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“保护地球 精彩地质”作品选登——岩溶水资源开发利用

编著:中国地质科学院岩溶地质研究所 潘晓东    

 支撑服务西南岩溶山区饮水安全

                                  ——科学合理开发岩溶地下水资源

岩溶与喀斯特同义,是水对可溶性岩石进行的以化学溶蚀作用为特征并包括水的机械侵蚀和崩塌作用以及物质的携带、转移和再沉积的综合地质作用,以及由此所产生的现象的统称。

岩溶在全球分布普遍,据统计全球岩溶地区的面积约占陆地面积的12%,即约2000km2。在亚洲,中国是岩溶分布最广泛的国家,统计显示中国岩溶区总面积约为344km2,占我国陆地国土面积的35.8%,其中裸露面积约为90.7km2,占陆地国土面积的9.5%中国的岩溶尤其以西南岩溶地区连片集中分布(贵州云南广西湖南四川重庆湖北广东等省区市),分布面积75.5km2


1、岩溶地下空间导致地表水快速漏失,干旱成为制约西南岩溶地区经济发展的最突出问题

岩溶发育形成的溶洞、溶缝等岩溶现象在地下形成巨大的岩溶空间,降水和地表水快速漏失至地下,最后以地下河或岩溶大泉形式出露于深切河谷岸边,地表水资源匮乏,导致我国西南岩溶石山地区干旱灾害频发,至今仍有1000 多万人未解决饮用水问题。

统计显示干旱大都是由于降水量贫乏而造成的,而我国西南岩溶地区年平均降雨量为1000-1800mm,降水十分丰富。而已有研究结果显示:中国西南岩溶区的干旱灾情远比同纬度非岩溶区重,干旱灾害的频发与特殊的岩溶地质环境密切相关。


2003 年夏季始,在本该洪水泛滥的季节,长期存在于西北和华北的传统性干旱转向了降水量丰富的西南方,中国西南八省区不同程度受灾。贵州、重庆、四川等地接连遭遇罕见的高温侵袭,热浪一波接一波,长期持续性无雨,导致该区发生百年一遇的高温伏旱,高温干旱造成的损失不计其数。

2008年秋冬到2009 年春季,云南和广西遭受了秋冬春连旱,旱情严重,致使数千万人用水困难,引起国家政府和社会各界的广泛关注;20097月至20104月,中国西南地区八省市区同时遭受了严重的旱灾,灾情打破了各省区干旱灾害史之最,耕地受旱面积1.16亿亩,其中作物受旱9068万亩,重旱2851万亩、干枯1515万亩,待播耕地缺水缺墒2526万亩,有2425万人、1584万头大牲畜因旱饮水困难。

我国西南岩溶石山地区干旱灾害不但分布面积广,而且发生频率极其频繁。


在广西来宾地区,当地气象局统计显示每年出现旱灾的频率为82%,农作物减产超过3成以上;在湖南省凤凰县,发生旱灾频率达76%,发生严重干旱频率达到30%,严重干旱导致农作物减产超过一半;在贵州省毕节地区,气象部门统计显示发生干旱频率77%,重旱频率为37%。干旱发生频繁地区,往往成为连片贫困区(例如滇黔桂石漠化片区、乌蒙山片区),成为制约当地脱贫致富的重要因素之一。


 



2、岩溶石山地区地表水资源匮乏,但岩溶地下水资源丰富

 岩溶发育形成溶缝、溶洞等地表水快速下渗通道,导致岩溶石山地区地表水快速漏失至地下,水资源主要储存于岩溶地下空间中,岩溶地下水资源丰富。统计结果显示:我国岩溶地下水天然资源总量约2039.67×108吨/年,占全国地下水资源总量的23.4%,在支撑服务国民经济建设中发挥重要作用。

统计显示岩溶水是北方30多个地市级以上城市和100多个县级城市饮用水、数十个大中型火电厂冷却用水,70%以上大型煤矿生活、生产用水和上千万亩农田灌溉用水水源;在我国南方岩溶地区,岩溶地下水资源丰富,尤其以贵州最为突出,可占当地地下水资源总量的80%,调查显示70%以上县城、乡镇、村屯饮用地下水。

