云南泸西小江流域岩溶水有效开发模式研究

论文摘要

在西南岩溶石山地区的各级岩溶高原面或夷平面上，分布着许多耕地面积达数千到上万公顷、居住人口数万至上百万的岩溶盆地。主要江河水面大大低于主要耕地分布区、人口聚居区、经济活动区，形成了“水土不配套”的问题。而岩溶水储水系统犹如江河上游一座座天然的调蓄水库，对其进行科学的勘查、规划、开发和调度，对解决“水土不配套”的问题，缓解日益紧张的水资源供需矛盾，将发挥非常重要的作用。沿着岩溶盆地流域岩溶水的补给、径流、排泄流程，地质环境及其主要岩溶水源地类型急剧变化，岩溶水赋存与运动特征及勘查开发技术条件、用水需求也随之而变。因此，研究这些变化，分别采用不同的先进适用技术，部署不同的岩溶水源地勘查开发实验工程，通过实验研究，取得适合不同水源地类型的岩溶水有效勘查及开发技术方案，集成泸西小江岩溶盆地流域岩溶水有效开发利用的模式，供广大的岩溶石山地区推广应用，对提高岩溶水开发效益、有效整治石漠化是非常必要和迫切的。泸西小江流域位于云南省东部，流域总面积1009.28 Km2，碳酸盐岩面积占70％以上，以中生界三叠系中统个旧组（T2g）灰岩、白云岩分布最广。流域中上游为椭圆形的岩溶盆地，长轴呈北东—南西向延伸。盆底沉积平坝区海拔1700 m左右，面积78.1 Km2，地形较平坦，为流域的上层排泄基准；盆地周围裸露型岩溶山区海拨1800-2459 m，各种岩溶形态发育齐全；盆地以南处于流域下游的小江河谷，最低点海拨820m，横剖面呈“V”形，切割深度500-1639m，为流域的下层排泄基准。小江流域岩溶生态地质环境类型复杂多样，从岩溶水的补给区到排泄区，历经岩溶山地、岩溶槽谷、岩溶丘陵、峰丛洼地、岩溶平坝、岩溶河谷等不同类型的岩溶形态组合单元，岩溶发育的不均匀性特征明显，在西南岩溶石山地区典型性突出。本次研究，完成了全流域的水文地质和环境地质调查，查明了流域自然地理地质背景，水文地质条件，进行了流域地质环境及水文地质分区评价；系统地进行了流域的“三水”转化过程与水均衡分析；明确了岩溶水源地的定义，并提出了新的岩溶水源地分类方案，按岩溶含水层的埋藏分布、岩溶水出露状态，首先划分为天然出露的岩溶水源地及隐伏的岩溶水源地两大类。再根据岩溶水源地的岩溶含水介质特征：导水和赋水空间形态、结构及水动力特征，又进一步将天然出露的岩溶水源地划分为暗河、泉、表层泉三个亚类，将隐伏的岩溶水源地划分为饱水带富水块段、表层带富水块段两个亚类；研究评价了各个类型的岩溶水富集规律、动态特征、岩溶水资源、开发技术条件和脆弱性；调查研究了岩溶水找水和开发工程，总结了已有的经验，并引进先进技术，对成功的岩溶找水和岩溶冰开发技术进行提炼、完善和创新设计；在不同的地质环境类型区，选择有代表性的岩溶水源地进行岩溶找水和开发技术实验研究，研究总结了岩溶水有效开发技术方案，最终集成岩溶盆地流域岩溶水有效开发模式。岩溶水探测的技术方法试验，选用了电测深、激电测深、核磁共振、地质雷达、高密度电法等先进适用的地球物理探测技术，并进行了有效的方法组合试验。选择了分布于不同的地质环境条件下的天然出露的岩溶大泉、表层泉，隐伏的饱水带富水块段、表层带富水块段，共7个点开展实验工作。验证了物探方法的技术有效性，取得了技术经验和有关参数，集成了有效的探测技术方案。对于饱水带富水块段，首先利用视电阻率测深进行面积控制，初步确定富水地段，利用地质调查与电测深工作结果，综合选择多个备选孔位；再围绕备选孔位，采用核磁共振探测，确定每个探测天线围成的小面元的相对富水程度，优选出其中最富水的小面元；最后在最为富水的小面元内，用10m点距的激电测深或加密的电测深探测，确定岩溶储水空隙的具体埋藏分布位置。这一方案，大大提高了定孔位的准确性，所施工的5口深井，成井率100％。为了探测表层带岩溶发育情况，提供供水浅井的布置依据，布置了地质雷达剖面探测，用钻探验证了其中的4个探测点，均已成井，表明地质雷达对于浅层的岩性分层、岩溶破碎带的探查，精度较高。在皮家寨大泉开发实验工程的勘查中，布置高密度电法探测上覆盖层结构和稳定性、含水层岩溶发育情况。经钻孔验证，推测的地表粘土层厚度与实际情况接近，推断的岩溶发育带均已钻见导水通道。