广西罗城岩溶地下水资源量分析与评价

石树静

(广西地质调查院，广西 南宁 530023)

广西罗城岩溶地下水资源量分析与评价

石树静

(广西地质调查院，广西 南宁 530023)

根据广西罗城县的地质条件、岩溶发育特征、含水介质、赋存及水动力等条件，划分其岩溶地下水系统。结合含水层富水性，分别采用降水入渗系数法、容积法和枯季径流模数法对罗城县地下水天然补给量、地下水储存资源量和可开采资源量进行评价。结果表明全区地下水多年平均天然补给量34 189.75万 m3/a，其中岩溶地下水多年平均天然补给量34 083.32万 m3/a，全区岩溶地下水储存量为116 584.25万 m3/a;可开采资源量为7 125.67万 m3/a。研究结果可为广西罗城县岩溶地下水的开发利用提供科学依据。

岩溶地下水;划分;资源量;罗城县

近年来，人口增长，环境恶化，水资源需求量不断增长，水资源短缺问题日益严峻［1］。西南岩溶区是全球3大连片岩溶发育区之一［2］，虽然岩溶区地下水蕴藏丰富，但常常表现为地表异常缺水和多洪灾［3］;特别是近几年，西南地区每年连续干旱长达几个月，缺水严重［3－5］，岩溶地下水是其重要供水源［6］。而地下岩溶发育规律和地下河分布特征控制着岩溶地区的水资源分配格局［7，8］。因此，研究岩溶发育规律和地下水分布特征，掌握岩溶地下水含水特征与水动力条件，定量评价水资源量，对岩溶地区水资源开发利用、水资源调配、促进经济增长等均有着重要意义［9－12］。本文在查明广西罗城县流河流域水文地质条件、岩溶发育规律的基础上，划分岩溶水系统，最后分析和评价其岩溶地下水资源量。

1 研究区概况

1.1 自然地理

研究区为龙江下游北岸的流河流域，位于广西北部，属中亚热带季风气候区，气候温和，雨量充沛，四季分明。多年平均气温18.86℃，多年平均降雨量为1 525 mm，5～8月份为雨季，多暴雨，降雨量占全年总量的60%以上。

研究区总体地势为北西部高、南东部低。区内广泛分布碳酸盐岩，地表河流主要为龙江(宜州段)及其支流临江河，其余为岩溶水调节的季节性小河。龙江自西北向东南流，多年平均径流量为387 m3/s;临江河多年平均径流量40.9 m3/s。

罗城县是全国唯一仫佬族自治县，县城为东门镇，四面环山，地表水缺乏，地下水是县城的唯一供水水源，供水能力为1.2万 m3/d，基本满足现状城市生活用水需求，但保证度不高;其他乡镇仍有缺水人口约五万六千人，农田干旱问题也比较突出。

1.2 地层和岩性

研究区出露的地层从老到新依次有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、白垩系及第四系。石炭系、二叠系是区内的主要地层。泥盆系为浅灰色中薄层状灰岩。石炭系英塘组(C1yt)、黄金组(C1h)为灰岩夹泥质灰岩;寺门组(C1s)为页岩夹薄层粉砂岩，中部夹煤层;罗城组(C1l)、大埔组(C2d)为灰岩、白云岩;马平组(C2P1m)、黄龙组(C2h)为灰岩夹生物碎屑灰岩、白云质灰岩夹白云岩。二叠系栖霞组(P2q)为含泥质灰岩、泥质粉砂质;茅口组(P2m)为夹燧石团块灰岩;合山组(P3h)为灰岩;大隆组(P3d)为薄层硅质岩。三叠系(T1)为泥质灰岩及页岩、泥灰岩等。白垩系(K)为泥岩夹钙质砂岩及砂质泥灰岩。第四系(Q)主要分布在岩溶洼地、谷地及缓坡上，含砾粘土、砾石层等。

研究区处于桂东北－桂中坳陷区中，跨越罗城凹陷带和宜山弧形断褶带两个四级构造单元，褶皱和断裂构造发育，主要发育北东向构造形迹，地下河也主要沿着北东向的构造裂隙发育。

