貴州安順地區(qū)巖臘片區(qū)水淹壩巖溶內澇成因分析

王 瑤，王若帆

貴州安順地區(qū)巖臘片區(qū)水淹壩巖溶內澇成因分析

王 瑤，王若帆

（貴州省地質礦產勘查開發(fā)局114地質大隊，貴州 遵義 563000）

水淹壩巖溶內澇是安順市西秀區(qū)發(fā)育最大范圍的巖溶內澇，嚴重制約了當地經濟發(fā)展。本文以巖溶地下水系統(tǒng)為單元，通過開展1:10000水文地質調查、地球物理勘探、水文地質鉆探等手段，查明內澇所在區(qū)的巖溶發(fā)育特征、水文地質條件。在此基礎上分析得出，水力坡度小、巖層傾角緩造成地下河管道淤塞；人類工程活動使有水落水洞口堵塞，加之廣闊的集雨面積和連續(xù)的強降雨是造成水淹壩巖溶內澇的主要原因。通過對水淹壩內澇成因分析，為巖溶內澇災害綜合整治提供參考依據。

巖溶內澇；水力坡度；人類工程活動；淤塞；強降雨

水淹壩巖溶內澇位于貴州省安順市西秀區(qū)巖臘鄉(xiāng)北側一帶，處于貴州省規(guī)劃的貴陽—安順都市圈內，是未來貴州省規(guī)劃發(fā)展的重要區(qū)域。水淹壩巖溶內澇是區(qū)內現存最大的內澇點，每年發(fā)生數次內澇，嚴重制約了當地的經濟發(fā)展。系統(tǒng)的研究區(qū)內水文地質條件及內澇成因是十分必要和緊迫的。

近年來，不少學者對巖溶內澇類型、形成機制等進行了研究[2-7]，但這些研究成果僅對單點進行研究，范圍較為局限。本文以水淹壩所處的巖溶地下水系統(tǒng)為單元，通過水文地質調查、結合地球物理勘探、動態(tài)監(jiān)測、降雨量監(jiān)測等手段，綜合分析水淹壩巖溶內澇的成因，為下一步巖溶內澇的治理提供參考依據。

1 區(qū)域概況[1]

水淹壩巖溶內澇所在的巖溶地下水系統(tǒng)為水淹壩地下河系統(tǒng)，系統(tǒng)地勢南高北低，地形起伏較大，相對高差50-200m左右，地貌組合類型為峰叢洼地及峰叢溝谷。西側以二疊系樂平統(tǒng)龍?zhí)督M（P3）底界為界，南側、東側以地表水分水嶺為界，北側以葡萄沖河形成最低排泄基準面為界，面積34.96km2。系統(tǒng)內主要的含水巖組為二疊系陽新統(tǒng)棲霞-茅口組（P2），巖性為灰、深灰色中厚層至厚層塊狀灰?guī)r，含燧石結核和少許不規(guī)則白云質條帶，巖層產狀95°∠20°。水淹壩地下河系統(tǒng)內地質構造以北東向巖松箐背斜、水淹壩向斜（圖1）。

圖1 水淹壩內澇區(qū)水文地質圖

1-巖溶下降泉 左：編號 右上：流量L/s 右下：高程m 2-地下河及出口 3-有水落水洞 4-落水洞及巖溶洼地 5-豎井 6-探采結合井 7-地質界線及地層代號 8-系統(tǒng)界線 9-枯水期內澇范圍 10-平水期內澇范圍 11-豐水期內澇范圍 12-物探線 13-背向斜軸 14-斷層 15-地下水長期監(jiān)測點 16-地下水流向

2 內澇現狀及內澇區(qū)水文地質特征

2.1 內澇現狀

據訪問與調查，該洼地年年發(fā)生內澇，淹沒時間長達15~30天，淹沒、絕收面積500畝，農業(yè)綜合經濟損失達50萬元/年。據調查，洼地北緣地勢較低，常年有水淹沒，枯水期淹沒面積45畝左右；豐水期發(fā)生內澇，一般淹沒面積為500畝左右；暴雨季節(jié)，溶蝕洼地內發(fā)育的落水洞及周邊出露的泉點都會出水，水量較大，洼地發(fā)生內澇范圍增大，延伸至水淹壩村南面谷地內，淹沒面積達1000多畝。

2.2 地質構造

水淹壩洪澇洼地位于北東向巖松箐背斜、水淹壩向斜及北東東向斷層的交匯部位，通過開展地面調查，節(jié)理裂隙極為發(fā)育，通過該區(qū)1m2范圍節(jié)理走向進行統(tǒng)計，制作的節(jié)理走向玫瑰花圖（圖2）可知:節(jié)理走向30°~40°最為發(fā)育，計12條; 節(jié)理走向80°~90°次發(fā)育，計6條。

