摘要：以贵州省普定县马官地下水库为例，从区域岩溶地质概况、成库条件、库容分析和降雨量及补给量计算、工程效益等方面，对马官地下水库进行了研究，阐述了马官地下水库是岩溶山区雨水资源有效开发利用的典型，具有推广意义。

关键词：岩溶；山区；雨水；利用

中图分类号：P426.62

文献标识码：A

文章编号：1000-3037(2001)05-0467-07

1 引言

　　贵州是亚热带强烈岩溶化山区，岩溶化的碳盐岩出露面积达 13×10⁴km²，占全省总面积的 73%，碳酸盐岩的总厚度占贵州沉积岩总厚度的 70%；该省发育岩溶母岩分布面积之广、厚度之大、相对面积比重之高，在全国不仅是独一无二，就是世界上也属罕见。贵州山区在宏观地域上基本上是高原—峡谷地貌景观，即由岩溶高原区和岩溶峡谷两大地貌单元组成。贵州属于湿润亚热带季风气候，年平均温度 15～18℃，年降雨量 1100～1400mm，雨量丰沛。因此，贵州有“天无三日晴”之称，按理说，贵州雨水资源丰富，光、热条件又好，农业发展有着极为有利的条件；但岩溶山区具有地表、地下两大系统构成的二元空间结构特征，不利于水资源的开发利用。特别是岩溶高原上峰丛洼地、峰林谷地及峰林盆地区，峰丛及峰林山坡基本上均已石漠化，植被覆盖度差，残留于坡脚洼地的土层也已瘠薄；地表漏斗、落水洞、竖井及溶隙发育，并常与地下溶洞、地下河及管道系统相联通。由此可见，岩溶山区地表破碎，渗漏严重，地表雨水均以注入式快速补给地下系统；地下水系因受岩性、构造影响，紊乱无序，埋深又较大，不易开采。因此，地表雨水资源无法拦蓄利用，进而影响着农业的深度发展，只能以耕种业为主，粗放经营，以毁林、毁草方式扩大耕地面积，增加粮食产量，维持人口逐年增加的低标准口粮。盲目垦荒，扩大耕地，导致水土流失加剧，无水源涵养之地，旱灾加重，甚至畜饮用水困难，据 1999 年统计，全省尚有约 100 万人口未解决人畜饮用水问题。

　　普定县位于岩溶高原区，距黔中安顺市 25km，全县面积为 1108km²，碳酸盐岩层分布面积占全县面积的 84.27%，水土流失面积为全县面积的 27.4%，土地石漠化面积每年增加约 550hm²，成为国家级贫困县。境内的岩溶地貌景观主要是峰丛洼地、峰林谷地及峰林丘陵盆地。每一单元流域内均具有二元三维空间结构特征，地表河与地下河流频繁交替转换，沿程明暗相间；普定多年降雨量为 1400mm，高于全省平均年降雨量，雨水资源较为丰沛。如何根据县内岩溶环境条件，二元三维空间结构系统特征，以及雨水、地表水和地下水转换规律，充分拦蓄和有效利用雨水资源，成为全县发展农业、调整农业结构，推动社会经济发展的关键之一。贵州省普定县岩溶综合试验站自 20 世纪 70 年代以来，经过 20 余年的岩溶地质与地貌、岩溶水资源评价与开发利用、岩溶山区水土资源合理利用等攻关项目的研究，极大地推动了社会经济的发展，并为今后生态工程建设奠定了坚实的基础。本文以普定县马官地下水库为例，就峰丛洼地岩溶地质地貌特征、地下河发育规律、扩大集雨面积，增加雨水资源拦蓄量及其效益，略予探讨。

2 区域岩溶地质概况

　　马官地下水库位于峰丛洼地向峰林谷地过渡带的地区，利用该地区发育的水洞地下河及其连通的冲头洼地联合蓄水，形成地下水库。水洞地下河经冲头洼地底部，在水洞出口流入马官峰林谷中。地势由东向西降低。峰林海拔高程 1425～1550m，洼地高程 1306～1420m，相对高差 110～210m。冲头洼地底部高程 1342m，周围峰林高程 1425～1550m。

