北京地質大學朱遠峰

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學校名稱：東北師范大學

院（系）名稱：計算機系

本科生學號：

學 位 論 文 題 目

學 科、專 業：計算機科學技術

本科生姓名： _____ _

指導教師姓名：_________

指導教師職稱：___________

⑵ 峰林平原型岩溶水資源可持續開發與利用模式——以桂中新埠江流域為例

夏日元^1，2，羅偉權^1，2，唐建生^1，2，李兆林^1，2

（1.中國地質大學（北京），北京100083；2.中國地質科學院岩溶地質研究所，桂林 541004）

作者簡介：夏日元（1963—），研究員，岩溶資源與環境研究中心主任，長期從事岩溶水資源和生態環境調查研究工作。

摘要：針對桂中峰林平原岩溶區水資源環境特點，提出了「挖井鑽孔、節水灌溉與發展高效農業」相結合的水資源可持續利用模式。即挖井鑽孔，建設抽水型地下調節水庫，解決區域性乾旱問題；節水灌溉，發展節水型生態農業，提高取水和供水經濟效益；調整用地結構，水資源調蓄—高效種植—高效養殖—生態建設相結合。水資源開發有四方面具體措施：①碎屑岩補給區興建山塘聯合水庫，解決城鎮供水問題；②尋找徑流帶打機井，解決分散居民供水問題；③挖大口井開發表層岩溶系統地下水，解決農業灌溉用水問題；④地下水溢出帶修建排澇和供水渠網，供水與防澇相結合。

關鍵詞：水資源；可持續利用；峰林平原；桂中

桂中峰林平原岩溶區主要分布於廣西中部和東北部，涉及約20個岩溶縣（市），總體特徵為：地形平坦，耕地連片，地下水埋藏淺，水資源和光熱資源豐富，是岩溶區不可多得的農業基地。本文以廣西賓陽縣新埠江流域為例，在1/5萬水文地質和環境地質調查的基礎上，在考慮水資源開發利用與生態建設和經濟發展相結合原則的前提下，進行了岩溶水資源綜合開發利用規劃，提出了不同岩溶環境類型區水資源開發利用方式和具體措施。並通過示範，實現了以水資源的可持續利用，支持當地社會經濟的可持續發展。

1 水資源環境特徵

（1）地質條件。區內出露的地層有寒武系、泥盆系、石炭系、二疊系、白堊系和第四系。以碳酸鹽岩岩性為主，其分布面積占流域總面積的75%，碎屑岩分布於邊緣地帶。褶皺寬緩，地層產狀平緩；斷裂構造偏少，主要有北東向發育的4條斷裂帶，它們切斷了向斜翼部地層，使泥盆系—石炭系的碳酸鹽岩地層呈疊瓦狀重復出現。這些特徵控制了區內岩溶發育和水資源分布的總體格局。

（2）地形地貌及耕地資源條件。碎屑岩組成的地貌多為中高山，標高200～300m，最高峰為673m；碳酸鹽岩區則為典型的孤峰、殘峰溶蝕平原，標高90～105m，地勢平緩開闊。土層厚度0～10m。耕地面積占土地總面積的15%～20%，其中水田佔耕地的60%～70%，旱地佔耕地的30%～40%。人均耕地0.08hm²左右，高於西南岩溶區平均水平。

（3）土壤特性。由於滲漏、淋溶作用強，致使土壤結構疏鬆，涵水、保肥能力差，調節功能弱，土壤養分流失嚴重。有機質含量一般小於1%～2%，土地瘦瘠，低產田地多。

（4）岩溶發育特徵。岩溶發育強烈，裸露區石山峰體上多見有數層溶洞，腳洞、側洞、穿洞和岩溶泉較為普遍；覆蓋區溶蝕—堆積殘丘平原上，表層岩溶系統的岩溶化極強，漏斗、豎井、落水洞、地下河天窗、溶洞和地下河管道等構成物質與能量迅速滲漏轉移的復雜介質結構；局部地勢較低部位常形成寬而淺的窪地，石芽、「石海」遍布。