2 岩溶水文地质特征

2.1 岩溶发育特征

研究区内岩溶发育，岩溶形态有岩溶洼地、坡立谷等，其堆积厚度小于10 m。区内岩溶洞穴共有72个，主要分布于西部排泄区，中部及北部地区零星分布;以垂向为主，未能形成较大规模的水平洞穴。自石炭系下统大塘阶罗城段至二叠系中统合山组地层中均有岩溶洞穴发育，其中发育最多为石炭系中统黄龙组地层，占37.66%。

本区钻孔遇洞率为36.36%，遇溶洞的39个钻孔共揭露个体溶洞53个，其中15个发育于灰岩地层，38个白云岩地层，溶洞高度(h)为 0.1 ～15.9 m(表 1)。

表1 钻遇的溶洞高度统计

钻孔揭露的溶洞中(图1)，白云岩地区自地表至90 m左右均有岩溶发育，其中10～40 m段岩溶最为发育，溶洞数量较多，溶洞规模也较大。在灰岩地区，岩溶发育主要在70 m以浅，10～30 m段溶洞数量较多，30～70 m段溶洞个数减少，但规模明显增大。

区内表层岩溶带普遍发育，纯灰岩地区表层岩溶带发育强度高于不纯灰岩地区，灰岩区高于白云岩区。

图1 钻孔揭露溶洞统计图

2.2 岩溶水储存条件

区内碳酸盐岩地层广泛分布，岩性以纯碳酸盐岩、含燧石结核碳酸盐岩和碳酸盐岩夹碎屑岩为主，占总面积的99.05%，是最重要的含水岩组;第四系松散堆积物主要分布于河谷附近的岩溶洼地、谷地底部及周边缓坡上，一般不含水或含水贫乏。

根据含水岩组及含水介质特征，地下水可划分岩溶水和基岩裂隙水2种地下水类型。岩溶地下水类型可细分为灰岩岩组裂隙溶洞水、白云岩岩组裂隙溶洞水、碳酸盐岩夹碎屑岩溶洞裂隙水3种类型(表2)。

表2 岩溶地下水含水岩组及富水性

2.3 岩溶水动力条件

区内岩溶地下水主要接受降雨补给。地势较高处以面状渗入式补给。即雨水通过第四系粘性土层或直接通过裸露的岩石裂隙，特别是通过岩溶裂隙缓慢的渗入补给地下水，这是最主要的补给形式;在地势较低地段以集中注入式补给，即降水后来不及立即入渗的坡面流汇集成集中水流后，在洼地、谷地等低洼地段集中注入落水洞、漏斗、溶蚀洼地等汇流到地下河管道中。在丰水季节，河水的侧向补给和水库渗漏补给岩溶地下水，而在枯水季节，补给量降低。

区内地下水径流和排泄特征大相径庭，顺着构造线方向，可以分为明显的3个带。研究区西北部(Ⅰ)的地形坡降大，地下水也以浅循环为主。北部地带的地下水在地形控制下往南东方向径流，在条件适宜的地方以泉的形式出露地表，然后向寺门断裂(F1)断裂附近的岩溶谷地汇集。之后在地表沟谷中以分散流的形式向南西方向径流，支流众多，其中一条支流在地表径流过程中沿寺门断裂旁侧断裂发育的地下岩溶管道向南西方向径流，于向阳屯附近排出地表(向阳地下河)。而在四堡断裂(F13)西侧，发育有两条地下河，为大思兰地下河及拉满地下河。

研究区中部(Ⅱ)的地下水沿控制构造方向自北东向南西径流，发育有坡流和小龙2条地下河(出口S206和S217)及1个岩溶大泉系统(S275)。地下河的径流条件相对简单，然后沿地下岩溶管道向临江河排泄。

研究区东南部(Ⅲ)的谷地两侧地下水向谷地中央汇集，在谷地边缘地带以岩溶泉的形式出露于地表，然后经由谷地中央地表水系排向龙江。

2.4 岩溶水(亚区)划分

据地下水含水介质、地下水赋存条件，并结合地下水补径排条件等，研究区地下水系统可划分为地下河系统、岩溶泉和基岩分散流系统。区内仍有零星的表层岩溶泉系统，由于分布面积小且不连续，分布于其它水系统的表面，在此不再对其另行划分。

