云南瀘西巖溶斷陷盆地水循環系統及水資源循環利用方案

張 華, 王 波, 王 宇, 張 貴, 何繞生, 代旭升,康曉波, 藍芙寧

1)云南省地質環境監測院, 云南昆明 650216;

2)云南省地質調查局, 云南昆明 650051;

3)中國地質科學院巖溶地質研究所, 廣西桂林 541004

巖溶斷陷盆主要發育于滇東、滇西、攀西和黔西巖溶高原上, 因其自然資源和環境條件相對較好,多為當地政治、經濟和文化中心, 耕地集中, 人口密集, 社會經濟發展水平較高, 對水資源的需求量大(王宇等, 2003)。巖溶斷陷盆地多處在亞熱帶高原季風氣候區, 降水量較大, 天然水資源豐富(曹東福,2014), 但旱雨季分明, 加之巖溶高原強烈隆升, 江河深切, 導致水資源時空分布極為不均。高原面上的斷陷盆地區與深切河谷排泄基準高差常達數百至千米以上, 降水形成的地表徑流和地下水漏失快,形成了嚴重的水土不配套現象。在時間分配上, 表現出夏澇春旱、秋冬少雨的困局。2009年秋冬至2010年春夏, 西南巖溶區遭受到百年不遇的嚴重旱災, 2011年至2013年、2018年至2020年也不同程度地出現較嚴重干旱, 巖溶高原地區旱情尤為突出,對人民群眾的生產生活影響特別嚴重。水資源是人類生活、生產及生態環境建設必需的資源(盧耀如,2014), 量水而行已成為國土空間規劃的基本原則。提高水資源利用水平(李旭堯等, 2020), 解決水資源供需矛盾, 是水資源研究中的一個重點與熱點問題(伍文琪等, 2018)。巖溶斷陷盆地地表、地下水資源豐富, 把地表、地下水資源統籌考慮建立水循環利用方案, 是緩和水資源時空分布不均勻, 提高水資源利用率的有效途徑之一。20世紀 90年初, 王宇(1990)通過水資源系統構建和數學模型求解建立了利用滇池調節進行部分循環利用的昆明市區地表水-地下水聯合調度方案。有關的研究還有不少, 如魯中南巖溶區是中國北方半干旱溫帶巖溶區, 該區地表水和地下水的合理調蓄問題也做過系統的分析和總結, 并提出了相關的對策(賀可強等, 2002)。塔里木河流域利用模糊綜合決策、層次分析法等理論初步對該流域的水資源進行了配置研究, 得出了不同保證率下水資源配置方案成果(任加銳等, 2006)。本文擬通過研究瀘西典型巖溶斷陷盆地流域的地質環境條件與水循環系統, 結合黃草洲、平海子濕地生態的恢復重建和涵養, 提出巖溶斷陷盆地水資源的循環利用方案, 以期為提高巖溶斷陷盆地的水資源利用提供可借鑒、可推廣的案例。

1 概況

瀘西巖溶斷陷盆地流域地處滇東南高原邊緣斜坡地帶(圖 1), 地理坐標為 E: 103°30′—104°05′, N:24°10′—24°45′, 總面積達 1 009.28 km2。盆地底部呈北東向展布, 總體地勢東高西低, 北高南低。東部、南部高原面保存較好, 發育峰叢洼地, 山地海拔2000～2200 m, 最高點老佐墳箐2 459.3 m; 西部山地海拔1800～2000 m。盆地東南部的小江切割極為強烈, 河谷呈“V”字形, 切割深度500～1639 m。氣候類型屬亞熱帶高原季風氣候, 枯雨季分明, 垂直差異顯著, 表現為高山寒、山區涼、壩區暖、河谷熱的立體氣候。大部分地區年降水量在1050～1100 mm。

