岩溶地下水系统（精选九篇）
岩溶地下水系统 篇1
碳酸盐岩在中国分布广泛,类型繁多,为岩溶发育的多样性和复杂性提供了物质前提[1]。在岩溶地下水系统中,水流通过不同的岩溶形态和含水空间介质经历补给、径流、调蓄和排泄过程,岩溶含水介质的多重性影响着水流传输方式、速度和流态。岩溶地下水补给来源主要为大气降雨和地表水,水流通过不同的岩溶形态入渗补给岩溶地下水,同时存在于由大小悬殊的溶孔、溶蚀裂隙、洞穴和管道组成的统一含水系统中[2],通过溶孔、溶蚀裂隙和岩溶管道等空隙空间产生径流运动,地下水或储存在系统的含水介质中起调蓄地下水作用,或通过岩溶管道、洞穴或岩溶泉排泄出地表。
本文对岩溶地下水系统水流运动过程拐点进行了初步分析,将此拐点定于为水流运动过程中运行趋势或运行速率发生变化、影响岩溶 地下水流 运动 “补、径、蓄、排”过程的转 折点。 据此,将其分为“U”型、倒“U”型、“L”型和倒“L”型(表1)。对岩溶地 下水系统 水流运动 过程拐点 的研究有 助于分析 岩溶地下水系统水均衡特征,以及“补、径、蓄、排”过程之间的关系, 为研究岩溶地下水水流过程提供有利的理论依据。
1 岩溶地下水系统水流运动过程
岩溶地下水系统水流运动过程包括补给过程、径流过程、 调蓄过程和排泄过程(如图1)。
补给过程———岩溶地下水系统的主要补给来源包括:1大气降雨或地表水体通过岩溶竖井、落水洞、天窗等形态以点状补给方式注入补给;2地表河流沿着沟床以线状补给方式渗漏补给;3大气降水间接通过第四系松散沉积物以面状补给方式渗透补给。
径流过程———由于岩溶发育的差异性和不均匀性,岩溶地下水运动介质分3种,即溶孔、溶蚀裂隙和岩溶管道或洞穴,因此岩溶地下水运动特征表现为孔隙流、裂隙流和管道流,这三种水流相互共存。
调蓄过程———大面积的弱径流区及巨厚的岩溶包 气带对泉域内地下水主要起着涵养和调蓄的作用[3]。丰水年,补给量增加,地下水系统发挥蓄的能力,使储存量增大;枯水年补给量减少,地下水系统履行调的功能,以消耗贮存量维持一定的流量。这样,地下水系统在对补给量的调蓄过程中形成的水资源量相对稳定。
排泄过程———由于岩溶发育程度差异很大,使得岩溶地下水的产流机制也十分复杂。岩溶地下水排泄方式主要有地下河流出地表、天然露头泉等(图1)。
1-补给;2-径流;3-调蓄;4-排泄
2 岩 溶 地 下 水 系 统 水 流 运 动 特 征 过 程 拐 点 分析
2.1 岩溶地下水系统“补”给过程的拐点
2.1.1 降雨量影响补给拐点
由入渗补给公式Q=P A a可知,降雨量的大小直接影响了岩溶地下水系统的补给量。降雨量对补给量的影响表现为三阶段变化趋势(表2上):
(1)ⅠP阶段(降雨量P< 临界雨量P0):降雨量对岩溶地下水系统的补给几乎为0,因水量需补足包气带缺水量,无法入渗至岩溶地下水面(临界雨量P0值大小与岩溶地下水系统厚度和前期岩层含水量有关,有效降雨和地下水位变幅的直线关系与横轴P交点即为P0)。雨量拐点O1:P=P0。如山东省的明水镇补给量拐点为6mm,表示降雨量小于6mm时,便不会补给岩溶地下水[5]。
(2)ⅡP阶段(P0<P<P1):入渗补给量随着降雨量的增大而增大,直至岩溶地下水系统库容达到饱和,入渗补给量趋于稳定。雨量拐点O2:最大库容量Wmax=可入渗水量Q。
(3)ⅢP阶段(P>P1):库容量达到饱和,形成蓄满产流,补给量不随降雨量变化,趋于稳定。
2.1.2 地下水位影响补给拐点
岩溶地下水系统补给量不仅与降雨量有关,也受到地下水位埋深H的影响,形成倒“U”关系曲线(表2下):
(1)ⅠH阶段:受库容量限制,可入渗补给量随地下水埋深变大而增大。当岩溶地下水系统库容与可入渗水量相等时,即达到入渗补给量的最大值,此时地下水位为最佳埋深水位H0, 水位拐点O1:H=H0。
(2)ⅡH阶段:入渗量随埋深增加而减小[6](入渗量减小是由于包气带滞留水量和蒸散发E的影响形成的下降过程)。
(3)ⅢH阶段:入渗量由下降趋于稳定。形成水位拐点O2, 拐点O2的位置是蒸散发从表层到深层趋于0的位置,即水位拐点O2:E→0。
2.2 岩溶地下水系统“径”流过程的拐点
岩溶地下水径流带是碳酸盐岩岩溶区沿着溶蚀裂隙为主, 并与岩溶管道、溶孔交织成的网络状强岩溶带分布的地下水流系统的主流带[7]。大气降水或地表水向下渗漏,补给岩溶地下水,水流通过岩溶通道由高水位流向低水位,最终以地下河或泉等形式排泄,此过程就是岩溶地下水径流过程。径流过程受岩溶多重介质环境所影响,不同岩溶地下水系统其流速差异很大,存在层流和紊流两种运动形式。岩溶地下水在溶孔和微小裂隙中连续渗流时属于层流运动,而在岩石裂隙中或管道中速度较大,属于紊流运动。根据水流 运动速度 又可以分 为快速流、中速流和慢速流。一般来说,快速流赋存于溶洞、管道或者岩溶发育的裂隙网 络介质中,属对降水 响应敏感 的集中性 水流[8],流速高达n×103cm/d,与地表河系水流运动相差不多, 属紊流运动。慢速流则赋存于溶孔、狭小溶蚀裂隙等较小空隙介质,流动得很缓慢,流速约为n~10cm/d,属层流运动。中速流则介于两者之间,流速约为n×10~n×102cm/d,层流和紊流互存(表3)。图2为流速与空隙直径的“L”型曲线图,空隙直径约为10-1~1cm时,其径流速度发生明显变化,径流速率拐点O径:D=10-1~1cm,V=n×10cm/d。此拐点可区分岩溶地下水径流的快速流和慢速流,拐点左段为慢速流,右段为快速流。
2.3 岩溶地下水系统“调蓄”过程的拐点
2.3.1 “调蓄”能力拐点
(1)气候影响调蓄拐点。气候影响岩溶系统的调蓄能力主要体现为降雨性质的变化,一般而言,量小而历时短的降雨有利于对岩溶地下水 系统的补 给,岩溶地下 水系统的 调蓄能力 强,调蓄能力可高达90%以上;对量大而历时长的降雨,系统调蓄能力低至50%。
(2)地形地貌影响调蓄拐点。岩溶地下水系统的上覆含水层厚度以及地形坡度都是影响岩溶地下水系统调蓄功能的主要因子。一般来说,上覆含水层厚度越大,则其调蓄能力越强, 根据资料显示,在中国西南岩溶地区,上覆含水层小于30cm的情况下,其调蓄能力极弱或基本不具备调蓄能力,故30cm作为西南岩溶地下水 系统调蓄 能力的上 覆含水层 厚度拐点 值。 另外,具有较好的调蓄能力的岩溶系统地形坡度一般小于15°, 因为坡度过大,水流从高水位排泄至低水位,不利于水的储存, 调蓄能力小。故15°作为岩溶地下水系统调蓄能力的地形坡度拐点值[10]。
2.3.2 “调蓄”时间拐点
体现调蓄能力的一个重要的指标就是时间指标,即调蓄时间。以神头泉为例,图3为调蓄年限为11a时神头泉流量与降雨量之间的关系图,由曲线图可知,泉流量对380~440mm的年均降雨量反应敏感,曲线曲率大,而年均降雨量大于440mm时流量反应较小,曲率趋于平缓[11],形成了倒“L”型关系曲线, 调蓄时间拐点为11a。根据相关文献,表4列出六大岩溶泉的调蓄时间。
a
2.4 岩溶地下水系统“排”泄过程的拐点
因岩溶地下水系统的输入方式与含水介质结构不同,排泄方式也有较大差异(表5)。若系统以管道结构为主,以汇集于落水洞的表面坡流补给为主,降雨较强,往往出现陡涨陡落的洪水过程,洪峰滞后于降雨时间短,中国南方裸露型岩溶区管道状地下河属于此类。若系统以裂隙结构为主,洪峰流量不明显,滞后于降雨时间较长,中国北方岩溶大泉属此类。
人类活动开采第四系孔隙水对岩溶泉流量的影响也比较显著[11]。图4为神头泉泉流量与第四系孔隙水开采量倒“L” 型关系图,泉流量随着开采量的增加而变化不同曲率,开采量W =5.0×107m3/a后段的响应比左段显著。产生此倒“L”型曲线的原因是:如果开采量小于此数值时,第四系地下水系统可以通过自身调节达到平衡,反之W >5.0×107m3/a时,岩溶地下水通过水力通道补给第四系孔隙水,这样,间接影响了泉流量。受人类活动开采 影响,神头泉流 量排泄拐 点O排:W = 5.0×107m3/a,Q=7.5m3/s。
3 结 语
