喀斯特地下水开发利用与保护研究

2024-07-09李倩

大众科学 2024年5期

摘要：我国南方喀斯特地区具有特殊的“地上、地下”二元地质结构，受喀斯特水文地质作用的影响，喀斯特地区的水资源的开发、利用以及保护都是相辅相成的。为此，总结了我国南方喀斯特地区地下水资源开发与利用途径（如制定专业打井找水技术、暗河及溶洞提水技术、植被保护技术、地表水-地下水输疏通协管）以及喀斯特地下水保护措施（如加强地表河和落水洞污水排放监管、严格岩溶水动态监测、加强打井建设管理、科学规划喀斯特地下水监测站），同时建议有关部门要及时编制岩溶地下水保护和利用规划，以期从长远角度实现喀斯特水资源的高效可持续开发利用以及科学合理的保护。

关键词：喀斯特水资源与环境水循环利用开发利用与保护中国南方地下水

中图分类号： P641.8文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）05-0049-04

基金项目：贵州省教育厅青年人才成长项目（黔教合KY字〔2022〕157号）。

Research on the Development， Utilization and Protection of Karst Groundwater

LI Qian

Department of Chemical and Environmental Engineering， Guizhou Industry Polytechnic College， Guiyang， Guizhou Province， 550008 China

Abstract： The karst region in southern China has a special "aboveground and underground" dualistic geological structure， and the development， utilization and protection of water resources in the karst region are complementary to each other under the influence of karst hydrogeology. Therefore， this paper systematically summarizes the ways of developing and utilizing groundwater resources in karst areas in southern China （such as formulating professional well-drilling and water-seeking technologies， water-lifting technology from dark rivers and karst caves， vegetation protection technology， and surface water-underground water transmission and dredging co-management）， as well as measures to protect karst groundwater （such as strengthening the supervision of sewage discharge from surface rivers and ponors， strictly monitoring the dynamics of karst water， strengthening the management of well-drilling construction， and scientifically planning karst groundwater monitoring stations）， and it also suggests that relevant departments should prepare the protection and utilization plans of karst groundwater in time， in order to realize the efficient and sustainable development and utilization of karst water resources， as well as their scientific and reasonable protection from a long-term perspective.

Key Words： Karst； Water resource and environment； Water circulation use； Development， utilization and protection； Southern China； Groundwater

我国西南喀斯特地区是珠江、长江上游重要的生态屏障。喀斯特水资源是喀斯特地区所有生物赖以生存的基本的自然资源[1-3]。整体上，我国的水资源总量不低，但是人口基数大，人均水资源量不高。特别是我国西南喀斯特地区受喀斯特地貌的影响，降水很难保存在地表，极易造成工程性缺水。喀斯特地区水资源受降水影响明显，在干旱时期，很多地区会存在水资源供应不足的情况，对喀斯特地区的社会经济发展和公众日常生活饮水都极大的影响[4]。

我国南方喀斯特地区涉及南方9个省、自治区、直辖市（贵州、云南、广西、湖南、湖北、广东、重庆、四川、湖北），面积多达124万km2[5-7]。在这片广阔的区域上形成了绚丽多彩的中国南方喀斯特世界自然遗产地（桂林山水、荔波喀斯特、施秉喀斯特、环江喀斯特、石林喀斯特、金佛山喀斯特、武隆喀斯特），同时也由于人为破坏形成了大量的类似荒漠化的景观现象——石漠化[5-8]，如贵州的花江、撒拉溪，云南的滇东地区，广西的河池、百色，重庆的北碚等区域都是石漠化较为严重的区域。我国南方喀斯特地区无论是美轮美奂的世界自然遗产地，还是类似荒漠化的喀斯特石漠化景观，都是在水的参与下形成的，特别是石漠化问题一般都是在长期无水土保持措施的耕作下，造成水土流失较为严重的情况下形成的裸露地表现象[8-13]。