根據《2017年瀘西統計年鑒》, 流域范圍內盆地底部的縣城駐地中樞鎮人口 12.49萬人, 人口密度約1750人/km2, 農村經濟總收入23億元, 農業生產總值8.74億元, 農產品工業加工總產值6.01億元;溶蝕丘峰谷區的白水鎮人口5.76萬人, 人口密度約245人/km2, 農村經濟總收入 8.82億元; 侵溶蝕山區的三塘鄉人口2.6萬人, 人口密度約120人/km2,農村總收入2.13億元; 溶蝕河谷區的永寧鄉、東山鄉人口4.7萬人, 農村經濟總收4.6億元。通過人口分布和經濟指標統計分析, 盆地作為行政駐地是人口集中區、農業活動集中區、工業活動區、GDP主產區。

瀘西巖溶斷陷盆地以地塊斷陷為主導, 侵蝕及溶蝕共同作用形成的, 由里到外不同成因和組合形態的地貌呈現環帶狀的分布特征, 總體地勢由低平遞增至高聳, 地形切割由淺到深, 地貌分布和變化規律性明顯(圖2)。巖溶斷陷盆地下游河谷, 在高原斜坡地帶為深切割峽谷, 在高原面上多為淺切割峽谷和寬谷。由于下游河谷與巖溶斷陷盆地相伴形成及同步演化, 是盆地的第一級侵溶蝕基準和徑流排泄基準, 為了保持盆地物質和能量傳輸系統的完整性(袁道先等, 2002), 故將下游與盆地關聯緊密的河段納入巖溶斷陷盆地環境地質分區。根據瀘西巖溶斷陷盆地地貌形態-成因類型的區間差異及變化規律, 由外圍到中心區將盆地劃分為: 侵溶蝕山區、溶蝕丘峰谷區、沉積平壩區、侵溶蝕河谷區4個環境地質分區(王宇等, 2017)(圖1)。侵溶蝕山區平均高程 2 140.16 m, 起伏度平均 441.16 m, 面積356.24 km2; 溶蝕丘峰谷區平均高程1 885.17 m, 平均起伏度186.17 m, 面積212.4 km2; 沉積平壩區平均高程1705 m, 起伏度平均12 m, 面積71.17 km2;侵溶蝕河谷區平均高程1154.67 m, 起伏度平均779 m,面積369.47 km2。瀘西巖溶斷陷盆地流域屬華南褶皺系滇東南褶皺帶, 構造以北東和北東東向的斷裂和褶皺為主。主要發育雨龍斷裂、白水向斜、楊梅山背斜。構造控制了盆地地貌特征及地下水的分布,是北東向暗河管道形成的主控因素, 通常沿斷裂走向出露泉點, 發育串珠狀的洼地、落水洞及溶洞等。出露地層以中生界三疊系為主, 局部地段分布古生界二疊系、新生界下第三系地層。壩區、河谷區及山區洼地內分布有新生界第四系紅黏土、砂質黏土、細砂、砂礫, 一般厚度0～30 m。古生界地層僅出露二疊系中統宣威組(P2x)泥巖、砂頁巖、粉砂巖, 出露于流域北部楊梅山附近。中生界三疊系上統鳥格組(T3n)、火把沖組(T3h)為砂泥巖, 主要出露于流域西部的白泥山梁子, 西南部的永寧—東山河谷區;中統個舊組(T2g)、法郎組(T2f)以灰巖、白云巖為主夾少量薄層泥質灰巖、砂泥巖, 個舊組在整個流域內分布較為廣泛, 法郎組則集中分布在流域西部的白泥山梁子, 小江河下游深切河谷區; 下統飛仙關組(T1f)為砂泥巖, 分布在流域北部楊梅山, 永寧鎮組(T1y)為薄層灰巖夾砂泥巖, 分布在流域東北部。新生界古近系路美邑組(E1l)為礫巖, 分布在流域東北部的大直邑, 瀘西盆地西部的魯克、核桃溝, 東部的東華寺等地段。

圖1 瀘西巖溶斷陷盆地流域地貌分區圖Fig. 1 Geomorphology zoning map of the watershed of Luxi karst fault-depression basin

圖2 瀘西巖溶斷陷盆地流域三維高程模型圖Fig. 2 Three-dimensional elevation model map of the Watershed of Luxi karst fault-depression basin