本文旨在用拐点的思想分析岩溶地下水运动趋势,预测过程变化的条件。从补、径、蓄、排四个方面分析岩溶地下水系统水流运动特征拐点。
(1)1补给量与降雨量关系中的两个拐点为“L”和倒“L”组合型拐点:降雨量拐点O1:P=P0,有效降雨P和地下水位变幅的直线关系与横轴P交点为P0;雨量拐点O2:库容量Wmax=可入渗水量P;2补给量与 地下水位 埋深关系 中拐点为 倒 “U”型拐点。水位拐点O1:H=H0(最佳埋深水位);水位拐点O2:E→0(蒸散发从表层到深层趋于0)。
(2)岩溶地下水径流过程中,流速与空隙直径关系中的拐点为“L”型拐点,径流拐点O径:D=10-1~1cm,V =n×10 cm/d。O径左段为慢速流,右段为快速流。
(3)量小而历时短的降雨,岩溶带调蓄能力达到90%以上, 量大而历时长的降雨则低至50%左右。上覆含水层为30cm或者地形坡度为15°时作为岩溶地下水系统调蓄能力的拐点O蓄。 分析岩溶地下水系统调蓄年限,以神头泉为例,滞后11a的泉流量与降雨量关系的拐点为倒“L”拐点,调蓄时间拐点O蓄=11a。
(4)一次降雨过程,南方岩溶地下河系统与北方岩溶大泉系统排泄出口流量分别为倒“U”型、“U”型和倒“U”型组合拐 点。另外,人类活动开采第四 系孔隙水 对岩溶泉 流量影响 显著,泉流量与开采量关 系中的拐 点为倒“L”拐点,以神头泉 为例,排泄拐点O排:W =5.0×107m3/a,Q≈8.5m3/s。
参考文献
[1]李大通,罗雁.中国碳酸盐岩分布面积测量[J].中国岩溶,1983,3(2):61-64.
[2]郭纯青,曹建华,代俊峰,等.中国岩溶生态水文学[M].北京:地质出版社,2004:87-98.
[3]刘光亚.岩溶地下水径流带系统[J].河北地质学院学报,1986,9(4):305-325.
[4]郭纯青,时坚,裴建国.岩溶地下水系统中快速流与慢速流的模拟[J].中国岩溶,1985,4(7):21-29.
[5]齐矗华.岩溶(喀斯特)地貌特征及其发育规律[J].中国岩溶,1997,64(2):6-11.
[6]李亚峰,李雪峰.降水入渗补给量随地下水埋深变化的实验研究[J].水文,2007,27(5):58-60.
[7]刘光亚.岩溶地下水径流带系统[J].河北地质学院学报,1986,4(8):305-326.
[8]束龙仓,陶月赞.地下水水文学[M].北京:中国水利水电出版社,2009:78-80.
[9]陈雨孙,边际.岩溶水的介质和运动[J].中国岩溶,1988,12(3):59-64.
[10]成建梅,陈崇希.广西北山岩溶管道-裂隙-孔隙地下水流数值模拟初探[J].水文地质工程地质,1998,5(4):52-56.
岩溶地下水系统 篇2
围绕大龙洞水库成库条件调查中存在的疑点问题开展示踪工作.根据示踪试验区的水文地质条件,选择降雨时地表水向地下集中渗漏排泄的`狗肉寨极乐村洼地落水洞作为投放点,并在极乐村洼地落水洞的北东大龙洞地下河出口附近的鬼冲地下河、鬼冲泉和大龙洞地下河出口下方对岸100m处的Y034季节性水点(表层带岩溶泉点)及大龙洞地下河出口设置接收点,采用弱酸性红A荧光染料类试剂作示踪材料.示踪结果显示,鬼冲地下河、鬼冲泉和大龙洞地下河与投放点的连通性差;季节性水点Y034与投放点的连通性好;表明通过狗肉寨极乐村洼地落水洞汇集转化成的岩溶地下水与表层岩溶带季节性岩溶泉水水力联系密切,而与鬼冲地下河、大龙洞地下河之间则存在有地下分水岭.
作 者：邓振平周小红 何师意 罗英 DENG Zhen-ping ZHOU Xiao-hong HE Shi-yi LUO Ying 作者单位：邓振平,DENG Zhen-ping(中国地质大学,北京,100083;中国地质科学院岩溶地质研究所,广西,桂林,541004)
周小红,何师意,罗英,ZHOU Xiao-hong,HE Shi-yi,LUO Ying(中国地质科学院岩溶地质研究所,广西,桂林,541004)
某厂区岩溶地下水排洪案例分析 篇3
某跨国水泥有限公司在重庆市永川区龙井口村进行石灰岩矿山开采, 前期开采形成大规模采空区, 且爆破震动造成原有岩溶排水通道堵塞, 导致采空区成为大型人工蓄水池, 造成对厂区积水, 影响正常的生产生活, 该跨国公司通过与地质技术单位合作解决了排水问题, 通过这一案例, 总结解决问题的手段方法, 以期给业内起到参考作用。
2 采空区地质概况
采空区位于“两岭一槽”地形的转折处, 在采矿实施前, 原址处地势低洼, 通过钻探揭露了区内普遍存在约1m的淤泥质土, 说明该区域内曾经长期存在水体, 同时据访问当地居民, 该工业场地原地势较低, 为后缘山体地表水的临时集中排泄点, 且由于长期为水体覆盖, 范围内溶蚀现象较多。
地表和地下水集中排泄至龙井口溶洞, 经地面调查和物探资料显示, 该区域内发育两条主要暗河, 在采矿前两条暗河能及时的排除区内积水, 由于采矿震动造成暗河管道堵塞。
3 排水思路分析
采空区处于山脚下平坦的槽谷内。由于原地势低洼, 四周山体的地表水都由于势能的原因集中向区内排泄, 并通过岩溶裂隙渗入地下, 最后集中通过两处暗河排出区外。
由于采动影响, 物探揭露, 1号暗河已经完全堵塞, 2号暗河堵塞并不严重, 修复难度不大, 由于区内排泄通道单一, 解决问题的关键在于, 遇到暴雨, 2号暗河修复后能否排出厂区内的积水。
4 水资源概算
4.1 计算方法
按厂区的实际情况采用地下水径流模数法和降水入渗法进行计算, 照现有暗河的排水能力进行评价。
(1) 地下迳流模数法 (水力学统计法) :地下径流模数, 是反映地下迳流特征和丰度的量值, 受地下水流域补给和径流条件控制。据国内岩溶地下水资源的研究与实践, 能较为客观地反应岩溶地下水富集规律及其富水程度。也可用于流域边界比较易于判定的其它基岩裂隙水补给资源量, 起到总量控制的作用。
(2) 降水入渗法:意义同水力学统计法, 尤其对岩溶地区较为有效。
4.2 计算公式及参数选取
(1) 降水入渗法计算公式及参数选取
计算公式:
式中:Q———大气降水入渗补给量 (m3/d) ;
λ———入渗系数;
h———多年平均降雨量 (mm) , 取1141.8mm;
F———含水岩体分布面积 (km2) 。
根据区内水文地质特征选取入渗系数为0.3。
(2) 径流模数法计算公式及参数选取
计算公式:
式中:Qm———地下水天然径流量 (m3/d) ;
m———径流模数 (l/s·km2) ;
F———计算面积 (km2) 。
碳酸盐岩分布区枯季径流模数:枯季采用4.00l/s·km2, 平均采用4.52l/skm2。
4.3 计算结果
根据前述公式及选择参数选取, 经计算在碳酸盐岩地下水入渗补给量150182.57m3/a, 地下水枯季径流量166510.08m3/a, 平均径流量188156.39m3/d (表1~2) 。
5 厂区排洪能力计算
按厂区的实际情况采用水力学中“谢才公式”计算, 照现有2号暗河的排水能力进行评价。采用最大连续降水过程总降水量为214.8mm, 时间以日为单位, 评价范围面积按1.32km2计算。
5.1 计算公式及参数选取
(1) 管嘴流速计算公式及参数选取:
式中:φ———流速系数;
V———出口处流速 (m/s) ;
H0———水头差 (m) ;
g———重力加速度 (m/s2) 。
根据水力学 (河海大学出版社) , 取φ为0.6。
(2) 流量计算公式及参数选取:
式中:Q———流量 (m3/s) ;
V———出口处流速 (m/s) ;
S———出口截面积 (m2) , 据物探资料, S取0.4m2。
5.2 计算结果
根据前述公式及选择参数选取, 经计算得知:
Q=2.4m3/s;根据极端气象资料换算降雨量为3.26m3/s, 小于厂区在最大连续降水过程总降水量为214.8mm时的排洪量, 即在暴雨或者连续降雨的条件下, 可能会造成厂区内积水, 影响厂区生产工作的正常开展。
同时由于厂区内人类工程活动改变厂区内的地质环境, 造成地下暗河的局部堵塞, 削弱了厂区内的天然排水泄洪能力, 极易发生涌水事故。