（5）水文地質條件。地表除水系幹流外，多無常年性水流。碎屑岩地區和峰叢山區為地下水的補給區，峰林平原為徑流區，孤峰平原則為溢出帶。地下淺部水位變動帶附近橫向洞穴比較發育，溶隙比較均一。地下水以分散的水平運動為主，水力坡度緩，具有基本統一的潛水位；飽水帶發育岩溶地下河系統，一般匯水面積較大，以集中排泄為主，非均一性強；大氣降水、地表水和地下水交替強烈，地下水動態不穩定；地下水埋藏較淺，枯季水位埋深10～30m，雨季僅數米甚至溢出地表。

（6）乾旱缺水狀況。降水時空分布不均，農作物需水高峰期（4～5月和9～10月）降雨量偏少，旱災頻繁。據多年資料統計，春旱出現頻率為25.9%，秋旱頻率為19.1%。水利設施不足，地表水利工程所需投資大、運行成本高，地下水開發利用率僅有20%～30%，耕地有效灌溉面積僅佔50%左右。流域內年平均受旱面積達60萬hm²，平均每年減收糧食18.34萬t，減收甘蔗55.41萬t，經濟損失超過10億元。黎塘鎮有647hm²水田因缺水而改為旱田，每年缺水量為340萬m³；和吉鎮51個自然村中尚有43個自然村和鎮政府所在地飲水未解決，2003年全鎮種植甘蔗1800hm²，因乾旱枯死近667hm²。

（7）開采地下水引起了岩溶塌陷等環境地質問題。黎塘城區目前開采地下水的單位51家，日開采地下水量4.0萬m³，高峰期7.2萬m³，枯水期地下水超采量3萬m³/d。因超采地下水引起岩溶塌陷320多處，波及面廣，危及建築物及人身安全。

2 水資源可持續利用模式與措施

由上所述，水資源是制約桂中岩溶地區社會和經濟發展的關鍵要素，水資源的有效利用，總體應採取聯合調控的方式，水資源開發—節水利用—產業結構調整—生態建設相結合，即採取「挖井鑽孔、節水灌溉與發展高效農業」模式。

2.1 挖井鑽孔，建設抽水型地下調節水庫，解決區域性乾旱問題

該類型區開挖大口徑井和鑽井建機井的條件比較有利，開發投資少、周期短、取水成本低。抽水型地下調節水庫的基本原理為：利用峰林平原淺層岩溶化強、儲水性和透水性好的特點，在農作物需水的乾旱季節過量開采中深層地下水，形成調節空庫容，雨季來臨後通過天然入滲而恢復地下庫容。

根據新埠江流域水資源分布規律和開發現狀，區內不同岩溶環境類型區水資源開發利用具體措施（圖1）為：

圖1 新埠江流域水資源綜合開發利用規劃圖

1—流域邊界；2—地表水系；3—地下河；4—分區界線；5—地下水開發利用點；6—興建山塘聯合水庫區；7—打機井開發徑流帶地下水和挖大口井開發表層岩溶系統地下水區；8—修建排澇和供水渠網和挖大口井開發表層岩溶系統地下水區；9—打機井、挖大口井和供水渠網綜合開發區

（1）碎屑岩補給區興建山塘聯合水庫，解決城鎮供水問題。黎塘鎮現有居民20多萬人，主要以地下水和新埠江為供水水源地。由於抽取地下水引起了岩溶塌陷等一系列地質災害和水質污染問題，已經進行了控制開采。而東南部碎屑岩區，原有6處小山塘水庫，未能有效利用。該區距黎塘鎮僅2～3km，地勢高出60～80m，供水條件較好。故將原山塘水庫擴建並串聯成聯合水庫，增大庫容和供水能力，作為黎塘城鎮居民供水水源。

（2）尋找徑流帶打機井，解決分散居民供水問題。流域內村民居住較為分散，一般3～4km有一個自然村，每個村200～400人。原居民飲用水源為地表低窪水塘和少量大口井，旱季乾枯，農田和生活污染嚴重，水量和水質均得不到保證。區內泥盆系下統（D₃）和石炭系下統（C₃）岩性較純，發育有富水性較好的條帶狀蓄水構造，在岩性接觸帶和斷裂部位形成了地下徑流帶或地下河，從而具備了打深井供水的條件。可採取在分散自然村每個村打1口機井，集中供應飲用水。井深一般60～80m，水質較好；井間距3～4km，不會引起大面積水位下降及地質災害問題。

