贵州表层带岩溶水特征及有效开发利用

贵州表层带岩溶水特征及有效开发利用

胡磊,李大军

胡磊；李大军（长沙环境保护职业技术学院，长沙410004）

摘要：从表层带喀斯特水的概念、内涵、特征入手，通过介绍贵州省表层带岩溶水的形成条件、主要类型及水资源特征，分析了表层岩溶水的开发利用方式及其供水意义，对促进西南岩溶缺水地区的表层带岩溶水开发利用及解决水资源缺乏问题提供了一定的参考。

关键词：表层带岩溶水；开发利用；贵州

中图分类号：P64文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）09-0231-02

0引言

表层带喀斯特水是发育于表层喀斯特带中的地下水体，在贵州是一种重要的水资源类型，且多以表层带喀斯特泉的形式在喀斯特峰丛洼地、溶丘洼地、峰丛谷地边缘及峰丛峡谷岸坡、洼地或河流阶地上，虽然水量小，但由于这些地区地势崎岖、地下水深埋，地表水缺乏等特殊的区域环境背景，表层带地下水供水意义重大。对表层带喀斯特水资源的合理、高效地开发利用关系到区域内人畜饮水及部分生产用水的安全保障问题，对表层带地下水的保护、合理开发及区域经济社会发展等方面发挥积极的作用，为我国西南岩溶山区普遍存在的表层带地下水开发利用有一定的示范效益。

1表层带岩溶水的概念与内涵

表层喀斯特带最初（Epi-karstzone）是由法国学者在20世纪70年代通过建立喀斯特水文地质野外试验场而在薄层泥质灰岩中发现并首次提出。1974年，A·Mangin率先使用此概念在岩溶水文学方面[1]，区分出喀斯特水动力分带中饱气带上部含水相对丰富的部分，使喀斯特水动力分带更加完善。1985年，WillianmsPW.在分析新几内亚等地的喀斯特漏斗和洼地的成因时，又提出了“浅表层”(Subcutaneouslayer)的概念，以说明表层喀斯特集中溶蚀过程。实际上，表层岩溶带的作用类似于土壤层而具有一定的水分或水量调节功能，但又区别于土壤，在厚度变化与含水透水能力空间方面差异极大，但它更加强调喀斯特区植被和表层土壤的存在及喀斯特动力学意义。20世纪80年代中后期，袁道先院士等在我国首次使用“表层喀斯特带”这一中文术语，是指位于地表以下岩石浅部，水动力条件优越，喀斯特化作用强烈，各种个体形态和微形态组合构成不规则带状喀斯特地带，并证实了中国南方碳酸盐岩地区普遍存在表层喀斯特带。使传统的喀斯特区地下水动力分带（垂直渗透带、季节变动带、水平流动带及深部循环带饱水带）更加完善。表层带处于水四大圈层交汇处，地质作用强烈，水动力条件强。实际上，它是在西南岩溶山区普遍存在的一种浅层岩溶型地下水库。

2表层带岩溶水的形成条件与主要行为特征

2.1形成条件①从宏观上来看，贵州省位于云贵高原的东部斜坡面上，地处长江、珠江分水岭地带，隶属扬子准地台一级构造单元，古生代以来至晚三叠纪多处于稳定地台的浅海沉积环境，沉积了厚度巨大的碳酸盐岩层沉积盖层，是一个典型的岩溶山区省，碳酸盐岩广泛分布，沉积时间跨度大，从元古宙的震旦纪至新生代的三叠纪，均有不同厚度和不同类型的碳酸盐岩分布，总厚度达17km，占贵州沉积岩总厚度的70%以上，碳酸盐岩出露总面积约为13万平方千米，占全贵州省国土面积的73.6％，为贵州省喀斯特表层带喀斯特水的发育准备了物质基础。此外，贵州各种类型地壳运动频繁，表现为贵州高原的褶皱隆起和不同规模的断裂、断块运动，特别是第四纪以来的新构造运动，总体表现为间歇性的抬升，不仅使贵州省整体地质构造面貌愈趋复杂，垂直地貌分异明显，多期多层次的构造形迹相互交接、复合、叠加，而且使贵州沉积岩特别是碳酸盐岩内褶皱、断裂、节理、裂隙等地质构造环境更加发育，为喀斯特的发育和表层带地下水资源赋集创造了丰富空间。贵州处于中国南方喀斯特区的中心，属亚热带季风湿润气候区，水热条件较好，降水较丰富，具有喀斯特表层带发育有利的水热环境。②从微观上来讲，通常在广阔的峰丛洼地及缓坡溶丘谷地的峰丛地带及缓丘地带，以及谷地边缘地带，由于地层岩石分布平缓，往往沿某一层相对隔水层与灰岩含水层呈线状出露，容易形成表层带岩溶泉。由于下覆隔水底板的阻水作用，使上部基岩中发育溶洞裂隙带，而这些溶洞裂隙带多数充填砂砾石土及粘土层，是表层带岩溶水贮水和富集的良好通道。