6 工程措施建议
由计算分析得知, 遇到暴雨会造成厂区内积水, 故采用如下建议:
(1) 建立健全矿区及厂区的排水系统
在厂区和矿区范围内修建截排水沟, 使大气降雨的水量有效的排至修建的截排水沟内, 减少大气降雨汇集至岩溶管道的水量。
(2) 扩宽地下暗河直径
根据厂区地形地貌、地层岩性和地质构造对岩溶及岩溶地下水发育规律的控制因素, 建议对地下暗河扩宽直径。
该区域内发育两条主要暗河, 对于第一条暗河, 由于修复难度较大, 建议不作处理, 2号暗河需适当修复其贯通性, 并在今后开采要注意爆破对地下暗河通道的影响, 建议委托具有相关资质单位论证爆破齐发药量对基岩稳定的影响。同时, 在开采过程中, 若发现较大的溶洞溶隙, 应严禁将废石、弃土倾倒其中, 以免经雨水搬运后, 堵塞岩溶管道, 降低其排洪能力。应可能的将其覆盖封闭。
(3) 在电机室一侧修建地下水仓
建议在采空区低洼处修建地下水仓, 并安装水泵及铺设地下排水管, 暴雨时, 若岩溶管道无法排泄的水上涌时, 可暂蓄积于水仓中, 并启动水泵, 将上涌的水经排水管, 排向低洼处。
7 结语
通过以上工程措施, 该公司反馈成功解决了区内的积水问题, 本案例在岩溶矿区有一定的普遍性和实际操作性。
参考文献
[1]河北省地质局水文地质四大队主编.水文地质手册[M].地质出版社, 1978.
[2]张胜, 毕炳坤, 杨平太, 等.高密度电阻率法探测采空区[J].灾害学, 2005 (4) .
岩溶地下水系统 篇4
采用降水入渗系数法和径流模数法,计算得到天然资源量和可开采资源量等.该方法可根据不同计算块段的.水文地质条件赋予不同参数,结果更接近实际;通过水文分析法,求得不同降水频率年份的径流量和天然资源量,认为水文年为偏枯年.统计法求得在天然和建库条件下的可采资源量.而用动态分析法,计算了可采资源量和天然调蓄量,认为大旱年份系统天然调蓄量仍小于估测地下库容.上述不同方法计算得到的结果,特别是可采资源量,可靠程度较高,可比性强,为拟建水库设计提供了科学依据.
作 者：何师意 周锦忠 曾飞跃 HE Shi-yi ZHOU Jing-zhong ZENG Fei-yue 作者单位：何师意,HE Shi-yi(中国地质大学,武汉,430074;中国地质科学院岩溶地质研究所,桂林,541004)
周锦忠,ZHOU Jing-zhong(湖南地质调查院第一水文队,株洲,41)
曾飞跃,ZENG Fei-yue(湘西洲水利局,吉首,416000)
刊 名：水文地质工程地质 ISTIC PKU英文刊名：HYDROGEOLOGY AND ENGINEERING GEOLOGY 年，卷(期)： 34(5) 分类号：P641.134 P641.6 关键词：水资源评价 大龙洞 湖南湘西
贵州省岩溶地下水资源变化特征分析 篇5
贵州岩溶地下水的补给来源主要为大气降水,补给方式主要为:(1)通过裸露岩溶石山的裂隙等以面状分散形式通过包气带补给岩溶地下水;(2)通过落水洞、深大裂隙、溶井等以集中方式直接补给饱水带岩溶地下水。
2 降水量变化特征
随着近代全球气候的变化,贵州省气候条件亦发生了较大的变化,突出表现为大气降水量减少,干旱气候连续发生[2]。根据贵州省气象部门资料,1954-2012年年降水量变化过程见图1。图中显示的年降水过程曲线具有以下特征:
(1)在近60年中出现明显的8个气候段:20世纪中期以前为多雨期,50年代中至60年代前期为少雨期,60年代中后期为多雨期,70-80年代为少雨期,90年代为多雨期;进入20世纪,从2000年开始至2012年为少雨期,2012年至2013年降水量持续下降。
(2)历年的降水历时曲线还反映出,20世纪50-80年代,虽然降水量呈现出缓慢的递减趋势,但是,总体仍然处于相对“稳定状态”;90年代进入一个持续10年的多雨期,并分别在1991年、1993年、1996年和1998年频发洪涝灾害;2000年以后,年降水量以一个较大的速率持续减少,并分别在2005年、2009-2012年持续出现少雨干旱年份,2011年达到有气象记录以来百年不遇的特大干旱。
综上可知,随着近代全球气候变化,贵州气象也随之变化,主要表现为:一是气象周期的缩短,即干旱年份的重现期变短、干旱频率加大;二是年大气降水量出现逐渐减少的趋势。
3 地下水资源变化特征
3.1 年际变化特征
通过对2000-2011年12年间贵州省碳酸盐岩地区的地下水资源量[3,4]及降水量进行对比分析(图2)可以看出:
(1)年降水量与地下水资源量的变化规律具有一致性,当降水量减少或增加时,地下水资源量随之变化的相关性,揭示了地下水资源量与降水量的相关关系。
(2)特别是2011年出现特大干旱的气候环境影响所致,地下水资源量已达到历史最小值。
(3)贵州省碳酸盐岩地区地下水资源量总体呈下降趋势,且干旱年份重现期变短、干旱频率加大。
3.2 年内变化特征
选取了代表典型溶洞裂隙水的安顺市西秀区小坡屯长观点资料[5]对地下水进行动态特征分析(图3),可看出:
(1)监测区总体上地下水水位的最低点都显示在3月中旬至5月中旬时间段内,地下水水位变幅大多数在2.0m以内;
(2)地下水水位基本都于5月开始回升,7-8月期间地下水水位达到最高峰后,然后持续下降。
(3)贵州大旱期间(2009年7月至2010年6月),与历史前三年相比较,其地下水位要比同期明显下降,降幅一般在1.0~2.0m。
3.3 变化趋势
选取贵州碳酸盐岩地区3个不同时期保证率为50%的地下水资源量进行趋势分析,即把2011年的计算结果与30年前全省1:20万普查计算结果和10年前全省1:25万勘查计算成果进行对比,结果显示,地下水补给量比30年前减少了44.476×108m3/a,比10年前减少21.631×108m3/a,全省地下水资源补给量呈减少趋势(图4)。
同时对比20世纪70年代至80年代初的1:20万水文地质调查资料,2012年开展的枯季测流结果反映,收集对比4850个泉点及地下河,其中减少的点数为3911个,占总数的80.64%;干涸及断流的点有519个,占总数的10.70%[3]。受近代持续的气候干旱的影响,省内大部分岩溶大泉、地下河流量比历史同期流量明显减少。
受气象周期缩短(干旱年份重现期变短、干旱频率加大)、大气降水量逐年减少,贵州省地下水资源总量出现减少的趋势[2]。但不同类型岩溶流量中的水资源量减少幅度在一定程度上与流域的地层岩性、地质构造及地形地貌有关[6]。
4 降水量与地下水资源回归分析
根据2000-2011年贵州省降水量和碳酸盐岩地区地下水资源量资料进行回归分析。假定X=年降水总量(亿m3),Y=年地下水资源量(亿m3),绘制X-Y散点分布趋势图,如图5所示。从整体上看,这些数据点有一定的分布趋势,大致呈现在一条直线附近,这说明变量X与Y之间具有明显的线性相关关系。
Y=a+b X。式中:a、b为待定回归系数,根据最小二乘原理,可以找出一条最接近所有观测值的直线方程,即为回归方程。
如果这条直线与各点偏差的平方和为最小,便是所求的最佳直线,最小二乘估计可以通过对二元函数Δ求极值而获得。即:
求解,即可求得待定回归系数a、b:
将年降水量和年地下水资源量代入计算,可求得a=112.249,b=0.073,则经验回归直线方程为y=112.249+0.073x。
通过F检验法检验认为年降水量对年地下水资源量Y有显著的影响;T检验法和r检验法检验说明年降水量对年地下水资源量有显著的线性相关关系。
5 结论
(1)贵州岩溶地下水赋存受地形地貌、地层岩性、地质构造等影响,其补给来源主要为大气降水,补给方式主要有直接补给和通过包气带补给两种[7]。
(2)贵州省地下水资源变化主要是受降水量变化引起的,根据相关性分析,其年降水量与地下水资源变化基本一致,相关性系数为0.926。
(3)通过水资源线性变化特征分析,贵州省地下水资源量呈减少趋势。
参考文献
[1]邹银先,邹凤钗.在气候变化下贵州岩溶地下水资源变化研究报告[R].贵阳:贵州省地质环境监测院,2015.