　　地层为三叠系关岭组中段（T₂g²) 的薄层至中厚层泥质灰岩夹少量泥页岩。按照水文工程地质性质可划分为以下几个岩组（图 1)。

图 1 马官地下水库水文地质图
Fig.1 Hydrogeological map of Maguan underground reservoir

　　(1)T₂g^2-1：下部为中厚层泥质微晶灰岩，上部是介壳灰岩和虫迹灰岩，岩溶发育，厚 120m。

(2)T₂g^2-2：薄层至中厚层灰夹页岩，厚 91～115m，该组可划为 3 个亚组。①T₂g^2-2-1：泥页岩与极薄层

泥质白云岩和泥灰岩互层。厚 6～15m，为一相对不透水层，分布于冲头洼地深部，成为隔水底板。水洞地下河河口段河床属该组。由于未受构造破坏，该亚组隔断了 T ₂g ^2-1 和 T ₂g ^2-2 的水力联系；②T ₂g ^2-2-2：薄层到中厚层灰岩和泥灰岩，厚约 40m，呈带状分布于峰林半腰及冲头洼地中。岩溶较发育，水洞地下河就发育在该亚组中；③T ₂g ^2-2-3：薄层白云岩与杂色页岩互层，厚 5～10m，分布在冲头洼地峰林山腰和滴水滩一带。该层被侵蚀击穿，仅起局部隔水作用。

　　(3)T₂g^2-3：中厚层灰岩及白云质灰岩，厚约 40m。分布于马官地下水库周围峰丛山顶及羊皮寨地下河流域。岩溶强烈发育，与水洞地下河为邻的羊皮寨地下河发育在本组地层中。

3 马官地下水库成库条件分析

3.1 地下河及溶道系统结构

　　水洞地下河是一条具有单管状、单层状、单一出口特征的悬挂式尖灭型地下河。该地下河平面展布呈单管状，无支流汇入，从水洞口向冲头洼地伸延，尖灭于洼地内，并与洼地中的落水洞竖井相通，经地面勘测，估计长度约 740m，可测长度 200m。

　　在垂直方向上，该地下河水平溶道只有一层，出口也只有一个，出口高程 1323m，悬挂于尖山坡脚，比前沿马官谷地高 15m 左右。从实测洞段来看，溶道洞腔多呈矩形，宽 2～10m，平均约 3.7m。高 0.5～5m，平均约 1.6m。河床比降约 10‰，崩塌石块很少，有少量砂砾和粘土沉积于河床。洞口最大洪水流量约 3.5m³/s，最小枯流量约 1l/s。

　　地下河管道系统简单，即由单一的水平溶道与 3 个垂直竖井组成岩溶管道系统，并镶嵌在溶隙系统中（图 2)。T₂g^2-2-2 灰岩中的溶隙发育良好，其原因是受 T₂g^2-2-3 隔水顶板的制约，雨水难渗入该层灰岩。实地观察中看到，在一般暴雨之后，冲头洼地会积水，经 2～3h 才能被管道排完。洞口在 2～3h 全部排完暴雨之后，流量又变得很小，这一现象也说明溶隙发育极弱。

图 2 马官地下水库形态纵剖面示意图
Fig.2 Sketch of morphologic profile of Maguan underground reservoir

3.2 库盆结构及渗漏问题

　　马官地下水库库盆为两个，即地表库盆和地下库盆，地表库盆为闭合的冲头峰丛洼地，洼地为椭圆形，长约 300m，宽约 150m，地下库盆为地下河管道及其管道可测段的洞腔，前者利用洼地蓄水，后者利用地下河流域的地下水位凹槽蓄水，二者由洼地中的漏斗、落水洞连通，构成马官地下水库的统一蓄水库盆。这个库盆能否蓄水，其关键是库区渗漏问题。

3.2.1 库底渗漏

　　从水库地质结构可知，库底下部有 T₂g^2-2-1 泥质隔水层分布，该隔水层虽然不厚，但未受断层及大裂隙破坏，隔水性仍然良好。水洞地下河就是沿隔水层顶面流出。水化学分析资料也证实隔水层上（T₂g^2-2-2) 下（T₂g^2-1) 灰岩含水层无水力联系，两层地下水类型截然不同（表 1)。T₂g^2-2-2 中的岩溶水为重酸碳钙镁型水，而 T₂g^2-1 中的岩溶水是碳酸重碳酸钙镁型水。矿水度及电导率几乎相差 2 倍。隔水层可成功地阻止库水向底部渗漏。

表 1 T2g 2-2-1 隔水层上下含水层（T₂g^2-2-1，T₂g^2-1) 岩溶水化学成分对照表
Table.1 Comparison of karstic hydrogeochemical composition of aquiclude T₂g^2-2-1 with aquifer above or
underneath T₂g^2-2-2,T₂g^2-1