区内共有五条地下河及四个岩溶大泉，其中向阳地下河中的地下水排出地表后，又以地表流的形式渗入(或灌入)地下汇入拉满地下河，故将合并为向阳－拉满地下河子系统;另外，区内的火浪岩溶大泉(S019)、中团岩溶大泉(S275)以及流河岩溶大泉(S222)水力联系密切，未作单独划分，一起划为流河岩溶大泉子系统。冲良岩溶大泉位于谷地边缘，泉域范围较小(＜20 km2)，且谷地中局部泉域边界无法精确划分，从水资源计算及开发利用规划考虑，将其并入湖长—三合分散流系统，成为湖长—大要岩溶泉、分散流子系统。因此，本次共划分出四个地下河子系统一个岩溶大泉子系统及一个岩溶泉、基岩分散流子系统，具体见图3。

3 岩溶水地下水资源估算

3.1 计算单元划分

为计算研究区地下水资源量，需划分研究区为不同的计算单元，划分原则为:

(1)为便于具体开发利用规划，以地下河、岩溶泉、基岩分散流子系统作为一级分区，作为水资源评价的大单元，单元内地下水的补径排自成体系，保证水资源计算不重复。

(2)根据岩溶水、基岩裂隙水子系统内含水岩组类型进行二级分区。研究区含水岩组类型共有灰岩、白云岩、碳酸盐岩夹碎屑岩、碎屑岩基岩等4种类型含水岩岩组。在大单元内，将上述四个岩组分别划分为不同亚区。

(3)同一含水岩组中，根据所处位置、含水岩组富水性即水文地质条件的不同进行三级分区，作为水资源计算块段。

根据上述原则，将研究区划分出6个计算单元，共42个计算块段。

3.2 天然补给量

采用降水入渗系数法计算地下水天然补给量，计算单元划分如3.1节所述。

式中:Q补为天然补给量(万m3/a)，α为降水入渗系数，F为面积(km2)，X为年降水量(m)。

各区段面积可直接在数字化的计算分区图上直接读取。根据罗城县及宜州市气象站的降雨量资料(1961－2006年)分别统计，罗城县50%保证率的年降水量为1.617 m，75%保证率的年降水量1.365 m，95%保证率的年降水量1.149 m，多年平均降水量1.566 m，适用于 I1、I2、II一级分区及其子分区;宜州市50%保证率的年降水量为1.357 3 m，75%保证率的年降水量1.187 8 m，95%保证率的年降水量0.947 7 m，多年平均降水量 1.370 6 m，适用于 I3、I4、III一级分区及其子分区。

本文分别应用地下河出口和岩溶大泉的流量动态长观资料及溶潭、天窗和钻孔等水点的水位动态长观资料，推算相应区段的降水入渗系数α，其中相似条件下的α取加权平均值，最终确定α的取值，见表3。

碳酸盐岩夹碎屑岩及碎屑岩区在流域内呈条带状分布，且分布面积很小，该区的降雨入渗系数引用罗城幅及宜州幅1/20万区域水文地质普查报告的取值，即碳酸盐岩夹碎屑岩区取值为0.15，碎屑岩区取值为0.1。

表3 各单元降雨入渗系数取值

将上述参数代入公式(1)，得到研究区地下水多年平均天然补给量(Q补)为34 189.75万 m3/a，50%保证率的Q补为30 651.09 万 m3/a，75% 保证率的 Q补29 718.05 万 m3/a，95%保证率的Q补为28 355.34万 m3/a，其中区内岩溶地下水多年平均天然补给量34 083.32万 m3/a，即出现天然补给量小于28 268.08万 m3/a的概率为20年一遇。基岩裂隙水多年平均天然补给量106.43万 m3/a。

3.3 碳酸盐岩分布区储存资源计算

区内主要供水目标层为岩溶含水层，故本次储存量仅计算岩溶水的储存量，采用容积法计算，计算块段划分与天然资源量计算块段一致。而区内岩溶水分为裸露型岩溶水、覆盖型岩溶水两种，因大部分地区地下水具有潜水特征，局部地区具微承压性，故本次均按潜水计算岩溶水储存量。

式中:Q潜储为潜水含水层的储存量(万m3)，μ为含水介质的重力给水度，F为潜水含水层的分布面积(km2)，H为变动带以下潜水含水层的平均厚度(m)。

给水度μ主要参考区内的灰岩区线岩溶率及给水度约为线岩溶率的1.52倍的经验关系取值，面积F取值与天然资源量计算的取值相同。根据本次调查和钻探揭露的岩溶发育深度，同时参考1/20万罗城幅及宜州幅区域水文地质普查资料，确定最终取含水层厚度(H)为50～60 m，具体见表4。最后将各参数代入公式(2)，计算得研究区岩溶水储存量为116 584.25万 m3。

