重慶市巖溶地下水開發(fā)示范及找水經(jīng)驗(yàn)探討

劉大剛　溫金梅

摘要：本文在充分查明焦石片區(qū)缺水現(xiàn)狀和巖溶地下水資源開發(fā)利用條件的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行巖溶地下水示范工作，得到了當(dāng)?shù)卣叭罕姷目隙?，取得了一定的示范效果，并從中總結(jié)了巖溶石山地區(qū)的找水經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，這將為進(jìn)一步解決巖溶地區(qū)水資源的供需矛盾和提高人民生活質(zhì)量提供保障。

關(guān)鍵詞：巖溶地下水；缺水現(xiàn)狀；示范工程；找水經(jīng)驗(yàn)

巖溶地下水開發(fā)示范工作是在查明焦石片區(qū)缺水現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，并結(jié)合巖溶水文地質(zhì)條件、開發(fā)利用條件及主要的環(huán)境地質(zhì)問題，選擇有利于巖溶地下水開發(fā)的區(qū)域，進(jìn)行地下水勘查與開發(fā)示范，以此解決巖溶石山地區(qū)的人畜飲水困難及農(nóng)田灌溉缺水等問題，并從中總結(jié)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

1.焦石片區(qū)缺水現(xiàn)狀

由于巖溶地區(qū)特殊的自然地理、地質(zhì)環(huán)境條件，加之焦石片區(qū)社會經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)均相對落后，造成水利化程度較低，干旱缺水問題較為突出。區(qū)內(nèi)廣大群眾生產(chǎn)生活用水主要依靠地下河、巖溶泉等，但由于巖溶地區(qū)特殊的水文地質(zhì)特征，若遭遇久旱，水源流量會驟減或斷流，導(dǎo)致人畜飲水十分困難。同時農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是焦石片區(qū)內(nèi)人民群眾的主要經(jīng)濟(jì)來源，由于缺水，導(dǎo)致焦石片區(qū)內(nèi)耕地多為旱地，若遇旱災(zāi)，農(nóng)作物將大幅減產(chǎn)，會給當(dāng)?shù)厝罕妿ゾ薮髶p失?？傊?，干旱缺水問題是制約當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)發(fā)和影響人民群眾生產(chǎn)生活的主要環(huán)境地質(zhì)問題。

（1）典型場鎮(zhèn)或人口集中區(qū)域缺水問題

①焦石鎮(zhèn)場鎮(zhèn)缺水問題

焦石鎮(zhèn)位于涪陵東部，距涪陵城區(qū)30km。其處于南北向的巖溶谷地內(nèi)，海拔600m左右。場鎮(zhèn)周邊地形相對較為平坦，居住人較為集中，需水量較大。焦石場鎮(zhèn)現(xiàn)主要段依靠70年代末水文地質(zhì)普查時所施工的一口勘查井作為日常用水水源，該鉆井鉆探揭露了下焦石地下河，而由于下焦石地下河管道經(jīng)過區(qū)域人口密度大，且多年來周邊居民對廢水、廢棄物等都是隨意排放、丟棄，對地下河水質(zhì)造成了一定的影響。另外由于巖溶地區(qū)特殊的地理、地質(zhì)條件，每至春旱或伏旱時，地下河水量均會明顯減少，場鎮(zhèn)內(nèi)均會出現(xiàn)限水、停水現(xiàn)象。此外場鎮(zhèn)附近的榨菜加工廠等企業(yè)，需水量較大，而因缺水問題，已嚴(yán)重限制和影響了周邊工廠、企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模及企業(yè)效益。