含水层	取样地点	取样时间	Ca2+(mg/l)	Mg2+(mg/l)	SO42-(mg/l)	HCO3-(mg/l)	矿化度	电导率 (μS/CM)
T2g2-2-2	水洞	1990-05-29	59.12	21.25	33.62	244.08	248	405
T2g2-1	S 泉	1990-05-29	35.29	135.27	29.77	247.35	250.18	549

注：据普定岩溶试验站资料

3.2.2 侧向渗漏

　　库区侧向均为灰岩，无隔水层分布，是否产生侧向渗漏取决于岩溶发育的均一性和地下分水岭是否存在。

　　库区以东和以北是羊皮寨地下河集水区，实地勘测工作表明，羊皮寨地下河与水洞地下河之间有一地下分水岭存在。羊皮寨地下河水位比水洞地下河水位高 42m，分水岭水位亦高于 42m，因此，水库蓄水后不可能向北和向东渗漏。

　　库区以西和以南为马官谷地，低于水库正常蓄水位 56m，山体单薄，是可能渗漏地段。经野外调查研究证实，该山体岩溶发育极弱，无一洞穴出现，实际上是一段岩溶极弱发育的相对隔水层。

　　另外，用水洞地下河测流资料反算汇流面积，其结果与所圈定的汇流面积匹配。连通试验也未发现除水洞以外的其它出口。

　　基于上述认识，这个库盆不会产生库区渗漏^[1]。

3.3 筑坝条件

　　由于地下河管道为单层、单管状，又只有一个出口。出口段形状规则，岩石坚硬，无断层分布，构造裂隙不发育，河床底部堆积物极少，基岩裸露，因此，在洞的出口段选择河体小、易施工的最佳位置为筑坝坝址，大坝为全封闭重力圆筒拱坝，洞腔封闭后即可形成地下水库。

3.4 库容

　　马官地下水库蓄水空间为单管状地下河与洼地相连，地下岩溶空间经可测段洞穴和岩溶发展分析，蓄水库容不大。考虑到库容由地下库容和地表库容联合组成，因此，先分别计算地下库容和地表库容，二者之和即为总库容。地下库容的计算方法利用等水位线分层计算法。基本依据是认为能修建地下水库的地方都有一个地下水凹槽形成的地下水盆，并能绘制出地下水等水位线。若将等水位线视为地形等高线，就可以求出地下水库的回水高程与地下水库面积的关系，再把回水高程分成若干级，查出相应的面积。相邻面积的平均值乘以等水位线间距高程和相应该层的岩体孔隙率就得到分层地下库容容积，各层累计之和即为地下总库容。马官地下水库地下水凹槽结构简单，经计算，总地下库容为 1.442×10⁴m³。地表库容计算方法与一般地表水库相同，可达 131.1×10⁴m³，并绘制库容曲线（图 3)，总库容可达 132.5×10⁴m³（表 2)。

图 3 马官地下水库库容曲线图
Fig.3 Capacity curve of Maguan underground reservoir

表 2 马官地下水库库容表
Table.2 Capacity of Maguan underground reservoir
注：据普定岩溶试验站资料。

水位 (m)	水位面积 (104m3)	地下库容 (104m3)	地表库容 (104m3)	总库容 (104m3)
1323.00		0	0	0
1325.00		0.144	0	0.144
1330.00		0.529	0	0.529
1335.00		0.914	0	0.914
1340.00	0.30	1.442	1.6	3.042
1345.00	2.33	1.442	8.2	9.642
1350.00	4.58	1.442	27.1	28.542
1355.00	6.21	1.442	54.1	55.542
1360.00	7.93	1.442	89.6	91.042
1365.00	8.62	1.442	131.1	132.542

4 降雨量及补给量计算

4.1 降雨及时空分布

　　根据普定岩溶野外试验场内马官地下水库附近母猪洞水文站资料，多年平均降雨量 1408.1mm，5～10 月为雨季，占年降雨量的 83.0%～88.2%，11 月至翌年的 4 月为枯季，仅占总量的 11.8%～17.0%，时空分布不均。又因岩溶发育，大量的降雨经地表孔隙、裂隙、落水洞很快渗入地下，由地下河排走，地表超渗部分除少量蒸散发外，其余由地表河排走。降雨被农业生产直接利用的少，绝大部分无法利用，尤其是大暴雨，大量雨水资源不仅难以利用而浪费流走，而且还会造成坝下水害。

