花江石漠化治理示范区浅层地下水蓄水工程水质研究

林 涛，周文龙，罗士琴，江 波，贺 卫

(贵州科学院山地资源研究所，贵州贵阳 550001)

花江石漠化治理示范区浅层地下水蓄水工程水质研究

林 涛，周文龙，罗士琴，江 波，贺 卫*

(贵州科学院山地资源研究所，贵州贵阳 550001)

通过2008年至今的水文地质资料收集、水质长期监测以及泉点饮用水的取样，探明了花江石漠化治理示范区的浅层地下水赋存情况。同时对花江示范区浅层地下水水化学类型进行了分析，使用反距离权重空间插值的方法对区域内主要的污染物浓度进行预测。结果表明，花江示范区内的采石场与化肥施用是污染物扩散的主要原因，对水利设施进行改良对于居民健康具有重要意义。

浅层地下水；水质；花江；空间插值

花江石漠化治理示范区位于贵州省南部，关岭县以南[1]，贞丰县以北的北盘江花江河段两岸，地理坐标为105°36′30″～105°46′30″ E，25°39′13″～25°41′00″ N[2]。示范区内碳酸盐岩出露面积比例大，占到全区土地面积的88%，其中轻度以上水土流失面积占到全区面积的63.2%，土壤侵蚀模数达412.8 t/(km2·a)[3]。示范区海拔为500～1 200 m，年平均温度18 ℃，示范区左岸板贵乡政府所在地近几年实际记录的年均降雨量为977 mm左右，人均雨水量达7 079 m3，比贵州人均雨水资源量高30%，是我国人均雨水量的近3倍，是一个人均雨水资源相对丰富的地区。降雨量主要集中在5～10月，占全年总雨量的80%以上，其中6～8月降雨量占全年总降雨量的一半以上。由于峡谷特殊地形，从峡谷谷底到谷肩(坡顶)，降雨量约增加了30%。但是，由于石漠化程度高，地表保水能力差，出现降水不易保存，河水不易抽取的居民用水困难。通过1998和2005年的两次大规模蓄水工程建设后，居民饮水条件有所改善。但是，村民反映工程饮用水水质条件较差，部分蓄水池只能用于饮畜与农业灌溉。因此，笔者利用居民饮水点水质长期监测数据进行水质空间插值预测，分析水质污染源与污染途径，提出适合示范区的微型蓄水工程设计措施。

1 浅层地下水及蓄水工程赋存情况及工程分布

示范区饮用水工程水来源主要为中三叠统垄头组(T2lt)灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩地层中的浅层地下水[5]，多以泉点的形式出露，成为居民重要饮用水来源。通过数年来的野外实地调查，发现示范区浅层地下水水资源赋存情况有以下特点。

1.1 以喀斯特为主的地下水资源较丰富示范区喀斯特地下水资源较丰富，总量为1 346万 m3，人均占有量1 966万 m3；其中浅层地下水总量达404 万 m3，人均占有量590 m3。示范区广泛出露中、上三叠系地层，其中以碎屑岩为主的赖石科组(T3ls)和瓦窑组(T3wy)的出露面积5.87 km2， 只占示范区总面积的11.2%；属于碳酸盐岩夹碎屑岩的竹杆坡组(T2zg)出露面积4.73 km2，占9.62%；其余为以灰岩、白云岩、白云质灰岩、灰质白云岩为主[6]的垄头组(T2lt)及其相变杨柳组(T2yl)，两者合计38.6 km2，占示范区总面积的78.55%(图1)。在碳酸盐岩(垄头组及其相变杨柳组)和碳酸盐岩夹碎屑岩(竹杆坡组)出露的地区，广泛分布着喀斯特含水层。因此，示范区喀斯特地下水资源比较丰富，按入渗系数0.28计算，则示范区地下水资源总量为1 346万 m3，人均占有量1 966万 m3；若地下水的30%赋存在浅层饱气带内，则示范区浅层地下水总量达404 万 m3，人均占有量590 m3。

1.2 喀斯特地下水系统复杂示范区喀斯特垂直方向的裂隙、节理、溶蚀管道十分发育，地表降雨极容易沿垂向的裂隙、节理、溶蚀管道快速进入地下深处；另一方面示范区所在的花江段河谷深切，切深一般都在200 m以上，高的地方达370 m，花江河谷与示范区人口、耕地分布比较集中的地区如查耳岩、银洞湾、三家寨、坝山等地的相对高差一般为350～700 m[7]，与峡谷谷肩(牛场)的高差可达800 m以上，山高坡陡，相对高差很大；而进入地下深处的水体，其存储、迁移、溶蚀及地下水系汇流管道的发育又主要受深切的花江河谷基准面的控制。

