貴州巖溶山區(qū)地下水的開發(fā)利用探討

楊光照 張學(xué)東

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊，貴州 貴陽 550000)

貴州巖溶山區(qū)地下水的開發(fā)利用探討

楊光照 張學(xué)東

(貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局一總隊，貴州 貴陽 550000)

分析了地下水資源及開發(fā)利用現(xiàn)狀，從季節(jié)性循環(huán)帶地下水、地下暗河、巖溶大泉、零散泉系統(tǒng)四方面，對不同地下水的開發(fā)利用方式進(jìn)行了闡述，總結(jié)了地下水開發(fā)過程中的注意事項，從而有效解決貴州山區(qū)缺水問題。

地下水，巖溶水系統(tǒng)，地質(zhì)構(gòu)造，水窖

0 引言

貴州省位于我國西南地區(qū)東部的云貴高原東部梯級狀大斜坡地帶，是一個巖溶山區(qū)省份，山區(qū)地形及強烈發(fā)育的巖溶造成了地下水的空間分布極不均勻。由于此類地區(qū)存在著巖溶發(fā)育強烈，垂直滲流較快，地表匯水困難等問題，造成貴州山區(qū)地表水嚴(yán)重匱乏。而地下水分布廣泛且水質(zhì)較好，成為巖溶山區(qū)的重要供水水源。

地下水資源綜合的開發(fā)也成為了有效解決貴州山區(qū)缺水問題的主要途徑，不同的地下水賦存類型賦予了地下水不同的特點，同樣也有了與其相適應(yīng)的高效的開發(fā)利用方式，21世紀(jì)后貴州在巖溶地下水開發(fā)研究中投入了較大的人力物力，取得了豐碩的成果，特別是2007年以來貴州省人民政府為解決“十一五”期間全省1 300萬農(nóng)村人口飲水安全問題，并配合地下水資源開發(fā)利用啟動了全省范圍內(nèi)的找水打井工程，并延續(xù)至“十二五”期間1 161萬農(nóng)村人口飲水安全問題，由此在開發(fā)地下水資源過程中總結(jié)了一系列的經(jīng)驗。

但由于貴州巖溶山區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶水系統(tǒng)小型多樣；缺水區(qū)找水開發(fā)的建設(shè)難度較大，生態(tài)敏感度高；巖溶地下水開采誘發(fā)不良地質(zhì)問題等因素，巖溶山區(qū)地下水資源的開發(fā)利用，還存在大量的問題尚未解決，還需深入研究探索。

1 地下水資源及開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.1 貴州地下水資源綜述

貴州省巖溶地下水資源豐富[3]，全省大于50 L/s的巖溶地下河和大泉共有2 840條(個)，地下河1 130條，地下總長6 610 km，資源總量為215×108m3，占全省地下水資源的83%，全省地下水在95%保證率的天然補給量為363.23×108m3/年，全省地下水枯流量為206.119×108m3/年，地下水允許開采量為138.1×108m3/年。

受到近代氣候干旱的影響，省內(nèi)大多數(shù)的泉點、河流的流量都呈現(xiàn)減小的趨勢，通過自1999年—2011年開展的不同階段的水文地質(zhì)環(huán)境調(diào)查成果同樣反映了這樣的趨勢。

1.2 地下水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.2.1 對象及形式

貴州省對地下水的開發(fā)有著較長的歷史，自古就是當(dāng)?shù)鼐用裆钣盟肮喔扔盟闹饕獊碓础＝F州的地下水開發(fā)利用主要以開采地下河、巖溶泉為主。開采方式以引水、提水為主，截水和勘探井為輔。

1.2.2 用途

貴州山區(qū)地下水的開采主要用于農(nóng)業(yè)灌溉、城市生活和工業(yè)用水、農(nóng)村人畜飲水。

地下水是貴州山區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉的重要水源之一，全省大部分地區(qū)利用地下水進(jìn)行灌溉的農(nóng)田面積占總農(nóng)田面積的20%～30%，其中黔南州對地下水的利用最高，大于50 L/s的地下河及大泉不同程度被利用超過50%。全省78個縣市不同程度地開發(fā)利用地下水用于城鎮(zhèn)生活及工礦用途，占總供水量的15%～35%，全省巖溶山區(qū)有75%的人、畜飲水為利用地表分散的泉露頭，開發(fā)利用方式以引水、提水為主，截水和蓄水較少。