喀斯特地区具有特殊的“地上、地下”二元结构[14]，大部分区域的地表水会从落水洞转移到地下暗河，一旦地表水发生污染，势必给喀斯特地下生态环境带来威胁。可以说，喀斯特地区的水资源的开发、利用以及保护是相辅相成的。为此，有必要厘清喀斯特地下水开发与利用途径以及喀斯特地下水保护的关系，以期实现喀斯特水资源的高效可持续开发利用，以及科学合理的保护。

1 喀斯特地下水资源开发与利用途径

科学合理地规划喀斯特地区地下和地表水资源的开发和利用，对本区域水资源的可持续利用具有重要意义。喀斯特地上地下二元结构复杂，如果盲目地开发利用地下水，无疑是对水资源的浪费，如果控制不好污水处理，则会对地下水资源产生极大影响。

1.1 专业打井找水技术

喀斯特地区拥有复杂的地下水系管网，如何科学地寻找到地下岩溶管道，是找水打井的重中之重。喀斯特地区打井成本非常高，通常以几十万元为基本投资单位，有的甚至高达百万元、千万元级。为了确保打井的成功，在喀斯特地区打井开发地下水时，要做到以下几点：（1）要有较为精准的大比例尺喀斯特地下水文地质图；（2）要有专业岩溶学知识的人确认岩溶管道走向；（3）要确认岩层的厚度，以便最节约成本；（4）要综合考虑地下管网是否有水；（5）要考虑管道的大小，出水量也需综合考虑。笔者建议，如果没有专业知识背景，在喀斯特地区开发地下水资源一定要慎重考虑，避免造成较大的财产损失。

1.2 暗河、溶洞提水技术

相对于打井开发地下水，暗河、溶洞提水则是技术简单、经济成本较低的一种手段。溶洞提水一般不会考虑重新打井，而是直接在地下溶洞的暗河出露点，利用潜水泵来直接抽取地下水，这种技术可控性极高，成本也是远远低于打井开采。笔者建议，只要是有暗河出露和溶洞存水的条件的地区，均可以采取一定的技术手段，在综合环境评价不影响生态环境质量的前提下，均可以采取暗河、溶洞提水，辅以其他水资源利用技术。

在开发利用暗河、溶洞水资源的同时，还要考虑岩溶水补给路径长、水循环缓慢、过度开采难以恢复等问题，应当加强地下岩溶水的开发利用监督管理，严格开采总量和水位双指标控制，制订年度用水计划，合理开发利用岩溶水[15]，避免造成各区域争相开采的恶性局面。

1.3 植被保护技术

岩溶水的重要来源是地表降水沿着岩石裂隙，慢慢渗入地下管网，而地表植被对减少地表水分蒸发有重要的作用。笔者大量调研发现，凡是植被覆盖较高的区域，在大旱之年灾情不是很严重，而植被覆盖很低的区域则受灾十分明显。为此，要实现喀斯特水资源的长效的可持续利用，必须加强喀斯特地区的植被保护，确保汇流到地下水系管网的水量，避免地表没有植被，从而造成水分的大量蒸发。同时，在条件允许的区域，要适量地增加水土保持林、生态林的种植，在不影响耕地保有量的前提下，提高森林覆盖率，增强水源的涵养能力。

1.4 地表水-地下水输疏通协管

喀斯特地表和地下连接处存在大量的落水洞、漏斗、消水洞，形成地表和地下管网联通。在夏季等暴雨集中的季节，极易造成大量枯枝落叶、作物秸秆、死牲畜、杂物等随着地表水流入落水洞，从而造成洞口相对狭小的落水洞的堵塞，进而导致暴雨集中无法外泄，形成峰丛洼地的洪涝灾害。及时清理峰丛洼地的杂物、异物等，对协调和疏通地表-地下管网、促使喀斯特地区地表地下水资源的顺畅流动具有重要意义。同时，地表水-地下水输疏通协管也是保障地下河流水源不会形成间断的主要措施，具体措施为及时清淤、及时修剪洞口的杂灌杂草、及时清理峰丛洼地的作物秸秆等杂物。