[2]王明章,王伟,张林,等.贵州省岩溶区地下水与地质环境[M].北京:地质出版社.
[3]邹银先.贵州省岩溶泉及地下河枯季测流总结报告[R].贵阳:贵州省地矿局,2012.
[4]李怀志.近50年贵州省气候变化的浅析[J].安徽农业科学,2010,38(36):20926-20967,20968.
[5]罗炳佳,张景国,杨森林,等.贵州省“十一五”地质环境监测成果报告[R].贵阳:贵州省地质环境监测院,2011.
[6]秦年秀,陈喜,薜显武,等.气候变化对乌江流域水文水资源的影响[J].河海大学学报,2011,39(6):623-628.
岩溶地下水系统 篇6
岩溶地下水是徐州城市重要的供水水源之一。徐州市自20世纪50年代以来, 长期以岩溶地下水为城市供水, 90年代末期开采达到高峰[1], 超采量为3 122万m3, 随之也出现了岩溶塌陷、水位下降等环境地质问题。2004年起开始实施岩溶地下水压采工作, 先后于1959年、1971年、1985年对徐州市区进行了专门水文地质工作, 对岩溶地下水系统进行了专门深入的研究, 取得了大量的研究成果, 为徐州市区岩溶地下水资源可持续利用和保护提供了理论依据[2]。
1 主要构造
研究区地层在元古代和古生代, 接受了标准地台型沉积, 中生代燕山运动最为强烈, 形成一系列紧密褶皱和断裂, 并伴有大量中酸性岩浆侵入。从中生代中期至新生代, 地壳运动减弱, 形成了潘塘等地的断陷盆地, 并在盆地内发生了中基性及中性的岩浆入侵、喷发和红色陆相沉积。区内发育北北东-北东向、北西-北西西两个方向的地质构造体系, 其中以北北东-北东向的构造形迹最为发育, 如图1所示。
1.1 北北东-北东向线型构造体系
该构造体系由一系列弧形褶皱和压性、压扭性断裂组成, 亦称徐州弧形构造。它南起安微省的符离集, 沿北北东方向经安徽省肖县到徐州利国一带, 然后转为北东-北东东方向经韩庄、贾汪直至台儿庄一带, 全长120余公里, 构成一个在徐州-利国一带向北西方向突出的弧形构造。主要褶皱有拾屯复向斜 (1) 、义安山复背斜 (2) 、闸河复向斜 (3) 、徐州复背斜 (4) 、七里沟复向斜 (5) , 背核部多由青白口系震旦系和下寒武统组成, 较为紧密, 翼部以中、上寒武统奥陶系为主。向斜比较开阔, 核部为石炭二叠纪地层。
断裂构造主要为纵向逆断层, 多发育于褶皱构造的陡翼, 剖面上形成叠瓦构造, 主要为由东向西逆冲或逆掩, 总体延伸方向与徐州弧形构造性基本一致, 主要断裂构造有九里山断裂 (F1) 、云龙山断裂 (F2) 、邵楼断裂 (F3) 等。
1.2 北西-北西西向线型构造体系
研究区内由北而南排列着一组醒目的北西-北西西向张扭性断裂, 断裂宽度大, 胶结松散, 切割纵向及其他构造和岩体, 故而形成时代较新、规模较大的有不牢河断裂 (F4) 、废黄河断裂 (F5) 及斑井段裂 (F6) 。
2 地质构造对岩溶发育的控制作用
研究区岩溶发育除了自然地理、地层岩性的控制影响因素外, 同时还受地质构造的控制。地质构造的控制作用主要表现为:构造运动使岩层发生形变或者改变碳酸盐岩与非碳酸盐岩地层的组合关系, 从而控制岩溶的发育规律及岩溶地下水的富集和运移规律;另一方面是构造运动使岩层发生破裂与位移, 加大了岩溶地层的溶蚀空间, 提供岩层的透水性, 从而对岩溶及其岩溶地下水起控制作用。
2.1 岩溶的空间分布
溶蚀裂隙、溶孔是区内岩溶水赋存最基本的存储空间。在较大的断裂带, 岩溶水赋存的介质空间还有溶洞, 它们连通性较好, 形成了复杂的孔隙-裂隙系统。断裂和褶皱横贯本区, 岩石破碎, 岩溶化程度高, 岩溶发育, 具有较大的运移空间。这些富水构造成为区内岩溶地下水较好的汇集通道。所以岩溶的空间分布与地质构造有着密切的联系。具体分布如图2所示。
2.2 褶皱的控制作用
褶皱控制了岩层的走向及空间形态, 弧形构造体系的主要特征是隔挡式的褶皱, 背斜紧密, 而向斜宽缓。在背斜部位岩溶的发育方向及岩溶地下水的富集、运用空间均沿弧形方向呈条带状, 而宽缓的向斜则往往形成富水的向斜蓄水盆地。
背斜的控制作用:徐州复背斜核部由土门组及城山组非碳酸盐岩组成, 透水性强, 构成斜贯全区的相对弱透水条带;在地形地貌有利的条件下, 补给水容易沿背斜枢纽汇流, 形成富水带。
向斜的控制作用:一是向斜核部处于洼地或谷地时, 岩溶水补给条件好, 且核部为碳酸盐岩地层, 容易形成富水的向斜盆地, 如七里沟复向斜盆地;二是核部沉积很厚的石炭二叠系非碳酸盐岩地层, 而两翼为寒武奥陶系的碳酸盐岩地层, 地形地貌上容易形成洼地或谷地, 地下水由两翼向核部运移, 由于岩溶发育程度向深部减弱, 地下水流受阻而富集于翼部。
2.3 断裂的控制作用
徐州弧形构造翼部多分布与构造线方向一致的压性、压扭性断裂, 规模大、延伸长, 大于与褶皱平行, 少数斜切, 由于褶皱的强烈挤压, 多为一些高角度的逆冲或逆掩断层, 被断层泥、糜棱岩或胶结紧密的角砾填充, 起相对弱透水作用, 断裂带富水性差, 单井涌水量小, 不少为干孔。
弧形构造的内外两侧常有一定宽度的裂隙密集带和断裂影响带, 节理裂隙较为发育, 易形成富水性较好的条带状富水带。同时在弧形褶皱及断裂弯曲转折端, 常发育羽状或放射状张扭性断裂, 有利于岩溶发育和岩溶地下水的富集和运移。
研究区多个大型岩溶地下水水源地的形成都是断裂构造控制作用的结果, 使含水层直接沿断裂破碎带发生较密切的水力联系, 形成多个单井涌水量5 000 m3/d以上的岩溶地下水供水水源地。
3 地质构造作用下的岩溶地下水系统
徐州市区岩溶地下水系统受地质构造控制, 主要表现为由复背斜和复向斜褶皱, 以及断裂的单式蓄水构造复合而成的断褶型蓄水构造, 同时又被不牢河与废黄河断裂导水构造联结起来组成联合蓄水构造, 并被徐州复背斜核部的相对弱透水阻水岩带及弱透水阻水岩脉的分割形成3个蓄水构造区:徐州弧外侧断褶蓄水构造区、徐州弧内侧断褶蓄水构造区、徐州弧核部褶皱蓄水构造区[3]。
3.1 徐州弧外侧断褶型蓄水构造区
该区位于徐州弧外侧, 位于研究区西部。南北以地下水分水岭为界, 西面以煤系地层隔水带为界, 东以复背斜核部阻水带为界。北部受九里山以及京杭大运河、徐运新河等渗漏河流补给形成高水位带的为界, 构成南北岩溶地下水的分流线, 分流线以北为彭城、茅村电厂等集中开采排泄区, 分流线以南为丁楼、九里山、小山子等市区饮用水集中开采排泄区。以此分流线为界, 该蓄水构造区分为不牢河-拾屯断褶型蓄水构造区 (茅村水源地) 和废黄河-闸河断褶型蓄水构造区 (丁楼-九里山水源地) 。
3.2 徐州弧内侧断褶型蓄水构造区