經(jīng)統(tǒng)計[2]，全省地下水開發(fā)總量為24.681×108m3/年，占可開采總量的21.9%，其中：城鎮(zhèn)生活開采量為3.084×108m3/年，農(nóng)村人畜飲水量為4.293×108m3/年，農(nóng)田灌溉開采量為7.442×108m3/年，城鎮(zhèn)工業(yè)開采量為0.88×108m3/年，水力發(fā)電9.001×108m3/年。在開采形式上，勘探井開采為1.946×108m3/年，引泉和地下河開采量為22.735×108m3/年。

2 不同地下水的開發(fā)利用方式

貴州巖溶山區(qū)地下水開發(fā)利用主要針對季節(jié)性循環(huán)帶地下水、地下暗河、巖溶大泉、零散泉系統(tǒng)幾種類型，不同類型的地下水采用不同類型的開發(fā)利用方式。

2.1 季節(jié)性循環(huán)帶地下水

受到地質(zhì)構(gòu)造條件及地形的影響，此類水呈現(xiàn)泉流量小、動態(tài)變化大、穩(wěn)定性較差等特點，主要以“小型”“分散”類型為主。開發(fā)利用方式以“蓄”“提”“引”為主。

采用蓄水形式主要有兩種類型：第一是直接在泉口修建集水井或利用山體地形自然形成人工水塘將泉水引入水窖中；第二類是在沒有明顯的泉點露頭地區(qū)選擇有利于表層巖溶水匯集和排泄的位置，重點選擇節(jié)理裂隙發(fā)育的沖溝地帶修建水窖。

引水類型主要是針對泉點位置較高的表層泉，可以利用高差采用水渠或管道將水引入水窖中，再由水窖引入需水點。

提水類型主要針對山間谷地和洼地，且垂直向山的巖性存在水文地質(zhì)差異，特別是地表以下淺部地帶出現(xiàn)隔水層的區(qū)域，此類區(qū)域可以采用淺井離心泵提取表層巖溶水。

2.2 地下暗河

不同類型的地質(zhì)構(gòu)造形成不同地下河種類，開發(fā)利用方式和難易程度也有所不同。目前省內(nèi)對地下河系統(tǒng)的開發(fā)利用主要有“堵洞蓄水成庫”“截、引地下河”“提引出口、天窗、巖溶潭”“地表、地下空間聯(lián)合成庫”幾種方式。

2.2.1 堵洞蓄水成庫

堵洞蓄水成庫是在地下河道或出口處修建攔壩蓄水成庫的方式，其中分為全封閉式堵洞蓄水成庫和半封閉式堵洞蓄水成庫。

全封閉式堵洞蓄水成庫，是針對巖溶地下河洞口或地下河河道采用整體“塞”滿的形式，將整個河道全部封閉，并在堵體或壩上設(shè)置放水閥或設(shè)置排洪隧洞起到調(diào)節(jié)溢洪作用，這類形式的地下河開發(fā)在貴州黔南地區(qū)較為常見，典型的有獨山新寨奮發(fā)洞水庫，該水庫建成后蓄水庫容22×104m3，可解決當(dāng)?shù)毓喔?00 hm2。

半封閉式堵洞蓄水成庫，此類形式多用于地下河河道高度較大，在地下河河道上建筑溢流式滾水壩，壩頂至地下河道頂部留足夠的空間用于溢流排泄。典型工程案例為獨山下司魚寨地下河水庫，該地下河斷面呈近似三角形，底寬為6.5 m，高為19.2 m，洞口有跌水，洞壁完整，河床下未發(fā)現(xiàn)排水通道，在洞口修建了重力式塊石壩，枯水季放水蓄水量為9.6×104m3，灌溉農(nóng)田1 500畝。