研究區內碳酸鹽巖類巖溶含水層組依據各組段巖性及其組合關系劃分為純碳酸鹽巖含水層組、純碳酸鹽巖夾不純碳酸鹽巖含水層組、純碳酸鹽巖夾碎屑巖含水層組三種類型。含水層組為三疊系下統永寧鎮組下段(T1ya)、三迭系中統個舊組各段(T2ga、T2gb、T2gc、T2gd、T2ge)、法朗組下段(T2fa)及老第三系始新統路美邑組(E2l)。含水層組呈片狀、塊狀、條帶狀廣泛出露于整個流域, 出露總面積610.04 km2。含水巖組的基本巖性為純碳酸鹽巖(灰巖類、白云巖類)、不純碳酸鹽巖(泥質灰巖、硅質灰巖)和碎屑巖。瀘西巖溶斷陷盆地流域是一個具有完整的補給、徑流、排泄過程的巖溶水系統, 其補給、徑流、排泄的總體趨勢為, 地下水在侵溶蝕山區接受大氣降水入滲補給, 向溶蝕丘峰谷地區、盆底沉積平壩區徑流, 最終向最低排泄基準面——小江河谷排泄(圖3)。瀘西巖溶斷陷盆地巖溶較為發育,第一個是瀘西盆地外圍侵溶蝕山區, 屬裸露型巖溶區, 地表巖溶形態主要表現為侵蝕、溶蝕石峰、洼地、谷地等巖溶地貌; 第二個是溶蝕丘峰谷區, 主要表現為溶丘臺地槽谷區和巖溶峰叢洼地區; 第三個是沉積平壩區屬覆蓋型巖溶區, 地表巖溶形態主要為零星的巖溶殘丘, 形態低矮, 與平壩相對高度一般小于20 m; 第四個為侵溶蝕河谷區, 屬裸露型巖溶區, 巖溶形態多樣, 組合類型齊全, 巖溶發育強烈但極不均勻, 地表地下巖溶孔隙多通過溶洞、漏斗、落水洞、溶隙等貫通, 形成強大的巖溶洞、管、隙的連通網絡, 該區溶洞管道主要發育有2條, 一條是冒水洞暗河通道, 另一條是永寧暗河通道。

圖3 瀘西巖溶斷陷盆地流域水文地質圖Fig. 3 Hydrogeological map of the watershed of Luxi karst fault-depression basin

2 地表-地下水文系統、水流過程及水資源形成

流域內地表西大河縱貫全區, 其支流多分布在中西部的谷地、盆地區, 水庫則多集中于巖溶緩丘臺地槽谷區。小江河為南盤江左岸一級支流, 干流全長 97.5 km, 積水面積 869.5 km2, 天然落差1001 m, 河床平均縱坡 1.03%, 干流段河谷深切,河床縱坡 2.62%。常年不斷流, 豐水期為 6—8月,平水期為11月至次年的1月, 枯水期為2—5月。據下游工農隧洞水文站資料顯示, 小江河水流量動態變化大, 最大流量 39.83 m3/s, 最小流量為0.52 m3/s, 年平均流量5.44 m3/s。上游益谷壩多年平均徑流量4933萬m3(1.56 m3/s)。小江河為大氣降水補給, 發源于師宗縣色從大山西麓的小沙灣村,地貌為溶蝕丘峰谷區, 海拔 1 921 m, 向西南流約9 km進入瀘西境的大無浪水庫, 再右匯宜樂白支流,入白水壩子, 叫益谷河, 左匯五者小河經益谷壩水文站、老干洞水庫, 通過小段伏流, 進中樞壩子叫西大河, 又左匯支流東河過工農隧洞, 入平海子水庫, 在石老虎處伏流約2.6 km進入永寧河谷, 在冒煙洞處再伏流約 2.4 km, 折向東流, 最后于三塘鄉的布德隆村附近注入南盤江, 出口基準面920 m。