该区为徐州弧内侧, 位于研究区东部。南北以地下水分水岭和透水边界为界, 东以断陷盆地的红层及煤系地层的隔水边界为界, 受荆山、蟠桃山地形及京杭大运河和不牢河的渗漏补给影响, 沿京杭运河一带形成高水位带, 构成南北岩溶地下水的分流线, 以北为荆山区, 区内开采强度不大, 但受茅村电厂等开采影响, 地下水向茅村水源地排泄;以南存在七里沟、中国矿业大学及铜山新区等集中开采排泄区。以此分流线为界, 该蓄水构造分为不牢河-贾汪断褶型蓄水构造区 (荆山水源地) 和废黄河-七里沟断褶型蓄水构造区 (七里沟水源地) 。
3.3 徐州弧核部褶皱蓄水构造区
该区位于云龙湖风景带南侧, 汉王镇行政区内的八里屯、望城岗一带。徐州复背斜轴在云龙湖向南分叉, 形成了两条阻水带。与弱透水的岩脉构成两条弱透水边界, 连同南部地下水分水岭共3条边界, 围成该褶皱型蓄水构造区。
4 结论
(1) 该区岩溶及岩溶水的发育受断裂和褶皱构造控制。不牢河断裂 (F4) 、废黄河断裂 (F5) 及斑井段裂 (F6) 切割纵向褶皱构造和岩体, 对岩溶地下水的交替、运移和富集有很大的控制作用。
(2) 断裂和褶皱控制着岩溶地下水的富集。由复背斜和复向斜褶皱, 以及断裂的单式蓄水构造复合而成的断褶型蓄水构造, 同时又被不牢河与废黄河断裂导水构造连结起来。又被徐州复背斜核部的相对弱透水阻水岩带及弱透水阻水岩脉的分割形成3个蓄水构造区, 具有独立的岩溶地下水循环系统, 并成为主要地下水供水水源地。
(3) 地质构造活动对区内岩溶发育及岩溶地下水富集程度有较大影响。原来蓄水空间较小的压扭及压性断裂, 在多期构造运动控制下, 断裂带及断裂影响带变宽, 裂隙空间增大, 从而促进了可溶岩的溶蚀作用, 导致岩溶发育从而形成地下水的富集, 以致形成庞大的岩溶地下水循环系统。
参考文献
[1]胡昌林.江苏省徐州市城市供水水文地质勘察报告[R].徐州:江苏省地质矿产局第二水文地质工程地质大队, 1985.
[2]中国矿业大学, 徐州市节约用水办公室.徐州市规划区岩溶地下水资源管理研究报告[R].徐州:中国矿业大学, 1999.
岩溶地下水系统 篇7
山西省是我国北方岩溶分布面积最广、半干旱区岩溶特征最典型的地区, 全省岩溶区面积约11万km2, 占全省国土总面积的75.2%, 在这些地区分布有大量的地下水资源, 并形成了众多以泉水排泄为主的岩溶泉域。据不完全统计, 全省原始流量大于0.1 m3/s的泉水有86处, 大于1.0 m3/s的有18处, 总流量达107.8 m3/s, 由于岩溶泉域地下水汇水面积大, 其补给、径流、排泄过程相对独立, 且排泄主要以泉的形式为主比较集中, 多数具备建立大型供水水源地的有利条件, 同时不少岩溶大泉还是著名的旅游风景区, 赋含着特殊的历史、文化内涵。岩溶地下水在山西人民的生活、工农业生产及能源基地的建设和文化建设方面, 起着举足轻重的作用。然而进入20世纪80年代后, 由于气候变化等自然因素、人类活动和大规模的开发等各种因素对岩溶地下水的影响, 使得岩溶泉水流量衰减、泉域范围内岩溶地下水位持续下降、部分地区水质受到污染等岩溶水文地质环境问题日趋严重, 相应的也带来了地质灾害发生、生态环境质量下降、旅游资源价值降低等一系列负面效应, 已成为山西省国民经济可持续发展的制约因素。因此加强对岩溶地下水的保护已是一件十分重要、迫在眉睫的大事。
1 目前存在的岩溶水文地质环境问题
就目前而言, 山西省岩溶地下水环境问题突出表现在以下几个方面。
1.1 泉水流量衰减及干涸
根据全省岩溶大泉流量监测资料, 自20世纪60年代中期以后, 泉水流量一直处于明显的持续性衰减状态, 总体年衰减率达到0.067 4 m3/s, 15处泉水总流量以每年1.01 m3/s的速度递减。目前完全断流的泉水有晋祠泉、兰村泉、古堆泉, 接近断流的有郭庄泉、洪山泉, 其余各泉流量减少30%以上。
1.2 区域岩溶地下水位持续下降
岩溶地下水位持续下降是与泉水流量衰减相伴出现的, 近20年来, 全省岩溶地下水位普遍呈现出区域性持续下降均势, 年下降速度一般在1 m~2 m, 如晋祠泉于1994年断流, 到2005年泉口的岩溶地下水位已低于地面18.3 m。由于地下水位的持续下降, 势必造成岩溶含水层的疏干与储存资源量的动用、含水层调蓄功能降低、含水系统间的资源袭夺、泉水污染等问题。
1.3 水质污染及水质总体趋势恶化
山西省岩溶地下水系统多数为水煤共存系统, 而且具有“煤在楼上, 水在楼下”的结构特点, 煤矿开采、发电等活动形成的工业废气、废渣、废水等不同程度地参与了岩溶地下水的循环过程, 使得岩溶地下水水质出现恶化趋势。
1.4 泉源区环境破坏
泉源区环境破坏主要包括泉水流量衰减枯竭、人类活动破坏了泉源区环境景观、对泉水不合理的开发利用等。
1.5 泉域水环境质量变差
1) 多数泉域水资源系统是由包括地表水及松散层孔隙地下水、碎屑岩裂隙地下水以及岩溶地下水多种要素构成的复合系统, 因此改变系统内水资源循环过程都会不同程度地影响到岩溶地下水的补给来源。2) 经过煤矿的大规模开采, 造成大量的采空塌陷、地表开裂, 使地表水下垫面及含水系统发生根本改变, 这种改变在加剧水资源时空分布的不均衡的同时, 也破坏了上层含水层系统对岩溶地下水的补给与涵养作用。3) 由于长期的矿坑水排放使得下游碳酸盐岩裸露的河段底部普遍沉积一层细粒粉煤灰, 大大地降低了河川的渗透性能, 使得地下水的渗漏补给量减少, 与此同时, 与煤炭采掘有关的污染物也一起沉积下来, 这些物质与河水一起渗入岩溶含水层成为一种污染源。4) 泉域范围内大气降水质量下降。。
2 岩溶大泉保护综合治理对策
1) 进行科学规划, 建立岩溶水环境保护区, 加强完善水资源保护的地方立法工作。山西省实际上是水资源较为缺乏的省份, 水资源的保护是该省可持续发展战略的重要组成部分, 为避免岩溶水的水环境受到更进一步的破坏, 建议相关管理部门应根据各岩溶大泉的水资源特征、水文地质条件及环境条件, 结合泉域的社会经济发展要求, 针对泉域内水环境保护方面存在的各种突出问题, 对每个岩溶大泉进行科学的规划、调查、分析, 建立岩溶水环境保护区, 针对不同岩溶水环境保护区采取不同的治理措施及对策, 尽快建立或完善相关的水资源保护工作等有关的法律法规, 有效地遏制、限制、制止破坏水环境、造成地下水污染势头和行为等, 保证我省有限的水资源用在最重要的地方上, 保证地下水的可持续利用。
鉴于目前我省岩溶大泉的环境现状, 这个工作应刻不容缓。岩溶水污染防治和环境保护是一个区域性的水环境保护和预防问题, 由于岩溶水资源具有污染后的隐蔽性、不可逆转性、延缓性的特征, 因此岩溶水环境的保护应贯彻“以防为主, 防治结合、综合治理”的方针, 并且应保证水的质、量的保护并重, 不宜偏废。
