貴州普定縣后寨河流域地下水開(kāi)發(fā)利用研究

貴州普定縣后寨河流域地下水開(kāi)發(fā)利用研究

水是生命之源、生產(chǎn)的基礎(chǔ)和生態(tài)的基礎(chǔ)。水資源是基本自然資源，在控制生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。同時(shí)，它也是經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略資源的重要區(qū)域之一。由于其獨(dú)特、復(fù)雜的地表地下結(jié)構(gòu)，該地區(qū)的地表水資源相對(duì)不足，地下水開(kāi)采難度大，成本高。它對(duì)西部的喀斯特地區(qū)特別是嚴(yán)重的技術(shù)缺水地區(qū)得到了有效和適當(dāng)?shù)拈_(kāi)發(fā)利用，這是該地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的有力支持。筆者在此以貴州普定后寨河流域?yàn)榭疾鞂?duì)象,根據(jù)該地區(qū)長(zhǎng)期的降水、地表水、地下水的儲(chǔ)水特性,對(duì)“三水”資源開(kāi)發(fā)利用與合理配制技術(shù)進(jìn)行分析。1流域地表及地下水條件后寨河流域位于貴州省普定縣,屬于典型的亞熱帶高原區(qū)巖溶流域,面積81km2,流域地勢(shì)東南高西北低,地勢(shì)開(kāi)闊平坦,海拔高度1100~1400m。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),全年濕潤(rùn),冬暖夏涼。年平均氣溫15.2℃,年平均降雨量1178.8mm,雨季主要集中在6、7、8月,流域內(nèi)地表、地下河發(fā)育典型,其中,地表河主要有后寨河、燈盞河和號(hào)營(yíng)河(圖1)。地下河多冒水坑―油寨水系,冒水坑是地下水的出口,此外,流域內(nèi)還有青山水庫(kù)和馬官水庫(kù)。區(qū)域內(nèi)天然水資源豐富,地表水較為缺乏,程性缺水突出。從中尺度上看,該地處于黔中偏西的不連續(xù)高原面上,水切深,相對(duì)高程大,盆地、峰叢等與河流相間分布,而農(nóng)耕區(qū)又主要集中分布在壩子和斜坡上,與河流的的深切高度相比較大,當(dāng)?shù)厮追Q的“提灌”被一些地方采用,但這樣的方式往往缺乏后續(xù)技術(shù)管理人員,一旦機(jī)器出現(xiàn)故障,通常要擱置許久才能完好,經(jīng)濟(jì)上不能長(zhǎng)期支持。降水豐沛、地面水漏也是這個(gè)地區(qū)的一個(gè)顯著特征。地形崎嶇,地表破碎,暗河、溶洞、盲谷等相通且分布廣,巖石成分多碳酸鹽,水蝕作用強(qiáng),地表水滲透力度大,導(dǎo)致地表水不易被攔截。另一方面,該區(qū)石質(zhì)多、土地少、土層薄、坡地多,易干旱。很多地方土被不連續(xù),呈斑狀結(jié)構(gòu),要開(kāi)發(fā)一定規(guī)?；蛲暾墓┧到y(tǒng)著實(shí)很難,因此分散流域集水成為當(dāng)?shù)匾环N重要的輸水方式。喀斯特典型發(fā)育,一定程度控制土壤的結(jié)構(gòu)和空間分布,后寨地區(qū)雖降水多,由于土壤的田間持水量低(遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于喀斯特濕潤(rùn)地區(qū)100~130cm的平均田間持水量),如果一定時(shí)間內(nèi)不降水,也會(huì)對(duì)該區(qū)的生產(chǎn)生活造成不利影響,甚至干旱。為此,該區(qū)域修建了青山水庫(kù)、馬官水庫(kù)等,一定程度上保證了當(dāng)?shù)毓喔?解決15000人及其所養(yǎng)牲畜的飲用水,緩解了用水矛盾。2地下水的形成過(guò)程通?！叭钡霓D(zhuǎn)換發(fā)生在大氣水、地表水和淺層地下水之間,在太陽(yáng)熱力和地球重力下,“三水”才得以轉(zhuǎn)換和循環(huán)。