花江石漠化治理示范區淺層地下水蓄水工程水質研究

林 濤，周文龍，羅士琴，江 波，賀 衛

(貴州科學院山地資源研究所，貴州貴陽 550001)

花江石漠化治理示范區淺層地下水蓄水工程水質研究

林 濤，周文龍，羅士琴，江 波，賀 衛*

(貴州科學院山地資源研究所，貴州貴陽 550001)

通過2008年至今的水文地質資料收集、水質長期監測以及泉點飲用水的取樣，探明了花江石漠化治理示范區的淺層地下水賦存情況。同時對花江示范區淺層地下水水化學類型進行了分析，使用反距離權重空間插值的方法對區域內主要的污染物濃度進行預測。結果表明，花江示范區內的采石場與化肥施用是污染物擴散的主要原因，對水利設施進行改良對于居民健康具有重要意義。

淺層地下水；水質；花江；空間插值

花江石漠化治理示范區位于貴州省南部，關嶺縣以南[1]，貞豐縣以北的北盤江花江河段兩岸，地理坐標為105°36′30″～105°46′30″ E，25°39′13″～25°41′00″ N[2]。示范區內碳酸鹽巖出露面積比例大，占到全區土地面積的88%，其中輕度以上水土流失面積占到全區面積的63.2%，土壤侵蝕模數達412.8 t/(km2·a)[3]。示范區海拔為500～1 200 m，年平均溫度18 ℃，示范區左岸板貴鄉政府所在地近幾年實際記錄的年均降雨量為977 mm左右，人均雨水量達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，是一個人均雨水資源相對豐富的地區。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年的兩次大規模蓄水工程建設后，居民飲水條件有所改善。但是，村民反映工程飲用水水質條件較差，部分蓄水池只能用于飲畜與農業灌溉。因此，筆者利用居民飲水點水質長期監測數據進行水質空間插值預測，分析水質污染源與污染途徑，提出適合示范區的微型蓄水工程設計措施。

1 淺層地下水及蓄水工程賦存情況及工程分布

示范區飲用水工程水來源主要為中三疊統壟頭組(T2lt)灰巖、白云質灰巖、灰質白云巖、白云巖地層中的淺層地下水[5]，多以泉點的形式出露，成為居民重要飲用水來源。通過數年來的野外實地調查，發現示范區淺層地下水水資源賦存情況有以下特點。

1.1 以喀斯特為主的地下水資源較豐富示范區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404 萬 m3，人均占有量590 m3。示范區廣泛出露中、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%；其余為以灰巖、白云巖、白云質灰巖、灰質白云巖為主[6]的壟頭組(T2lt)及其相變楊柳組(T2yl)，兩者合計38.6 km2，占示范區總面積的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，廣泛分布著喀斯特含水層。因此，示范區喀斯特地下水資源比較豐富，按入滲系數0.28計算，則示范區地下水資源總量為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，則示范區淺層地下水總量達404 萬 m3，人均占有量590 m3。

1.2 喀斯特地下水系統復雜示范區喀斯特垂直方向的裂隙、節理、溶蝕管道十分發育，地表降雨極容易沿垂向的裂隙、節理、溶蝕管道快速進入地下深處；另一方面示范區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370 m，花江河谷與示范區人口、耕地分布比較集中的地區如查耳巖、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800 m以上，山高坡陡，相對高差很大；而進入地下深處的水體，其存儲、遷移、溶蝕及地下水系匯流管道的發育又主要受深切的花江河谷基準面的控制。

1.3 喀斯特地下水資源空間分異明顯由于北岸喀斯特發育強度弱于南岸，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1.01～1.81 L/(s·km2)，水點流量均值0.30～0.87 L/s。由灰色薄至中層粉品灰巖、亮品生物屑粉-沙質灰巖、生物屑粘土巖組成的竹桿坡組，在示范區北部板貴鄉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1.77～2.99 L/(s·km2)，水點流量均值0.70～10.04 L/s，這一帶因缺乏隔水層，地下水埋深極大。因此，板貴鄉從進入花江大峽谷的公路埡口開始，經三家寨至板貴鄉政府——陳家大坡沿線一帶，人畜用水十分困難。在整個示范區南部的頂壇片區和板貴鄉靠河谷一線及坡上公路上部陡峻的峰嶺，主要分布著以灰巖、白云巖、白云質灰巖、灰質白云巖為主的壟頭組及其相變楊柳組，喀斯特十分發育，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5.05 L/(s·km2)，水點流量均值4.03 L/s；地下水埋深50～100 m，不少地區大于100 m甚至300 m，大于示范區北岸賴石科組和瓦窯組分布區地下水的埋深。

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

2 工程蓄水水化學類型

3 淺層地下水部分離子濃度空間插值

4 蓄水工程設計的改進措施

由于淺層巖溶水流出地表后受到示范區農業生產活動和采石工業的影響，導致大部分水源點污染物濃度偏高。這種水質污染情況可以通過改良蓄水工程的設計來進行恢復，根據示范區山地資源研究所建立的高分子復合材料簡易水池的的實踐經驗，設計適合于貴州石漠化地區的微型蓄水池。選定水池高不超過3.5 m來設計墻身斷面，抗滑系數大于1.05，抗傾系數大于1.01；墻體用75﹟漿砌石塊石，外墻面75﹟水泥砂漿勾縫，內墻面附加1.0 cm×1.0 cm×0.2 cm孔的熱鍍鋼網增加池內抗壓強度，75﹟水泥砂漿內墻找平清光，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，蓄水池內設置爬梯；池頂加覆15 cm鋼絲網預制混凝土蓋板；池底設清淤檢修孔，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高分子復合彈性防滲材料[9]進行處理，防滲率達98%以上(圖4)。

根據馬刨井山地所新水池7年的實際使用情況，結合群眾在生產生活中的實踐經驗，可以證明以上的水池設計方案能夠較好防止化肥、采石作業污染，可以滿足貴州石漠化區小微型飲水工程的要求。

5 結論

示范區淺層地下水水源的一般水化學指標基本達標，對飲用水的小水池、小水窖應采取以下保護措施：

(1)無論淺層地下水、坡面水還是雨水，均應經過過濾后再引入小水池、小水窖。除對樹葉、泥沙等雜質的過濾外，還應使用離子濾膜作進一步的過濾，防止離子污染，以保證進入小水池、小水窖的水質純凈。

(2)應對蓄集于小水池、小水窖中的水進行適當的凈化和滅菌處理，逐步完善二氧化氯消毒和垃圾糞便處理設施，提高飲用水蓄水設施的衛生安全性能。

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

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

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

[2] 吳克華. 喀斯特地區不同等級石墨化綜合治理的生態效應研究——以貴州花江示范區查耳巖喀斯特小流域為例[D]. 貴州：貴州師范大學，2006.

[3] 蘇維詞. 貴州花江喀斯特峽石漠化治理示范區水資源賦存特點及開發利用評價[J]. 中國農村水利水電，2007(2):129-148.

[5] 高漸飛，熊康寧. 喀斯特生態系統服務價值評價——貴州花江示范區為例[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空分布特征[J].水土保持學報，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分析[J].山地學報，2001,19(6)：511-515.

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

[9] 賀衛.貴州喀斯特峽谷區微型蓄水工程的水質保護技術研究[D].貴陽：貴州科學院， 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

貴州省社發項目(黔科合SZ字[2009]3038號)；貴州省工程中心建設項目(黔科合G字[2014]4004號。

林濤(1985-)，男，貴州貴陽人，助理研究員，碩士，從事巖溶學及水資源研究。*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