证明探测深度＜60m时，高密度电阻率法分辨率高，可较准确提供岩溶分布位置与埋深。岩溶水的开发实验，选择在不同的地质环境分区内，部署了不同类型的岩溶水源地开发实验工程9项：在位于盆地外围岩溶高中山岩溶水补给区的三塘乡，部署了湾半孔表层泉蓄引、李子菁表层泉调蓄工程2项；在盆地上游溶丘台地槽谷和峰丛洼地，暗河系统上游及分水岭地带岩溶水补给一径流区的大衣村、万亩果园，部署了裸露型饱水带富水块段深井开发工程2项；在盆地上游盆底边缘岩溶山麓谷地上层岩溶水排泄带，部署了皮家寨岩溶大泉束流调压壅水开发工程1项；在盆地中、下游盆底边缘溶丘台地，岩溶水补给—径流区的纳保村，部署了表层带富水块段浅井开发、庭院式自来水供水工程1项：在盆地下游盆底边缘溶丘台地，处于岩溶水径流区的三家村、径流转换带附近的大兴堡，部署了覆盖型饱水带富水块段深井开发示范工程2项；在盆底沉积平坝区的丁合村东部，部署了埋藏型饱水带富水块段深井开发工程1项。这些实验工程经实施取得了显著效益。目前在小江上已建成梯级水电站7座，总装机容量为35.38MW。经过实验总结，得出了岩溶盆地流域岩溶水有效开发模式。即：沿着流域岩溶水循环的全过程，应用常规技术与先进技术相结合，查明在岩溶水的补给、径流、排泄及中间转换过程中，岩溶水的富集规律、水源地类型及开发技术条件、岩溶水资源；与地质环境条件及其变化相适应，针对流域不同岩溶生态地质环境区内主要的岩溶水源地类型和岩溶水的赋存特征及开发技术条件，结合需水特点规划部署岩溶水开发工程。在盆地外围裸露型岩溶山地补给区，主要布置表层泉蓄引工程；在盆底周边岩溶槽谷、峰丛洼地、岩溶台地区，主要布置暗河、泉流引、提、堵与凿井开采饱水带和表层带富水块段相结合；在盆地底部沉积平坝区，以凿井开采饱水带富水块段为主，与暗河、泉引、提、堵等相结合；在盆地下游河谷区，主要是梯级筑坝建库，建设梯级电站，开发丰富的水力资源。泸西小江流域岩溶水有效开发模式，充分体现了因地制宜，多源、多方式取水的特点，达到了预定的实验目标，取得了显著的经济、社会和环境效益。开发岩溶水资源2238.55万m3／a，共解决了30326人、3670头大牲畜的饮水困难和32200亩耕地的抗旱保苗用水，取得了显著的经济效益，获得每年287万元的直接经济效益和每年675万元的间接经济效益。2005年，云南遭遇二十五年来最严重的春旱。但各项示范工程运转正常，抗旱效果非常显著。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 岩溶水有效开发模式研究的必要性
• 1.2 岩溶水开发的国内外研究现状
• 1.3 岩溶水有效开发面临的问题
• 1.4 泸西小江流域的典型性及研究意义
• 1.5 研究思路及技术路线
• 第二章 泸西小江流域地质环境条件
• 2.1 地理地质背景
• 2.2 地质环境区划
• 2.3 地质环境分区评价
• 2.4 结论与认识
• 第三章 泸西小江流域岩溶水循环及赋存特征
• 3.1 岩溶水文地质条件
• 3.2 “三水”转化过程与水均衡分析
• 3.3 表层岩溶带水文地质特征
• 3.4 岩溶水富集规律
• 3.5 结论与认识
• 第四章 泸西小江流域岩溶水源地研究
• 4.1 岩溶水源地类型
• 4.2 岩溶水源地特征
• 4.3 结论与认识
• 第五章 岩溶水探测方法技术试验研究
• 5.1 地球物理探测方法组合
• 5.2 探测技术方法试验
• 5.3 结论与认识
• 第六章 泸西小江流域岩溶水开发典型研究
• 6.1 岩溶水开发实验工程部署
• 6.2 天然出露的岩溶水源地开发实验
• 6.3 隐伏的岩溶水源地开发实验
• 6.4 岩溶水开发实验效果评价
• 6.5 结论与认识
• 第七章 泸西小江流域岩溶水有效开发模式集成
• 7.1 岩溶水资源调查与规划方法
• 7.2 岩溶水有效勘查及开发技术方案
• 7.3 岩溶水有效开发工程布局方案
• 7.4 结论与认识
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 附录A: 在学期间发表的论文及著作目录
• 附录B: 在学期间提交的调查与科研成果报告、所获发明专利及获奖情况
• 附录C: 发明专利及获奖证书