首先,陸地和海洋的水汽蒸發(fā)進(jìn)入大氣圈,隨氣流上升運(yùn)動(dòng)和水平流動(dòng),在一定條件下,再凝結(jié),以液態(tài)或固態(tài)(雪、冰雹)降落在地表,落在地下的水一部分匯集在河流湖泊中形成地表水;另一部分滲入土壤巖隙中,形成地下水,地表水有的重新蒸發(fā)成水汽,返回到大氣圈;有的滲入地下,成為地下水;其余部分則流入海洋。地下水有的通過(guò)地面蒸發(fā)直接返回大氣圈,有的被植物吸收,通過(guò)葉面蒸發(fā)返回大氣圈;其余部分形成地下徑流。地下徑流有的直接流入海洋,有的在徑流過(guò)程中泄露地表(如泉)轉(zhuǎn)化為地表水,然后返回海洋。2.2缺少水保技術(shù)該區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)發(fā)展取得初步成效,但農(nóng)業(yè)整體上面臨巨大壓力,季節(jié)性缺水疊加在工程性缺水之上,農(nóng)業(yè)種植外部環(huán)境顯現(xiàn)劣性。農(nóng)戶的農(nóng)業(yè)用水方式與技術(shù)比較粗糙和落后,有的農(nóng)戶采用較為傳統(tǒng)的“手工”灌溉,當(dāng)然“機(jī)井抽水灌溉”占大部分比例,說(shuō)明該區(qū)缺少農(nóng)業(yè)硬件集水技術(shù),水資源成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)戶生活的一道瓶頸。在農(nóng)村用水總量中,目前農(nóng)業(yè)用水約占65%以上,因?yàn)樵搮^(qū)的城鎮(zhèn)化水平低,進(jìn)度緩慢,農(nóng)用水轉(zhuǎn)非農(nóng)用水過(guò)程漫長(zhǎng),所以將來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)該地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水量還會(huì)增加,因此,努力設(shè)法收集該區(qū)的“三水”資源,并加以合理化運(yùn)用,是解決后寨多方面用水的一個(gè)重要措施,是一項(xiàng)正確的小流域集水工程,可局部緩解工程性缺水問(wèn)題。3集回用、調(diào)蓄排放雨水收集就是大氣水降落時(shí),未形成坡面徑流或初步形成徑流時(shí),將它收集回用、調(diào)蓄排放的總稱。雨水收集根據(jù)不同的門類需求有多種劃分,但為了分析方便,可以將它分為農(nóng)村雨水收集和城市雨水收集,由于城市和農(nóng)村的地表覆被狀況不一樣,因而所采取的雨水收集技術(shù)在一定程度上不盡相同。3.1自然生態(tài)下取水方式和水量水池是頂部位于地表或地表以上的蓄水建筑物,是集水系統(tǒng)常見(jiàn)的蓄水小工程之一,它有幾方面的優(yōu)點(diǎn):①水源可以來(lái)自坡面徑流,也可以直接來(lái)自降水,在降水集中的季節(jié)可以在短時(shí)間內(nèi)蓄滿;②取水比較便捷,取水方式可以靈活多樣;③工程量不算大,對(duì)于經(jīng)濟(jì)落后的地區(qū)來(lái)說(shuō),實(shí)施性較強(qiáng),單個(gè)容積較水窖大,近水田可以得到相對(duì)有效的用水補(bǔ)給。水池的集水方式可以分為天然集水和引泉水,前者可以通過(guò)一些坡面流連接固定的通水管道引水至水池里,后者可以采用泉水—機(jī)器(自流方式)—引水管—水池—管道系統(tǒng)輸出—人畜用水,基本能解決人畜飲水困難和生產(chǎn)生活、生態(tài)旱季的農(nóng)苗用水。3.2集流面的設(shè)計(jì)水窖是一種建筑在地下的蓄水工程,最早發(fā)源于我國(guó)北方地區(qū),但它使用的條件廣,西南地區(qū)也可以采用這種集水模式。