岩溶地质环境及水文地质特征

如题所述

由于地质环境条件、地质作用的变化,必然地导致水土资源、生物生长的适宜性、人类的生产生活环境、生态地质环境问题或灾害类型及活动强度的明显改变。相应地在不同类型的岩溶地质环境条件下,岩溶水的资源特征及生态环境功能,岩溶水源地的类型、水文地质特征,开发技术条件与脆弱性,供水需求等都有所差异。因此,岩溶水资源的开发利用,只有与岩溶地质环境条件相适应,做到因地制宜,才能够实现可持续发展

服务于岩溶水运动和赋存规律、岩溶水开发技术条件研究的需要,也为了在岩溶水的开发与环境效应评价实践中便于识别,本书以岩溶地貌形态组合及特征为主导标志,结合地形地貌、地质、土壤、气候、水资源、植被等地质环境要素与人居分布及人类活动等社会环境的差异,对泸西小江流域进行岩溶地质环境分类研究,为岩溶水的有效开发实验研究提供地质科学依据。

小江流域岩溶地质环境类型复杂多样,从岩溶水的补给区到排泄区,历经岩溶山地、岩溶槽谷、岩溶丘陵、峰丛洼地、岩溶平坝、岩溶河谷等不同类型的岩溶地貌形态组合单元(图3-2)。

图3-2 泸西小江流或水文地质结构概化图

1—松散土覆盖层;2—表层岩溶带;3—岩溶空隙;4—导水溶洞管道;5—岩溶上升和下降泉;6—岩溶水流向;7—落水洞;8—地表河流及水位;9—地表河流及流向;10—高程点

岩溶山地山高坡陡,气候冷凉,基岩裸露,土层浅薄,分布零散,土壤贫瘠,多属宜林区,耕地多为旱地,以旱作农业为主产业,主要种植玉米、荞、土豆等作物。交通不便,村镇规模小,居住分散。地表岩溶洼地、谷地发育,漏斗、落水洞密布,降水漏失严重,是岩溶水的主要补给区,建库条件极差,水资源严重匮乏。地下岩溶发育极不均匀,岩溶饱水带深埋,导储水空间以洞管为主,岩溶水主要为溶洞管道流,沿暗河有许多漏斗、落水洞与其沟通,岩溶水主要通过这些通道获得补给,岩溶水系统储存调节能力弱,水位流量季节变化剧烈。岩溶水很大一部分以大泉、暗河形式在盆谷底边缘排泄,饱水带岩溶水的开发十分困难,形成了地带性的资源性缺水。农村生活用水、抗旱保苗用水都十分紧缺。但岩溶石山区表层泉出露位置较高,水质良好,开发技术难度小,水量基本能满足岩溶山区分散居住的农村生活及抗旱保苗用水。因此,在饱水带深埋的岩溶石山区具有很大的供水意义和开发价值。

岩溶槽谷、岩溶丘陵、峰丛洼地主要分布于盆地外围山区与盆底平坝之间,气候温和,地势起伏较小,植被覆盖率低,洼地、谷地发育,地形破碎,土层较薄,土壤肥力差,水土流失强烈,石漠化严重,灌溉条件较差,以旱地为主,水田次之,主要种植玉米、荞、土豆、水稻,经济作物和林果种植也较普遍。交通方便,人口稠密,村镇密布。地表落水洞、溶井、脚洞、溶沟溶槽发育,水库渗漏强烈,地下岩溶发育不均匀,岩溶饱水带埋藏较深,导储水空间以洞管隙构成网络,岩溶水为溶洞管道流及溶隙扩散流并存,沟谷、洼地内泉点较多,但流量动态变幅较大。此类地区因地表水严重渗漏、岩溶水埋藏分布不均匀、成井率低形成了工程性缺水。导致农村生活用水、发展种养殖业和庭院经济、抗旱保苗、岩溶石山名特优果林规模经营、生态环境建设用水困难。适宜通过开发隐伏的饱水带和表层带富水块段岩溶水,以解决农村生活和生产用水困难。

