，，

(四川省地質(zhì)工程勘察院，四川 成都 610072)

巖溶山區(qū)地層分布以碳酸鹽巖為主，強烈的溶蝕作用下，溶洞、落水洞、巖溶洼地、漏斗等巖溶地形發(fā)育，地表水快速滲透補給巖溶地下水，導致地表徑流量小，多數(shù)地區(qū)干旱缺水[1]。巖溶地下水具有埋藏深度大、分布不均勻、開采利用難度大的特征[2]。地表缺水和地下水資源未能得到充分利用形成了一對尖銳的矛盾，并嚴重影響了巖溶地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展。

烏蒙山是我國老少邊窮山區(qū)之一。包括云南、貴州、四川三省毗鄰地區(qū)的38個縣(市、區(qū))，面積11萬 km2。區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖廣泛分布，以二疊系(P)、三疊系(T)、志留系(S)、奧陶系(O)和寒武系(∈)等地層為主。主要為碳酸鹽巖深山、石山，干旱缺水和石漠化嚴重。該區(qū)域是我國彝族、苗族等少數(shù)民族聚集區(qū)，發(fā)展相對滯后，農(nóng)村生產(chǎn)、生活水平低。地理位置、交通條件以及環(huán)境條件差，農(nóng)村生產(chǎn)單一，經(jīng)濟長期得不到長足發(fā)展，經(jīng)濟社會發(fā)展滯后。

山區(qū)群眾生產(chǎn)、生活用水主要靠溪溝、泉水解決，若遇干旱或大旱，溪溝、泉水斷流，基本生活飲用水就愈發(fā)困難，且長期得不到解決。表層巖溶帶會生成許多水質(zhì)優(yōu)越的天然表層巖溶泉，合理開發(fā)表層巖溶泉，對解決巖溶缺水山區(qū)人民的日常飲水問題具有重要的現(xiàn)實意義[3]。

本文依托中國地質(zhì)調(diào)查局2014年-2015年《烏蒙山重點地區(qū)水文地質(zhì)填圖(摩尼幅(G48E001015))》項目(項目編碼：12120114030401)，選擇營山鄉(xiāng)仙洞村一處表層巖溶泉作為示范工程進行開發(fā)，對該表層泉補徑排特征、水資源量、動態(tài)特征、開發(fā)方式等進行研究，為區(qū)內(nèi)表層巖溶泉開發(fā)提供參考。

1 表層泉及其開發(fā)模式

表層泉為表層巖溶帶中出露的泉水，表層巖溶帶是碳酸鹽巖類巖石近地表部分因強烈溶蝕作用形成的具有一定規(guī)模、并由不同巖溶形態(tài)組合而成的強巖溶化帶，從剖面上反映，是巖溶垂向作用的第一個巖溶層，儲存于其中的巖溶水被稱為表層巖溶水[4]。表層巖溶地下水接受大氣降水補給，補給有一定保證，且循環(huán)交替速度快，水質(zhì)優(yōu)良，但地下水水量較小，多以小流量的表層泉的形式排泄，或向下補給下部含水層。

巖溶山區(qū)人口零星分散，村落之間距離較遠，開發(fā)利用好表層巖溶水資源是解決缺水地區(qū)人畜用水的最佳方式。對表層帶巖溶泉的開發(fā)利用主要可分為利用天然露頭點形式和人工開挖形式，利用方式則根據(jù)不同的巖溶地貌及植被覆蓋條件又分為蓄、引，蓄、提和蓄、引、提、人工大井、人工隧洞、人工淺井、人工淺槽、人工小水窖等形式[5]。

表層巖溶泉的水資源在通常在時間上分配很不均勻，利用蓄水池蓄水，可以將雨季剩余的水量儲存下來供枯季使用[6]，即儲引法。儲引法具有是經(jīng)濟實惠，并能有效開采利用表層泉的一種常用的方法。對表層泉的水資源量進行估算、合計設計蓄水池的規(guī)模，可以達到充分利用水資源、節(jié)約建設費用的目的。