水窖大體由水窖主體、集流面和沉泥池3個(gè)基本部分構(gòu)成,首先,水窖的主體部分可以根據(jù)不同地方的地質(zhì)構(gòu)造和土壤狀況來(lái)修建,一般以圓柱體形和方體形居多,貴州有許多鈣質(zhì)石,可以就地取材來(lái)修建,在修建的過(guò)程中必須認(rèn)真以水泥漿抹面來(lái)防止水窖滲水。其次,選擇好集流面也是極其重要的,集流面可以包括庭院凹地、道路面等。來(lái)水方向的衛(wèi)生環(huán)境一定要最優(yōu),以便最大化引進(jìn)優(yōu)良降水。最后,因?yàn)檗r(nóng)村的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)偏差,所以沉泥池也顯得尤為重要,如果降雨過(guò)大或庭院衛(wèi)生狀況欠佳,那么就會(huì)有很多泥沙流進(jìn)水窖,沉泥池起著沉淀過(guò)濾的效果。沉泥池的具體設(shè)計(jì)如圖2所示。在使用水窖的時(shí)候需要注意幾個(gè)方面:①庭院及其附近注意衛(wèi)生安全,經(jīng)常清理,保持整潔。庭院內(nèi)不要放化學(xué)農(nóng)肥、農(nóng)藥等有害物質(zhì)。②水窖要定期清理,用殺毒器進(jìn)行消毒,等一段時(shí)間后在進(jìn)水。③生活下水道、牲畜圈、廁所要遠(yuǎn)離水窖。3.3屋頂雨水收集屋面收集雨水的污染程度低,pH多顯中性,Ca2+、Mg2+等離子含量低,水的硬度低,不需要進(jìn)行軟化,可以直接回用于洗車、澆灌等,通常屋面雨水可以分為屋面外收集系統(tǒng)和屋面內(nèi)收集系統(tǒng),屋面外收集系統(tǒng)一般由屋檐溝、收集管、連接管等組成,屋面內(nèi)收集系統(tǒng)由連接管、懸管、立管等組成。在屋頂修建集雨池,須考慮墻面和混凝土版面承受壓力,修建高度須適宜。利用輸水管道,構(gòu)建簡(jiǎn)易自來(lái)水,可以和水窖有機(jī)組合使用,調(diào)節(jié)水窖水位,一次性投入的成本低,在農(nóng)村能有效廣泛推廣,可以解決一年中最干旱的季節(jié)(春冬)人畜用水問(wèn)題。3.4權(quán)壩建設(shè)設(shè)施如路面集流、斜坡集流等,由于水源廣、面大、無(wú)方向性,要求集水地有相當(dāng)容積,因此,可以修建水塘或攔壩。在修水壩之前必須做好地質(zhì)地貌考察和分析,如果常伴有地質(zhì)活動(dòng)或巖石裂隙較多,當(dāng)然排除該區(qū)域,同時(shí)可以根據(jù)基巖厚度和物質(zhì)組成及周邊環(huán)境,估算水壩的部分參數(shù),以便更好地保水、保護(hù)周圍生態(tài)環(huán)境及水壩安全。4反應(yīng)和建議4.1微小型集雨工程型根據(jù)該地不同情況,有針對(duì)性采取合乎實(shí)際的集水技術(shù),該蓄則蓄,應(yīng)攔則攔,以微小型集雨工程為主,充分利用好該地區(qū)的雨水資源。抓好小型工程建設(shè)工作,需要把管理和技術(shù)分配到位,嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)卡,力求讓人工工程對(duì)自然環(huán)境和地域系統(tǒng)影響最小化,同時(shí)又要倡導(dǎo)節(jié)水意識(shí),發(fā)展農(nóng)業(yè)和工業(yè)節(jié)水技術(shù),必要時(shí)利用價(jià)格調(diào)節(jié)水價(jià)。4.2改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生活環(huán)境在解決農(nóng)村飲用水困難的基礎(chǔ)上,依靠集約型灌溉,發(fā)展技術(shù)澆灌,多方面經(jīng)營(yíng),改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)民生活質(zhì)量、生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境。