②羅云鄉(xiāng)場鎮(zhèn)缺水問題

羅云鄉(xiāng)位于涪陵東部，與豐都縣接壤，距涪陵城區(qū)38km。羅云場鎮(zhèn)位于羅云壩巖溶洼地內(nèi)，海拔590m左右。場鎮(zhèn)周邊地形相對較為平坦，居住人較為集中，需水量較大。羅云鄉(xiāng)場鎮(zhèn)上現(xiàn)主要水源來自于一伏流出口，而該伏流上游的明渠周邊人口較多，周邊居民經(jīng)常將生活垃圾扔進(jìn)明渠內(nèi)，造成羅云鄉(xiāng)水源污染?，F(xiàn)鄉(xiāng)內(nèi)正在場鎮(zhèn)北部砂巖出露區(qū)內(nèi)修建新的水源地，但工程尚未整體完工，且該處水源受季節(jié)影響較大，造成羅云鄉(xiāng)場鎮(zhèn)內(nèi)缺水較為嚴(yán)重。

（2）人口分散地區(qū)缺水問題

在居住人口較為分散的廣大農(nóng)村地區(qū)，一般人畜飲水主要依靠山問小溪或表層巖溶泉作為供水源，而此類水源保證程度較低。雨季時水量充沛，且多數(shù)水未利用，而每遇久旱后，水源處水量驟減甚至出現(xiàn)斷流，都會給周邊群眾的生產(chǎn)生活帶來巨大影響。

（3）導(dǎo)致缺水問題原因

①降雨時間分配不均及極端天氣影響

焦石片區(qū)內(nèi)降雨量總體較為豐富，但其在時間上分配很在均勻。根據(jù)涪陵區(qū)氣象站資料，焦石片區(qū)年內(nèi)各月降雨量變化較大，通常情況下一般12月至次年1月、2月為枯水期，月降雨量不超過50mm，而在同年的7月、8月、9月為豐水期，月降雨量通常在100mm以上。但即使在豐期內(nèi)，若遇伏旱，會在連續(xù)多日內(nèi)降雨為零，而蒸發(fā)量迅速增大，短短幾日內(nèi)可使較多泉點(diǎn)斷流，地下河水量驟減。

另外近處來極端天氣頻現(xiàn)，也使巖溶地區(qū)缺水問題更加突出。如2006年西南地區(qū)出現(xiàn)百年一遇的旱災(zāi)，從當(dāng)年5月～8月，西南地區(qū)整個降雨時較往年同時期明顯減少，導(dǎo)致大面積干旱，廣大農(nóng)村地區(qū)生活生產(chǎn)用水極度短缺，造成了極大的損失。此外2011年8月～9月，本應(yīng)是豐水季節(jié)，而在重慶地區(qū)降雨量卻明顯減少，根據(jù)野外調(diào)查及水文地質(zhì)長期觀測資料，在該時間段內(nèi)，焦石片區(qū)內(nèi)泉點(diǎn)、地下河水量均較往所同時間有大幅度的減少，很多泉點(diǎn)都出現(xiàn)了斷流現(xiàn)象，給當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活帶來了極大的不良影響。

②特殊的巖溶地質(zhì)環(huán)境導(dǎo)致缺水問題

a.降雨及地表水下滲迅速

焦石片區(qū)內(nèi)垂向巖溶通道較為發(fā)育，其主要表現(xiàn)為發(fā)育眾多的落水洞、豎井、暗河天窗等及呈網(wǎng)絡(luò)狀發(fā)育的各種巖溶裂隙、孔隙。降雨下落至地表后，迅速沿垂向的巖溶通道滲入地下，造成地表水貴如油、地下水流滾滾的局面。

b.地形切割大造成缺水問題

焦石片區(qū)南部卷洞河由東向西流過，西部瀾溪河由北現(xiàn)南流過，兩條河流流經(jīng)處多為溶切的峽谷，峽谷兩岸岸壁陡峭，高達(dá)十幾至幾十米。造成峽谷附近地表水迅速排泄，地下水埋深較大，兩者均難以利用，成為“人在崖上住、水在崖下流，看水流、吃水難”的狀態(tài)。