3、岩溶地下水资源开发利用方式

岩溶地区地下水资源丰富,目前主要的开发利用方式有4种,分别为:表层岩溶泉蓄引取水、地下河巷道截水、地下河堵洞成库、钻井取水,阐述如下:


1)表层岩溶泉蓄引取水

表层岩溶泉名词定义解释为受表层岩溶带补给的泉水。表层岩溶带的形成主要是西南岩溶山区地表和近地表附近,四大圈层(大气、水、岩石、生物)交汇,碳--钙循环活跃,岩溶动力作用强烈,导致地表和近地表附近岩溶发育强烈,岩溶发育深度一般在几米至几十米之间,相对于下伏致密灰岩,表层岩溶带含水透水性强,降水入渗后,地下水沿表层岩溶带与下伏基岩交界面径流,在表层岩溶带变薄或地形转折处出露成泉。

在开采深部岩溶水困难的山区,植树造林,涵养水源,加强对表层岩溶带的调节,采取蓄引表层岩溶泉的形式,分散供水,是目前解决贫困岩溶山区饮水苦难行之有效的一种手段,主要优点为成本低廉,利于施工,缺点为解决人口分散,长时间存留水柜中水质变差。

2)地下河巷道截水

岩溶地区地下水主要赋存于地下河管道中,选取合适地段,人工开挖巷道,改变地下河水径流循环途径,引水解决水资源短缺问题,亦是解决岩溶地区干旱的一种重要手段。主要优点为利用水资源成本低廉,缺点为施工成本高昂。

3)地下河堵洞成库

在地下河管道内选取合适部位,进行灌浆,利用上游落水洞、洼地作为水库库容,抬高地下河上游水位,形成天然水库,可以用于发电、供水。主要优点为提供水资源量丰富,利用成本低廉,缺点为施工成本高且具有一定风险。

主要成功典型案例有贵州巨木地下河、湖南洛塔大龙洞等,集中解决了当地城镇的用水紧张问题,受到了地方政府的肯定。

4)钻井取水

在地表出露地下水点较少地带,选取合适地下水富集地段,实施钻井取水,解决群众饮水困难问题。主要优点为水质优良稳定,施工成本较低,缺点为成井有一定风险。

3 岩溶山区水文地质剖面略图

岩溶地下水是最丰富的地下水资源,岩溶层位传统意义上被认为含水层,在实施钻井时应注意:在碳酸盐岩裸露岩溶山区,崎岖不平的峰丛谷地、峰丛洼地地貌导致水力坡度大,地下水沿构造断裂呈线状快速径流,地下水非饱和,无统一水力联系,岩溶地下水分布极不均匀成为钻井取水的难点,寻找有利蓄水构造成为钻井找水关键;在覆盖型缓丘平原岩溶分布区,岩溶地下水丰富且一般呈层状、面状分布,水力联系密切,滞流形成饱水带,利于钻井开采地下水资源,但应着重关注岩溶层位厚度和展布情况。

4 覆盖平原岩溶区水文地质剖面略图

4、岩溶地区地下水资源开发与保护建议

西南地区岩溶分布面积广泛,岩溶地下水是西南岩溶地区最丰富的地下水资源,其开发利用和保护一直是人们关注的热点和重点,但岩溶地区水文地质条件复杂,岩溶地下水开发利用难度大,目前该地区地下水开发利用程度不高,如何合理开发岩溶地区的地下水资源尚没有统一定论,建议从岩溶水系统角度,结合岩溶地下水赋存规律和区域水循环规律,开展地下水资源开发利用专题研究,制定不同地下水赋存类型的岩溶地下水资源开发利用对策,并进行示范,推向整个西南地区,为国民经济建设中水资源合理开发利用服务。


同时,岩溶介质作为重要地质载体,地下溶洞和暗河极其发育,地质环境脆弱,干旱与内涝、石漠化和岩溶塌陷等环境地质问题频发,严重制约经济和社会发展,建议开展岩溶发育规律研究,分析总结环境地质问题成因模式,建立统一生态地质环境脆弱性评价体系、建立统一城镇地质安全风险评价体系,科学应对防灾、减灾。

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