2) 控制各种污染源, 强化地下水环境管理。
控制泉域范围内的影响岩溶水水质的各种污染源、减少和杜绝“三废”排放是防止岩溶水质污染的治本措施, 是整个水资源保护工作中重要的环节。就此应根据岩溶地下水环境中大气降水、地表水、地下水三者相互转化迅速的特点, 首先应保证地表水、大气降水不受到污染, 进而来保证岩溶地下水的补给水源的质量。对此应做到:a.以环境保护法规为依据, 杜绝、减少、限制污染物的排放;b.调整工业产业结构, 加强污水处理, 提高水的重复利用率, 改进生产工艺, 降低单位产品耗水量, 加速“三废”处理的配套工程建设;c.调整和改进农业产业结构, 大力发展绿色农业, 进一步加强化肥、农药等的施用管理, 大力推广高效、低毒、低残留的农药等;d.农业灌溉应限制使用地下水, 宜改用地表水。
3) 节约用水, 提高水的重复利用率。
水资源短缺、用水效益不高、水资源浪费比较严重是山西省目前水资源利用的重要特点之一。对于农业多以漫灌的粗放式灌溉为主, 灌溉渠系渗漏严重, 用水效率极低, 造成很大浪费;对于工业而言部分工矿企业的生产工艺落后, 水资源利用管理滞后, 单位产品耗水量居高不下, 水的重复利用率很低, 效率也很低;城市居民的生活用水浪费等问题也相当突出。
节水的实质是依赖科学技术进步, 通过降低单位目标的耗水量, 实施水资源的高效利用, 提高水的重复利用率, 而不是简单的、消极的少用水。从整个社会看, 节水的政策、意识、技术应密切配合;农业、工业、城市居民生活节水三个方面多管齐下、多方面采取措施, 以达到逐步走向节水型社会。其中主要的措施有:
a.工业节水:调整产业结构, 改进生产工艺, 建立节水型工业, 提高水的重复利用率;强化节水技术, 开发节水设备, 加强废水处理及水的循环再利用;加强企业用水行政管理, 逐步实现节水法制化;提高工业生产规模, 发挥规模经济效应;b.农业节水:采用先进的灌溉技术, 以喷灌、滴灌等方式代替现有的漫灌, 充分利用水资源, 提高水的利用率;增强渠系等的防渗率, 采用管道等输水方式;c.城市生活节水:推广使用节水器具和设备;合理调整水价, 运用经济杠杆作用推动节水工作;制定用水定额, 逐步实行计划管理;实现城市污水的再生回用, 提高污水资源化;更新城市供水管网, 减少跑、冒、滴、漏等现象造成的水资源浪费。
4) 建立“三水”水质、水量动态监测网站。
由于岩溶泉域地下水与大气降水、地表水、其他类型地下水 (“三水”) 转化关系非常密切, 为了更好保护岩溶水的水质、水量, 及时掌握岩溶水的水质、水量的动态情况, 应在各岩溶大泉泉域内建立岩溶水“三水”动态长期监测网站, 监测的内容主要有水质、水量、水位、水温等, 根据监测的数据及时对岩溶地下水的水质、水量做出科学的预测、预报, 防患于未然。
5) 加强水土保持, 强化岩溶水资源的人工补给途径。
山西省岩溶泉域大部分地区位于黄土高原区、低中山区, 植被稀少, 水土流失严重, 导致水土涵养水源的功能下降, 造成地表水体的水质恶化。在岩溶泉域范围内补给区是大气降水、地表水转化为岩溶地下水的主要地段, 任何改变大气降水与地表水入渗条件的做法都将影响岩溶地下水的水量和水质。建议进行种树、种草、退耕还林等绿化措施, 一方面可以阻滞地表水径流增大对地下水的补给, 另一方面也可以增大大气降水入渗对岩溶地下水的补给。根据水文地质条件可以在一些地表渗漏段修建漏水库、蓄水闸、坝, 修建地下水库等, 以人工蓄水的方式增强地表径流对岩溶地下水的渗漏补给, 促进岩溶水的循环交替速度, 增大岩溶含水层的储存量。
6) 优化配置, 科学管理, 综合开发利用水资源。
水资源开发利用必须以合理为前提, 节约为基础, 兴利为目的。应根据泉域范围内人口、经济、资源、环境情况, 以社会协调发展为原则, 服从水资源总体规划保护要求, 综合考虑泉域内各种因素, 实现水资源的优化配置, 科学管理, 兼顾经济、社会、环境效益, 做到依法、合理、规范、科学利用。
7) 保护利用矿坑水资源, 严格控制煤炭开采所采用的疏水降压的方法。
由于多数泉域内含煤地层覆盖于碳酸盐岩之上, 受沉积建造及区域性构造的控制, 形成了泉域内水、煤资源共存的基本环境特征, 其主要不利之处在于这种组合关系中由于煤炭资源的开发、能源转化及深加工造成了许多不良的次生环境问题, 由于大部分矿坑排水排入河流或就地入渗, 既污染水环境又浪费水资源, 因此将矿坑水分管排放、分质利用, 也是解决水资源短缺和减轻水资源污染的途径之一。此外由于山西省现有的采煤方式破坏了原有的煤系含水层, 改变了地下水的补给、径流、排泄条件, 造成了部分含水层的疏干, 破坏了岩溶水原有的动态平衡, 造成水资源量减少、水质受到污染。随着煤炭开采的大规模化、机械化程度的提高, 开采深度不断加深、开采强度不断增大, 对水资源的破坏也将必然向深层地下水发展, 因此应当及时制订采煤、水矛盾的方针大计。
8) 加强水资源保护的宣传教育, 提高全民保护水资源的意识。
长期以来人们并未形成对水资源保护的正确客观的认识, 保护水资源、节水等观念淡漠, 因此需要大力加强水资源保护的宣传教育, 改变观念, 与时俱进, 全面提高全民保护水资源、节约用水的意识。要使人们认识到水作为一种资源并不是“取之不尽, 用之不竭”的, 要使人们对未来水资源短缺所产生的后果的严重性有充分的了解。把保护水资源、节水提高到公民的法律义务的高度来认识。
3 结语
山西省是我国北方岩溶分布面积最广、半干旱区岩溶特征最典型的地区, 岩溶地下水在山西人民的生活、工农业生产及能源基地的建设和文化建设中起着举足轻重的作用。然而进入20世纪80年代后, 由于气候变化等自然因素、人类活动和大规模的开发等各种因素对岩溶地下水的影响, 使得岩溶泉水流量趋势性衰减、区域岩溶地下水位持续下降、水质受到污染等岩溶水文地质环境问题日趋严重, 相应的也带来了地质灾害发生、生态环境质量下降、旅游资源价值降低等一系列负面效应, 已成为山西省国民经济可持续发展的制约因素。为确保岩溶地下水资源量的可持续发展及水质不受到污染, 应尽快针对各个泉域进行保护区规划, 针对保护区采取相应的管理措施并报有关部门立法, 加大宣传力度, 设立明显标志, 并调整工业布局及产业结构, 调整农业结构, 大力发展绿色农业, 节约用水, 提高水的重复利用率, 建立地下水、地表水的水质、水量、水位动态观测网。掌握其动态规律, 为科学管理和调整开采提供依据。
参考文献
[1]韩行瑞, 鲁荣安, 李庆松, 等.山西岩溶大泉研究[M].北京:地质出版社, 1992.
[2]山西省水利厅, 中国地质科学院岩溶地质研究所, 山西省水资源管理委员会.山西省岩溶泉域水资源保护[M].北京:中国水利水电出版社, 2007.