瀘西巖溶斷陷盆地流域地下水系統是一個具有完整的補給、徑流、排泄過程的巖溶水系統, 盆地外圍侵溶蝕山區是流域地表水產流區和地下水主要補給區, 溶蝕丘峰谷區是地下水主要徑流區, 瀘西盆地沉積平壩區, 其水文地質功能為排泄、徑流,侵溶蝕河谷區是地下水排泄區。小江冒水洞暗河(13號), 歷史流量1100～1400 L/s, 2003年9月25日偶測流量 623.21 L/s, 2018年 5月 22日偶測流量1290.1 L/s, 2019年5月13日偶測流量1161.4 L/s。

瀘西巖溶斷陷盆地流域地表、地下水轉化頻繁,地表水補徑排特征主要以小江河徑流過程體現, 地下水在接受大氣降水補給后, 上層徑流以泉、暗河的形式以瀘西盆地底面為排泄基準排泄而轉化成地表水, 最終匯集于盆地南部通過工農隧洞及落水洞排向小江; 下層徑流則以小江水面為基準而通過深層徑流排泄。瀘西巖溶斷陷盆地流域徑流系統分布見圖4。

圖4 瀘西巖溶斷陷盆地流域徑流系統分布圖Fig. 4 Runoff system distribution map of Luxi karst fault-depression basin

3 可利用水資源開發利用現狀和需水量分析

3.1 水資源總量特征

瀘西巖溶斷陷盆地流域地處南盤江西部巖溶地區, 雨量充沛, 地表水、地下水較為豐富。地表水面主要為河流和水庫, 河流為小江河。水庫共有25座, 主要有白水塘、五者2個中型水庫, 平海子、無浪海、山衣、大衣、楊家寨5個小(一)型水庫, 及凹部山、煙光哨、紙廠、資舍等19個小(二型)水庫,總庫容8425萬m3。壩塘有知府塘、黃草洲、小雨龍、水箐廟后壩塘等 194個, 水面都較小, 總庫容281萬 m3; 地下水以巖溶水為主, 天然出露冒水洞暗河(13號)等4條, 伏流2條, 天然出露皮家寨大泉(80號)等巖溶大泉 120個, 及李子箐、彎半孔等表層泉 27個。隱伏巖溶水源地有飽水帶富水塊段 2個、表層帶富水塊段 2個, 總允許開采量 43.91萬m3/d, 其中巖溶泉及暗河允許開采量約占70%(王宇等, 2005a)。水資源量在時間上和空間上分布不均,研究區旱澇災害頻繁, 內澇主要發生在溶蝕丘峰谷區和盆地沉積平壩區, 90年代以來的旱災發生頻率約 2.8年一次, 澇災發生頻率約 1.5年一次, 與 80年代相比, 90年代以來的旱災發生頻率增長了7.5%,洪澇災害的發生頻率增長了49%。瀘西盆地的南東部挨來村一帶, 1970年工農隧道竣工投入使用, 使瀘西盆地內澇等到了極大的緩解。

3.2 水資源需水量

研究區瀘西巖溶斷陷盆地流域總供水能力為76.53×106m3/a, 需水量為 173.03×106m3/a, 故缺水總量為 96.5×106m3/a。其中, 盆地外圍侵溶蝕山區缺水 1.88×106m3/a, 主要為生產用水和人畜飲水困難, 約有4.3萬人, 1.5萬頭牲畜缺水; 溶蝕丘峰谷區缺水59.18×106m3/a, 生產生活用水、工業用水基本得到解決; 主要缺水為農業灌溉用水及生活飲用水,約 0.47萬人飲水困難; 盆底沉積平壩區缺水35.26×106m3/a, 主要缺水為灌溉用水和生活飲用水,工業用水基本可以解決; 小江侵溶蝕河谷區水資源供需基本平衡, 但由于水資源分布不均, 加之開發利用難度大, 仍存在灌溉缺水和農村飲用水困難的問題, 約0.12萬畝農田灌溉及0.4萬人生活飲用水困難未能解決。