③工程性缺水問題

巖溶地區(qū)通常巖溶地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后，導(dǎo)致其水利基礎(chǔ)設(shè)施投入相對較少。而巖溶地形起伏較大，人口居住較為分散，更加大了水利工程的建設(shè)維度。特別是在人口分散的廣大農(nóng)村地區(qū)，一個水利設(shè)施僅能供幾戶甚至一戶居民使用，其利用率相當(dāng)?shù)停顿Y成本卻很大，使得廣大農(nóng)村地區(qū)水利設(shè)施嚴(yán)重缺乏，導(dǎo)致缺水矛盾日益突出。

此外，在野外調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)許多已修建的水庫、蓄水池等，由于巖溶滲漏，水庫或蓄水池?zé)o法蓄水或不能充分蓄水，造成了極大的學(xué)浪費(fèi)。

2.巖溶地下水開發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境條件

（1）巖溶大泉、地下河開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境條件

焦石片區(qū)內(nèi)巖溶大泉主要分布在溶蝕洼地、谷地邊緣或淺切溶蝕丘陵地區(qū)，地下河主要分布在焦石壩溶蝕谷地、羅云壩洼地及局部的溶蝕丘陵區(qū)。各巖溶大泉、地下河的流量較大，地下水資源量相當(dāng)豐富。且?guī)r溶大泉排泄口或地下河出口下游通常為人口集中居住區(qū)，焦石鎮(zhèn)永豐村的龍洞坡泉溶大泉周邊居住人口在200余戶，羅云壩洼地老場地下河周邊居住著羅云鄉(xiāng)三個村1000余人，周邊另有數(shù)千畝的農(nóng)田。而這些洼地目前的干旱缺水嚴(yán)重，缺水人口多的可占當(dāng)?shù)厝丝跀?shù)的60%，開發(fā)利用當(dāng)?shù)爻雎兜牡叵潞涌纱蟠缶徑猱?dāng)?shù)馗珊等彼F(xiàn)狀。地下河出露的高程適宜，與當(dāng)?shù)赝莸貥?biāo)高相當(dāng)，又處居民集中分布區(qū)的上游，具有較好的開發(fā)利用條件。據(jù)本次對地下河水采集的水樣分析結(jié)果，其水質(zhì)絕大多數(shù)是優(yōu)良、良好級，適宜當(dāng)?shù)鼐用裆铒嬘?。部分地下河可采取在其徑流途徑上用鉆井取水，可取得較好的效果。亦可在地下河天窗進(jìn)行提水，以解決當(dāng)?shù)厝彼畣栴}，如羅云壩洼地中老場地下河系統(tǒng)。據(jù)目前調(diào)查結(jié)果看，未造成因開發(fā)利用地下河所帶來的環(huán)境地質(zhì)問題?？傊?，焦石片區(qū)內(nèi)巖溶大泉及地下河出露的高程適宜，目前開發(fā)利用程度低，水質(zhì)好，水量大，開發(fā)利用的環(huán)境地質(zhì)問題較少，具有采取適宜的工程措施進(jìn)行開發(fā)利用的良好條件。

（2）表層巖溶泉開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境條件

焦石片區(qū)內(nèi)表層巖溶泉數(shù)量眾多，但一般水量較小，多數(shù)小于0.1L/S～3L/S，一些表層巖溶泉流量不足0.1L/S，動態(tài)變幅較大，但其調(diào)蓄功能較強(qiáng)，所出露的部位多數(shù)位于地形較平緩地段，當(dāng)?shù)赜芯用窬幼。?dāng)?shù)馗珊等彼^嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，目前對表層巖溶泉利用所采取的措施，主要為修建蓄水池進(jìn)行調(diào)蓄，解決當(dāng)?shù)厝诵笥盟安糠洲r(nóng)業(yè)灌溉用水。據(jù)水樣分析結(jié)果，水質(zhì)好，適宜當(dāng)?shù)厝诵箫嬘谩Ｄ壳拔闯霈F(xiàn)有關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問題。加之所處部位一般是居民分散分布區(qū)，利用這些表層巖溶泉可解決或緩解分散居民的干旱缺水現(xiàn)狀。故而開發(fā)利用本區(qū)表層巖溶泉的地質(zhì)環(huán)境條件較好，可進(jìn)一步加強(qiáng)對表層巖溶泉的開發(fā)利用，開發(fā)利用表層巖溶泉是解決當(dāng)?shù)胤稚⒕用駠?yán)重干旱缺水的重要途徑。