4.2 天然补给量

　　马官地下水库集雨区为一完整的水文地质单元，集雨面积为 0.47km²。集水区水循环属完全补给类型^[2]，即降雨扣除蒸散发量全部汇集地下水库。不同设计年入库水量见表 3。

表 3 马官地下水库不同设计年入库水量
Table.3 Input amount of water to Maguan underground reservoir in different designing years

地点	水面面积 (km2)	设计年	入库水量 (104m3)
			1 月	2 月	3 月	4 月	5 月	6 月	7 月	8 月	9 月	10 月	11 月	12 月	年
水洞	0.47	P=50% （平水年）	0.334	1.879	0.285	4.105	5.009	6.627	3.858	4.621	5.874	4.423	2.638	1.133	40.79
羊皮寨	1.77		1.259	7.076	1.073	15.459	18.823	24.955	14.565	17.527	21.359	16.856	9.931	4.255	152.15
水库	2.24		1.593	8.975	1.358	19.564	23.832	31.582	18.423	22.148	27.233	21.279	12.569	5.393	193.94
水洞	0.47	P=50% （枯水年）	0.001	0.001	0.012	0.530	7.313	8.023	11.693	0.281	0.519	0.247	0.112	0.001	28.73
羊皮寨	1.77		0.021	0.003	0.045	1.997	27.537	11.334	44.037	1.056	2.333	0.931	0.421	0.001	89.72
水库	2.24		0.022	0.004	0.058	2.527	34.850	19.357	55.730	1.337	2.852	1.173	0.533	0.002	118.45
水洞	0.47	P=50% （特枯年）	0.125	0.234	0.114	0.370	4.137	4.202	3.943	1.429	1.093	3.563	1.844	0.692	21.76
羊皮寨	1.77		0.474	0.880	0.430	1.395	15.769	4.824	34.348	5.383	4.135	8.585	2.944	2.107	81.28
水库	2.24		0.599	1.114	0.544	1.765	19.906	19.026	38.291	6.812	5.234	12.153	4.788	2.799	103.04

