分，也是重要的環(huán)境要素。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，我國(guó)喀斯特地區(qū)地下水水資源量為2039.67×104m3/a，約占全國(guó)地下水總資源的23.4%；南方2836條地下河，總長(zhǎng)度13919 k m，總流量467×108m3/a，相當(dāng)于黃河多年平均流量。貴州喀斯特地下水資源占該區(qū)地下水資源的73.22%。地下水是該區(qū)人民生活和生產(chǎn)的重要水源，在許多地方甚至是唯一的淡水水源?？λ固厣絽^(qū)具有獨(dú)特的二元結(jié)構(gòu)水文系統(tǒng)，地表生態(tài)環(huán)境退化會(huì)降低地下水系統(tǒng)的自我調(diào)蓄能力與凈化能力，導(dǎo)致賦存于巖層中的地下水資源量的時(shí)空分布極不均勻，水資源總量減少和水質(zhì)退化[13]。郎贅超等研究了貴陽市地表水及地下水的化學(xué)組成，揭示了該區(qū)人類活動(dòng)對(duì)地下水文地球化學(xué)的影響[14]，結(jié)果表明市中心商住區(qū)的多數(shù)地下水和地表水樣品中 NO3-、SO42- 離子含量和水總硬度較高，地下水在夏季因大量使用肥料及工業(yè)和生活廢污水排放量的增加而受到不同程度的污染。劉方等[15、16]研究了貴州地區(qū)喀斯特森林群落退化、土地利用變化、農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)地表徑流及喀斯特淺層地下水化學(xué)的影響，結(jié)果表明隨著森林覆蓋率下降、基巖裸露率增加，加劇了水生態(tài)環(huán)境退化的強(qiáng)度和速度。高復(fù)種指數(shù)農(nóng)業(yè)區(qū)地下水的化學(xué)組成變化明顯，淺層地下水質(zhì)呈現(xiàn)一定程度的退化，作物種植結(jié)構(gòu)和施肥水平是影響地下水質(zhì)量的重要因素。蘇躍等[17]對(duì)貴州喀斯特山區(qū)的相關(guān)研究結(jié)果表明土地利用由林地變?yōu)楦睾?，地下水質(zhì)量出現(xiàn)一定程度的下降。因此，喀斯特區(qū)地下水資源的保障，需要發(fā)展和完善生態(tài)農(nóng)業(yè)和有機(jī)農(nóng)業(yè)，制定合理的發(fā)展規(guī)劃及農(nóng)業(yè)管理制度與政策，從而有效地避免農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中輸出的大量養(yǎng)分影響地下水質(zhì)。

3今后的研究重點(diǎn)

水資源是人類文明存在和發(fā)展的重要自然資源，同時(shí)也是自然環(huán)境的基本組分。目前，貴州省喀斯特水資源研究已取得了一些成果，但相比于非喀斯特地區(qū)的研究來講，其研究廣度和研究深度都還有一定的距離。今后，喀斯特地區(qū)水資源的研究應(yīng)朝著綜合性、多學(xué)科、應(yīng)用性及前沿性方向發(fā)展，達(dá)到理論和實(shí)踐的結(jié)合。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 喀斯特三水轉(zhuǎn)化規(guī)律研究

喀斯特地區(qū)獨(dú)特的二元結(jié)構(gòu)水文系統(tǒng)控制著水資源的形成及三水轉(zhuǎn)化過程。應(yīng)進(jìn)一步深入研究該區(qū)不同類型區(qū)域的三水轉(zhuǎn)化過程及規(guī)律。依據(jù)不同類型區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)狀況、土地資源狀況、三水轉(zhuǎn)化及水資源形成過程，采用分散供水，分散攔蓄、以化整為零方式，水資源開發(fā)利用模式以小微型為主，遵循因地、因土、因水及因需制宜的原則，有效緩解及解決喀斯特地區(qū)的干旱缺水的程度及狀況[18]。

3.2 水與生態(tài)環(huán)境的結(jié)合研究

喀斯特地區(qū)自然環(huán)境脆弱、人口眾多、經(jīng)濟(jì)落后，水危機(jī)深刻影響著社會(huì)生活的各個(gè)方面，引起了國(guó)家和社會(huì)的高度關(guān)注。中央明確西部大開發(fā)不能以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)。由水資源短缺引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題受到越來越多的重視，將水與生態(tài)環(huán)境結(jié)合起來研究是未來的發(fā)展趨勢(shì)。明確生態(tài)系統(tǒng)變化是如何影響喀斯特水資源的質(zhì)量與數(shù)量的重大問題，對(duì)深入研究該區(qū)水循環(huán)機(jī)制具有重大意義，同時(shí)為進(jìn)一步揭示該區(qū)水資源形成和演化規(guī)律以及控制機(jī)理提供科學(xué)地理論依據(jù)。

3.3 水資源評(píng)價(jià)、規(guī)劃和管理研究

針對(duì)喀斯特水資源演變規(guī)律的變化，在著力研究水與生態(tài)問題的過程中，將水資源演變的自然屬性與社會(huì)屬性同時(shí)考慮，對(duì)水循環(huán)過程進(jìn)行綜合研究。應(yīng)重視研究水的資源量、可利用量、生態(tài)需水量、水環(huán)境質(zhì)量的統(tǒng)一定量機(jī)理和相應(yīng)模型，建立適合變化條件下的水資源理論體系。以水權(quán)分配研究為核心，突出研究水價(jià)機(jī)制、水資源恢復(fù)與補(bǔ)償機(jī)制，建立科學(xué)合理的水資源評(píng)價(jià)、規(guī)劃及管理體系。

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