林 濤，周文龍，羅士琴，江 波，賀 衛(wèi)

(貴州科學(xué)院山地資源研究所，貴州貴陽 550001)

花江石漠化治理示范區(qū)淺層地下水蓄水工程水質(zhì)研究

林 濤，周文龍，羅士琴，江 波，賀 衛(wèi)*

(貴州科學(xué)院山地資源研究所，貴州貴陽 550001)

通過2008年至今的水文地質(zhì)資料收集、水質(zhì)長期監(jiān)測以及泉點(diǎn)飲用水的取樣，探明了花江石漠化治理示范區(qū)的淺層地下水賦存情況。同時(shí)對花江示范區(qū)淺層地下水水化學(xué)類型進(jìn)行了分析，使用反距離權(quán)重空間插值的方法對區(qū)域內(nèi)主要的污染物濃度進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果表明，花江示范區(qū)內(nèi)的采石場與化肥施用是污染物擴(kuò)散的主要原因，對水利設(shè)施進(jìn)行改良對于居民健康具有重要意義。

淺層地下水；水質(zhì)；花江；空間插值

花江石漠化治理示范區(qū)位于貴州省南部，關(guān)嶺縣以南[1]，貞豐縣以北的北盤江花江河段兩岸，地理坐標(biāo)為105°36′30″～105°46′30″ E，25°39′13″～25°41′00″ N[2]。示范區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖出露面積比例大，占到全區(qū)土地面積的88%，其中輕度以上水土流失面積占到全區(qū)面積的63.2%，土壤侵蝕模數(shù)達(dá)412.8 t/(km2·a)[3]。示范區(qū)海拔為500～1 200 m，年平均溫度18 ℃，示范區(qū)左岸板貴鄉(xiāng)政府所在地近幾年實(shí)際記錄的年均降雨量為977 mm左右，人均雨水量達(dá)7 079 m3，比貴州人均雨水資源量高30%，是我國人均雨水量的近3倍，是一個(gè)人均雨水資源相對豐富的地區(qū)。降雨量主要集中在5～10月，占全年總雨量的80%以上，其中6～8月降雨量占全年總降雨量的一半以上。由于峽谷特殊地形，從峽谷谷底到谷肩(坡頂)，降雨量約增加了30%。但是，由于石漠化程度高，地表保水能力差，出現(xiàn)降水不易保存，河水不易抽取的居民用水困難。通過1998和2005年的兩次大規(guī)模蓄水工程建設(shè)后，居民飲水條件有所改善。但是，村民反映工程飲用水水質(zhì)條件較差，部分蓄水池只能用于飲畜與農(nóng)業(yè)灌溉。因此，筆者利用居民飲水點(diǎn)水質(zhì)長期監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行水質(zhì)空間插值預(yù)測，分析水質(zhì)污染源與污染途徑，提出適合示范區(qū)的微型蓄水工程設(shè)計(jì)措施。

1 淺層地下水及蓄水工程賦存情況及工程分布

示范區(qū)飲用水工程水來源主要為中三疊統(tǒng)壟頭組(T2lt)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、白云巖地層中的淺層地下水[5]，多以泉點(diǎn)的形式出露，成為居民重要飲用水來源。通過數(shù)年來的野外實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)示范區(qū)淺層地下水水資源賦存情況有以下特點(diǎn)。

1.1 以喀斯特為主的地下水資源較豐富示范區(qū)喀斯特地下水資源較豐富，總量為1 346萬 m3，人均占有量1 966萬 m3；其中淺層地下水總量達(dá)404 萬 m3，人均占有量590 m3。示范區(qū)廣泛出露中、上三疊系地層，其中以碎屑巖為主的賴石科組(T3ls)和瓦窯組(T3wy)的出露面積5.87 km2， 只占示范區(qū)總面積的11.2%；屬于碳酸鹽巖夾碎屑巖的竹桿坡組(T2zg)出露面積4.73 km2，占9.62%；其余為以灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖為主[6]的壟頭組(T2lt)及其相變楊柳組(T2yl)，兩者合計(jì)38.6 km2，占示范區(qū)總面積的78.55%(圖1)。在碳酸鹽巖(壟頭組及其相變楊柳組)和碳酸鹽巖夾碎屑巖(竹桿坡組)出露的地區(qū)，廣泛分布著喀斯特含水層。因此，示范區(qū)喀斯特地下水資源比較豐富，按入滲系數(shù)0.28計(jì)算，則示范區(qū)地下水資源總量為1 346萬 m3，人均占有量1 966萬 m3；若地下水的30%賦存在淺層飽氣帶內(nèi)，則示范區(qū)淺層地下水總量達(dá)404 萬 m3，人均占有量590 m3。