3.3 水資源開發利用方式及現狀

瀘西巖溶斷陷盆地流域地表水的開發主要為修建水庫、水窖及外盆地調水, 地下水的開發方式主要為大泉壅水(王宇, 2008)、泉水建池蓄水管引或提引、表層泉以池和管調蓄(彭淑惠和李繼紅, 2006;蔣忠誠等, 2006)、暗河以天窗提水等方式(王宇等,2005b)。主城區主要是引外流域板橋水庫經自來水廠供城市生產生活用水。地下水的開發利用根據巖溶斷陷盆地地貌形態-成因類型的區間差異及變化規律、水資源開發條件而方法不同。

侵溶蝕山區為地表水產流區、地下水補給區,地表水多采用水窖、水池、壩塘、小水庫蓄水利用;地下水出露巖溶泉及表層泉共 50個, 枯季總流量為15 625 m3/d, 已開發利用的泉點有29個, 開采量約8000 m3/d, 占泉水自流總量的51.2%, 主要是在泉口擴坑或在泉的下游修建蓄水池積蓄, 大部分供村民生活及牲畜飲用, 少部分用于旱季灌溉保苗。

溶蝕丘峰谷區為地表水及地下水徑流區, 建設中小型水庫較多; 地下水資源豐富, 出露有38個巖溶泉, 枯季總流量為17 807 m3/d, 已開發利用的泉點有 24個, 開采量約 6300 m3/d, 占泉水自流總量的35.4%。開發方式以在泉邊建蓄水池或引流為主,主要用于灌溉, 部分作為人畜飲用水。機井和民井開采量約 1200 m3/d, 供旱季農業灌溉和平時生活用水。由于區內耕地面積較大, 供水量遠遠不能滿足用水需求。出露兩個暗河出口和兩個伏流出口, 總流量達46 726 m3/d, 僅將部分暗河水用水渠引走作為灌溉用水, 開采量約4500 m3/d, 利用率不足10%。

沉積平壩區地表水及地下水匯集的上層排泄區。大部分山區地表和地下水匯集到該區, 地表水系發育, 主干河流有長流水, 低洼處常積水成湖或發育濕地, 地下水出露巖溶泉16個, 枯季總流量達168 257 m3/d, 已開發利用的泉點14個, 開采量約7000 m3/d, 占總流量的4.2%。開發利用方式以引流灌溉為主, 部分作為村民的生產生活用水。機井和民井較多, 開采量約5000 m3/d, 主要用于旱季灌溉用水和平時生產生活用水。

侵溶蝕河谷區地表水及地下水集中徑流及排泄區。上游地表和地下水通過落水洞進入陡降的集中管道, 在谷底部以暗河出口形式排泄, 以快速集中管道流為主, 水質普遍受到污染。河流水量大、勢能強, 常建有水力發電站。出露的巖溶泉總數為14個, 枯季總流量達3160 m3/d, 已開發利用的泉點12個, 開采量為1600 m3/d, 占泉水總流量的50.6%,開發方式主要是建池、引流, 作為灌溉用水和生活飲用水。區內出露較大的暗河有 4條, 均已建庫調蓄發電。開采機井11眼, 主要集中在永寧鄉, 開采量約為 1000 m3/d, 主要供永寧鄉城區的生產生活用水。

3.4 水系統結構

根據水資源結構類型瀘西巖溶斷陷盆地可分為地表水、地下水和需水 3個一級子系統, 地表水子系統細分為水庫、河流、水廠等二級子系統, 地下水子系統細分為大泉、暗河、泉水、機井、富水塊段等二級子系統, 需水子系統細分為農業、工業、生活、生態、蒸發等二級子系統。水系統組成結構見圖5。

圖5 瀘西巖溶斷陷盆地水系統結構圖Fig. 5 Water system structure diagram of Luxi karst fault-depression basin[0]

3.5 水質評價

根據《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)進行單項水質評價。評價斷面位置分別為: 一是寺門前地表河(入黃草洲地表河段); 二是黃草洲濕地旁的城市生活污水處理廠排水; 三是黃草洲濕地出口; 四是平海子水庫(見表1)。

