罗平县洒蚂蚁暗河岩溶地下水资源开发利用初探

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  【摘 要】在暗河岩溶发育地区,对区域内的地质条件、岩溶水系统进行分析研究,提出暗河岩溶水开发利用方案及保护措施,合理开发利用区域内的暗河岩溶地下水资源,对探索解决岩溶发育地区的农业生产用水及人畜饮水问题提供新思路。
  【关键词】暗河岩溶;地下水;开发利用
  1基本情况
  罗平县洒蚂蚁暗河流域位于云南省东南部的罗平县板桥镇洒蚂蚁村,其流域面积约17.703km?,属九龙河流域内的一条暗河。处于罗平盆地北部,距板桥镇2 km,距罗平县城20km,交通条件较好。流域内地貌类型为岩溶槽谷,海拔1400~1600m,地势东南高西北低,相对高差200m左右。暗河流域呈北西向展布,长约8km,暗河出口位于六冲村北200m处,出流后汇入九龙河,流域与九龙河的高差为140m左右,暗河流域内天窗多处可见。区内属亚热带高原季风气候区,年平均气温15.1℃,夏季较热,最高气温38℃,冬季出现冰霜。雨季主要集中在5~9月,降雨量占全年的85%,多年平均降雨量为1140.5mm。流域内约4万人,以农业经济为主,农作物为水稻、玉米、油菜、烤烟。由于受自然因素制约,流域内基岩裸露,石漠化强烈。洼地、落水洞发育,干旱缺水严重,粮食单产低,经济发展缓慢。开发利用的暗河天窗地理位置为东经104°16'20"、北緯24°50'18",水位埋深7m,枯季偶测流量130L/s。
  2地质条件
  2.1地层岩性
  流域内主要分布三叠系永宁镇组、个旧组和法郎组地层。1、永宁镇组(T1y): T1ya:灰岩及含泥质蠕虫状灰岩,厚129~240m。T1yb:黄绿、紫色细砂岩夹粉砂岩、页岩、泥灰岩夹泥岩,厚49~194m。2、个旧组(T2g): T2ga:灰、深灰色灰岩,中、上部相变为白云岩,厚267~470m。T2gb:灰质粉砂岩夹泥质白云岩、灰岩、白云岩,厚192~335m。T2gc:灰、深灰色灰岩、泥质灰岩,厚325~569m。T2gd:灰色块状白云岩,上部相变为浅灰色灰岩,厚1386m。3、法郎组(T2f): T2fa:灰至灰黑色隐晶质灰岩,泥质灰岩,厚10~160m。T2fb:黄褐、灰色泥质粉砂岩,细砂岩、泥岩,厚212~819m。
  2.2地质构造
  整个区域处于华南褶皱系的滇东南褶皱带内的罗平—师宗褶断束构造单元。区内构造复杂,以北东向构造为主。北东线向构造平面上有两种不同的展布形态,一是大致呈北东向直线分布,主要由法本背斜、高桥寨背斜、老厂背斜、雄武背斜组成,同时,在这些构造带中,还有一些背西向张扭性断裂与之斜交、直交及错开;二是以反复曲折的弧形构造北东向断续延伸,由一系列弧形褶皱和压扭性断裂组成,大同附近有一些向南明显突出的弧称大同弧,在苦干得附近新寨以北形成北向突出的肘状弯曲称新寨弧。开发流域内构造为一缓倾单斜构造。暗河出口附近发育有北东向断层,规模较大,为区域断层。
  3岩溶水系统特征
  3.1含水层组及赋水空间特征
  流域内T2ga、T2gc、T2gd、T2fa灰岩、白云岩含水层组,富水性强,径流模数16.59L/s.km?,岩溶发育但不均匀,主要以溶洞、溶隙、溶孔、地下岩溶管道为赋水空间,地表洼地、落水洞发育,密度约1个/km2。T1gb碎屑岩夹碳酸盐岩含水层组富水性较弱,径流模数为0.25~0.66L/s.km2,为相对隔水层。
  3.2岩溶水系统边界
  洒蚂蚁暗河呈北西向展布,长约6km,出口地层为T2gd,偶测流量为119.4L/s。管道发育规则,地表落水洞间断分布,深度一般20~40m。暗河天窗多处可见,在出口上游1.8km处,发育一天窗,水位埋深28.5m,枯季偶测流量为130L/s。暗河系统含水介质主要为T2ga、T2gc、T2gd灰岩、白云岩,尤以T2gd块状灰岩、白云岩占绝对优势。流域东部和北部、东南部地表、地下分水岭相重合,成为流域边界,西南部以T1yb砂岩、页岩、泥岩构成系统边界;西部则以北东向阻水断层为边界。
