西南地區(qū)巖溶喀斯特區(qū)地下水及其污染與防治概論

張迪暢

（蘄春縣環(huán)保局，湖北 黃岡 435399）

1 西南地區(qū)概況

西南地區(qū)，又稱西南五省(自治區(qū)，直轄市)，總面積約為234 萬km2，約占中國陸地國土面積的24.5%[1]，主要包括重慶市、四川省、貴州省、云南省、西藏自治區(qū)。即“一市三省一區(qū)”，主要地理地形單元包括被稱為“世界第三極”的青藏高原，海拔1 000 m～2 000 m的云貴高原，“天府之國”四川盆地等，介于東經(jīng)97°21'～110°11'，北緯21°08'～33°41'之間[2]。在我國西南地區(qū)，由于石灰?guī)r廣布，且降水量豐沛，一般均位于1 000 mm 以上，且石灰?guī)r為水溶性巖石，故本區(qū)喀斯特地貌極其發(fā)育，且地下水量也較為豐富[3]。本文主要討論西南地區(qū)部分的地下水現(xiàn)狀以及喀斯特景觀，由于西藏自治區(qū)在地理環(huán)境等方面較為特殊，故本文不做討論；而由于湖北省西南部屬于云貴高原東延余脈的一部分，且自然地理環(huán)境較西南地區(qū)喀斯特溶巖區(qū)相似程度較高，廣西壯族自治區(qū)地理環(huán)境與西南地區(qū)較為相近，故本文將原本屬于中南地區(qū)的湖北省的一部分以及廣西壯族自治區(qū)列入，進(jìn)行討論。

2 喀斯特及地下水的概念

2.1 喀斯特的概念

喀斯特（KARST），又稱巖溶。是自然界中的水對于可溶性巖石（碳酸鹽巖，硫酸鹽巖等）進(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為主，以沖蝕，潛蝕等物理機械作用為輔的地質(zhì)作用以及它們的總和?？λ固兀◣r溶）地貌正是由于上述兩種作用（喀斯特或巖溶作用）而形成的。

中國是最早進(jìn)行喀斯特研究的國家，相關(guān)的文獻(xiàn)典籍可追溯到晉朝時期；到了明代，徐宏祖所著《徐霞客游記》中對于喀斯特巖溶地貌的記述最為詳盡，徐霞客也因此被譽為“中國喀斯特之父”。

我國西南部是世界上喀斯特分布較為著名且較大的地區(qū)之一，包括云南省，貴州省，廣西壯族自治區(qū)等省區(qū)。其主要特點為分布廣，面積大，面積約為100 萬km2；占我國喀斯特分布區(qū)的75%左右[4]。

2.2 地下水的概念

地下水有以下二種定義：第一個定義是指地表以下各種形式的水（J.Bear）；第二個定義是指潛水面以下完全飽和的地層中存在的水（R.A.Freez 和J.A.Cherry）。兩者的不同點是一個強調(diào)地下水是地表以下的水，一個強調(diào)在地下水水面以下的水才叫地下水。綜合以上結(jié)果給出的定義是地下水是埋藏于地表以下的，各種形式的重力水[5]。