3.4 可开采资源量计算

全区采用枯季径流模数法计算地下水可开采资源量，计算块段的划分如前。

式中:Q允为地下水可开采资源量(万m3/a)，M枯为地下水枯季径流模数(L/s·km2)，F为面积(km2)。

枯季径流模数(M枯)采用公式 M枯=Q枯/F＇计算，其中M枯为枯季径流模数(L/s·km2)，Q枯为地下河、岩溶泉系统枯流量(L/s)，F＇为地下河、岩溶泉系统汇水面积(km2)。

表4 岩溶地下水储存量计算参数取值

对于有枯季流量资料的地下河系统、岩溶大泉系统，可直接取其枯季径流模数(M枯)，无实测资料的计算区段根据流域内的地形地貌条件及地下的岩溶发育程度等因素，取附近相似区段的值。区内主要地下河与岩溶大泉的枯季径流模数计算结果见表5。

因拉满地下河出口位于河边，流量不可测，且大思兰和小龙地下河出口流量所得枯季径流模数计算结果不合理，根据水文地质条件相似性比拟，故分别采用向阳地下河和坡流地下河的枯季径流模数代替。流河岩溶大泉系统中火浪岩溶大泉流出的地下水最终均汇入地下最终由中团岩溶大泉或流河岩溶大泉排出地表，因此其流量不计入系统总流量。

表5 枯季径流模数计算结果

将各参数代入公式(3)，计算得区内岩溶地下水总允许开采量为9 629.95万 m3/a。因评价岩溶区可开采资源量时应考虑到保留维持生态平衡的生态需水量，将区内各系统的允许开采量扣除30%的生态需水量后，得到地下水可开采量为 7 125.67 万 m3/a。

可开采量占多年平均入渗补给量的19.77%。具体到每个子流域，可采量一般为多年平均入渗补给量的15% ～20%，占95%保证率年份的20～30%，流河流域的比值相对较高，分别为多年平均及90%保证率年份的23.7%、33%。可见，枯季径流模数法计算所得数据是有保证的，但偏于保守。

4 结语

(1)区内岩溶发育，共发育5条地下河，岩溶发育在垂向上具有一定的分带性，区内岩溶发育深度一般在90 m以浅，但灰岩地区岩溶发育深度大于白云岩地区。

(2)区内地下水主要接受大气降水补给，岩溶地下水类型可划分为灰岩裂隙溶洞水、白云岩裂隙溶洞水、碳酸盐岩夹碎屑岩溶洞裂隙水、碎屑岩基岩裂隙水4种子类型。

(3)全区地下水多年平均天然补给量34 189.75万 m3/a，其中岩溶地下水多年平均天然补给量34 083.32万 m3/a，基岩裂隙水多年平均天然补给量106.43万 m3/a;全区岩溶地下水储存量为116 584.25万 m3/a;可开采资源量为7 125.67万 m3/a，开采资源量保证程度较高。

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Analysis and Evaluation of Karstic Groundwater Resources Quantity in Luocheng County of Guangxi

SHI Shu－jing
(Guangxi geological survey institute，Nanning 530023，Guangxi)

Based on the geological condition，development characteristics of karst，types of water－ bearing medium，occurrence and hydrodynamic condition，the karst groundwater system of Luocheng County of Guangxi province was subdivided.Combined with the property of aquifers，the infiltration coefficient of precipitation，volumetric method and the dry season runoff module were used to predict the natural recharge，reserve and allowable exploitation quantity of karst groundwater of Luocheng County，respectively.Results show that the mean annual natural recharge of groundwater over the study area is 34 189.75 ×104m3/a，among them the mean annual natural recharge of karst groundwater is 34 083.32 ×104m3/a.The reserve of karst groundwater is 116 584.25 ×104m3/a and the mean annual allowable exploitation quantity over study area is 7 125.67 ×104m3/a.Results present here provide a scientific basis for the development and utilization of karst groundwater in Luocheng County.

Karstic groundwater;classification;quantity of water;Luocheng County

P641.134

A

1004－1184(2015)04－0019－04

2015－06－03

石树静(1972－)，女，河北安国人，工程师，主要从事水工环地质调查工作。