岩溶地下水系统 篇8
贵州省处于亚热带季风性气候区, 全年降水较为充沛, 但是由于其岩溶区地表水漏失较为严重, 致使贵州省岩溶地区地表水较为干旱, 存在较为突出的工程型缺水问题。截止到2012年底, 贵州省仍然存在1000万人左右面临饮水安全问题, 工程型缺水日益成为制约贵州省经济发展的因素。因为岩溶地区地下水相对较为丰富, 合理开发利用地下水将在很大程度上解决饮水问题, 促进贵州省经济发展。因此, 对贵州省岩溶区地下水资源的开发与可持续利用进行分析与探讨是非常有必要的。
1 岩溶区地下水开发利用的优势
1.1 开发利用的潜力大
2010年贵州省岩溶区地下水开发的总量已经达到25.031亿m3/a, 其利用率仅仅占枯水季排泄量的10%左右, 地下河与岩溶大泉开发条数少于1/4, 因此, 其具备较大的开发与利用潜力。
1.2 岩溶区地下水量较为稳定喀斯特地下水量相对稳定
我国贵州省岩溶区地表主要河流流量年际变化时0.22~0.35, 例如:乌江下游年际变化为0.26, 红水河为0.31。但是, 岩溶区地下水流量的变化却相对较为稳定, 例如:流域面积为67km2的乌江二级支流普定后寨河其流量年际变化仅为0.12。因此, 开发利用岩溶地区地下水具备供水较为稳定、保证程度高等等方面的特点。
1.3 岩溶区地下水水源点较多、分布较广
贵州省为典型岩溶地区, 地表破碎崎岖, 山多坡陡, 大多数村庄和河流分布在高原或山坡上, 取水较为困难;除了人口分布较为集中的城镇, 针对较为分散的村寨与耕地而言, 运用远距离、高扬程的地表水进行集中供水既不经济, 也不利于管理, 并且供水的成本相对较高。而岩溶区地下水特别是山坡或者高原面上存在的层间水与裂隙水具备水源点相对较多, 水源面相对较广, 与耕地、村寨高差较小的优点, 便于就地开发、分散用水、就近利用, 也方便管理。
1.4 岩溶区地下水的水质较好
因为埋藏于地下, 与地表水相比较, 地下水受到污染的几率相对较小, 岩溶区地下水的水质优于地表水, 依据有关抽样调查发现, 地下水p H值、Pb、Cl、F、Cd、As、Mn、溶解性总固物、总硬度等等19项指标达优良级别占70.1%, 属于极差与较差一级的指标仅占6%, 地下水安全性较高。
1.5 建设周期较短、投资较少
相比于地表水工程而言, 岩溶区地下水工程可以运用地下天然洞腔进行蓄水, 建设周期较短, 工程量较小, 投资也相对较少。例如:普定县的马官岩溶区地下水枯仅用时三个月, 就建成库容为120万m3的地下水库一座, 单位蓄水的投资小于2元/m3;平塘县巨木的地下河库容为260万m3, 估算投资约为672万 (含水库提水泵站等配套设施) , 平均单位蓄水的投资成本为2.5元/m3。
2 岩溶区地下水开发利用的主要模式
2.1 钻井取水, 开发岩溶管道承压水
对于出现隔水层的岩溶盆地或者是洼地, 因为管道的承压水压力相对较大, 只要打通承压水上部的隔水层, 其地下的承压水会自动溢出, 例如普定县马官镇的玉官屯水井。
2.2 筑坝引水
在地下河的出口处修筑堤坝, 从而提高岩溶区地下水位, 再运用明渠或者是管道引水, 例如平塘县的巨木地下河开发等。巨木河的流域面积为110km2, 丰水期的流量为6.88m3/s, 枯季流量为0.2m3/s, 预算岩溶区地下水允许的开采资源是1688.69万m3/a, 将地下河出口处的水位由815m抬升到830m高程, 形成库容为260万m3的岩溶地下水库一座, 能够基本解决800hm2农田灌溉用水、1.6万人与1万头大型牲畜的饮水问题, 平均每年为当地增加收入约1267万元, 工程投入相对较少, 获得良好的社会效益与经济效益。
2.3 堵洞成库
运用岩溶区地下洞腔发育的特征, 在洞穴的出口处进行修坝拦堵, 将岩溶区地下水蓄积, 进行丰水与枯水的调配, 例如:马官镇母猪洞地下河堵洞成库、马官镇岩溶区地下水库的开发利用等。马官岩溶地下水库是运用地下河管道与地下河源头的冲头洼地联合蓄水的地表, 大坝修筑于岩溶区地下水洞的洞腔中, 是一个全封闭圆筒拱坝, 水洞中地下河向冲头洼地延伸, 灭尖在洼地中, 并且与洼地中的竖井、落水洞相通, 接纳洼地与附近集雨区的地表水, 地下河和洼地形成统一蓄水库盆, 库容达到120万m3, 有效解决了马官镇5000人与1200头大型牲畜的饮水问题、乡镇企业的用水;在很大程度上解决了历史遗留的农灌用水问题, 粮食单产也增加了20%左右;人均收入增加了1.5倍左右;库周石漠化面积明显减少, 获得了较为优良的生态环境治理效果。
2.4 围泉引水
运用地形的落差, 在泉水或者是裂隙水的出口附近修建集水池, 运用管道湖综合水渠自流将水引至海拔较低的村庄的调节水池, 以供生产与生活用水。例如普定县坪上乡呐叭岩村人畜饮水工程, 此村水源非常匮乏, 石漠化非常严重, 运用村庄与泉眼的高差, 架设1000多米的引水铁管, 将隔河谷山头的浅层裂隙水引到村寨的调节水池, 再经过橡塑管引到各个农户, 基本解决了村寨1000多人与1200头大型牲畜的生活用水。
3 岩溶区地下水开发利用要点
3.1 开展岩溶区地下水资源调查和评价
有关部门应该对岩溶区地下水资源类型、开发利用的潜力、赋存特点与开发利用经济技术条件和效益等等方面进行综合性的调查、分析与评价, 对地下水环境的功能区进行划分, 为确定岩溶区地下水资源开发利用的先后顺序、开发利用和保护的最佳模式与途径提供一定的依据。
3.2 岩溶区地下水开发利用的关键技术
岩溶区地下水开发利用的关键技术主要包括:1岩溶区含水介质的特性和浅层地下水赋存关系、不同典型岩溶区地下水和地表水、雨水等之间的转换规律;2岩溶区地下水资源的开发利用和保护优化模式;3岩溶区地下水库成库条件、库容的估算方法;4岩溶区地下洞腔蓄水渗漏和防渗漏技术、防渗漏材料;5岩溶采矿区地下水污染扩散规律与阻隔技术;6小水窖、小水池储存地下水之后的水质保护的技术;7地下水、地表水、雨水开发利用的合理配置与调度技术;8基于3S技术的喀斯特地下水资源勘察、动态监测研究及喀斯特地下水资源信息管理系统的研制等。
3.3 加强管理与管护
1要加强地表水、地下水、雨水等资源开发利用的管理与调配, 岩溶区缺水季节主要集中于每年1~4月, 特别是3月下旬~4月, 不仅是贵州省每年最为缺水的季节, 还是育苗期, 用水量相对较大, 用水特别紧张。所以, 水池或者是其他水利工程收集水资源应该得到合理的调配, 保证此时间段居民生产与生活用水。2应该加强地下水工程和配套水利设施管护和维修, 受到岩溶区特殊水文地质特征影响, 贵州省岩溶区水池等等小微型的蓄水设施非常容易出现渗漏, 如果缺乏有效管护, 水利设施仅能维持2~3年, 所以应该加强水利设施的管护和维修:如在最干旱的季节, 水池低部应至少留有5cm厚的水、水池墙体的细微裂缝可用高分子材料进行补漏处理等, 以提高水利设施的使用寿命。
4 结语
综上所述, 贵州省岩溶区地下水资源开发利用存在很大的发展空间, 其开发利用的模式相对较多, 但是在开发利用中仍然存在很多亟待解决的问题, 有关部门应该进行相应管理。合理开发与利用岩溶区地下水资源不仅能够保证贵州省人民的生产生活用水, 还能在很大程度上促进贵州省经济的进步与发展。
摘要：我国社会经济不断发展, 人们对于资源量需求不断增加。水资源是人类赖以生存的基础, 人们对于地下水资源的开发与利用日益广泛。我国贵州省地下水资源十分丰富, 据有关数据统计, 多年天然平均补给量约为478.41亿m3/a。本文主要对贵州省岩溶区地下水资源的开发和可持续利用现状进行分析, 以供有关人士参考与交流。
关键词：岩溶,地下水资源,开发,可持续利用
参考文献
[1]郑长统, 梁虹.基于人工神经网络的喀斯特地区水资源承载力综合评价——以贵州省为例[J].中国岩溶, 2010 (02) :12~13.
[2]王威, 张鑫, 胡笑涛.宝鸡峡灌区地下水资源承载力模糊综合评判[J].人民黄河, 2010 (07) :25~26.
[3]袁子勇, 梁虹, 罗书文.基于指标权重的喀斯特地区水资源承载力评价[J].水资源与水工程学报, 2009 (01) :9~10.