2.2.2 截、引地下河

地下河采用截、引類型的主要具有出露位置高，具有較大的水力梯度的特點，在貴州的黔北、黔東北由于碳酸鹽巖和碎屑巖相間分布的特點，并受到構(gòu)造的影響抬升，在這種特定水文地質(zhì)條件下發(fā)育著高于臨區(qū)谷底的“高位地下河”。對于這類地下河通常采取“截、引”的方式，在查清地下河空間位置關(guān)系的基礎(chǔ)上，從垂直山體的延伸方向采用人工開鑿的方式與地下河溝通并修建攔水工程，同時修建引水通道和泄洪通道。典型案例為道真縣上壩地下河的開發(fā)，上壩地下河河道全長22.5 km，縱剖面上至少有5級大的階梯，從地下河較為平緩的階梯處施工隧道與地下河溝通并在此處修建半封閉式的堵水壩形成地下水庫，庫容280×104m3，原人工開挖隧道成為引水隧道，引水隧道與下游相對高差240 m～290 m，解決下游上壩和玉溪兩鎮(zhèn)近萬畝水稻灌溉。

2.2.3 提引地下河出口、天窗、巖溶潭

這類開發(fā)方式主要針對地下河埋藏較淺的巖溶山區(qū)，利用地下河出口水量集中，在出口建立集中的集水站開采地下水，在地下河徑流區(qū)段上對地下河發(fā)育的天窗、巖溶潭、有水溶洞建立人工集水提水站。貴州省內(nèi)此類地下水開采工程較多，開采總量占農(nóng)業(yè)灌溉開采總量的20%～30%。

2.2.4 地表、地下空間聯(lián)合成庫

在山地斜坡峰叢洼地地貌區(qū)的封閉的巖溶洼地通過落水洞與地下河直接溝通，在這種類型的地貌中該類型巖溶發(fā)育的空間有“時隱時現(xiàn)”特征，將地下和地上空間相通，將地下河和地表巖溶洼地結(jié)合起來成為聯(lián)合的蓄水空間。在貴州此類典型工程案例為普定縣馬官鎮(zhèn)馬官水庫，該水庫地下河管道長度740 m，洞身多為矩形，根據(jù)該地下河流域條件將地下空間和地表洼地結(jié)合成為庫盆，水庫建成后地下蓄水空間1.47×104m3，地表蓄水空間為125×104m3，形成了一個中型的地下地表聯(lián)合水庫。

2.3 巖溶大泉

受到地形地貌條件及碳酸鹽組合特征的控制，貴州省內(nèi)巖溶泉的分布特征差異較大，主要為出露與深切谷地的開放型巖溶大泉和出露于高原臺地及斜坡地帶的封閉型巖溶泉。根據(jù)統(tǒng)計[2]，貴州省內(nèi)流量大于10 L/s的巖溶泉有5 214個，枯季流量大于10 L/s的巖溶泉有1 710個，枯季總流量1 188×104m3/d。

巖溶大泉的開發(fā)方式主要有泉口提水、泉口引流、“提、引、蓄”結(jié)合三種形式。

在貴州最為普及的方式為泉口提水方式，利用泉口的集水優(yōu)勢修建提水站直接提取地下水。典型案例為貴陽市東郊魚梁河谷，利用大泉泉口建成日供水10×104m3的自來水廠。

泉水引流方式主要應(yīng)用于泉口位置較高，泉水動態(tài)特征穩(wěn)定的大泉，在泉口修建引水系統(tǒng)直接將泉水通過引水系統(tǒng)連接引水渠供應(yīng)至蓄水區(qū)域。典型案例為道真縣老龍洞巖溶泉，泉口標(biāo)高1 340 m，高差200 m～300 m，引距5 km。

通過對大泉周邊地形調(diào)查的基礎(chǔ)上選取合適的地段修建蓄水壩然后再采用引提的方式解決區(qū)內(nèi)的缺水問題，此種方式是以上兩種方式的綜合，在充分了解大泉周邊基本情況后綜合利用地形高差等形成“提、引、蓄”相結(jié)合的開發(fā)模式。典型案例為威寧縣爐山鄉(xiāng)樂溪巖溶泉群，采用前堵后提的方式解決當(dāng)?shù)氐娜诵箫嬎畣栴}。