1.2 喀斯特地下水系統(tǒng)復(fù)雜示范區(qū)喀斯特垂直方向的裂隙、節(jié)理、溶蝕管道十分發(fā)育，地表降雨極容易沿垂向的裂隙、節(jié)理、溶蝕管道快速進(jìn)入地下深處；另一方面示范區(qū)所在的花江段河谷深切，切深一般都在200 m以上，高的地方達(dá)370 m，花江河谷與示范區(qū)人口、耕地分布比較集中的地區(qū)如查耳巖、銀洞灣、三家寨、壩山等地的相對高差一般為350～700 m[7]，與峽谷谷肩(牛場)的高差可達(dá)800 m以上，山高坡陡，相對高差很大；而進(jìn)入地下深處的水體，其存儲(chǔ)、遷移、溶蝕及地下水系匯流管道的發(fā)育又主要受深切的花江河谷基準(zhǔn)面的控制。

1.3 喀斯特地下水資源空間分異明顯由于北岸喀斯特發(fā)育強(qiáng)度弱于南岸，因此喀斯特含水層的富水性弱于南岸，特別是北岸板貴鄉(xiāng)韓家寨至木工沿坡上公路一線分布的賴石科組和瓦窯組為層狀巖類基巖裂隙水，富水性中等，枯季徑流模數(shù)1.01～1.81 L/(s·km2)，水點(diǎn)流量均值0.30～0.87 L/s。由灰色薄至中層粉品灰?guī)r、亮品生物屑粉-沙質(zhì)灰?guī)r、生物屑粘土巖組成的竹桿坡組，在示范區(qū)北部板貴鄉(xiāng)沿坡上公路呈狹長條帶狀分布在賴石科組和瓦窯組外圍，其地下含水層屬于溶洞裂隙水，富水性中等偏弱，枯季徑流模數(shù)1.77～2.99 L/(s·km2)，水點(diǎn)流量均值0.70～10.04 L/s，這一帶因缺乏隔水層，地下水埋深極大。因此，板貴鄉(xiāng)從進(jìn)入花江大峽谷的公路埡口開始，經(jīng)三家寨至板貴鄉(xiāng)政府——陳家大坡沿線一帶，人畜用水十分困難。在整個(gè)示范區(qū)南部的頂壇片區(qū)和板貴鄉(xiāng)靠河谷一線及坡上公路上部陡峻的峰嶺，主要分布著以灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖為主的壟頭組及其相變楊柳組，喀斯特十分發(fā)育，其地下水為喀斯特溶洞裂隙水或裂隙溶洞水，富水性中等，枯季徑流模數(shù)5.05 L/(s·km2)，水點(diǎn)流量均值4.03 L/s；地下水埋深50～100 m，不少地區(qū)大于100 m甚至300 m，大于示范區(qū)北岸賴石科組和瓦窯組分布區(qū)地下水的埋深。

最后，淺層地下水出露點(diǎn)多，但相對集中，泉水量季節(jié)變化明顯，其中枯季泉水量達(dá)7.2 L/s。已探明示范區(qū)現(xiàn)有水源點(diǎn)(各類泉點(diǎn))44個(gè)，2008年至今修建的小微型蓄水工程的共有155個(gè)(圖1)。

2 工程蓄水水化學(xué)類型

3 淺層地下水部分離子濃度空間插值

4 蓄水工程設(shè)計(jì)的改進(jìn)措施

由于淺層巖溶水流出地表后受到示范區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和采石工業(yè)的影響，導(dǎo)致大部分水源點(diǎn)污染物濃度偏高。這種水質(zhì)污染情況可以通過改良蓄水工程的設(shè)計(jì)來進(jìn)行恢復(fù)，根據(jù)示范區(qū)山地資源研究所建立的高分子復(fù)合材料簡易水池的的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)適合于貴州石漠化地區(qū)的微型蓄水池。選定水池高不超過3.5 m來設(shè)計(jì)墻身斷面，抗滑系數(shù)大于1.05，抗傾系數(shù)大于1.01；墻體用75﹟漿砌石塊石，外墻面75﹟水泥砂漿勾縫，內(nèi)墻面附加1.0 cm×1.0 cm×0.2 cm孔的熱鍍鋼網(wǎng)增加池內(nèi)抗壓強(qiáng)度，75﹟水泥砂漿內(nèi)墻找平清光，再用GST防滲材料處理，找平清光及防滲材料處理后總厚度為4 cm，蓄水池內(nèi)設(shè)置爬梯；池頂加覆15 cm鋼絲網(wǎng)預(yù)制混凝土蓋板；池底設(shè)清淤檢修孔，池底用：5 cm 75﹟砼找平層→15 cm 150﹟鋼筋混凝土層→保護(hù)清光→GST高分子防水層；對原有滲漏水池的處理，采取水池底板150﹟砼重新澆鑄或用F209及GST高分子復(fù)合彈性防滲材料[9]進(jìn)行處理，防滲率達(dá)98%以上(圖4)。