3.地下水開發(fā)示范工程

本次涪陵焦石片區(qū)的開發(fā)示范工程主要采取鉆探取水方式，其是在水文地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)物探的基礎(chǔ)上進(jìn)行鉆探工作。內(nèi)共實(shí)施水文地質(zhì)鉆孔10口，總進(jìn)尺1090.18m。其中6口井水量相對較大，具備開發(fā)利用價值，總水量達(dá)1890m³/d左右，基本能解決周邊居民生活飲用水和農(nóng)田或農(nóng)作物的灌溉用水問題。這些鉆探工程的成功實(shí)施，得到了當(dāng)?shù)卣叭罕姷目隙?，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。特別是在每年7月到9月的伏旱季節(jié)及1月到3月的春旱季節(jié)，在解決當(dāng)?shù)厣a(chǎn)、生活缺水問題中發(fā)揮了重要作用。

同理，在涪陵、彭水、酉陽、武隆、奉節(jié)等重點(diǎn)巖溶地區(qū)也實(shí)施了開發(fā)示范工作，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。為此，重慶市國土資源與房屋管理局經(jīng)論證、研究決定，將以重點(diǎn)巖溶流域地下水勘查項(xiàng)目為基礎(chǔ)，每年投入一定規(guī)模的資金開展巖溶地下水開發(fā)示范項(xiàng)目，計劃實(shí)施一批水文地質(zhì)鉆井，將其做為生產(chǎn)生活用水的備用水源地，以此來彌補(bǔ)廣大巖溶區(qū)的季節(jié)性、工程性缺水問題。

4.開發(fā)巖溶地下水經(jīng)驗(yàn)探討

巖溶石山地區(qū)開展的地下水開發(fā)的示范工作是以鉆探取水方式為主，且取得一定的示范效果，由此可初步總結(jié)一些成功及失敗經(jīng)驗(yàn)。

（1）地下水富集區(qū)的選擇

首先，地下水富集區(qū)與地層巖性有密切關(guān)系。本次工作區(qū)內(nèi)地層主要為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組，其巖性以灰?guī)r為主，夾白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。其中嘉陵江組一段、三段地層多為灰?guī)r，二段、四段為灰?guī)r夾白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，根據(jù)野外調(diào)查資料，一般地下河、巖溶大泉多在嘉陵江組一段、三段地層內(nèi)發(fā)育，且溶洞、落水洞、巖溶漏斗等地表巖溶現(xiàn)象在該類地層內(nèi)發(fā)育數(shù)量也相對較多。所以總結(jié)工作區(qū)內(nèi)嘉陵江組一段、三段為地下水主要富集地層，可作為水文地質(zhì)鉆探工作的主要目的層位。

其次，地下水富集性受地形貌影響。根據(jù)本次野外調(diào)查及資料整理工作，一般大型的溶蝕洼地內(nèi)地下水較為豐富。工作區(qū)內(nèi)可劃分出三處大型的溶蝕洼地，分別為羅云壩溶蝕洼地、干龍壩溶蝕洼地和焦石壩溶蝕洼地。在這三處洼地內(nèi)，均有地下河發(fā)育，巖溶泉也相對較多，且地表落水洞、巖溶漏斗等分布廣泛，地下水富水性較強(qiáng)。此外，巖溶洼地內(nèi)不同區(qū)域水文地質(zhì)鉆探條件相差較大。洼地內(nèi)若判斷有地下河發(fā)育，且鉆探工作主要針對地下河進(jìn)行，則鉆孔布置應(yīng)盡量考慮地下河的中下游區(qū)域，其上游布井風(fēng)險相對較大。如其次工作所實(shí)施的鉆井中，在干龍壩、焦石壩地下河上游布置三口鉆孔出水量均較小，最終未能成井。

