张林，王明章，裴永炜，洪运胜
（贵州省地质调查院，贵阳 550004）
作者简介：张林（1974—），男，地质工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质工作。
摘要：贵州地处西南岩溶石山中心，碳酸盐岩广布，岩溶天窗、竖井、落水洞等岩溶个体形态发育，地表岩溶干旱缺水十分严重。因此，如何有效地开发利用岩溶水资源就显得尤为重要。本文通过对野外调查资料的综合分析，系统地总结了区内鱼心寨地下河通过牛角冲天窗进行岩溶水开发利用的经验，以便为类似岩溶水文地质条件下的岩溶水开发起到一个借鉴作用。
关键词：岩溶水；开发；经验；鱼心寨地下河；天窗
贵州地处西南岩溶石山中心，碳酸盐岩大面积分布，岩溶水资源丰富。但由于地表岩溶天窗、竖井、落水洞等岩溶个体形态发育，这种特殊的岩溶地质背景造成地表岩溶干旱缺水十分严重。因此，通过实施有效的岩溶水开发工程，开发利用岩溶水资源是解决干旱缺水问题的有效途径之一。2004年笔者等人在实施“黔南格凸河流域岩溶地下水与环境地质调查”项目时，对工作区内板当鱼心寨地下河利用牛角冲天窗开发岩溶水资源，解决缺水问题的工程进行了系统的总结，以便为类似岩溶水文地质条件下的岩溶水开发工程的实施起到一个参考借鉴作用。
图1 鱼心寨地下河交通位置图
１—村寨所在地；２—乡镇驻地；３—县政府驻地；４—省道；５—县道；６—河流及方向；７—县界；８—鱼心寨地下河位置
图2 鱼心寨地下河平剖面示意图
1—三叠系中统边阳组；2—三叠系下统永宁镇组；3—三叠系下统夜郎组；4—二叠系上统长兴组、大隆组；5—二叠系上统吴家坪组；6—二叠系下统茅口组；7—地下河管道及出口；8—岩溶天窗；9—岩溶泉点；10—地下水流向；11—平移断裂；12—地表河及流向；13—公路；14—灰岩
板当鱼心寨地下河位于贵州省紫云县北东板当镇（图 1），流域内长期处于干旱缺水状态。为了解决长期缺水问题，2001年当地政府及村民提出利用地下河管道上的牛角冲天窗开发岩溶地下水的工程方案。该工程于2003年进行了实施，2004年初建成，推动了当地生态环境的改善，取得了良好的社会与经济效益，为地方社会经济的发展奠定了良好的基础。
1 区域地质条件和岩溶发育规律
鱼心寨地下河岩溶流域地处黔中高原向广西丘陵过渡的斜坡地带上，流域内碳酸盐岩地层大面积分布，岩溶地貌类型为溶蚀峰丛洼地、槽谷，槽谷为区内农田集中分布地带。在构造上，位于扬子准地台黔南台陷贵定南北向构造变形区之坐马河背斜，其背斜轴部自北向南，由宽变窄，逐渐收敛，出露地层亦相应变窄；背斜两翼岩层呈南北向对称展布，岩层倾角则自北向南由缓变陡，北部倾角5°～15°，南部倾角30°～50°。区内与背斜轴向一致的南北向一组节理发育，倾角陡，大都在70°以上，这组节理控制了区内岩溶的发育，鱼心寨地下河管道基本上沿背斜轴部节理裂隙追踪发育（图2）。
区内出露地层为二叠系下统茅口组（P1m），岩性为厚层块状石灰岩，岩溶强烈发育；其次为二叠系上统吴家坪组（P2w），岩性为中至厚层燧石灰岩夹白云质灰岩，岩溶发育。这两个层位为鱼心寨地下河管道的发育奠定了基础。
2 地下河系统特征
该地下河流域面积约10km2，出口位于坐马河河谷地带，高程1070m，出水面与河水面基本一致。2004年6月份调查流量322.60L/s，1∶20万枯季流量150L/s。该地下河总体呈近南北向展布，发源于板当麻冲一带，其地下河管道总长度约5000m，为一条单枝状地下河。在地下河管道的中下游段的牛角冲发育一天窗，地表高程1095m，雨季有水溢出（一般4～9月份，特枯年8月份断流）。2004年6月份实测流量31.58L/s，枯季由于地下水位下降断流，其下降的水位埋深约20m，说明了鱼心寨地下河的管道在其下游段的空间狭小或洞内有垮塌堆积，雨季地下河管排水能力受阻，不畅通，导致地下水位上升，使部分地下水从天窗处溢出地表排泄。
3 社会需求