根據(jù)馬刨井山地所新水池7年的實(shí)際使用情況，結(jié)合群眾在生產(chǎn)生活中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可以證明以上的水池設(shè)計(jì)方案能夠較好防止化肥、采石作業(yè)污染，可以滿足貴州石漠化區(qū)小微型飲水工程的要求。

5 結(jié)論

示范區(qū)淺層地下水水源的一般水化學(xué)指標(biāo)基本達(dá)標(biāo)，對飲用水的小水池、小水窖應(yīng)采取以下保護(hù)措施：

(1)無論淺層地下水、坡面水還是雨水，均應(yīng)經(jīng)過過濾后再引入小水池、小水窖。除對樹葉、泥沙等雜質(zhì)的過濾外，還應(yīng)使用離子濾膜作進(jìn)一步的過濾，防止離子污染，以保證進(jìn)入小水池、小水窖的水質(zhì)純凈。

(2)應(yīng)對蓄集于小水池、小水窖中的水進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬艋蜏缇幚?，逐步完善二氧化氯消毒和垃圾糞便處理設(shè)施，提高飲用水蓄水設(shè)施的衛(wèi)生安全性能。

(3)經(jīng)常對收集雨水的屋面進(jìn)行清洗，特別是在每年的第一場雨前，更應(yīng)對屋面進(jìn)行徹底的清洗，避免陳水及屋面污垢對所收集雨水的污染。

(4)應(yīng)定期或不定期的對蓄集人畜飲用水的小水池、小水窖進(jìn)行清洗，盡量縮短新鮮水的更換周期，以減少陳水中的細(xì)菌對新鮮水的污染。

[1] 賀衛(wèi)，李坡，吳克華.花江峽谷示范區(qū)表層巖溶水資源的開發(fā)與保護(hù)[J].水資源保護(hù)，2011,27(2)：13-17.

[2] 吳克華. 喀斯特地區(qū)不同等級(jí)石墨化綜合治理的生態(tài)效應(yīng)研究——以貴州花江示范區(qū)查耳巖喀斯特小流域?yàn)槔齕D]. 貴州：貴州師范大學(xué)，2006.

[3] 蘇維詞. 貴州花江喀斯特峽石漠化治理示范區(qū)水資源賦存特點(diǎn)及開發(fā)利用評(píng)價(jià)[J]. 中國農(nóng)村水利水電，2007(2):129-148.

[5] 高漸飛，熊康寧. 喀斯特生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)——貴州花江示范區(qū)為例[J].熱帶地理，2015,35(1)：45-54.

[6] 王臏， 錢曉剛，彭熙. 花江峽谷不同植被類型下土壤水分時(shí)空分布特征[J].水土保持學(xué)報(bào)，2006,20(5)：139-157.

[7] 彭建， 楊明德. 貴州花江喀斯特峽谷水土流失狀態(tài)分析[J].山地學(xué)報(bào)，2001,19(6)：511-515.

[8] 李安定，盧水飛，韋小麗. 花江喀斯特峽谷地區(qū)不同小生境水分的動(dòng)態(tài)研究[J].中國巖溶，2008,27(1)：56-62.

[9] 賀衛(wèi).貴州喀斯特峽谷區(qū)微型蓄水工程的水質(zhì)保護(hù)技術(shù)研究[D].貴陽：貴州科學(xué)院， 2012.

Study on the Water Quality of Conserving Construction for Groundwater in Huajiang Anti-Rocky Desertification Demonstration Area

LIN Tao, ZHOU Wen-long, LUO Shi-qin, HE Wei*et al

(Institute of Mountain Resource, Guizhou Academy of Sciences, Guiyang, Guizhou 550001)

According to the hydrological data collection since 2008 and long-term observing-testing work, the storage of shallow groundwater was detected exactly. We have also made analysis of groundwater water-chemistry. Besides inverse distance weighting interpolation was adopted to predict concentration of main contaminants. This result reveals that marble quarry waste and fertilizer is the most vital factor of diffusion of contaminants. The alleviating measures to water conservancy facilities have significance on residents health.

Shallow groundwater; Water quality; Huajiang; Spatial interpolation

貴州省社發(fā)項(xiàng)目(黔科合SZ字[2009]3038號(hào))；貴州省工程中心建設(shè)項(xiàng)目(黔科合G字[2014]4004號(hào)。

林濤(1985-)，男，貴州貴陽人，助理研究員，碩士，從事巖溶學(xué)及水資源研究。*通訊作者，研究員，從事洞穴及水文水資源研究。

2015-03-19

S 181.5

A

0517-6611(2015)12-262-03