3 中國西南地區(qū)地下水概況以及部分喀斯特景觀介紹

3.1 西南地區(qū)地下水概況

我國西南地區(qū)由于夏季同時受到來自印度洋的西南季風(fēng)和來自太平洋的東南季風(fēng)的影響，夏季降水較為豐沛，可占到全年降水量的70%～85%。且年降水量均達(dá)到1 000 mm～2 000 mm 左右，故地下水的補給源較為豐富。但由于夏季降水集中，冬季干燥少雨，故西南地區(qū)的地下水的補給特征又呈現(xiàn)出夏多冬少的特征[6]。石灰?guī)r為透水性巖層，地下水很容易通過石灰?guī)r進(jìn)入地下裂隙或者孔洞，并在此基礎(chǔ)上溶解來自大氣中的CO2，對于石灰?guī)r地層或基巖進(jìn)行化學(xué)溶蝕。更進(jìn)一步加大了石灰?guī)r的孔隙裂縫，使更多的地表水或天然降水流入地下；使得存留在地表的水少之又少。例如：在云南省昆明市的石林彝族自治縣，就流傳著這樣一句諺語：“地下水嘩嘩流，地表水貴如油?！闭堑叵滤a給遠(yuǎn)大于地表水的生動寫照[7]。在云南東部，貴州大部以及廣西北部，湖北西南部，有大量的地下暗河，這是由于地表河流在遇到可溶性的碳酸鹽巖的時候進(jìn)行了物理及化學(xué)作用，將巖石鑿穿或者鑿深，河流本身遁入地下而形成的。長江著名的一級支流清江就是在出利川市區(qū)6.8 km 后轉(zhuǎn)入地下，開始了長16.8 km 的地下伏流河段。這種情況的出現(xiàn)往往伴隨著溶洞的產(chǎn)生，而溶洞內(nèi)又會有鐘乳石，石筍，石芽，石柱，神田，燈影組，生物喀斯特等地質(zhì)奇觀，而這些往往是人們津津樂道的美景。故在西南地區(qū)形成了一系列的溶洞風(fēng)景區(qū)；較為著名的有云南省昆明市宜良縣的九鄉(xiāng)溶洞，云南省紅河哈尼族彝族自治州瀘西縣的阿廬古洞，貴州省畢節(jié)市織金縣的織金洞，湖北省恩施土家族苗族自治州的騰龍洞（由清江溶蝕開鑿而成）等等。在云南常有這樣的說法：“不來九鄉(xiāng)，枉游云南”；“地上石林，地下九鄉(xiāng)”。更是生動形象的說明了由地下暗河雕琢出的美景奇觀已經(jīng)膾炙人口[8]。

云南省被譽為“有色金屬王國”，各種有色金屬的儲量均居全國前列，如Cu，Sn，Pb，Zn 等；較為著名的礦點有東川銅礦，個舊錫礦，蘭坪鉛鋅礦等。由于過去云南粗放式的開采礦藏，已經(jīng)導(dǎo)致地表水飽受重金屬污染，已經(jīng)被污染的地表水再經(jīng)過淋溶滲濾等作用進(jìn)入地下，更加劇了地下水的污染；開采出來的礦石經(jīng)過選礦以及尾礦礦渣往往含有大量重金屬，它們的露天堆放，更加劇了重金屬經(jīng)由淋溶滲濾作用進(jìn)入地下水從而污染地下水[9]。

貴州省礦產(chǎn)資源豐富，已發(fā)現(xiàn)多達(dá)110 種礦產(chǎn)，其中42 種礦產(chǎn)儲量居全國前列，有22 種居全國第一至第三位。但由于粗放式開采，大量有害元素進(jìn)入地下水，例如貴州出現(xiàn)了很大面積的高氟水，高砷水；地方病氟骨病，氟斑牙更是隨處可見。貴州已經(jīng)被列為全國地下水污染較為嚴(yán)重的省區(qū)市之一[10]。

3.2 部分喀斯特景觀介紹

3.2.1 云南路南石林

云南路南石林位于云南省昆明市石林彝族自治縣，距離省會昆明市區(qū)東南約78 km。主要旅游景區(qū)為李子箐石林，包括大石林，小石林，月湖，長湖，乃古石林等組成部分?！笆帧币辉~已經(jīng)經(jīng)由世界喀斯特協(xié)會審議通過，成為世界范圍內(nèi)對于劍狀喀斯特地貌的統(tǒng)稱。2007 年，石林與桂林山水，重慶武隆天坑，貴州織金洞一起組成中國南方喀斯特（一期）申請世界自然遺產(chǎn)并于當(dāng)年獲得成功。石林劍狀喀斯特的形成，與地下水密不可分。石柱被富含CO2的大氣降水侵蝕之后，形成的可溶性的碳酸氫鹽經(jīng)由喀斯特洼地，喀斯特漏斗匯入地下，形成地下水。有的石灰?guī)r基巖被豐沛的降水侵蝕成為洼地，水匯聚于此，形成了地質(zhì)學(xué)上的溶蝕湖。現(xiàn)在到石林，還能見到參天的石柱矗立在溶蝕湖中，宛若風(fēng)景園林一般，美不勝收[11]。