圖2 節(jié)理走向玫瑰花圖

2.3 巖溶發(fā)育特征

洪澇洼地區(qū)，平面上巖溶具分帶性，在不同含水巖組與隔水層處沿接觸帶巖溶發(fā)育。為查明洪澇洼地含水巖組、層位巖溶發(fā)育情況，在地下河出口下游區(qū)實施了一口“探采結合井”，孔深200.58m。根據鉆孔揭露情況（圖3），孔深33.16~39m為第Ⅰ層巖溶段，該孔深段見大量河沙充填，為溶洞發(fā)育段，可能為早期形成的地下河管道；孔深93.5~98.8m為第Ⅱ層巖溶段，該孔深段發(fā)現干溶洞，大量黃色泥土夾帶小礫石充填，結構緊密；孔深168.6~174m為第Ⅲ層巖溶段，鉆遇干溶洞，大量黃色泥土夾帶小礫石充填。由此可見，在石灰?guī)r為主的二疊系中統(tǒng)棲霞茅口組（P2q-m）地層中，巖溶發(fā)育強烈，且具有顯著的多層性特征。

圖3 CK2號“探采”結合孔揭露地層結構成果圖

2.4物探解譯

為了查明該地表水流入地下后運移方向，采用充電梯度法物探手段（見圖4），以K082有水落水洞為中心，按垂直于洼地長軸和短軸方向布置1線和2線。以充電梯度法原理，根據K082落水洞的地表水與徑流帶為集中管道流在充電梯度法剖面上零值點特征，將充電零值點解釋為主徑流帶中心位置。

圖4 水淹壩巖溶內澇洼地示意圖

1.碳酸鹽巖含水巖組；2.碎屑巖含水巖組；3.突發(fā)期內澇范圍；4.一般內澇范圍；5.枯水期內澇范圍；6.斷層；7.地質界絕不止于此及代號；8.地下水流向；9.巖溶下降泉 左：編號 右上：流量LS 右下：高程m；10.有水落水洞；11.機井；12.干枯的落水洞；13.地球物理勘探線及編號

根據物探充電梯度曲線表明（圖5），1線的零值點位于1線的19.1m和2線的93.2m處。依據充電梯度法極值點與管道中心埋深的關系：h=0.7P（P為充電曲線極值點間的距離）計算；主徑流在1剖面下部的中心埋深21m，2剖面下部14m。平面上將該兩個零值點連線后發(fā)現，地表水通過該落水洞進入地下，由南向北運移; 在葡萄沖附近以地下河出口形式排泄出地表。該地下河出口暴雨時，流量可達48L/s，暴雨停止后一段時間，出口出現斷流。根據調查，與內澇發(fā)生的時間基本一致。

圖5 物探1線（左）2線（右）充電梯度法及高密度ρs反演斷面示意圖

洼地中部，沿北西側山體底部發(fā)育有多處落水洞，如圖4所示，落水洞K1、K2、K3近似呈東西向展布，地表出露地層為二疊系中統(tǒng)棲霞-茅口組（P2）淺灰色厚層狀灰?guī)r為主，巖石節(jié)理裂隙較為發(fā)育，主要以走向為50°及80°為主。調查時落水洞內無水，充填有大量粘土及樹枝等，洞口基本被粘土覆蓋。暴雨時，地下水從這些落水洞中涌出;暴雨后，洼地內集水又從這些落水洞中回落。

根據以上特征，推測洼地內應發(fā)育有地下河管道。為查明洼地地下河管道發(fā)育規(guī)模、大小、位置及深度等情況，開展了地球物理勘探工作。以垂直于洼地短軸方向布置2條物探線，采用電距為5m的高密度測深。根據物探二維反演斷面圖（圖6），這2條物探線上深部均出現了2處低阻異常;但這2處低阻異常均較窄，推測為溶隙發(fā)育帶。溶隙發(fā)育帶有兩條：第一帶為4線的埋深10～15m與5線的地下埋深3～8m之間，通過連線，該裂隙帶發(fā)育方向近東西向；第二帶為4線的地下埋深4～7m深度與5線的地下埋深6～8m，通過連線，該裂隙帶發(fā)育方向約為北東65°。

圖6 物探4線（左）5線（右）高密度二維反演斷面示意圖

2.5 水文地質條件

系統(tǒng)內地下水主要接受大氣降水匯流呈地表溪溝灌入落水洞補給，受地形展布方向及北東向背、向斜控制，地下水沿北東向大型節(jié)理，總體由南向北徑流，受葡萄沖河切割以地下河出口的形式集中排泄于地表（見圖1）。

3 內澇成因分析

1）通過地面調查及地球物理勘探證實，該洼地內發(fā)育有地下河管道，地下河管道由南向北發(fā)育。K082號有水落水洞為該地下河管道的補給來源之一，也是該洼地的主要排水入口（圖7）。K082號有水落水洞洞口高程1 300m，S108號地下河出口高程1 250m，相對高差50m，地下河管道長約3 800m，水力坡度1.32%。因水力坡度小，地下水流速慢，小于洪水泥沙沖淤平衡的4%~5%，泥沙易于淤積。洼地所在區(qū)巖層傾角小于30°，地下水流速受到制約。所以容易在地形相對平緩的區(qū)域形成面積較大的地下巖溶潭或巖溶湖，使地下水流速進一步減緩。受人為工程活動影響，落水洞洞口被粘土及碎石覆蓋，造成其排水不暢，從而形成內澇。

