左江流域崇左幅巖溶水允許開采量及開發(fā)可行性分析

梁國軍，陳海武

（廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，南寧 530023）

[關鍵字] 巖溶水；允許開采量；可行性分析；左江流域

0 引言

廣西巖溶分布廣泛且類型多樣，巖溶水資源普遍服務于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市與農(nóng)村供水，或應對極端氣候產(chǎn)生的干旱等。認清水資源的形成、演變趨勢和動力機制，能使其更好地發(fā)揮社會服務功能[1]。廣西巖溶地區(qū)已查明地下河445條，其分布受地質(zhì)、地貌條件控制。開發(fā)利用方式主要為出口建壩蓄水，天窗提水，地下河堵洞成庫，堵截地下河引水發(fā)電，建地表、地下聯(lián)合水庫[2]。重視地下河開發(fā)與分散找水打井相結(jié)合是改善巖溶石山地區(qū)干旱缺水的重要途徑之一，旨在提高巖溶地下水開發(fā)利用科學化[3]。根據(jù)地質(zhì)條件、巖溶發(fā)育特征、含水介質(zhì)、賦存及水動力等條件，劃分其巖溶地下水系統(tǒng)。結(jié)合含水層富水性，分別采用降水入滲系數(shù)法、容積法和枯季徑流模數(shù)法對地下水天然補給量、地下水儲存資源量和可開采資源量進行評價，研究結(jié)果可為巖溶地下水的開發(fā)利用提供科學依據(jù)[4]。

根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局部署，2017年廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院開展了“左江巖溶流域崇左幅1∶5萬水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查”項目，筆者參與了該調(diào)查工作，并在此基礎上撰寫此文，以供參考。

1 左江流域崇左幅位置及范圍

左江流域崇左幅為一個標準的1∶5 萬圖幅，處于左江流域的中部，位于廣西西南部，行政上大部分屬于崇左市江州區(qū)管轄，小部分屬于崇左市寧明縣管轄。南憑鐵路、南友高速公路從北東往南西貫穿整個工作區(qū)，崇左至南寧、大新、寧明、憑祥、扶綏、龍州等地均有主要縣道相連通，鄉(xiāng)村間有村級公路相連，交通便利。工作區(qū)范圍總面積475.75 km2。其中巖溶區(qū)面積451.95 km2，非巖溶區(qū)面積23.8 km2。

2 左江流域崇左幅巖溶水系統(tǒng)劃分

2.1 巖溶水系統(tǒng)的劃分方法

（1）工作區(qū)屬西江水系的左江水系。按地表水系統(tǒng)的劃分方法，珠江為一級水系統(tǒng)，西江為二級水系統(tǒng)，左江為三級水系統(tǒng)。本工作區(qū)主要位于左江中游西北岸和東南岸以及工作區(qū)西北面黑水河下游段，為四級水系統(tǒng)。在此基礎上進一步劃分地下水五級子系統(tǒng)。

（2）在碳酸鹽巖分布區(qū)，根據(jù)巖溶含水層的空間分布特征和巖溶水的補給、徑流、排泄條件，可劃分為地下河系統(tǒng)、巖溶泉系統(tǒng)和基巖分散流系統(tǒng)?；谒Y源評價的需要，為避免空間上的重復計算，本次系統(tǒng)劃分對表層巖溶泉系統(tǒng)不單獨劃分。

（3）非碳酸鹽巖地層分布區(qū)一般成山或成嶺，為天然地下水分水嶺，可認為是地下水系統(tǒng)的天然邊界。因此，該區(qū)地下水系統(tǒng)的劃分主要參照地表水系統(tǒng)的劃分方法。另外，對部分面積較小、流量較小、調(diào)查精度較低的地下水系統(tǒng)進行合并處理。

（4）受地形地貌特征的影響，碳酸鹽巖分布區(qū)以峰叢洼地地貌為主，其地下水分水嶺不明顯。因此，在系統(tǒng)邊界的確認過程中，主要采用面上水文地質(zhì)測繪和示蹤試驗等多種手段相結(jié)合的調(diào)查方法。在地下巖溶管道不明顯、未進行示蹤試驗的裸露型碳酸鹽巖峰叢洼地區(qū)，主要借助洼地底部高程分析方法以及根據(jù)野外調(diào)查水位資料編繪的巖溶地下水等水位簡圖來確定地下分水嶺界線。