表1 水質取樣分析表Table 1 Water quality sampling analysis table

通過單項評價水質分析得出, 4組水樣超標項有高錳酸鹽指數、溶解氧、氨氮、總磷、總氮、汞、糞類大腸菌群。黃草洲入口(寺門前地表河段)水質超過Ⅲ類的項有高錳酸鹽指數(Ⅳ, 超標 0.02倍)、氨氮(Ⅴ類, 超標0.54倍)、總氮(Ⅴ類, 超標5.81倍);黃草洲濕地旁的城市生活污水處理廠排水水質超過Ⅲ類的項有溶解氧(Ⅳ, 超標0.4倍)、總磷(Ⅴ類, 超標3.55倍)、總氮(Ⅴ類, 超標10.23倍)、糞類大腸菌群(Ⅴ類, 超標 1.38倍); 黃草洲濕地出口水質超過Ⅲ類的項總氮(Ⅳ類, 超標 0.11倍)、汞(Ⅳ類, 超標0.2倍); 平海子水庫水質超過Ⅲ類的項有總氮(Ⅴ類, 超標4.25倍)、汞(Ⅳ類, 超標0.8倍); 糞類大腸菌群(Ⅴ類, 超標1.3倍)。地表水體總體水質較好, 而城市生活污水處理后的排放水超標項仍比地表水超標項多, 且氮、磷超標倍數也比地表水超標倍數大。

4 水資源循環利用對策及比對方案

瀘西巖溶斷陷盆地流域, 地形切割大, 切割深度500～1639 m。水資源需求在盆地(樓上); 排泄區在河谷(樓下), 地表-地下水交換頻繁, 大部分地表水迅速補給地下水(章程, 2000; 潘曉東等, 2015),地下水流動速度快, 于深切割河谷作深遠程徑流排泄(王宇, 2018), 排泄基準面的小江河谷及冒水洞,地下水資源都極其豐富, 如果從排泄基準面提水,工程巨大、工程建設成本高, 利用水資源的代價也高。瀘西巖溶斷陷盆地水資源量時空上分布不均,受降雨控制明顯, 作為以農業為主要經濟支撐的縣,水資源的保障程度尤為重要, 因此, 充分利用盆地水資源, 就需要對水資源進行循環利用, 提高資源保障程度。

4.1 時間錯位的水資源調蓄循環利用

4.1.1 工農隧道排澇與耕地保障

瀘西巖溶斷陷盆地內澇嚴重, 據《廣西府志》記載“上淹城堡, 下吞村落; 莊稼毀沒, 房屋倒塌”,公元 1602至公元 1970, 有記載發生特大內澇五十余次, 內澇淹沒至縣城邊的文廟附近。1970年工農隧道竣工投入使用, 使瀘西盆地內澇等到了極大的緩解。只有特大暴雨時挨來一帶有局部淹沒, 面積1～3 km2, 且現在對落水洞進行清淤、地表排水渠道工程通暢, 內澇發生幾率下降, 大量的耕地得以保障生產。

4.1.2 地下水位抬升、地表水庫調蓄

工農隧道排澇不僅解決了盆地的內澇而且為平海子水庫提供了水源, 水庫工程的建設也有力地減輕了自然災害的危害(盧耀如等, 2015)。將雨季豐足的水資源儲存在地表水庫中, 通過水庫調蓄, 用于枯季下游灌溉。且水庫庫容區地下水位抬升高度1～5 m, 水庫庫容量有保障, 最少庫容量620萬m3,水庫周邊的植被能更好地吸收地下水資源, 生態環境、植被生長形態旺盛, 次生植物也將得到好的生長。水庫調蓄作用明顯。

4.1.3 污水處理、改善水質

通過取樣分析, 部分項目超標, 需進行水質處理。水質處理場地根據斷陷盆地天然的優勢及地貌類型, 一級處理分布在盆地底部, 包括城市生活污水處理和黃草洲濕地凈化處理; 二級處理分布在下游的平海子水庫(見圖6)。

圖6 巖溶斷陷盆地水資源利用與水處理模式圖Fig. 6 Diagram of water resources utilization and treatment mode in karst fault-depression basin