同時(shí)要做好水資源的合理調(diào)配,保障重點(diǎn)部門和重點(diǎn)工業(yè)的用水,也要兼顧農(nóng)業(yè)用水、一般用水和其他環(huán)境用水,始終堅(jiān)持“先生活、后生產(chǎn),先節(jié)水、后調(diào)水,先河道水、再水庫(kù)水,后地下水”的原則。4.3發(fā)揮好水的效融合作用雨水收集工程要與生活、灌溉、保持水土及周圍環(huán)境有效結(jié)合,積極參與一水多用中來(lái),使水資源得到高效利用。忙季用水既要考慮農(nóng)業(yè)用水,又要保證農(nóng)業(yè)用水不浪費(fèi),這需要地區(qū)人民把節(jié)水意識(shí)統(tǒng)一到高層上來(lái)。4.4大力發(fā)展特色農(nóng)業(yè)把建設(shè)好的水窖、水池、水庫(kù)等運(yùn)用于農(nóng)業(yè)中,加快地區(qū)優(yōu)勢(shì)種的發(fā)展,帶動(dòng)林、果、菜等小型種植業(yè)的統(tǒng)一發(fā)展,提倡“雞—沼—果”的發(fā)展模式,努力走出一條適合當(dāng)?shù)氐奶厣r(nóng)業(yè)。發(fā)展任何農(nóng)村產(chǎn)業(yè)鏈必須把農(nóng)民利益放在第一位,提高水和土地的利用率,使農(nóng)民增收增產(chǎn),脫貧致富。5投資及低能源地建設(shè)區(qū)(1)貴州喀斯特廣泛發(fā)育,山高水低、石多地漏等,雖處亞熱帶,但缺水,論其性質(zhì)屬于工程性缺水,其原因是豐富的水資源中可利用部分較少,可以供給的水量少,且擁有獨(dú)特的三維空間結(jié)構(gòu),因此掌控水循環(huán)規(guī)律,控制水資源的最初形成和空間分布,解決該地工程性缺水。(2)掌握該地區(qū)峰叢的三水循環(huán)規(guī)律、水資源的形成過(guò)程等是非常重要的。然后可以根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況,改變集中提供用水原來(lái)方式,根據(jù)上述原則采用微型小工程的開(kāi)發(fā)利用模式,多方面和多種類地集雨蓄水,可以增加可用水量,化整為零解決喀斯特峰叢的整體工程性缺水。(3)貴州普定縣后寨河流域大力支持水利工程建設(shè),以微小型水利工程為主,以偏大型水庫(kù)為輔,漸漸完善集水系統(tǒng),有區(qū)別、有選擇地發(fā)展綜合效益強(qiáng)的水利設(shè)施。(4)重視水土保持,改善生態(tài)環(huán)境。該區(qū)應(yīng)注意斜坡和耕地的關(guān)系,當(dāng)坡度>25°時(shí)不宜發(fā)展農(nóng)業(yè),要以退耕還林為中心,推進(jìn)自然林的保護(hù)和人工綠林的建設(shè)。植被是當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的脆弱部分,但它也是生態(tài)環(huán)境重要成分,不僅可以涵養(yǎng)水源,還可以有效地調(diào)節(jié)地表徑流、控制土壤侵蝕量、改善后寨河流域環(huán)境,對(duì)當(dāng)?shù)丶旯┧袠O大的好處。2.1生態(tài)環(huán)境治理在某些坡度陡的地方,為了緩解用水的時(shí)空分布不均,當(dāng)?shù)卮迕衩つ块_(kāi)石筑池,部分植被破壞,短時(shí)間難以恢復(fù),在夏季降水集中的時(shí)候,較容易發(fā)生水土流失,水土流失占該地區(qū)面積的17.3%,因此保水、保土、保肥、集水是該地區(qū)生態(tài)環(huán)境治理的主要指導(dǎo)方針;見(jiàn)水便開(kāi)發(fā),以前該地區(qū)多為天然冒水坑,過(guò)度地開(kāi)發(fā)地下水,使得地下水的水位逐年下降,部分地區(qū)導(dǎo)致人工塌陷,原有的地下水被迫改道,地表徑流隨漏斗通道快速流失,生活一次性用水常見(jiàn),且沒(méi)用統(tǒng)一的排水渠道,直接流淌到后寨河,尤其在枯水期的時(shí)候,又逢春季,農(nóng)業(yè)用水量大,然而河