1.3 喀斯特地下水资源空间分异明显由于北岸喀斯特发育强度弱于南岸，因此喀斯特含水层的富水性弱于南岸，特别是北岸板贵乡韩家寨至木工沿坡上公路一线分布的赖石科组和瓦窑组为层状岩类基岩裂隙水，富水性中等，枯季径流模数1.01～1.81 L/(s·km2)，水点流量均值0.30～0.87 L/s。由灰色薄至中层粉品灰岩、亮品生物屑粉-沙质灰岩、生物屑粘土岩组成的竹杆坡组，在示范区北部板贵乡沿坡上公路呈狭长条带状分布在赖石科组和瓦窑组外围，其地下含水层属于溶洞裂隙水，富水性中等偏弱，枯季径流模数1.77～2.99 L/(s·km2)，水点流量均值0.70～10.04 L/s，这一带因缺乏隔水层，地下水埋深极大。因此，板贵乡从进入花江大峡谷的公路垭口开始，经三家寨至板贵乡政府——陈家大坡沿线一带，人畜用水十分困难。在整个示范区南部的顶坛片区和板贵乡靠河谷一线及坡上公路上部陡峻的峰岭，主要分布着以灰岩、白云岩、白云质灰岩、灰质白云岩为主的垄头组及其相变杨柳组，喀斯特十分发育，其地下水为喀斯特溶洞裂隙水或裂隙溶洞水，富水性中等，枯季径流模数5.05 L/(s·km2)，水点流量均值4.03 L/s；地下水埋深50～100 m，不少地区大于100 m甚至300 m，大于示范区北岸赖石科组和瓦窑组分布区地下水的埋深。

最后，浅层地下水出露点多，但相对集中，泉水量季节变化明显，其中枯季泉水量达7.2 L/s。已探明示范区现有水源点(各类泉点)44个，2008年至今修建的小微型蓄水工程的共有155个(图1)。

2 工程蓄水水化学类型

3 浅层地下水部分离子浓度空间插值

4 蓄水工程设计的改进措施

由于浅层岩溶水流出地表后受到示范区农业生产活动和采石工业的影响，导致大部分水源点污染物浓度偏高。这种水质污染情况可以通过改良蓄水工程的设计来进行恢复，根据示范区山地资源研究所建立的高分子复合材料简易水池的的实践经验，设计适合于贵州石漠化地区的微型蓄水池。选定水池高不超过3.5 m来设计墙身断面，抗滑系数大于1.05，抗倾系数大于1.01；墙体用75﹟浆砌石块石，外墙面75﹟水泥砂浆勾缝，内墙面附加1.0 cm×1.0 cm×0.2 cm孔的热镀钢网增加池内抗压强度，75﹟水泥砂浆内墙找平清光，再用GST防渗材料处理，找平清光及防渗材料处理后总厚度为4 cm，蓄水池内设置爬梯；池顶加覆15 cm钢丝网预制混凝土盖板；池底设清淤检修孔，池底用：5 cm 75﹟砼找平层→15 cm 150﹟钢筋混凝土层→保护清光→GST高分子防水层；对原有渗漏水池的处理，采取水池底板150﹟砼重新浇铸或用F209及GST高分子复合弹性防渗材料[9]进行处理，防渗率达98%以上(图4)。

根据马刨井山地所新水池7年的实际使用情况，结合群众在生产生活中的实践经验，可以证明以上的水池设计方案能够较好防止化肥、采石作业污染，可以满足贵州石漠化区小微型饮水工程的要求。

5 结论

示范区浅层地下水水源的一般水化学指标基本达标，对饮用水的小水池、小水窖应采取以下保护措施：

(1)无论浅层地下水、坡面水还是雨水，均应经过过滤后再引入小水池、小水窖。除对树叶、泥沙等杂质的过滤外，还应使用离子滤膜作进一步的过滤，防止离子污染，以保证进入小水池、小水窖的水质纯净。

(2)应对蓄集于小水池、小水窖中的水进行适当的净化和灭菌处理，逐步完善二氧化氯消毒和垃圾粪便处理设施，提高饮用水蓄水设施的卫生安全性能。

(3)经常对收集雨水的屋面进行清洗，特别是在每年的第一场雨前，更应对屋面进行彻底的清洗，避免陈水及屋面污垢对所收集雨水的污染。

(4)应定期或不定期的对蓄集人畜饮用水的小水池、小水窖进行清洗，尽量缩短新鲜水的更换周期，以减少陈水中的细菌对新鲜水的污染。

[1] 贺卫，李坡，吴克华.花江峡谷示范区表层岩溶水资源的开发与保护[J].水资源保护，2011,27(2)：13-17.

[2] 吴克华. 喀斯特地区不同等级石墨化综合治理的生态效应研究——以贵州花江示范区查耳岩喀斯特小流域为例[D]. 贵州：贵州师范大学，2006.

[3] 苏维词. 贵州花江喀斯特峡石漠化治理示范区水资源赋存特点及开发利用评价[J]. 中国农村水利水电，2007(2):129-148.

[5] 高渐飞，熊康宁. 喀斯特生态系统服务价值评价——贵州花江示范区为例[J].热带地理，2015,35(1)：45-54.

[6] 王膑， 钱晓刚，彭熙. 花江峡谷不同植被类型下土壤水分时空分布特征[J].水土保持学报，2006,20(5)：139-157.

[7] 彭建， 杨明德. 贵州花江喀斯特峡谷水土流失状态分析[J].山地学报，2001,19(6)：511-515.

[8] 李安定，卢水飞，韦小丽. 花江喀斯特峡谷地区不同小生境水分的动态研究[J].中国岩溶，2008,27(1)：56-62.

[9] 贺卫.贵州喀斯特峡谷区微型蓄水工程的水质保护技术研究[D].贵阳：贵州科学院， 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

贵州省社发项目(黔科合SZ字[2009]3038号)；贵州省工程中心建设项目(黔科合G字[2014]4004号。

林涛(1985-)，男，贵州贵阳人，助理研究员，硕士，从事岩溶学及水资源研究。*通讯作者，研究员，从事洞穴及水文水资源研究。

2015-03-19

S 181.5

A

0517-6611(2015)12-262-03