由于地下河流域地处在高原斜坡地带，岩溶发育，造成了地表水资源极为缺乏，人畜饮水及耕地灌溉缺水极为严重。2003年前，板当镇花坡村一带人口约2000人，由于缺水，土地以旱地为主，稻田则主要分布在牛角冲洼地中，约13hm2，在雨季因鱼心寨地下河的管道排泄不畅，水位上升，使地下水从牛角冲天窗溢出，在洼地中形成洪涝灾害，导致稻田减产，甚至颗粒无收。因此，流域内居民口粮一直以玉米为主，干旱年份造成粮食歉收，产量低下，人均占有粮食不足300kg，人均年收入低于800元。长期以来，当地村民的心愿就是将旱地变为农田，同时对牛角冲洼地的岩溶洪涝进行整治，改善生活环境，提高生活水平，将玉米变成大米。但是，由于水资源的缺乏，这个愿望一直搁浅。因此，开发鱼心寨地下河的岩溶地下水资源，同时进行牛角冲洼地的岩溶洪涝的综合治理，是改善当地生态环境问题、促进地方社会经济发展的关键。
4 岩溶水开发工程方案与经费投入
根据鱼心寨地下河系统特征，地下河出口位于坐马河的河河谷地带，采取泵站提水的方式，工程量大、运行成本高，既不经济又不实穗，同时亦不能对牛角冲洼地的岩溶洪涝进行整治；而地下河管道在牛角冲发育的天窗位置高，在雨季有水溢出（流量为10～35L/s）（照片1），而此段时间，正是耕地需水时间。因此，利用该天窗在洼地中修建引水渠（照片2），开发利用岩溶水资源，既解决天窗以下耕地用水问题，同时对牛角冲洼地的岩溶洪涝亦进行了整治，此工程方案既经济又实效。
该天窗渠引水工程于2001年设计，设计引水水渠从天窗处至花坡村长约1200m，2003年初破土修建，2004年初竣工，目前已初见成效（照片3）。在解决该区水源地的基础上，板当镇进而开展了生态环境整治和可持续发展的示范。一是以岩溶水资源开发为核心，建设配套工程对洼地岩溶洪涝进行治理；二是对土地进行了整治，实行坡改梯，将低于天窗地面高程以下的100hm2旱地改为农田。该工程经费主要来源于国家扶贫开发办，工程建设共投入经费约120万元，其中引水工程20万元，土地整治工程100万元。
照片1 牛角冲天窗雨季溢水情况
照片2 牛角冲天窗雨季引水情况
照片3 鱼心寨地下河牛角冲天窗岩溶水开发工程
5 开发后的社会、经济、环境效益
鱼心寨地下河牛角冲天窗岩溶水开发的工程建成后，发挥了以下三方面的功能：
（1）由于灌溉水资源问题的解决，使板当镇花坡村一带的100hm2旱地全部变为农田，使该区的农业产业结构得以根本改变，从原来的玉米种植转换成水稻种植，提高了区内农民的生活质量及经济收入。据板当镇统计资料，该区农民年均纯收入2003年以前不足800元/人（以种植玉米为主时），2004年（改种水稻）则达到 1350元/人，增长率68.75%，产生了良好的社会和经济效益。
（2）该工程的建成使原来雨季在牛角冲天窗一带的约13hm2良田消除了洪涝灾害的隐患。
（3）2004年，由于农业产业结构的调整，解决了当地村民的温饱问题，明显减少了对陡坡土地的开垦，石漠化的发展得到了一定控制，呈现了减少趋势。
6 经验总结
鱼心寨地下河牛角冲天窗岩溶水开发建设成功的经验，主要有以下两方面：
（1）充分利用岩溶地区溶洞-管道水动态变化大的特点。该工程设计和建设巧妙地应用了岩溶地区岩溶水动态变化大的特点，充分利用了牛角冲天窗在雨季水位上涨溢水自流地表来开发岩溶水资源，做到了水资源的充分利用，发挥了灌溉效益。
（2）将水资源的开发和环境改善紧密地结合起来。该水库工程的建设，一是使原来的旱地变为了良田，从根本上改变了地方的农业产业结构，起到提高农民生活质量及生活水平的作用；二是从根本上消除了牛角冲天窗一带的土地在雨季遭受洪涝灾害的隐患，较好地达到了兴利除弊的目的。
7 结论与建议
板当鱼心寨地下河牛角冲天窗充分利用岩溶地区地下水动态变化的特点来开发水资源，并与环境和谐地结合，是其开发利用成功的主要精髓，为岩溶石山区与其类似水文地质条件的地区提供了一种样板。但该工程不足之处在于，枯季由于地下河水位下降，岩溶水不能从天窗自溢地表，从而造成地表缺水。建议对鱼心寨地下河流域开展更为详实的岩溶地质工作，查清地下河管道发育空间，在管道的适宜地段堵地下河成库，利用牛角冲天窗进行进一步开发岩溶水资源。
参考文献
张林，陈刚，洪运胜等.2005.贵州省格凸河流域岩溶地下水与环境地质调查总结报告［R］
韩至均，金占省.1996.贵州省水文地质志［R］.北京：地震出版社
王明章，杨秀忠等.2003.贵州岩溶石山地区地下水资源勘查与生态环境地质调查报告［R］