2.4 零散泉系統(tǒng)

貴州的巖溶水系統(tǒng)主要為白云巖含水巖組，尤其是寒武系白云巖組。此類含水層為一種孔洞、裂隙含水介質(zhì)組合類型，區(qū)域上多分布于黔北、黔東北地區(qū)，具有水位埋藏淺、地下水運動慢的特征。

此類含水系統(tǒng)，地下水適宜的開采方式以鑿井取水為主，成功率較高，單井涌水量一般為500 m3/d～1 000 m3/d。

3 地下水開發(fā)過程中的思考

巖溶水系統(tǒng)不同，地下水的賦存形式和富集條件也不同，由此地下水的開發(fā)利用方式也不同，需根據(jù)不同地下水類型選擇不同的開發(fā)利用方式。

分散排泄系統(tǒng)一般總體水位較淺，含水層均勻，開發(fā)以勘探井為主，在查清系統(tǒng)中地下水埋藏分布條件的前提下可充分利用物探手段查明富水帶提高成功率。

地下河開發(fā)需注意以下問題：

1)針對不同類型的地下河系統(tǒng)分類綜合開發(fā)，堵蓄成庫、引流發(fā)電、供水、灌溉實現(xiàn)綜合開發(fā)高效利用；

2)充分利用地下地表空間的調(diào)蓄作用；

3)需要重視地下地表水的聯(lián)合調(diào)度；

4)合理確定地下水庫的堵蓄類型；

5)重視調(diào)查地下河水庫的工程地質(zhì)問題，查清工程地質(zhì)條件。

巖溶大泉開發(fā)過程中重點查清巖溶大泉的流量動態(tài)特征，根據(jù)動態(tài)特征合理設(shè)計飲水渠道，正確確定飲水工程高程。

由于貴州巖溶水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜，地下水系統(tǒng)小型多樣，不同類型的地下水系統(tǒng)的開發(fā)利用適應(yīng)性差異較大，地下水開發(fā)過程中還存在著基礎(chǔ)資料指導(dǎo)性差、巖溶地下水賦存規(guī)律研究程度不高、勘查技術(shù)方法仍處于發(fā)展階段等問題，地下水的開發(fā)、水資源的管理都需要進(jìn)一步的研究完善。

[1] 袁道先.巖溶環(huán)境學(xué)[M].重慶：重慶出版社,1988.

[2] 王明章.貴州省巖溶區(qū)地下水與地質(zhì)環(huán)境[M].北京：地質(zhì)出版社,2015.

[3] 顧尚義，鄢貴權(quán).貴州巖溶地下水庫的研究現(xiàn)狀和展望[J].貴州科學(xué),2006，24(1)：28-31.

[4] 貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局.中華人民共和國喀斯特大全及地下河研究報告[R].1989.

[5] 曹衛(wèi)峰.貴州巖溶大泉及地下河資源[J].貴州地質(zhì),2001，18(1)：37-43.

[6] 肖進(jìn)原.貴州巖溶大泉及地下河賦存條件、分布及特征研究[J].貴州科學(xué),2002，20(2)：48-52.

On development and utility of underground water in Karst mountainous areas in Guizhou

Yang Guangzhao Zhang Xuedong

(No.1Unit,Non-FerrousMetalsandNuclearIndustryGeologicalExplorationBureauofGuizhou,Guiyang550000,China)

The paper analyzes the underground water resource and its development and utility, illustrates the development means for various underground waters from the seasonal cyclic zone groundwater, underground hidden caves, large karst springs, and scattered springs, and sums up the precautions for the development of the underground water, so as to solve the insufficient water in the mountainous areas in Guizhou.

underground water, karst water system, geological composition, water cellar

1009-6825(2017)21-0064-03

2017-04-28

楊光照(1981- )，男，碩士

P641

A