一級城市生活污水處理。將瀘西縣主城區生活污水中的溶解氧、總磷、總氮、糞類大腸菌群等超標項進行物化、化學處理的主要措施(范瑞雪, 2011;趙昕, 2012)和水體惡臭進行生物方法除臭處理的輔助措施(李倩和張明, 2013), 目前處理后匯入西大河1.01萬m3/d, 供下游灌溉。

一級黃草洲濕地凈化。濕地是珍貴的自然資源,也是重要的生態系統, 具有不可替代的綜合功能(王凱霖等, 2018), 云南瀘西黃草洲國家濕地公園有河流濕地、湖泊濕地、沼澤濕地、人工濕地等4個濕地類(蘇博, 2018)。黃草洲濕地匯集了來自盆地東北部的分布地表水和自身出露的地下水, 利用自然環境的凈化作用來凈化污水(王琰, 2014), 水質得到了明顯的改善, 通過物理、生物措施為主, 再結合化學措施處理氮、汞項超標項。濕地凈化出口排泄量為7.48萬m3/d, 通過地表河溝匯入西大河。

二級的平海子水庫凈化。平海子水庫為人工建庫蓄水, 庫容量620萬m3, 平海水庫匯集了瀘西盆地部分地表河, 通過工農隧道進入平海子水庫, 旱季供灌溉、雨季供發電。通過采取物理、生物及化學措施(周福蘭, 2019), 將超標項總氮、汞、糞類大腸菌群進行處理, 同時保護周圍生態環境, 增強生態環境自身凈化能力(成功和朱戰軍, 2012)。從而水質得到更好的改善。

4.1.4 水資源循環利用方案

黃草洲濕地目前面積 2.5 km2, 旱季濕地凈化出口排泄量為7.48萬m3/d, 濕地規模和凈化能力有限。黃草洲濕地生態的恢復重建和涵養工程主要包括: 濕地面積結合水源分布, 面積擴大 4倍, 達10 km2, 將整個濕地公園作為生態保護區, 水生植被按自然沼澤濕地配置, 選用本地物種進行植被重建及引入, 構建復雜多樣的濕地植被群落結構, 形成沉水植物、浮水植物、挺水植物等一系列完善的植被演替類型(李瑩, 2013); 陸生植被選擇合理搭配湖灘植物, 以草本為主, 以灌木為輔, 并點植濕生喬木, 構建草本植物群落和疏林灌叢群落, 增強植被過濾凈化功能; 山地植被恢復在邊坡采用掛網噴播復綠, 在山體種植喬木、灌木、草本不同混交模式的多物種、多樣林分類型植物種植選用當地典型的自然植被群落為主, 因地制宜、適地適樹的原則,形成具有多層次和多功能的落葉闊葉林和針闊混交林的鑲嵌體山地濕地景觀(薛彥新, 2016)。

平海子水庫目前徑流面積3.5 km2, 壩高11.3 m,庫容量620萬m3, 擴建壩高至15 m, 增加庫容量達800萬m3。平海子水庫生態的恢復重建和涵養, 一是在徑流區的石漠化區、礦山區進行植被恢復治理,利用生態水文地質學研究地下水與陸生植被生態間相互作用(萬力等, 2005), 通過植被營造綠色防護林、植被生態系統呈多樣性與穩定性發展, 達到植被動物群落的動態平衡(吳次芳等, 2019), 采取巖溶生態重建措施(韋復才和周游游, 2005), 增加植被覆蓋率, 提高土壤涵養水源能力(張華等, 2011)。二是在徑流主河道和水域面種植選用本地物種進行植被重建及引入, 構建復雜多樣的濕地植被群落結構,形成沉水植物、浮水植物、挺水植物等。

現狀下的黃草洲濕地一級處理, 未納入城市生活污水處理廠的排水, 因水質不達標, 需提升污水廠的水處理能力及技術方法。通過巖溶斷陷盆地的地形地貌及水資源的研究分析, 利用瀘西巖溶斷陷盆地天然的儲水構造將地表水、地下水及污水處理廠處理后排水引入到黃草洲濕地, 結合黃草洲天然濕地凈化, 采用物理、生物、化學措施進行水處理凈化, 達到地表水Ⅲ水質標準, 泵站提水供應生產、農業灌溉循環利用水資源, 形成生態恢復工程—資源循環利用的方案。將實現 7.48萬 m3/d的水資源量循環利用, 將提供盆地底部及外圍山區旱季澆灌用水, 緩解巖溶斷陷盆地干旱缺水。