在石林縣，還有一大自然奇觀：每當(dāng)雨季來臨時，一個個洼地便積水匯聚成一個個小水潭；但往往前一天還是水潭的地方，第二天卻又變成了沒有水貯存的洼地，令人嘖嘖稱奇。地質(zhì)學(xué)家們經(jīng)過長期的科考和細(xì)致的研究，終于解開了這個謎。原來，石林地區(qū)很多溶蝕洼地都連接著地下暗河，形成喀斯特漏斗；而地下暗河中有豐富的地下水在流動。當(dāng)喀斯特漏斗積水形成水潭時，其中的水往往經(jīng)由虹吸作用被地下暗河吸入地下，成為地下水的一部分；于是就形成了上述難得一見的奇觀。生活在石林的撒尼人，經(jīng)常將這些溶蝕洼地作為斗牛摔跤慶祝節(jié)慶的場地，成為石林縣的一大人文景觀?，F(xiàn)在，去石林縣賞石林，觀美景，看斗牛已成為昆明乃至云南的一張旅游名片[12]。

3.2.2 云南九鄉(xiāng)溶洞

云南九鄉(xiāng)溶洞位于云南省宜良縣九鄉(xiāng)彝族回族鄉(xiāng)境內(nèi)，距離省會昆明市市區(qū)約100 km，距離石林風(fēng)景名勝區(qū)約30 km，二者之間有旅游專線連接。九鄉(xiāng)溶洞的是南盤江（珠江西江上游干流河段）的一級支流麥田河的杰作。麥田河發(fā)源于云南省曲靖市陸良縣，在流經(jīng)九鄉(xiāng)鄉(xiāng)形成了地下河段，河水遁入地下，形成地下暗河，過風(fēng)景區(qū)后出露于地表；恢復(fù)地上河段。于宜良，石林兩縣交界處的南盤江干流河段上的柴石灘水庫匯入南盤江，歸于南海[13]。

進(jìn)入九鄉(xiāng)風(fēng)景區(qū)，可謂是無地不美，到處皆景。麥田河流經(jīng)蔭翠峽，驚魂峽；兩岸的巖壁宛如刀削一般筆直，頗有“小三峽”的感覺。這是由于麥田河在億萬年前就開始侵蝕這里的石灰?guī)r山壁，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，麥田河在山體中形成了一條兩頭相接的地下河，后來地下河上方的洞頂坍塌，就形成了現(xiàn)在的蔭翠峽；驚魂峽，是現(xiàn)在國內(nèi)最大的洞內(nèi)峽谷，亦是麥田河的杰作，在長度不超過700 m 的河段內(nèi)，上下落差竟可高達(dá)百余米。麥田河的河水在此轟鳴，流入地下，讓人望而生畏。著名學(xué)者費孝通在游覽后還留下了題為“驚魂峽”的摩崖石刻。“古河穿洞”是一處溶洞景觀，其中有“洞中有洞，洞中有河，洞中有天”的奇妙景觀，這是由于遠(yuǎn)古時期的石灰?guī)r巖層常受到地下河的沖刷洗禮，后來地殼抬升，原來的地下河改道向下流動，空出來的溶蝕過后的巖層就形成了溶洞群。由于滇東地區(qū)豐沛的降水量以及透水性良好，孔隙發(fā)育的石灰?guī)r層，地表水往往很容易淋溶滲透到地下溶洞內(nèi)，形成含鈣質(zhì)很高的富鈣地下水，對于溶洞進(jìn)行了二次景觀改造，形成了石鐘乳，石筍，石柱，石臺，神田（邊石壩，由富含鈣質(zhì)的地下水經(jīng)由流水沉積而成的鈣華形成），“風(fēng)吹石彎”等地下溶洞景觀?！按菩垭p瀑”位于臥龍洞內(nèi)，麥田河在該洞洞口形成了落差達(dá)30 余米的瀑布。其中，左邊的瀑布咆哮的奔流著，具有雄壯之氣，而右邊的瀑布則顯得較為纖細(xì)，有些柔弱，因此人們稱他們?yōu)椤按菩垭p瀑”。而到了豐水季節(jié)，兩條瀑布則融為一體，就像一條黃龍從天而降，落入下方的深淵。“臥龍洞”也因此而得名[14]。