第三，斷層帶可做為較好的地下水富集區(qū)。本次工作區(qū)東部發(fā)育有一條南北向的斷層，根據(jù)野外調(diào)查資料，沿該斷層帶，發(fā)育有較多巖溶泉。所以認(rèn)為該斷層帶富水性相對較好，可做為巖溶地下水開發(fā)區(qū)。

（2）鉆井結(jié)構(gòu)的設(shè)計

巖溶區(qū)內(nèi)進(jìn)行水文地質(zhì)鉆探工作，對鉆井結(jié)構(gòu)的要求相對較高。首先，根據(jù)本次工作總結(jié)，鉆井深度一般控制在100m～150m。若鉆井深度太淺，不能有效地揭露含水層，從而影響鉆井出水量；若鉆井過大，鉆探成本會增大，且深井一般水位埋深較大，抽水成本及后期維護(hù)成本也相應(yīng)增大。

其次，鉆井開孔口徑應(yīng)保證大于200mm。因?yàn)樵趲r溶地區(qū)，地下巖溶較為發(fā)育，鉆探過程中若遇溶孔、溶洞等現(xiàn)象，需增加套管、過濾管等，若開孔直徑過小，則會嚴(yán)重影響套管、過濾管及水泵等裝置的安放，從而影響鉆井的使用。

第三，準(zhǔn)確設(shè)置套管、過濾管。巖溶地區(qū)水文地質(zhì)鉆探過程中經(jīng)常會遇見地下溶洞、溶潭等巖溶現(xiàn)象，其處理較為復(fù)雜。如某段地層內(nèi)發(fā)育泥質(zhì)填充的溶洞且為不含水段，則需下套管該其隔斷，而某段地層為發(fā)育砂質(zhì)填充溶洞，且為產(chǎn)水層，則需使用過濾管進(jìn)行阻砂取水，所以若套管、過濾管使用不當(dāng)會嚴(yán)重影響鉆井的作用。如本次工作中的ZJ02鉆井，鉆探過程中發(fā)現(xiàn)鉆井上部有產(chǎn)水溶洞發(fā)育，使用纏絲篩管進(jìn)行過濾，但由于過濾管深度過淺，未能完全過濾，導(dǎo)致鉆井在水位降深較大時變渾濁，所以最終該井僅能做灌溉用井。

（3）多種手段結(jié)合布置鉆井

巖溶地區(qū)進(jìn)行水文地質(zhì)鉆探時，應(yīng)采用多種手段相互結(jié)合布置鉆井。首先應(yīng)在野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，選出較優(yōu)區(qū)域，然后布置物探工作，結(jié)合物探解譯資料，確定鉆井的位置、深度，并做好鉆井結(jié)構(gòu)的設(shè)計。對于有條件的區(qū)域，可結(jié)合洞穴探測等資料進(jìn)行鉆井布置。

5.建議

巖溶地下水開發(fā)示范工程的實(shí)施得到了當(dāng)?shù)卣叭罕姷某浞挚隙?，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，并為巖溶地區(qū)地下水開發(fā)提供了新的思路，但是，已有地下水的開發(fā)利用程度較低，多數(shù)地下河出口位置較低，巖溶地下水分布不均，開發(fā)利用條件較差，建議根據(jù)流域巖溶水文地質(zhì)條件、賦存規(guī)律、富水性等，特別是巖溶地下水開發(fā)利用難易程度、可有效開發(fā)利用資源潛力及其空間分布特征，制定專門的開發(fā)利用規(guī)劃，為合理開發(fā)巖溶地下水資源，解決巖溶石山干旱缺水問題提供更為詳實(shí)的依據(jù)。