  3.3岩溶水系统结构
  该暗河系统处于溶蚀槽谷中,暗河系统主要含水层为T2ga、T2gc、T2gd灰岩、白云岩,呈单斜构造,岩层产状平缓,槽谷内岩溶发育强烈,但不均匀,在垂向上可划分为3个带。A1带,是地下水垂直渗流带,垂直岩溶强烈发育,通常为正地形,落水洞、竖井、大型溶隙为主要形态,厚度一般小于100m,降水迅速下渗,季节性变化十分活跃,是地下水的补给带,开采地下水无条件。A2带,是地下水的主要活动带,地下岩溶发育十分完好,厚50m左右,地下水、地表水交替活跃,动态变化显著,是区内地下水的最主要储存运移带。中厚层一块状的T2gd、T2gc、T2ga可溶岩,岩溶发育,地层中出露流量较大的大泉、暗河,特别是流域内的T2gd、T2gc可溶岩,发育充水溶洞、天窗,洒蚂蚁村至六冲村的一条大型暗河岩溶管道,即属该带。流域内落水洞普遍分布,深度一般20~40米,西部水位较浅(20米左右),管道亦规则,暗河、天窗多处可见。A2带之下地下水运动十分微弱,控制深度一般在100m以下,为岩溶弱发育带(A3带),受局部侵蚀基准面迅速下降的影响,地下管道水流溯源侵蚀亦逐步加强,因此水流纵向局部呈阶梯状。薄~中厚层状的T2gb不纯碳酸盐,由于含SiO2、Al2O3等酸性不溶物,不利于地下水的溶蚀,多形成岩溶裂隙形态,无岩溶管道。
  3.4岩溶水补给、径流、排泄特征及动态
  流域内地貌类型为岩溶槽谷,谷地内分布着许多大小、深浅不等的洼地,构成地下水补给通道,降水在洼地内汇集,以集中灌入方式补给地下水。东北部的白虎山~老尖坡~红石岩~板桥一带以及西南部的笔架山~大安谷~大栗树~新村一带,为该流域的地下水主要补给区,地下水以大气降水为主要补给源,其次还有一部分是由地表溪流的点状灌入补给和农田灌溉的渗漏补给。洒蚂蚁的大街~大法郎的大寨~六冲村一带为主要径流区,地下水获得补给后自南东向北西沿着这一带地下管道径流。六冲村以西的冲沟即为该流域的排泄区,在六冲村以北200m处即为暗河出口,地下水通过这一暗河出口,向九龙河汇集。该流域内岩溶水动态变化较大,雨季时,地下管道泄水不及,水位上升,有地下水沿天窗、溶洞溢出的现象,地下水位变幅最大超过30m,雨季暗河出口流量为枯季的数十倍。   3.5岩溶水化学特征
  洒蚂蚁暗河系统水化学类型属HCO3~Ca.Mg型,矿化度低,为182~210mg/l,总硬度8.54~9.56德度,PH值7.8~8.0,属弱碱性、微硬的淡水,水质良好,适宜生活、灌溉及一般工业用水。
  4岩溶水文地质、环境地质及开发技术条件
  4.1岩溶水文地质条件
  暗河系统内主要分布为T2ga、T2gc、T2gd、T2fa碳酸盐岩含水层组,岩溶发育强烈,但不均匀,以溶洞、溶隙、溶孔、地下岩溶管道为赋水空间,富水性强,有大的泉点出露,其中,1166号泉点和1169号泉点的流量分别为20.81L/s和42.40L/s,洒蚂蚁1167号暗河出口处的流量为119.4 L/s,同时,沿着暗河管道还发育多个天窗、充水溶洞。补给条件好,地下水径流畅通,循环交替强烈。水位埋深小于30m,地下水丰富,易于开采。T2gb富水性弱,为地下水相对隔水层。
  4.2环境地质条件
  暗河系统处于溶蚀槽谷地带,无工矿企业分布。溶蚀洼地、岩溶漏斗、溶蚀裂隙等发育成为地下水补给通道,地下水主要由大气降水补给,其次地表溪溝也有一定的补给,补给区没有工业污染源,因此,地下水的物理性质良好,水化学类型为HCO3~Ca.Mg型较为简单,矿化度较低,有害离子含量微弱。暗河系统内无崩塌,岩溶塌陷等地质灾害分布。
  4.3开发技术条件
  区内地下水丰富,岩溶发育,但极不均匀,迳流集中,形成暗河系统,洒蚂蚁1177号暗天窗,枯季偶测流量为130L/s,水位埋深为7m。天窗附近岩体完整性较好,适宜采用地质工程措施,进行截堵,建成地下水库。