2.2水资源类型①灰岩表层溶洞裂隙型：主要位于岩层产状平缓的石灰岩区，由于新构造运动抬升使高位溶洞显露，并伴有裂隙产生，裂隙与溶洞共同构成表层带喀斯特水的赋水空间。②白云岩表层风化溶蚀裂隙型：溶孔、溶隙为储水空间，具有均匀，各向趋于同性的特点。白云岩的强风化带（粉砂状）决定其厚度。③碳酸盐岩夹碎屑岩或碳酸盐岩与碎屑岩互层基岩溶隙型：碳酸盐岩溶隙为储水空间，碎屑岩起浮托作用，厚度随碎屑岩岩层的位置而变化。④第四系松散覆盖层表层溶蚀裂隙型：含水空间为孔隙、裂隙，其厚度决定于松散层孔隙率和松散层厚度。

2.3主要行为特征①具有完整的补、径、排特征[2]。表层带岩溶泉主要靠大气降水及植物根系补给，补给量的大小与降水强度、岩溶化程度、土壤层厚度及植被覆盖程度有关。补给方式有集中补给和分散补给两种主要方式[3]。岩溶水沿着表层带层间发育的裂隙流动，其出露条件受就近相对基准面、结构条件及地形地貌条件的控制，因底部隔水底板或相对弱透水介质的阻隔作用而溢出于地表形成泉，其出露的微地貌条件复杂多样。②表层带喀斯特水出露点位置较高，与村民居住村寨位置较近，利用开发便利。表层带喀斯特水主要在山间盆地、峰丛洼地、峰丛谷地边缘，河谷岸坡、地间地块及河流阶地上以泉的形式出露，出露位置较高，与这些喀斯特地区村民居住村寨位置较近，匹配性较好，且利用便利、经济，是解决地下水深埋，山高水低，雨多地漏，地表水缺乏的典型喀斯特地区生产、生活用水的最重要的水源地，为此通过对该区表层带喀斯特泉水的合理开发利用，可有效解决贵州岩溶山区工程性缺水的问题。③贵州表层带喀斯特水时空分布不均，地带性差异大。表层带地下水的储存空间主要为碳酸盐的溶蚀裂隙、溶孔、溶沟、溶槽、强风化带的风化节理、裂隙以及上覆松散层的孔隙等，在碳酸岩层内分布不均匀。一般情况下，碳酸盐岩原生孔隙很小，透水性能差，但经溶蚀后形成不同形状的溶隙，如溶蚀漏斗、溶洞等，这些不同溶隙空间的大小和透水性可以相差几个数量级，赋水空间在三维空间上发育程度极不均匀。贵州表层带岩溶水在不同地域内，具有不同的特征：在黔北、黔东北，碳酸盐岩主要为寒武系中上统白云岩，裂隙发育均匀，表层带裂隙水主要在山间盆地、峰丛洼地和峰丛盆地边缘以泉的形式分散出露，流量小而稳定；在黔东北和黔西南部分地区，碳酸盐岩与非碳酸盐相间分布，表层带喀斯特水分布也较均匀，但出露泉流量变化大，动态不稳定；在黔西北、黔西、黔中，主要碳酸盐地层以石炭系、二迭系和三迭系为主，分布在峰丛洼地、峰林盆地边缘，表层带喀斯特水多以下降泉的形式出露，水质较好；在黔南、黔西南地区，裂隙水出露于隔槽式宽缓喀斯特峰丛地区大型盆地边缘、深切峡谷、河谷岸坡等地带上，碳酸盐主要为石炭系、二迭系、三迭系等较纯碳酸盐岩，裂隙水发育深度大，多以流量较大的季节性泉出露，流量变化大。④表层带喀斯特水发育程度与生态环境的优劣关系密切。通常在基岩裸露，生态环境不佳的地区，表层带喀斯特水的出露形式多为季节性泉，流量季节变化大，枯季断流；而在生态环境优良、植被覆盖率大的地区，表层带喀斯特泉水流量稳定，四季长流。因此，大力开展退耕还林，坡改梯及封山育林等一系列生态治理工程，能极大地提高当地表层带喀斯特水的开发利用价值。