（5）在五級水系統(tǒng)的劃分基礎上，以地下水排泄特征對地下水系統(tǒng)進行歸類。將工作區(qū)地下水系統(tǒng)劃分為巖溶地下河系統(tǒng)（I）、巖溶大泉系統(tǒng)（II）和分散流系統(tǒng)（III）3個大類。

2.2 巖溶水系統(tǒng)劃分結(jié)果

根據(jù)以上劃分原則，將工作區(qū)分為左江東南岸和西北岸以及黑水河下游段3 個四級地下水系統(tǒng)，在此基礎上進一步將工作區(qū)分為20 個五級地下水系統(tǒng)，即劃分出：5個地下河系統(tǒng)、1個巖溶泉系統(tǒng)和14個分散流系統(tǒng)。為了為區(qū)內(nèi)水資源評價服務，將工作區(qū)內(nèi)所占面積比例較大，但尚不完整的地下水系統(tǒng)，結(jié)合區(qū)域1∶20 萬水文地質(zhì)調(diào)查資料補充完整，但位于區(qū)外的面積另行計算。如果區(qū)內(nèi)僅僅為某個地下水系統(tǒng)的一小部分，則當分散流處理，待完成周邊圖幅的水文地質(zhì)調(diào)查后再進行計算。根據(jù)上述原則，本次工作區(qū)為崇左幅1 個1∶5 萬標準圖幅的面積，共計475.75 km2。各個五級水系統(tǒng)空間接觸關系具體劃分見圖1，其空間規(guī)模見表1。

表1 工作區(qū)五級地下水系統(tǒng)中劃分結(jié)果一覽表

圖1 地下水系統(tǒng)分區(qū)圖

工作區(qū)內(nèi)分布有5.75 km2的合山組鐵鋁巖，構成相對隔水層，為良好的系統(tǒng)邊界。5 個地下河子系統(tǒng)的基本特征是以局部分水嶺為界，地下水主要通過地下河出口集中排泄，局部以巖溶泉的形式排泄。銀林山莊巖溶大泉子系統(tǒng)的基本特征是以局部分水嶺為界，地下河管道不明顯，地下水主要賦存在裂隙溶洞中，以巖溶大泉形式集中排泄，主要借助地下水流場圖以及洼地底部高程圈定出泉域范圍。其余14 個分散流子系統(tǒng)的基本特征是地下河管道不明顯，地下水主要賦存在裂隙溶洞、風化裂隙、構造裂隙中，以分散流的形式排泄，地下分水嶺與地表分水嶺基本一致。

3 巖溶水資源供需平衡分析

3.1 供需平衡分析依據(jù)

（1）生活需水。區(qū)內(nèi)缺水人口多在農(nóng)村，人均生活用水量按習慣標準0.1 m3/d計。

（2）農(nóng)業(yè)需水。區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)需水主要是灌溉用水，據(jù)當?shù)厮块T定額標準，每畝水田用水量定額為750 m3/a，旱地250 m3/a。

（3）現(xiàn)狀用水。據(jù)開發(fā)利用情況，統(tǒng)計各水點開發(fā)利用水量，將各巖溶水點開發(fā)利用水量作為現(xiàn)狀開采量。

（4）缺水耕地。工作區(qū)耕地缺水情況則根據(jù)《巖溶地區(qū)農(nóng)業(yè)缺水現(xiàn)狀及其對策》中的旱片范圍結(jié)合本次實地調(diào)查圈定。

（5）水資源需求。主要考慮工作區(qū)內(nèi)缺水耕地灌溉需水量及缺水人口的生活需水量。

3.2 供需平衡分析

為了便于分析水資源供需平衡情況，在這里以巖溶水子系統(tǒng)（見圖1）為單元，分別統(tǒng)計各系統(tǒng)內(nèi)巖溶水的可利用量（灌溉及居民用水）及巖溶水需水量（農(nóng)田及居民生活），從而計算出各個系統(tǒng)單元內(nèi)巖溶區(qū)的缺水耕地面積。通過統(tǒng)計巖溶水現(xiàn)狀開采量后可得出巖溶水剩余允許開采量，再進行巖溶水供需平衡分析，以了解開發(fā)利用巖溶水解決干旱缺水的可行性及保證程度，分析結(jié)果見表2。