2 喀斯特地下水保护

做好喀斯特地下水资源的合理保护规划，是科学合理开发利用的前提。开发利用喀斯特地表水资源时，要综合考虑地上、地下“二元”地质水文结构的影响，将地上、地下水资源作为一个整体，进行统筹规划。目前我国对喀斯特地区地下水的保护程度仍然不足，需要进一步做好喀斯特地下水的保护工作，以实现可持续的开发利用。喀斯特地下水保护是一切开发利用的前提条件，只有把水资源保护做到位，开发才能更加顺利、合理、可持续。

2.1 加强地表河和落水洞污水排放监管

由于喀斯特地下岩溶水补给路径长，水循环缓慢，必须加强污水排放的监管，严格控制未经过处理的污水直接排入地表河水和落水洞。为此，相关单位应在居民点和城镇工业区的排水点设置污水集中处理设备，并实时监控。特别是农村生活污水相对分散，难以做到监督管理，目前大量存在农村污水直接排放农田和落水洞的情况。针对这种现象，要在农村主要排污口和落水洞排污口设置监控系统，避免排除地下管网造成不良后果。同时开展大量的入户宣传也是必不可少的，由于喀斯特山区农村人口素质与发达地区仍有一定差距，为此要多宣传乡村振兴环境治理的政策，尽量避免不必要的生活污水直排。

2.2 严格岩溶水动态监测

喀斯特地下水动态监测是地下水资源合理开发和有效保护的最基础性的工作，没有系统地监测，必然会造成不科学的盲目开采，甚至会造成水质恶化、地面塌陷和裂缝、地下水严重超采等后果，对生态环境造成破坏，影响了人民居住和生产安全[16]。为此，要开发岩溶水，水利部门必须实时掌握地下水开发的相关资料，形成统一管理，做到实时监控、实时调度。特别是在当前极端的气候环境下，基于岩溶水动态监测基础，做出超前的旱情、涝灾监测预警，对喀斯特地区社会经济发展极为重要。

2.3 加强打井建设管理

喀斯特地区存在“十年九旱”的情况，旱情相对其他非喀斯特地区来说更为严重。近年来我国打井技术的不断发展，为解决人畜饮水问题，打井情况猛增，但很多打井施工前没有进行科学规划。有些地区从岩溶水水质检测结果可以看出，局部岩溶水氟离子不断增高，已经造成污染[16]。一些地区由于打井监督管理不到位，存在打井乱象，例如：打井出水量不够或无水时随意移位重打，废弃工程不填埋；混合开采或上部止封不严格，造成串层污染[16]。为此，必须加强喀斯特地区打井的管理机制，以统一规划来指导喀斯特地区水资源的合理打井开发。

2.4 科学规划喀斯特地下水监测站

基于目前的喀斯特地下水资源利用现状，笔者建议科学地规划建设喀斯特地下水监测站。观测站要对关键点位的地下水的水位、水温、水质、水量、可见污染物、有毒有害物质、无机化学污染物等数据进行实时动态监控，并收集资料，为水文资料积累提供支撑。特别是遇到极端天气时，要及时发布喀斯特地下水的水情预警和危险警报，科学分析地下水文数据并指导开发和保护利用地下水。同时赋予检测站一定的行政权力，确保能够落实严格的地下水资源管理，实现水位、水量双控目标[16]，实现全局性的地下水资源优化调度，做到合理利用、合理开采、科学管理。

3 结语

综上所述，我国南方喀斯特地区地下水的开发利用与保护是一项长期的工作，同时需要地表地下联合协同权衡，以及综合调度的工作。如果地上水资源问题处理不到位，就极易造成喀斯特地下水系统出现各类问题，从而影响整个喀斯特生态系统。从长远看，喀斯特地下水的开发利用要采取科学谨慎的态度，做好保护的前提下，合理、适时、有度地开发，以保障喀斯特地区水资源的可持续利用。因此，本研究系统地总结了喀斯特地下水资源开发与利用途径（如制定专业打井找水技术、暗河及溶洞提水技术、植被保护技术、地表水-地下水输疏通协管），以及喀斯特地下水保护措施（如加强地表河和落水洞污水排放监管、严格岩溶水动态监测、加强打井建设管理、科学规划喀斯特地下水保护和利用规划，做到指导有纲，落实有度。

参考文献

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