3.2.3 貴州織金洞

織金洞，位于貴州省畢節(jié)市織金縣官寨苗族鄉(xiāng)，地處烏江源頭河流六沖河的南岸。距省會貴陽市120 km?？椊鸲词且粋€多層次，多類型的溶洞，有上中下三層；洞中遍布石鐘乳，石筍，石柱，石旗等40 多種巖溶景觀。洞內(nèi)長度約12 km，具有全世界溶洞堆積物中的50 余種，呈現(xiàn)出萬千氣象，無限風(fēng)光。

洞中形成了多處石景，有“地下塔林”，“百尺垂簾”，“銀雨樹”等多個大小場景。令人嘆為觀止。2005年10 月，由《中國國家地理》主辦的中國最美洞穴排行榜中，織金洞名列榜首[15]。

3.2.4 恩施騰龍洞

騰龍洞位于湖北省恩施土家族苗族自治州利川市，距離利川市區(qū)約6 km。騰龍洞之奇，奇在其體量龐大。騰龍洞是中國已探明最大溶洞，世界第7 大溶洞。騰龍洞風(fēng)景區(qū)由水洞、旱洞、鲇魚洞、涼風(fēng)洞、獨家寨及三個龍門、化仙坑等組成。景區(qū)總面積69 km2，以雄奇險峻馳名中外。整個洞穴群分為五層，其中大小支洞300 余個，洞中有水，水洞相連。騰龍洞為長江一級支流清江溶蝕開鑿形成，清江在此溶蝕沖擊形成兩側(cè)貫通的地下河，河水也成為了地下水；在流經(jīng)了16.8 km 的地下暗河后，于黑龍洞重新出露地表。騰龍洞因其體量巨大，洞口可懸停起降直升機。2014 年，為了宣傳旅游，提升知名度，恩施州政府特意調(diào)來一架直升機，由專業(yè)人員操控停在騰龍洞旱洞口[16]。

4 中國西南地區(qū)地下水污染情況，事件及治理

4.1 西南地區(qū)地下水污染情況

我國西南地區(qū)是地下水污染較為嚴(yán)重的地區(qū)之一，常見且普遍的污染物之一是砷。廣西，云南兩省區(qū)的砷儲量占全國儲量的57%，砷礦分布集中，含砷量高，為全國的富砷地區(qū)。

且砷多伴生于鐵礦中，常見的砷鐵礦化學(xué)式為FexAsyOz。當(dāng)砷礦開采出來之后，在提煉完有用元素后，剩余的富含As 的尾礦以及礦渣就露天堆放于環(huán)境中。云南廣西兩省區(qū)，年降水量普遍超過1 000 mm，造成了尾礦礦渣中的As 很容易淋溶出來，變成活性大，毒性較之前提高很多的游離態(tài)的AsO42-，AsO32-離子。西南地區(qū)由于石灰?guī)r廣布，土層較薄，土壤對于As 的過濾，離子交換，固定作用較弱，土壤之下，石灰?guī)r裂隙孔洞發(fā)育，故不能很好地攔截砷；就這樣，As可以一路暢通無阻地進(jìn)入地下水，對地下水造成污染，進(jìn)而危害生物與人類。且西南地區(qū)的地下水存在形式多為地下暗河，流動性好，更為砷的擴散創(chuàng)造了條件。云南、廣西等西部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較為落后，整治資金不足，整其及時落實難，有關(guān)部門監(jiān)管能力較弱，是滇桂兩省區(qū)地下水污染的人為原因之一[17]。

云南省紅河哈尼族彝族自治州的個舊市，是“中國錫都”；早在20 世紀(jì)初就有法國修筑的滇越鐵路通過這座小城，并有法國人在此開采錫礦。而Sn 的伴生礦之一就是砷，恰好本區(qū)域就處于滇東南喀斯特區(qū)，由此引發(fā)了地下水污染，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民又引巖溶區(qū)的水灌溉農(nóng)田，導(dǎo)致土壤砷超標(biāo)，造成了土地生產(chǎn)力下降，環(huán)境修復(fù)成本高昂的后果[18]。