注：据普定岩溶试验站资料。 4.3 引洪入库补给量 　　由表 2 和表 3 对比可知，马官地下水库库容高达 132.5×104m3，而该库集雨区入库水量平水年（P＝50%）仅为 40.79×104m3，只占库容的 1/3，兴利库容未能充分利用。因此，必须扩大水库的集雨面积，增加入库水量。水洞地下河东面有一相邻的羊皮寨地下河，集雨面积 1.77km2，发源于牛同岭洼地，经羊皮寨流至滴水滩为明流，滴水滩河床高程 1365m，比冲头洼地底部高 24m。经流量测量，过滴水滩河床的最大洪峰流量为 5～5.5m3/s，冲入马官谷地流走，甚至冲毁良田 20～33hm2。若修建引洪渠 540m，拦河坝 30m，隧洞 138m，即可将洪水引入水库（冲头洼地地表库盆）。经计算，羊皮寨地下河集雨区来水量平水年（P＝50%）为 153×104m3，枯水年（P＝75%）为 89.8×104m3，特枯年（P＝95%）为 81.3×104m3（表 3)。将羊皮寨地下河集雨区雨水资源通过上述引洪入库工程引入马官地下水库，水库入库水量大量增加，水库总蓄水量平水年可达 194×104m3，枯水年与特枯水年水库入库总水量分别可达 113.6×104m3 和 101×104m3，后两个设计年蓄水量对于农业灌溉用水和农村人畜用水尤为重要。 5 工程效益分析 　　马官地下水库坝体工程量小，拱坝清基 250m3，砌料石 1474.5m3，混凝土 160m3 即完成，投资省，见效快，当年动工当年蓄水受益[3]。是一项费省效宏的雨水资源综合开发利用工程项目。马官地下水库蓄水 132×104m3，兴利库容亦为 132×104m3，产生了巨大的效益；自流灌溉面积 330hm2，每年可增加粮食 500t，增收 130×104 万元，防洪排涝，雨季将羊皮寨流域洪峰 5.52m3/s 引入水库，排除马官田坝 33hm2 良田免遭涝灾；用管道引接水库蓄水，供应村民 5000 人的生活用水，每年可收水费 16.32×104 元，马官村是普定县人口最多的一个村寨，全村 3000 多人原共饮一口污染极为严重的井水，由此而引起每年春秋两季不同程度地发生伤寒病，为贵州省伤寒病高发区，是省、地、县重点防疫地区。自以马官地下水库为供水水源供水，伤寒病无一例发生。供水条件的改善使乡镇得以按规划建设，乡镇面貌得到了极大的改善。 6 结论 　　(1) 贵州属于亚热带季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，光热条件好，雨量充沛，为山区农业发展提供了充分条件。但贵州又是一个强烈岩溶化山区，地表破碎，渗漏严重，地表雨水快速渗入地下，由地下系统排泄，不具备水资源开发利用的必备条件，导致地表水资源奇缺，地下水资源开采不易，“天无三日晴”的贵州旱灾频发又严重，因此，地表雨水资源的开发利用对农业发展具有重要意义。 　　(2) 贵州岩溶山区由岩溶高原和岩溶峡谷地貌景观组成，其中以前者在地域空间上为主体。岩溶高原上峰丛、峰林、洼地、谷地及盆地之间的地貌组合类型多样；碳酸盐沉积岩层的岩性，尤其是透水性在地域分布上各异，所构成的二元三维空间结构地域系统在空间分布上具有差异性。利用其差异性，因地制宜，因水制宜，不拘形式开发利用地表雨水资源是可行的，有其较大的工程效益。 　　(3) 普定县马官地下水库的兴建运行是岩溶山区开发利用雨水资源的典型，具有推广意义。该水库利用峰丛洼地的地表、地下结构所提供的能拦蓄地表雨水资源的较大库容，以库区不透水、弱透水岩层作为隔水层，防治水库渗漏；采用集流引洪工程，增加水库集雨面积，引集相邻峰丛洼地雨水资源，注入地下水库，增加水库蓄水量，使两峰丛洼地集雨区内的雨水资源得以充分利用，取得了较大的社会经济效益。 参考文献 [返回上一页] [打 印] 上一篇文章：新疆水资源对气候变化的响应 下一篇文章：沿海农田林网建设关键技术的经济学择优 高中各年级课程推荐 高中各年级课程推荐 年级 学期 课程名称 课程试听 高一 高一（上）、(下)同步复习 语文 免费试听 英语 免费试听 数学 免费试听 数学（期中串讲） 免费试听 数学（期末串讲） 免费试听 数学拔高 免费试听 物理 免费试听 化学 免费试听 生物（一） 免费试听 地理 免费试听 历史 免费试听 政治 免费试听 高中专项突破课 语文写作 免费试听 英语阅读理解 免费试听 英语写作 免费试听 英语完形填空 免费试听 物理功和能量 免费试听 高二 高二（上）、(下)同步复习 语文 免费试听 英语 免费试听 数学（理） 免费试听 数学拔高（理） 免费试听 数学（文） 免费试听 数学拔高（文） 免费试听 物理 免费试听 数学（期中串讲） 免费试听 数学（期末串讲）（理） 免费试听 数学（期末串讲）（文） 免费试听 化学 免费试听 生物（一） 免费试听 生物（二） 免费试听 生物（三） 免费试听 地理 免费试听 历史 免费试听 政治 免费试听 高三 高考第一轮复习 语文 免费试听 英语 免费试听 数学(理) 免费试听 数学拔高(理) 免费试听 数学(文) 免费试听 数学拔高(文) 免费试听 物理 免费试听 物理拔高 免费试听 化学 免费试听 生物 免费试听 地理 免费试听 政治 免费试听 历史(韩校版) 免费试听 历史(李晓风版) 免费试听 高考第二轮复习 数学(理) 免费试听 数学(文) 免费试听 英语 免费试听 物理 免费试听 化学 免费试听 地理 免费试听 高考第三轮冲刺串讲 语数英串讲(理) 免费试听 语数英串讲(文) 免费试听 物化生串讲 免费试听 史地政串讲 免费试听 高考试题精讲 数学(理) 免费试听 英语 免费试听 化学 免费试听 物理 免费试听 2021高考研究2021高考策略（理） 免费试听 2021高考研究2021高考策略（文） 免费试听 更多课程+更多介绍>>点击进入 用户评论 评分： 您的评分：0 分 内容： 提交评论 Copyright © 2005-2020 Ttshopping.Net. All Rights Reserved . | 云南省公安厅:53010303502006 滇ICP备16003680号-9 本网大部分资源来源于会员上传，除本网组织的资源外，版权归原作者所有，如有侵犯版权，请立刻和本网联系并提供证据，本网将在三个工作日内改正。