3表层带岩溶水的有效开发利用

3.1开发利用条件贵州表层带岩溶水因其埋藏浅，分布泉点多，距村寨和山塘稻田近，所以，具有很好的开发利用条件。对农村分散居民人畜饮水及小规模灌溉用水意义较大。表层带岩溶水的开发利用一般是利用其天然露头点采取蓄水、提水、引水的方式开发利用。但是，对于珠藏、高水地区而言，除地貌条件外，森林植被覆盖层是表层带岩溶水的主要补给来源，生态水是植物根系所保持涵养的重要组成部分，包括叶、根、腐植层、母质及土壤层、岩石强风化带等。它既是维持森林生态正常生长的水体，也是一次性降水后不断释放出来的自由水体。直接开发利用条件是森林土壤蓄水型，其对表层带岩溶水的延滞给水意义非常大。

表层带岩溶泉的流量受季节影响变化较明显，雨后涨水泉流量常可增大数倍至数十倍，而在旱季或特大干旱年，泉流量非常小甚至断流。但在林区内的表层带岩溶泉一般不会干枯。表层带岩溶泉的水质较好，有毒有害元素及细菌指标均不会超标，通常达到优质饮用水标准。因此具有较高的开发利用价值。

3.2开发利用方式及供水意义贵州省表层带岩溶泉的利用，大体可分为利用天然露头点形式和人工开挖形式等两种形式。利用方式则根据不同的地貌及森林植被条件又有差异，总体分为蓄、引，蓄、提和蓄、引、提、人工大井、人工隧洞、人工浅井、人工浅槽、人工小水窖等形式。

贵州省表层带岩溶水的开发利用方式多种多样，均能反映不同地貌部位和不同表层岩溶带结构类型，根据表层岩溶带的岩溶水形成、分布特征和开发利用条件，应因地制宜地利用表层带岩溶水，充分发挥农村分散小型供水的作用，使这一典型岩溶石漠化贫困地区农业生态环境得到改善。

根据野外调查统计结果，按天然露头形式评估表层带岩溶泉的供水价值，表层带岩溶泉的供水意义优劣次序分别为：接触带表层带岩溶泉；缓斜坡森林植被表层带岩溶泉，洼地（谷地）边缘冲积扇尾部表层带岩溶泉，缓坡平台表层岩溶带岩溶泉，冲沟口表层带岩溶泉等。尤以接触带表层带岩溶泉和缓斜坡森林植被表层带泉供水意义较大。按人工开挖形式评估，最具有供水意义的当属人工浅井、人工水槽、人工平硐及浅机井。值得推广的表层带岩溶水开发利用方式为人工浅井和人工水槽、浅机井，因其投入成本低，成井率高，水量稳定，容易开发而被当地群众广泛使用。尤其是在峰丛和缓丘的常绿乔木和灌丛、竹林中，表层岩溶带发育的溶沟溶槽和表土覆盖的溶隙中，可以在树丛之间开挖浅槽进行集水，对顶底面进行密封，这种表层带岩溶水细水长流，不受干旱气候的影响，供水水量有保证，水质好，且对生态环境无任何影响，可因地制宜地加以推广。

4结论

贵州省典型的岩溶地貌及水文地质条件，使岩溶地下水成为严重疏干缺水区，然而由于高位向斜构造的托隔作用，使表层带岩溶水含水相对丰富，且具有较好的开发利用条件。表层带岩溶水已被群众认识和广泛地利用，发挥了严重缺水的岩溶峰丛山区农村分散供水解决人畜饮用水的作用，在其开发利用过程中，应因地制宜、因时制宜地采取多途径多种方式的分散供水，同时应注意保护好当地的生态环境，才能实现人类表层带岩溶水资源的永续利用。

参考文献：

[1]DREWD.Glossaryofkarsticterminology[A].COSTActionReport，Hydro-geologicalAspectsofGroundwaterProtectioninKarsticAreas[R].EuropeanCommission，1995.

[2]张林.贵州大小井地下河流域表层岩溶带结构及岩溶水开发[J].贵州地质，2004，1（78）：54-57.

[3]韩至钧，金占省.贵州省水文地质志[M].北京：地震出版社，1996.