從表2可知，各系統(tǒng)巖溶水開采程度普遍較低，除包村地下河系統(tǒng)外，其它系統(tǒng)現(xiàn)狀開采量一般占可采量的15%以下。針對各水系統(tǒng)存在的人畜飲水困難及耕地干旱缺水，假設都利用巖溶水解決的前提下，人畜飲水及干旱耕地灌溉總需水量為3 170.08萬m3/a，占剩余允許開采量的87.11%，基本可以滿足需求。但是巖溶水的分布具有不均一性，從各個水系統(tǒng)看，如果完全靠巖溶水解決需求，部分系統(tǒng)將會超采，農(nóng)田灌溉需考慮用地表水來解決。由于地下水有一定的雨季補旱季、豐年補欠年的均衡調(diào)節(jié)能力，故用枯季徑流模數(shù)法計算地下水允許開采量，然后在此基礎上計算的可采資源量極為保守。所以可以在不動用儲存量的基礎上加大豐水期和平水期的地下水開采來滿足需要。

表2 巖溶水供需平衡分析表

4 巖溶地下水開發(fā)利用的可行性分析

4.1 地下河開發(fā)利用的可行性

工作區(qū)內(nèi)發(fā)育5 條地下河，共有3 條地下河出口在工作區(qū)內(nèi)，這5 條地下河劃分為5 個地下河系統(tǒng)。地下河源頭段或上游段管道特征不明顯，出露的巖溶天然水點較少，沿途地下河水開發(fā)利用條件相對較差；中、下游段，巖溶天然水點較多，水位埋深較淺，可直接抽取天窗、溶洞水進行小規(guī)模開發(fā)，開發(fā)利用條件好。

區(qū)內(nèi)地下河出口4 處，其中有2 處位于坡腳或谷地中部，常年有水流出，可以直接引用，或通過簡易的筑壩等工程措施攔截后可以引用，開發(fā)利用條件好。另有2 處地下河出口出露在河邊，因出口與河水相連，受河水漲落影響，不易開發(fā)利用。位于巖溶管道上共發(fā)育有天窗等巖溶水點10處，這些水點呈潭狀、豎井狀、斜井狀等，可以直接裝泵抽水利用，或通過簡單的人工修整后裝泵抽水利用。部分斜井狀巖溶水點，向下傾斜延伸較遠，如果直接裝泵抽水，由于管路較長，易造成水頭損耗，增加抽水成本，可以通過在天窗旁施工鉆孔抽水利用。同時，隨著技術不斷改良，市場上已有型號多樣、重量輕、楊程高的水泵，使水泵的搬運、安裝、拆卸等更為方便，為開發(fā)利用地下水提供了高效可靠的技術設備。

總的來說，區(qū)內(nèi)除了2 個地下河出口與河水相連，不易開發(fā)利用外，另外2個地下河出口及地下河天窗的開發(fā)利用條件較好，開發(fā)利用地下河水是可行的。

4.2 巖溶泉開發(fā)利用的可行性

工作區(qū)內(nèi)發(fā)育了49 個巖溶泉，其中流量大于50 L/s 的巖溶大泉有1 個。巖溶泉主要分布在工作區(qū)中部及西面峰叢洼地區(qū)邊緣的山腳下或是左江邊，目前有11 個巖溶泉點已開采利用，主要用于附近村屯的生活用水。

4.3 分散流巖溶水開發(fā)利用的可行性

工作區(qū)內(nèi)分布有12個分散流系統(tǒng)，主要分布在工作區(qū)的北面、南面和北東面。這些分散流系統(tǒng)在峰叢洼地、峰林谷地、孤峰平原、殘峰坡地、低山丘陵地貌區(qū)均有分布。在北西面一帶的峰叢洼地地區(qū)，出露有較多的溶井、巖溶泉等天然巖溶水點，附近村屯可以直接利用這些天然巖溶水點，也可以通過機井、大口徑井等方式開發(fā)利用南面區(qū)域的裂隙溶洞水，但開發(fā)利用成本相對較高，開發(fā)利用條件較好。

5 結(jié)語

本文結(jié)合現(xiàn)狀農(nóng)田灌溉及人飲缺水等需求，對巖溶水系統(tǒng)進行了水資源供需平衡分析。工作區(qū)內(nèi)巖溶地下水開發(fā)利用程度總體上較低，開采方式主要是蓄、引、抽為主，年總開采量為311.18 萬m3，地下水年總開采量僅占全區(qū)巖溶水可采資源量的7.88%，還有很大的開發(fā)潛力。

工作區(qū)內(nèi)地下河、巖溶泉、溶井、溶潭等較發(fā)育，巖溶地下水富水性以豐富為主，大部分地區(qū)地下水埋深較淺，一般小于30 m，總體上巖溶地下水開發(fā)利用條件較好。