  4.4允许开采量
  根据1:20万区域水文地质普查报资料,该暗河流域位于25号富水块段内,天然径流量、允许开发量计算可采用该富水块段内的相关参数值。该富水块段的年平均径流模数M1为16.22l/s.km2,暗河流域面积为17.703km2。
  天然径流量计算:
  Q补=86.4M1.F
  =86.4*16.22*17.703=24089.14m3/d
  其中:Q补:天然径流量(m3/d)
  M1:年平均径流模数(l/s.km2)
  F:暗河流域面积(km2)
  5暗河岩溶地下水开发工程措施
  通过上述对暗河岩溶地下水的地质条件、岩溶水系统特征及水文地质、环境地质、允许开采量的分析计算,最终采取暗河堵截建库引流灌溉方案。
  为确保暗河堵截建库成功,在拟选坝址处做详实的勘察工作,完成1:10000水文工程环境地质测绘6km2,1:500地形测量0.4km2,1:500综合地质剖面测绘693m,同时重点对左岸、右岸薄弱分水岭地带、坝址区及季节性正上暗河出口开展了地质勘察工作,共布置了13个钻孔,总的钻探进尺为320.7m。其中,坝轴线上布置了7个钻孔,孔深19.9—29.6米,库区右岸分水岭地带布置了4个钻孔,孔深24.3—30.2米,库区左岸分水岭地带布置了一个钻孔,孔深14.9米。
  各钻孔根据勘察纲要的要求做了压水试验(注水试验)、标贯试验,对于坝轴线上的钻孔,其中6个钻孔做了地震波速测试试验,同时,根据具体情况取了9组岩芯样。
  根据勘探孔的单位透水率,大坝坝基、坝肩采取帷幕为悬挂式帷幕,灌浆工作应在坝基砼浇筑完成后进行 ,使之灌浆孔上部有一定的压盖厚度。采用自上而下灌浆,灌浆分Ⅲ序进行。全长150m,布置于坝轴线上游1m处,按2.5m的孔距布单排孔,孔数61个,进尺1299m,其中第四系钻进83m,基岩钻进1216m,基岩灌浆812m。检查孔按灌浆孔数量的10%布孔。共6孔,检查孔进尺120m,按5m一段次进行压水试验共24段次。
  暗河岩溶地下水堵截建库(小平桥水库),为小(二)水库,设计洪水标准为20年一遇,非常运行洪水标准为100年一遇,设计大坝为浆砌石重力溢流坝,坝长80m,最大坝高12.89m,总库容42.18万m3,死库容5.74万m3,设计正常库容38.08万m3,兴利库容32.34万m3,溢流堰宽6米,底流消能,底涵最大过流能力2.13m3/s。水库于2006年建成并达到设计要求,现水库运行正常,较好地发挥着社会、经济效益。
  6结语
  暗河岩溶地下水补给区多分布于裸露岩溶山区,一般地形坡度大,植被覆盖率低,以大气降水补给为主。一方面大气降水通过落水洞、漏斗、竖井等垂直岩溶通道以点状灌入式补给,其补给方式过于集中,补给速度快,单个补给点补给量大,导致大量的地表水未受任何阻滞作用就直接汇入暗河通道;另一方面暗河含水层多呈裸露状态,覆盖层一般为厚度小且分布不连续的粘土,阻止污染物渗透的能力弱,基本起不到预防性的吸附、过滤作用,暗河系统的污染防护功能极低。暗河岩溶多为集中的管道流,水动力条件好,循环交替迅速,动态极不稳定,因此,一旦岩溶水污染,污染物传授速度极快,暗河的污染自净能力弱。总之,暗河水源地的脆弱性表明,大家在开发利用暗河岩溶水资源的同时,必须重视岩溶水防护积极条件差,对污染十分敏感,自净能力弱,极易受污染的特点,加大宣传力度,对岩溶流域范围内的环境保护工作,使开发出的地下水资源更好地为人民利用。
  参考资料:
  区域水文地质普查报告(1:20万)罗平幅
  《岩溶找水与开发技术研究》王宇
  《云南省罗平县洒蚂蚁暗河岩溶地下水资源开发工程可行性研究报告》
  《罗平县板桥镇小平桥暗河调蓄水库初步设计》
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