2 烏蒙山區(qū)營山鄉(xiāng)地區(qū)表層泉開發(fā)示例

2.1 地下水利用現(xiàn)狀

營山鄉(xiāng)屬于瀘州市敘永縣管轄，位于縣城南側約46 km。營山鄉(xiāng)仙洞村，農(nóng)戶居住地較分散，主要有桂花樹、皮匠鋪和窩坑3處聚居點，均位于石灰?guī)r裸露區(qū)的缺水地區(qū)。大氣降水沿消水洞、落水洞向下垂向徑流，區(qū)內(nèi)無地表溪流、大泉、地下河出露，地下水徑流、排泄受區(qū)域侵蝕基準面控制，地下水埋深大，農(nóng)戶生活、生產(chǎn)用水多為分散引用表層巖溶泉水的方式。

仙洞村共有4處表層巖溶泉水源供附近農(nóng)戶使用(見圖1和表1)，農(nóng)戶一般采用直接分散引泉開采方式，S1表層巖溶泉修建2 m3水柜，枯、豐水期調(diào)節(jié)作用極差，抗干旱能力極差。

表1 表層巖溶泉示范開發(fā)區(qū)內(nèi)泉水水源基本情況一覽表

圖1 表層巖溶泉與聚居點分布位置圖

結合經(jīng)費預算、用水人數(shù)、缺水情況、場地條件等綜合分析，本次表層巖溶泉開發(fā)示范工程水源主要為S1，S2表層泉作為備用水源。表層巖溶泉出露于淺部的垂直徑流帶，出露位置均高于聚居點(見圖2)，可通過從蓄水池引水的方式，引到農(nóng)戶家中使用。

圖2 表層巖溶泉與聚居點高程位置示意圖

2.2 水文地質(zhì)條件

2.2.1 巖溶發(fā)育特征

仙洞村為二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)石灰?guī)r裸露區(qū)，地表溶蝕強烈，多沿陡傾裂隙形成溶溝、溶槽等。地表多發(fā)育巖溶漏斗、洼地，底部直徑一般10～30 m，在底部多有落水洞、消水洞與地下溶蝕管道相連。區(qū)內(nèi)發(fā)育溶洞多為干洞，洞體寬大，部分溶洞有溶蝕管道與地表相連，地表水流進入溶洞后在溶洞內(nèi)再次進入地下管道。

2.2.2 地下水類型及富水性

區(qū)內(nèi)地下水含水巖組為茅口組石灰?guī)r，地下水類型為裸露型碳酸鹽巖溶洞裂隙水。石灰?guī)r裂隙較發(fā)育，且可溶性強，在地下水作用下多形成溶蝕裂隙、管道和孔洞，地下水主要賦存于此類介質(zhì)中。區(qū)域地下水富水性好，暗河流量可達900 L/s，但受侵蝕基準面控制，地下水埋深大。表層巖溶泉出露多，但流量均小于1 L/s，表層巖溶帶地下水富水性差。

2.2.3 地下水補徑排特征

地下水主要受大氣降水補給，補給區(qū)覆蓋層厚度較薄，多為基巖出露，降水形成坡面水流后，向漏斗、洼地匯流，通過裂隙、落水洞和消水洞直接補給進入石灰?guī)r巖體中。地下水徑流主要通過溶隙、裂隙，向大尺寸的溶蝕管道、地下河通道徑流，形成樹枝狀的地下河徑流形式，最終受侵蝕基準面和地形切割控制，以地下河的形式排泄。

表層巖溶帶地下水主要受大氣降水的補給，賦存于淺表層的裂隙、溶蝕孔洞中，受地形控制向低處徑流，受地形切割及含水層下部的厚層石灰?guī)r的控制，以表層巖溶泉的形式排泄。

2.2.4 表層巖溶泉的地下水動態(tài)特征

表層巖溶泉的補徑排特征表現(xiàn)為：即時補給，短徑流，就地排泄。含水層由淺表層風化裂隙、溶蝕孔洞構成的含水層，一般厚度較小，降水后補給快速，沿地形在重力作用下徑流，徑流路徑短，受下伏較完整基巖(相對隔水層)和地形控制排泄。

擬開發(fā)利用的S1表層巖溶泉地下水動態(tài)監(jiān)測及訪問情況，表層巖溶泉的水量動態(tài)變化大，泉水受降雨影響的敏感度高，大雨后水量陡增。豐期水量持續(xù)位于高位，枯期水量減小，長時間不降雨部分泉水干涸。通過2014年8月～2015年7月的監(jiān)測數(shù)據(jù)，水量枯豐比大于1:10。水質(zhì)基本無變化，部分泉水降雨后略渾濁。