4.2 空間錯位的水資源調控

瀘西巖溶斷陷盆地流域的水循環利用方案, 一是小江河谷提水方案; 二是黃草洲濕地生態恢復重建和涵養方案。根據當地的經濟社會調查和有關部門及單位的報告報表資料, 結合瀘西巖溶斷陷盆地水資源循環利用工程方案構想進行估算。小江河谷提水方案, 提水高程達1400 m, 需采用四級提水。工程運行費包括抽水電費及設備維護。黃草洲濕地生態恢復重建和涵養方案, 主要是污水處理廠的建設及運行處理、黃草洲濕地生態恢復重建及水處理,黃草洲濕地生態恢復重建工程, 提水工程的泵站和管材建設(見表2)。因此, 在工程建設及運行維護費的技術和經濟上, 黃草洲濕地生態恢復重建和涵養方案比小江河谷提水方案可行, 資源利用水平高、效益好、成本低, 經濟效益可觀。

表2 調水方案的效益比對表Table 2 Comparison Table of Benefits of Water Transfer Scheme

5 展望

黃草洲濕地生態恢復重建、平海子水庫生態恢復重建和涵養方案, 不僅石漠化面積減少, 也使植被覆蓋率提高, 植被涵養水源能力也大大提高。同時可種植經濟林、經濟作物治理石漠化, 濕地、水庫也為經濟作物保苗、保花的水源, 比種植玉米、烤煙等效益好。因此, 生態恢復重建和涵養將使生態環境效益明顯。

黃草洲濕地生態恢復重建、平海子水庫生態恢復重建和涵養方案, 將踐行國家提出的綠水青山就是金山銀山的發展理念, 形成人與自然和諧發展的新格局, 滿足人民日益增長的優美生態環境的需求(何霄嘉等, 2019)。其核心是山水林田湖草共同體理念的具體實踐。石漠化、礦山地貌景觀得到改善, 植林區空氣負離子濃度將明顯升高, 環境舒適, 黃草洲濕地公園、平海子水庫生態區等也將提高瀘西生態旅游品牌價值。因此, 生態恢復重建和涵養將提升社會效益顯著。

用瀘西巖溶斷陷盆地天然的儲水構造將地表水、地下水及污水處理廠處理后排水引入到黃草洲濕地進行凈化的方法經濟且技術可行, 生態環境和社會效益顯著。云南巖溶斷陷盆地眾多, 麗江、昭通、羅平、蒙自、建水等巖溶斷陷盆地都可以在盆地下游建濕地或凈化池, 處理生活污水和地表水,提水輸送、隧道引水調蓄內澇、抗旱, 解決時空不均的水資源利用。該方案可操作性強, 在斷陷盆地推廣運用前景好。

6 結論

(1)瀘西巖溶斷陷盆水資源時空分布不均, 水資源利用率低。利用巖溶斷陷盆地天然的儲水地貌條件, 結合濕地生態恢復重建和涵養, 構建地表水-地下水聯合調度的水資源循環利用方案, 可有效提高水資源的利用率, 黃草洲濕地水資源循環利用量7.48萬m3/d, 平海子水庫調蓄620萬m3。

(2)利用盆地沉積平壩區及周邊濕地(含水庫、湖泊)調蓄, 采用物理化學及生物措施進行污水處理, 分別提供不同水質等級要求的供水量, 使徑流在上層沉積平壩區的水資源量實現循環利用, 在經濟技術上是可行的, 經濟、社會、環境效益良好。

(3)瀘西巖溶斷陷盆地典型性突出, 水資源系統及循環利用方案的設計思路、基本原理和形式, 對于巖溶高原斷陷盆地具有廣泛的參考和推廣利用價值。

Acknowledgements:

This study was supported by National Key Research and Development Program of China (No.2016YFC0502502).