（3）挖大口井開發表層岩溶系統地下水，解決農業灌溉用水問題。區內碳酸鹽岩之上土層覆蓋厚度0～10m，在土岩接觸帶附近及其下10m范圍內存在一個岩溶發育相對較強的岩溶帶，岩溶形態以溶溝、溶槽和溶蝕裂隙為主，賦存有地下水，但儲水量不大。可採取打淺井和開挖大口井方式，分散利用此類水資源。井深一般10～20m，井間距50～100m。由於流域內地表水利設施不完善，無供水渠網，採取該方式開發表層岩溶系統地下水，可有效解決農業灌溉用水問題，而且成本低，帶來的環境問題少。

（4）地下水溢出帶修建排澇和供水渠網，供水與防澇相結合。峰林平原岩溶區地下水溢出排泄帶一帶，由於地勢低窪，雨季地下水位一般上升到地表，產生洪澇災害，淹沒農田；而旱季地下水位又迅速下降，造成乾旱缺水。此類地區宜進行農田改造，修建蓄水池塘、開挖大口井、開挖排洪溝與建設供水渠網相結合，從而既解決防洪排澇問題，又解決乾旱缺水問題。

2.2 節水灌溉，發展節水型生態農業，提高取水和供水經濟效益

水資源的有效利用不僅要在源頭上尋找水源，合理開發，而且要在利用方式上進行攻關，提高水資源利用率。具體措施有：採取噴灌、滴灌、移動式灌溉等節水灌溉技術；進行土壤持水能力改良，包括生物蓄水保肥和保水技術，引進需水量少的高效、優質品種等，增強抗旱、減災能力；進行產業化開發，提高取水和供水經濟效益。

2.3 調整用地結構，水資源調蓄—高效種植—高效養殖—生態建設相結合

包括改良水資源和土資源配置關系，調整用地結構，擴大經濟果林面積；合理調整農業產業結構，減少高耗水作物種植面積，擴大高效旱作如瓜果、蔬菜、葯材等經濟作物的種植面積；營造生態經濟林，提高森林覆蓋率和涵養水源功能，治理水土流失和石漠化，改善平原區小氣候等。

3 示範成果

（1）飲用水方面。通過詳細調查水文地質條件，並開展地球物理探測工作，確定了流域內可以供水的優選井位。在和吉鄉的伶俐、巴窄等6個村已實施了鑽探成井，村民用上了自來水，三六、大吉等村的井位也已確定。和吉鄉政府所在地，由於處於地勢較高的分水嶺和石炭系弱含水帶部位，飲用水長期未能解決，居民用水依靠用車到十多公里以外拉水。本次研究通過反復調查和勘探，發現了溶蝕裂隙型含水層，打成了1口供水井，出水量360m³/d，解決了長期缺水問題。

（2）表層岩溶系統地下水開發方面。在黎塘鎮謝村橋美示範區，開挖岩溶淺井6個，井深10～20m，在土岩接觸帶附近和基岩頂部岩溶強風化帶獲得了可以供水的含水層。實現保水灌溉面積約233hm²，大大改善農業生產條件。

（3）發展節水型生態農業方面。在黎塘鎮謝村橋美建成了以蔬菜為主的高效農業基地，面積達約167hm²。其內鋪設節水灌溉輸水管9240m，開展固定式噴灌試驗約33hm²，管灌約27hm²，移動式噴灌約107hm²，實現了水資源的高效利用。

（4）調整用地和產業結構方面。引種早熟品種無核黃皮和大果枇杷約26hm²，火龍果約13hm²，甜瓜約13hm²；連片種植牧草約15hm²，在河邊、村邊等閑荒地分散種植6.7hm²，建良種牛養殖場2個，開展了岩溶區種草養殖業試驗。

通過上述措施，不僅解決了飲用水和農業灌溉用水問題，增強了防旱抗旱能力，而且促進了農民增產增收和生態環境的良性循環。橋美示範區蔬菜總產值達1300多萬元，增收20%～30%；火龍果已進入掛果期，每公頃收益達1.5萬元；蘿卜每公頃產量由過去的3萬kg提高到現在的5.25萬～7.5萬kg，年產值達235萬元，增收125萬元。