2.2.5 表層巖溶泉水質(zhì)特征

對S1表層巖溶泉采集地下水樣，進行水質(zhì)全分析和飲用水水源水質(zhì)常規(guī)指標檢測，地下水化學類型為HCO3-Ca型，礦化度一般0.17 g/L，pH值7.5，其他指標均滿足《生活飲用水水源水質(zhì)標準》(CJ 3020-1993)一級水源水的標準。

2.3 表層巖溶泉水資源量計算

通過區(qū)域氣象站、自建雨量站、1處地下河和表層巖溶泉監(jiān)測點數(shù)據(jù)(圖3)，根據(jù)比擬法分析，1#表層巖溶泉枯水期(12月～次年3月)平均流量0.075 L/s，平水期(4月、10月和11月)平均流量0.145 L/s，豐水期(5月～9月)平均流量0.725 L/s，泉水流量季節(jié)性變化幅度較大。

圖3 表層巖溶泉流量監(jiān)測與降雨監(jiān)測關系圖

水資源可開采量與泉徑流量基本一致。根據(jù)地下水動態(tài)監(jiān)測成果，依據(jù)徑流模數(shù)理論，按公式1計算可開采量。計算結果見表1。

(1)

表1 S1表層巖溶泉可開采資源量計算表

全年可開采資源量11 508 m3，但是枯豐期資源量極不均衡，枯豐比約1：12，豐水期可開采資源量占全年的83%。

2.4 開發(fā)方式評價

表層巖溶泉水資源管理的目標是使水資源的利用量最大且水窖容積最小(開發(fā)工程設計)。根據(jù)表層巖溶泉地下水可開發(fā)量、需求量、泉點位置、供給區(qū)位置和投資成本等因素綜合考慮，可通過儲引的方式進行開發(fā)。開發(fā)評價過程中，計算出一個滿足用水需求且經(jīng)濟的儲水容積是工程有效性的關鍵。計算過程中充分考慮泉流量、用水人數(shù)隨時間的動態(tài)變化。

其中，人均用水量參考《四川省用水定額》按90 L/人·d，泉流量通過監(jiān)測資料獲得，用水人數(shù)根據(jù)實際調(diào)查訪問，默認該工程修建后，每個計算月水池均為滿載，計算見表2。

由表2可知，4月～11月平水期和豐水期，表層巖溶泉流量可以滿足每人每天90 L的用水定額，12月至次年3月，泉流量不能保證基本用水定額，此時，需修建儲水池解決枯水期的用水需求。

通過計算，12月至次年3月共有用水缺口97 750.8 L，若修建蓄水池，在11月末池中水量應不少于12月至次年3月的用水缺口，11月每日可余泉水5 151.6 L，全月可余154 548 L，具備補充枯水期用水缺口的可開采量。因此，為解決基本用水需求，修建儲水池容積應不小于97.75 m3,見圖4。利用原有小型蓄水池作為泉室，作為水量較大時的蓄水、沉淀池，再通過引水管，把泉水引入儲水池中。

表2 表層巖溶泉供給計算表

圖4 泉室示意圖

3 結語

表層巖溶泉是巖溶石山區(qū)的農(nóng)戶的主要水源，具有水質(zhì)好、開發(fā)難度小、經(jīng)濟效益高等特征，現(xiàn)階段農(nóng)戶多采用分散引水或修建小型水柜的方式開發(fā)利用，基本無調(diào)蓄作用，抗干旱能力差。修建儲水池進行枯豐調(diào)蓄的方式開發(fā)，可以增加抵抗枯水或干旱的能力。在開發(fā)過程中，選擇合適、經(jīng)濟的儲水池容積，是開發(fā)效率的關鍵指標。通過對表層巖溶泉的流量動態(tài)觀測，計算其資源排泄量及規(guī)律，調(diào)查供給端蓄水情況，通過對資源量和需求量的分析，計算儲水池尺寸，對采用儲引方式開發(fā)表層巖溶泉提供最優(yōu)方案。

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