渝东南岩溶区地下河水质情况调查 篇9
中国南方岩溶水天然资源量为1 847亿m3/a,储量极为丰富。据杨立铮等统计研究,仅在广西、贵州、云南、四川和湖南5省(区),枯季流量大于50 L/s的地下河或伏流就有2 836条[1,2,3]。岩溶区地下水与地表水关系密切,地表水污染极易造成地下河的污染。在岩溶区,地下河的水质应当引起重视[4,5]。因此,笔者拟对渝东南岩溶区地下河水质进行调查研究,旨在探讨近年来该区水质现状及造成这种状况的原因。
1 研究区概况
重庆地下河大量发育,利用重庆市1∶20万水文地质图信息,统计出重庆市地下河约380条,总长度逾1 898.43 km。重庆市地下河主要分布在3个主要的构造带:川东褶皱带,川东南褶皱带和大巴山弧形断褶带。本次研究所选取的地下河主要集中在川东南褶皱带的武隆、彭水和涪陵3个地区 (图1)。根据重庆气象站资料,研究区年均温为14 ℃,多年平均降雨量为1 200 mm左右,但降雨时间分布差异较大,多集中在5～9月,占全年降雨量的70%,且多暴雨。这3个地区人类活动以农业为主,地下河水为当地居民的主要饮用水源。
1-沙倒石千 2-洞沟 3-垃圾场出口 4-篮子岭 5-梅子树 6-魏家坝 7-堰塘沟 8-小平村 9-冉家沟 10-双坑 11-尒洞 12-旋坑 13-洞口湾
2 研究方法
对每一条地下河用Multi 350i便携式多参数水质分析仪(德国WTW公司)进行水质现场监测,包括pH、电导率、盐度、溶解氧等基本指标,流速用LS45A型旋杯式流速仪(水利部重庆水文厂)测出,并现场进行取样。在实验室用Optima2100 DV型电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-OES,美国PerkinElmer公司)测样品的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子,该仪器的系统稳定性为每小时RSD<1%,精密 度相对标准偏差RSD≤0.5%。Cl-用滴定法测定,NO-3、SO
3 结果与分析
对地下河进行水质分析,尤其是对作为居民饮用的地下水进行分析,有利于发现问题及时解决。笔者于2007年10～11月对重庆武隆、彭水和涪陵3个地区的主要地下河进行了全面的调查分析,并将调查结果与我国地下水质量标准(GB/T14848-93) 进行对照,结果发现,大部分取样点存在一定程度的污染。现分别将各个地区的调查情况分析如下。
3.1 武隆水质调查分析
通过表1可以清楚地看到,武隆地下河水基本的化学指标都符合地下水质量标准。但是,仍有少量重金属检出,如Cu、As、Cr,虽然其含量远小于(GB/T14848-93)中的标准,作为饮用水来说是可以的,但也要引起重视,采取措施,防止其浓度继续增加而危害村民的身体健康。3个取样点重金属Sr的含量分别为0.082、0.037、0.131 mg/L,均高于标准含量对锶的限定0.003 mg/L,分别是标准含量的27、12、44倍。天然水中锶的含量增高时可引起大骨节病、锶佝偻病等。因此,相关部门应及时解决高浓度的锶的问题,避免不必要的疾病发生。
注:n.d表示未检出。
3.2 彭水水质调查分析
经调查分析,彭水县靛水地下河主要由3条支流汇集而成。其中,大龙洞地下河出口流量估计达0.1万L/s,是其主要支流。由于无法取到水样,因此无法进行现场监测与室内分析。大龙洞出水处流经地表大约500 m后跌入落水洞,经地下汇入五湖村洞沟,再从上塘口村沙倒石千地下河出口流出汇入乌江。大龙洞地下河水同时也是当地居民的饮用水源,但洞口弥漫着刺鼻的臭味,具体原因有待进一步查明。
由表2可知,靛水地下河pH为7.158～8.410, 符合地下水质量标准规定的6.5～8.5,其中异常值出现在垃圾场出口取样点,为10.322;NO-3浓度在0.187～5.351 mg/L,处于相对低浓度状态;重金属离子Mn2+、Zn2+浓度分别为0.003～0.086和0.003～0.012 mg/L,远低于地下水标准规定的0.05 mg/L。但是,重金属Fe2+在0.058～0.930 mg/L,其中沙倒石千、垃圾场出口和魏家坝3个取样点分别是标准含量的1.24、3.1和2.1倍,处于轻度超标状态;Sr浓度以垃圾场出口含量最高,达1.967 mg/L,超过标准含量656倍,Sr在其他取样点依次分别超标153、185、163、218和116倍。经调查,垃圾渗沥液经地表修建的排污渠道直接排入五湖村洞沟,再经沙倒石千流入乌江。垃圾渗沥液[6]是这条地下河主要的污染源。
如图2所示,在取样点3,也就是新垃圾场出口落水洞,NO-3离子浓度最低,SO2-离子浓度最高。垃圾渗沥液水质不仅与垃圾组成有关,而且随垃圾填埋时间及各阶段垃圾场内分解有很大的变化。早期渗沥液极少,有少量氧气存在,厌氧发酵作用及微生物作用缓慢;过渡期水分达到饱和容量,垃圾渗沥液中的微生物逐渐由好氧型转变为厌氧型,厌氧和缺氧情况下,电子受体自O2转变为NO-3及SO
注:n.d表示未检出。
3.3 涪陵水质调查分析
如表3所示,涪陵各取样点pH为7.84～8.16,符合标准。阴离子浓度普遍高于其他2个地区,如在焦石镇双坑落水洞,Cl-浓度达129.931 mg/L。经调查,该落水洞附近有一榨菜厂,排出的污水是一种高盐污水[7],含钠盐的废水沉淀效果差,故沉淀时间相应延长。很多研究中发现高盐下的污泥特性之一就是无机成分高,沉降速度快,相应沉降时间会减少,但是絮凝性会变坏,所以出水悬浮固体浓度会很高。重金属Mn在双坑落水洞与旋坑2个取样点浓度分别达到0.204和0.128 mg/L,超过标准含量0.05 mg/L,当Mn含量超过0.1 mg/L时水有不良味道。同样在这2个取样点,Fe的含量分别为0.432和0.776 mg/L,是标准含量的1.44和2.55倍,处于轻度超标状态。Zn的含量在0.003～0.014 mg/L,低于标准含量所规定的0.05 mg/L。Sr浓度范围为0.137～0.914 mg/L,远高于标准含量0.003 mg/L,严重超标。重金属As的浓度最高达到了0.005 mg/L,砷的毒性较大,饮用水中砷的含量大于0.01 mg/L时,能麻痹细胞的氧化还原过程,使人容易患血性贫血,并有致癌作用[8]。饮用水中砷的允许含量一般为0.01～0.02 mg/L,超过0.05 mg/L时不能饮用。
注:n.d表示未检出。
4 结 语
本文对渝东南地下河一次采样数据进行了全面分析,旨在探讨该地区地下河的水质现状,分析造成这种现象的原因,避免地下水污染对人体造成危害。一次实验数据不能完全准确地说明渝东南地区地下河的污染状况,但在一定程度上反映了该地区的水质问题,为以后实验分析提供基础资料。经调查我们可以得到以下认识。
(1)武隆、彭水、涪陵3个地区地下河均受到不同程度的污染,但污染来源不同。武隆地下河污染源尚不能确定;彭水地下河主要的污染源是垃圾场,涪陵地下河受榨菜厂污水影响较大。
(2)3个地区地下河水质除个别重金属元素严重超标外,其他离子浓度符合地下水质量标准或轻度超标,水质状况总体一般。
(3)地下河水质的恶化会影响人们的用水安全,对严重超标的重金属元素应积极治理。
摘要：中国南方地下河分布广泛,储量极为丰富,仅在广西、贵州、云南、四川和湖南5省区,枯季流量大于50 L/s的地下河或伏流就有2836条。岩溶地下河的水质是一个应当引起重视的问题。通过调查武隆、彭水和涪陵3个地区的主要地下河,并与我国地下水质量标准(GB/T14848-93)进行对照。结果发现大部分地下河均受到不同程度的污染,地下河的污染会影响到人们正常的饮水安全问题,因此,要引起我们的高度重视。
关键词：渝东南,地下河,水质
参考文献
[1]袁道先.中国岩溶学[M].北京:地质出版社,1993:20-70.
[2]袁道先,蔡桂鸿.岩溶环境学[M].重庆:重庆出版社,1998.
[3]朱永琴,彭先孚.重庆市岩溶地下水的开发与利用[J].中国岩溶,2000,19(2):147-151.
[4]郭芳,姜光辉,裴建国,等.广西主要地下河水质评价及其变化趋势[J].中国岩溶,2002,12(3):195-201.
[5]中国地质科学院岩溶地质研究所.中国岩溶水文地质图说明书[M].北京:中国地图出版社,1992.
[6]李丹丹,郑怀礼,潘云清.絮凝对垃圾渗滤液毒性去除的影响[J].水处理技术,2008,34(2):70-73.
[7]周琦,张万清,苏鸿钧,等.ADC发泡剂高含盐废水污染防治[J].广东化工,2007,34(2):54-56.
[8]李莉,王业辉,孟凡生.饮用水中砷去除技术综述[J].四川环境,2008,27(1):87-90.