貴州巖溶山區地下水的開發利用探討

楊光照 張學東

(貴州省有色金屬和核工業地質勘查局一總隊，貴州 貴陽 550000)

貴州巖溶山區地下水的開發利用探討

楊光照 張學東

(貴州省有色金屬和核工業地質勘查局一總隊，貴州 貴陽 550000)

分析了地下水資源及開發利用現狀，從季節性循環帶地下水、地下暗河、巖溶大泉、零散泉系統四方面，對不同地下水的開發利用方式進行了闡述，總結了地下水開發過程中的注意事項，從而有效解決貴州山區缺水問題。

地下水，巖溶水系統，地質構造，水窖

0 引言

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

地下水資源綜合的開發也成為了有效解決貴州山區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的高效的開發利用方式，21世紀后貴州在巖溶地下水開發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1 300萬農村人口飲水安全問題，并配合地下水資源開發利用啟動了全省范圍內的找水打井工程，并延續至“十二五”期間1 161萬農村人口飲水安全問題，由此在開發地下水資源過程中總結了一系列的經驗。

但由于貴州巖溶山區水文地質條件復雜，巖溶水系統小型多樣；缺水區找水開發的建設難度較大，生態敏感度高；巖溶地下水開采誘發不良地質問題等因素，巖溶山區地下水資源的開發利用，還存在大量的問題尚未解決，還需深入研究探索。

1 地下水資源及開發利用現狀

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，省內大多數的泉點、河流的流量都呈現減小的趨勢，通過自1999年—2011年開展的不同階段的水文地質環境調查成果同樣反映了這樣的趨勢。

1.2 地下水資源開發利用現狀

1.2.1 對象及形式

貴州省對地下水的開發有著較長的歷史，自古就是當地居民生活用水及灌溉用水的主要來源。近代貴州的地下水開發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

貴州山區地下水的開采主要用于農業灌溉、城市生活和工業用水、農村人畜飲水。

地下水是貴州山區農業灌溉的重要水源之一，全省大部分地區利用地下水進行灌溉的農田面積占總農田面積的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利用地下水用于城鎮生活及工礦用途，占總供水量的15%～35%，全省巖溶山區有75%的人、畜飲水為利用地表分散的泉露頭，開發利用方式以引水、提水為主，截水和蓄水較少。

經統計[2]，全省地下水開發總量為24.681×108m3/年，占可開采總量的21.9%，其中：城鎮生活開采量為3.084×108m3/年，農村人畜飲水量為4.293×108m3/年，農田灌溉開采量為7.442×108m3/年，城鎮工業開采量為0.88×108m3/年，水力發電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 不同地下水的開發利用方式

貴州巖溶山區地下水開發利用主要針對季節性循環帶地下水、地下暗河、巖溶大泉、零散泉系統幾種類型，不同類型的地下水采用不同類型的開發利用方式。

2.1 季節性循環帶地下水

受到地質構造條件及地形的影響，此類水呈現泉流量小、動態變化大、穩定性較差等特點，主要以“小型”“分散”類型為主。開發利用方式以“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選擇有利于表層巖溶水匯集和排泄的位置，重點選擇節理裂隙發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差異，特別是地表以下淺部地帶出現隔水層的區域，此類區域可以采用淺井離心泵提取表層巖溶水。

2.2 地下暗河

不同類型的地質構造形成不同地下河種類，開發利用方式和難易程度也有所不同。目前省內對地下河系統的開發利用主要有“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，并在堵體或壩上設置放水閥或設置排洪隧洞起到調節溢洪作用，這類形式的地下河開發在貴州黔南地區較為常見，典型的有獨山新寨奮發洞水庫，該水庫建成后蓄水庫容22×104m3，可解決當地灌溉100 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，河床下未發現排水通道，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，并受到構造的影響抬升，在這種特定水文地質條件下發育著高于臨區谷底的“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系的基礎上，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，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

這類開發方式主要針對地下河埋藏較淺的巖溶山區，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，在地下河徑流區段上對地下河發育的天窗、巖溶潭、有水溶洞建立人工集水提水站。貴州省內此類地下水開采工程較多，開采總量占農業灌溉開采總量的20%～30%。

2.2.4 地表、地下空間聯合成庫

在山地斜坡峰叢洼地地貌區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育的空間有“時隱時現”特征，將地下和地上空間相通，將地下河和地表巖溶洼地結合起來成為聯合的蓄水空間。在貴州此類典型工程案例為普定縣馬官鎮馬官水庫，該水庫地下河管道長度740 m，洞身多為矩形，根據該地下河流域條件將地下空間和地表洼地結合成為庫盆，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。根據統計[2]，貴州省內流量大于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。

巖溶大泉的開發方式主要有泉口提水、泉口引流、“提、引、蓄”結合三種形式。

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用于泉口位置較高，泉水動態特征穩定的大泉，在泉口修建引水系統直接將泉水通過引水系統連接引水渠供應至蓄水區域。典型案例為道真縣老龍洞巖溶泉，泉口標高1 340 m，高差200 m～300 m，引距5 km。

通過對大泉周邊地形調查的基礎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內的缺水問題，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”相結合的開發模式。典型案例為威寧縣爐山鄉樂溪巖溶泉群，采用前堵后提的方式解決當地的人畜飲水問題。

2.4 零散泉系統

貴州的巖溶水系統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、裂隙含水介質組合類型，區域上多分布于黔北、黔東北地區，具有水位埋藏淺、地下水運動慢的特征。

此類含水系統，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 地下水開發過程中的思考

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

分散排泄系統一般總體水位較淺，含水層均勻，開發以勘探井為主，在查清系統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。

地下河開發需注意以下問題：

1)針對不同類型的地下河系統分類綜合開發，堵蓄成庫、引流發電、供水、灌溉實現綜合開發高效利用；

2)充分利用地下地表空間的調蓄作用；

3)需要重視地下地表水的聯合調度；

4)合理確定地下水庫的堵蓄類型；

5)重視調查地下河水庫的工程地質問題，查清工程地質條件。

巖溶大泉開發過程中重點查清巖溶大泉的流量動態特征，根據動態特征合理設計飲水渠道，正確確定飲水工程高程。

由于貴州巖溶水文地質條件極為復雜，地下水系統小型多樣，不同類型的地下水系統的開發利用適應性差異較大，地下水開發過程中還存在著基礎資料指導性差、巖溶地下水賦存規律研究程度不高、勘查技術方法仍處于發展階段等問題，地下水的開發、水資源的管理都需要進一步的研究完善。

[1] 袁道先.巖溶環境學[M].重慶：重慶出版社,1988.

[2] 王明章.貴州省巖溶區地下水與地質環境[M].北京：地質出版社,2015.

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

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

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

[6] 肖進原.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,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