盆底沉积平坝地势平坦,气候温和,土层深厚,土壤肥沃,土地连片、平整,水资源较丰富,灌溉条件好,交通方便,最为适宜工农业生产与城镇建设。所以,人口稠密,城镇规模大,分布密集,工厂较多,农业生产发达,是传统的农业主产区。由此也造成了地表水和浅层孔隙水的严重污染,大兴堡一带取样化验分析表明亚硝酸盐超标2925倍,氨氮超标3019倍,细菌超标75倍,大肠杆菌超标800倍以上,造成了严重的水质性缺水,导致农村生活用水困难,周边岩溶台地区旱地的干旱缺水也很严重。该区岩溶水主要是来自周围裸露型岩溶山区的侧向径流,其次有少量的大气降水通过松散覆盖层孔隙的垂向渗透补给。在侧向径流中,一部分来自盆地底面以上上层径流带的岩溶水,以盆地底面为排泄基准,沿盆地边缘形成大泉、暗河排泄;盆地底面以下下层径流带的岩溶水,继续向深部呈近水平二维溶隙扩散流向盆地下游径流,通过盆地南部存在的落水洞和岩溶洞管,向小江峡谷区汇集排泄。大兴堡一带是岩溶水由浅变深,由较均匀的水平二维溶隙扩散流向不均匀的三维溶洞管道流过渡的转换地带,岩溶水埋深逐渐增大,径流逐渐集中。该区岩溶水汇集,且覆盖型岩溶含水层组具有很大的储存资源可以发挥调节作用,允许开采量大,岩溶发育较均匀,是一般供水钻井开发的主要分布区,适宜将大泉或暗河与富水块段联合规划开发,有效调节开发利用岩溶水。

南部岩溶河谷纵坡降大,地形切割深,谷坡陡峻,沟谷发育,植被覆盖率较低,土层浅薄,土地零散,以坡地为主,上游多种小麦、玉米,下游种植柑橘、黄竹等,水土流失强烈,石漠化严重。交通极差,人口稀少,村落稀疏。谷坡之上地表径流很快,岩溶水深埋,空间分布极不均匀,以溶洞管道流为主,在谷底集中排泄,水资源短缺。宜以表层泉开发解决农村生活用水困难。由于小江河谷为全流域地表水和地下水的集中排泄带,水能资源富集,而土地及其他自然资源和环境条件差,因此,适宜建设中小型水电站开发水能资源。

小江流域岩溶水是由大气降水入渗而形成,其上层径流以泉、暗河的形式以泸西盆地底面为排泄基准排泄而转化成地表水,最终汇集于盆地南部通过工农隧洞及落水洞排向小江;下层径流则以小江水面为基准而通过深层径流排泄(图3-2)。流域岩溶水的年平均补给量,减去以泸西盆地为基准的上层径流排泄量及小江流域岩溶水开采利用后的损耗量,应等于小江流域岩溶水的下层径流量。

流域岩溶水均衡方程:

QR-Q1-Q2=QD-Q3

式中:QR—小江流域岩溶水天然补给量(104m3/a),采用渗入法计算,补给面积取全流域裸露型岩溶面积,降水量取泸西县气象站2003年降水量;Q1—以泸西盆地底面为排泄基准的上层径流排泄量(104m3/a),采用泉流、暗河流量汇总法,即累加2003年野外调查期间泸西岩溶盆地汇水范围内的所有岩溶水天然出露点的排泄量(实测流量);Q2—小江流域岩溶水开采利用后的损耗量(104m3/a),为全流域合计开采量减去退水量,计算公式:Q2=QK(1-tS),式中:QK为2003年小江流域岩溶水的开采量,tS为退水系数,根据区域经验取0.85;QD—小江河谷岩溶水排泄量(104m3/a),为未知量;Q3—泸西岩溶盆地南端落水洞、排水隧道地表水2003年的泄流量(104m3/a)。

岩溶水均衡方程左边为小江流域岩溶水总的大气降水渗入、灌入天然补给量,减去以泸西盆地底面为排泄基准的上层径流排泄量,以及小江流域岩溶水开采利用后的损耗量,显然剩余的仅有小江排泄带以上继续作深远程径流的下层径流量;右边为排入流域的最终排泄基准小江河谷的岩溶水总排泄量,包含下层径流量和泸西岩溶盆地南端落水洞、排水隧道吸收的地表水泄流量,显然,当其减去后一项之后,剩余的也仅有下层径流量。所以,方程是成立的,能准确完整地反映小江流域的“三水”转换关系。

选择2003年为均衡年,通过计算,小江流域岩溶水 2003年补给量为 14013.12 104m3/a,上层径流量为6917.89 104m3/a,下层径流量为6124.51 104m3/a(表3-1),下层径流量占年平均补给量的44%。这一研究成果,首次定量说明了岩溶盆地流域岩溶水开发的资源前景及潜力。

表3-1 泸西小江流域岩溶水均衡计算结果表 单位:104m3/a

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