氟也是西南地區(qū)地下水的重要污染元素之一，尤其是貴州省。為全國高氟水地區(qū)之一，地方病氟骨癥，氟斑牙高發(fā)。貴州為全國產(chǎn)煤燃煤大省，煤炭中的氟元素經(jīng)由大氣顆粒沉降到地面后又由于淋溶滲濾進(jìn)入地下水或經(jīng)由溶解作用進(jìn)入地表水，造成水中氟含量超標(biāo)[19]。

4.2 西南地區(qū)地下水污染事件

4.2.1 云南南盤江鉻渣水污染事件

2011 年8 月12 日，云南信息報報道了當(dāng)?shù)匾黄鹬亟饘傥廴臼录?。報道指? 000 t 鉻渣倒入水庫，致使水庫致命六價鉻超標(biāo)2 000 倍。事后云南將30 萬m3受污染水，鋪設(shè)管道排入珠江源頭南盤江[20]。

4.2.2 云南省昆明市嵩明縣噴水洞磷污染事件

2008 年2 月24 日,昆明市嵩明縣與宜良縣交界處的噴水洞地下水源遭到嚴(yán)重污染。此次事故造成宜良和嵩明兩縣來源于噴水洞地下水源的魚塘水體受到嚴(yán)重污染,魚塘水體呈乳白色，且有刺鼻的味道,造成魚類大量死亡。與此同時,噴水洞地下水源作為飲用水源地,噴水洞抽水站每天要抽出約3 000 m3原水供附近居民生產(chǎn)生活用水以及飲用,在水體受到污染之后不得不停止使用,使附近村民及附近一個煤礦近萬人的飲用安全受到嚴(yán)重威脅。同時,噴水洞地下水源出水流經(jīng)的宜良縣部分地區(qū)的生產(chǎn)生活用水及農(nóng)業(yè)，養(yǎng)殖用水都將在一定時期內(nèi)受到影響。事后查明，嵩明縣花窩村48 歲的村民周某請當(dāng)?shù)乩S磷的運輸槽車?yán)瓉韮A倒污水于自家麥地內(nèi)，傾倒的污水為泥磷廢液，來源為南磷集團磷化工廠（楊林），目的是打算曬干后作為自己麥地的肥料。而傾倒廢液的麥田正好是一個喀斯特溶蝕洼地，部分泥磷廢液沿溶蝕洼地裂隙淋溶滲濾至地下暗河河水中，并隨著河水向地下暗河下游游動，造成位于廢液傾倒地東南方向4 km～5 km 處的噴水洞及其附近地下水遭到嚴(yán)重污染[21]。

4.3 地下水污染治理措施

當(dāng)前，地下水中主要的污染物主要為As、F、Fe、Mn?，F(xiàn)就這幾種污染物的去除方法進(jìn)行簡要介紹。

除砷常用的方法為混凝沉淀，離子交換法，生物法除砷，膜法除砷?；炷ㄟ€可以供去除水中的Fe（Ⅱ），但缺點是會產(chǎn)生大量的含砷污泥難以處理。地下水由于多處于還原性條件下，其中的砷主要以As（Ⅲ）的形式存在，其毒性是As（Ⅴ）的20 倍，因此在一些欠發(fā)達(dá)國家或地區(qū)，常常采用氧化法將砷氧化到+V 價來降低其在飲用水中的毒性[22]。

除氟則采用與聚合氯化鋁形成復(fù)雜沉淀物的形式使游離態(tài)的氟轉(zhuǎn)變?yōu)槌恋韀23]，由于Fe（Ⅱ）的沉淀pH 較Fe（Ⅲ）的要高很多，故很多現(xiàn)在普遍采用的除鐵方法是將二價鐵氧化成為三價鐵(通過曝氣或加氧化劑等)，然后再加入混凝劑或者pH 調(diào)節(jié)劑使其沉淀；除錳更多的是采用微生物法，將Mn（Ⅱ）氧化為Mn（Ⅳ）進(jìn)而形成二氧化錳沉淀，從而從水中得以除去。