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⑶ 岩溶水開發實驗效果評價

本書典型研究工作所建成的各項實驗工程，體現了因地制宜，多元取水，綜合利用的原則，取得了顯著的經濟、社會和環境效益(表3-14)。

表3-14 瀘西小江流域岩溶水開發示範工程效益統計表

統計表中的岩溶水開采噸水投資為開發工程建設總投資與年允許開采量的比值；解決農村生活用水的人均投資為開發工程建設總投資與受益人口數的比值；岩溶水單位使用成本為年可變成本與實際開采量的比值，可變成本包含工程運行過程中的管理費、維修費、電費。

皮家寨岩溶大泉束流調壓壅水工程，既解決了泉口下游8000畝耕地的排澇問題，又可解決2000畝水稻、1000畝烤煙、1000畝除蟲菊的灌溉。還改善了瀘西盆地東部邊緣2.1萬畝耕地的灌溉條件，並解決東溝沿線15000人的人畜飲水困難，另外還可取代已建成運轉多年的17個泵站。

灣半孔表層泉蓄引開發工程，解決了方擺、三塘、俱久3個村委會9個村民小組7059人、1415頭大牲畜的飲水困難，及5000畝旱地保苗用水，凹部山小水庫與大灣半孔岩溶水相互調節，使全鄉水資源得到了充分利用，有效推動了全鄉經濟發展，有水澆灌後，畝增產糧食50 kg。李子箐表層泉蓄積工程，使蓄水池成為有補給的「活水」，不易乾涸，水質明顯改善，解決了全村164戶650人，600多頭大牲畜的飲水困難。

大衣村飽水帶富水塊段深井工程，不僅解決了示範區432人、180頭大牲畜的飲水困難，而且還解決了200畝旱地經濟作物旱季保苗用水，每年可節約拉水勞力6000個；萬畝果園飽水帶富水塊段深井工程，解決了示範區乾旱缺水困難，使現有500畝苗圃、1000畝經濟作物旱季灌溉用水得到保障，並擴種了200畝核桃、板栗、高原梨等地方名優產品，周邊還開展了植樹造林等生態修復工程建設；三家村飽水帶富水塊段深井工程，解決了三家村、阿勒村1200人、160頭大牲畜飲水困難，結束了三家村、阿勒村長期以來飲水不衛生、不安全的歷史。同時，以水資源開發利用為龍頭，解決了旱地經濟作物的保苗用水，在盆地邊緣開展了水源涵養林建設工程，形成了山上水源林—山腰經濟林—山下基本農田的石漠化治理模式；大興堡飽水帶富水塊段深井工程，解決了2907人及794頭大牲畜飲水困難，600畝旱地水澆地用水，結束了大、小興堡村長期以來飲用污染水、飲水不衛生安全的歷史；丁合村飽水帶富水塊段深井工程，解決了2478人，521頭大牲畜飲水困難，同時還解決了300畝經濟作物的保苗用水。深井工程的建成使用，使實驗區家家戶戶用上了潔凈安全的自來水。

納堡村表層帶富水塊段淺井工程，解決了納堡村300人的農村生活用水困難，使納堡小學300餘名師生飲水困難的現狀得到了極大改善。除生活用水外，打有淺井的農戶，旱季還利用淺井抽水澆烤煙苗，避免了到2～3km外拉水，節約了勞動力。

據瀘西縣政府所作的統計和折算，9項岩溶水開發實驗工程，共解決了30326人、3670頭大牲畜的飲水困難和32200畝耕地的抗旱保苗用水，取得了顯著的經濟效益，獲得每年287萬元的直接經濟效益和每年675萬元的間接經濟效益。為地方經濟發展創造了條件，增強了抵禦自然災害的調控能力，使實驗區群眾的生活條件得到極大改善，為生態環境恢復治理提供了水資源保證，促進了周邊生態環境的恢復。

同時，通過實驗也驗證了對岩溶水資源及環境特徵的各項理論認識，取得了豐碩的科學技術成果，深化了對不同岩溶地質環境條件下不同類型水源地的岩溶水富集規律的認識。綜合應用先進探測技術，研究總結了一套先進適用的岩溶水探測技術方案，大大提高了岩溶水開發的成功率，所施工的深井成井率達到100%。建立了地球物理探測數據的解釋參數和圖形標准，提高了解釋的定量化水平和精度。形成了一套針對不同岩溶水源地類型的有效開發技術方案，建立了岩溶盆地流域岩溶水有效開發模式。

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