圖7 水淹壩地下河剖面示意圖

2）從物探解譯成果結合鉆探成果分析，洼地所在區(qū)巖溶管道呈層狀，K1、K2、K3號落水洞形成淺層地下河管道，該管道基本受土層及碎石淤積，大部分通道被堵塞，降雨匯入量>排泄量，地下水位升高，造成暴雨季節(jié)向外突水。

3）洼地所在水文地質單元，集雨面積為12.59km2，洪水總量按下式計算：

Wp＝0.1×c×F×H24·p（1）

式中：C為洪峰徑流系數，取值0.842；F為集雨面積，取值12.59km2；H24·p取值166；根據式1計算得，24小時巖溶內澇區(qū)洪水總量為175.97×104m3，初步估算巖溶內澇容積約為130.79×104m3，強降雨時S108號地下河出口流量達1.5m3/s，其日排水能力為12.96×104m3，10年一遇的強降雨，僅需18小時就能將巖溶洼地灌滿，其排水時間約為14天。

綜上所述，該洼地所在區(qū)集雨面積廣，地下河管道在垂向上呈層狀發(fā)育，且該區(qū)水力坡度小，僅為1.32%，造成地下水流速慢，地下河管道易被黏土堵塞，加之人為工程活動的影響，地下河管道及主要排水口K082號有水落水洞洞口被石塊及黏土淤塞，造成排水不暢，從而形成巖溶內澇。

4 結論

1）水淹壩巖溶內澇發(fā)育于二疊系陽新統(tǒng)棲霞-茅口組（P2）石灰?guī)r地層中，受北北東向構造控制，地下河管道向北東發(fā)育。該區(qū)巖溶在垂向上呈層狀，K1、K2、K3號落水洞所構成的地下河管道為淺層管道，且大多被黏土及碎石淤塞。巖溶洼地中K082號有水落水洞為主要排水口，其與S108號地下河出口水力坡度僅為1.32%，且區(qū)內巖層傾角小于30°，造成地下河管道中的地下水徑流速度較慢，容易被黏土淤塞。人類工程活動使K082號有水落水洞洞口被石塊及黏土覆蓋，造成排水不暢。

2）水淹壩巖溶洼地所在區(qū)集雨面積為12.59km2，十年一遇的強降雨僅需18小時即可將洼地裝滿，而水淹壩地下河的排洪能力不足。

綜上所述，寬廣的集雨面積與地下河管道、落水洞淤塞是形成水淹壩巖溶內澇的主要原因。

[1] 王若帆，焦恒，易瑞，等.貴州打邦河流域鎮(zhèn)寧幅1:5萬水文地質環(huán)境地質調查成果報告[R].貴州省地質礦產勘查開發(fā)局114地質大隊，2017.

[2] 李慶松，李兆林，裴建國，等．馬山東部巖溶洼地谷地內澇特征與治理規(guī)劃[J]．中國巖溶，2008,27（4）：359-365.

[3] 黃秀鳳.下牙谷地巖溶內澇成因分析與治理工程方案設計[J].安全與環(huán)境工程，2017,24（4）：52-57.

[4] 曾家俊，黃愛華，劉松，等.廣西德保巖溶內澇災害成因分析[J].水利與建筑工程學報，2015,13（6）：118-122.

[5] 覃小群，蔣忠誠.廣西巖溶縣的生態(tài)環(huán)境脆弱評價[J].地球與環(huán)境，2005,33（2）：45-51.

[6] 楊富軍，蔣忠誠，羅為群，等.廣西典型巖溶內澇成因與防治分析[J].廣西科學院學報，2009,25（2）：119-122.

[7] 姜亞飛，王萬金.貴州省安龍縣戈塘鎮(zhèn)大海子巖溶洪澇的治理及其工程意義[J].貴州地質，2014，31（2）：146-149.

Genesis of the Shuiyanba Karst Waterlogging in, Yanla, Anshun, Guizhou

WANG Yao WANG Ruo-fan

(No.114 Geological Team, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources, Zunyi, Guizhou 563000)

The Shuiyanba karst waterlogging is the most developed karst waterlogging in Xixiu District, Anshun City, which seriously restricts the development of local economy. This paper has a discussion on karstification, hydrogeological features and genesis of the karst waterlogging in the studied area based on 1:10000 hydrogeological survey, geophysical exploration and hydrogeological drilling data. The study indicates that gently dipping formation, low hydraulic gradient, siltation of underground river pipes, blockage of sinkholes caused by human engineering activities and vast catchment area and continuous heavy rainfall are responsible for the formation of the Shuiyanba karst waterlogging.

karst waterlogging; hydraulic gradient; human engineering activity; siltation; heavy rainfall

2019-06-12

王瑤（1986-），女，四川合江人，工程師，主要從事水文地質、地熱地質工作

文獻標識碼：A 文章編號：1006-0995（2020）01-0125-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.01.025