云南省严重缺水地区地下水勘查示范工程实例

严重缺水地区和地方病区地下水勘查~

中国地质调查局水文地质环境地质调查中心
我国饮水安全存在问题的人口高达3亿,主要分布在中西部地区,这不仅严重制约着人民群众的基本生活、生产条件的改善,而且也是造成当地经济发展缓慢甚至长期处于贫困状态的重要因素之一。
国土资源部中国地质调查局“十五”和“十一五”期间在总结以往水文地质调查成果和找水打井经验的基础上,以解决饮水安全为目标,按照“统筹规划,分步实施,典型示范,辐射带动”的原则,在西南红层地区、黄土高原、西北内陆盆地、西南大骨节病区和北方饮水型地方病区,选择严重缺水的县(市)部署了地下水勘查与示范工作,先后共安排工作项目30个,涉及黑、吉、辽、晋、冀、蒙、陕、甘、宁、青、新、川、藏、滇、渝和豫16省(区、市),取得了一批技术成果和显著的社会效益(图1至图3)。

图1 四川红层找水

从宏观上掌握了严重缺水地区和劣质水区的分布和现状,按照黄土高原区、内陆盆地山前平原区、山地高原区、红层盆地区和劣质水区五种缺水类型,选择典型地区开展了地下水勘查示范,探索出“划分类型,典型示范;总结经验,编制区划;辐射带动,逐步解决”的工作模式和“调查—示范—区划”的工作方法。

图2 甘肃会宁找到丰富的岩溶水


图3 西藏桑日县的学生喝上了卫生的地下水

在基岩山区发现并总结出“棋盘型”、“断块型”、“隐伏风化壳型”和“叠瓦状台阶式”等15种基岩裂隙水富集模式;在内陆干旱盆地总结出“河流冲淡型”、“古河道型”、“古风成沙漠型”、“边山构造冲淡型”和“断陷充填型”等10种淡水体形成与埋藏模式;探索出西南红层浅层地下水“一户一井”及“分散开采”的开发利用新模式。不仅在找水方向和开采模式上有一定的突破,而且也加深了对区域水文地质规律的认识。
查清了松嫩盆地、大同盆地、河套平原和银川平原等重点地区高砷、高氟地下水和太原盆地高碘地下水分布规律,划分了高氟地下水成因类型,总结出松散岩含水层还原型、温泉地热型和富砷矿区矿化型高砷地下水成因类型,从宏观和微观上探索了高砷地下水的形成机理,总结了适宜人畜饮用地下水的赋存模式,编制的地下水开发利用区划为地方政府进一步实施地质工程合理开采地下水、解决饮水安全提供了技术支撑。在四川和西藏大骨节病区建立了一批供水示范工程,总结出病区与非病区地质环境特征和水“低矿化高腐殖酸”的特点。
建立了从区域勘查到井位确定的“逐步逼近式”地下水勘查方法体系,针对不同地区地质-水文地质特点,建立了相应的包括遥感、物探和钻探的地下水勘查技术体系,并成功应用于不同缺水地区的找水工作;开发出U-PVC成井管材、贴砾过滤器、小型轻便化分层采样系统、水质快速检测仪等一批新材料和新仪器;提高了地下水勘查效率、降低了勘查成本。
通过部省合作“四川省红层丘陵区找水打井工程”项目,探索出“地调投入勘查示范引导,多渠道投资跟进推广”的新机制和“红层找水模式”,并在省部合作项目四川省阿坝州地方病严重区地下水勘查及供水安全示范中得到发扬光大,为进一步推进解决我国饮水安全问题提供了有效的途径。
完成探采结合井和供水示范井1220余口,直接解决了500多万人的饮水安全问题,带动地方投资开展地下水勘查,又为1000万人提供了清洁卫生的地下水源。特别是在四川红层地区,示范带动地方投资在105个县施工供水井213.5万口,解决了约800万人的饮水困难。供水井在抵御干旱中发挥了重要作用,如在2006年和2010年四川省遭受特大干旱时,仍有96%的红层水井能正常供水,保障了群众饮水安全,也证明了地下水在保障饮水安全上的独特作用。
水源解决后,不仅保障了群众的饮水安全,提高了居民生活质量和健康水平,促进了和谐社会、新农村建设和民族团结,而且解放了劳动力,对地方产业结构调整、养殖种植业发展以及脱贫致富步伐的加快都起到了促进作用,被群众誉为“民心工程”、“德政工程”。
中国地质调查局在“十二五”持续安排部署了严重缺水地区和地方病区地下水勘查工作,随着项目的进一步实施,将会有更多的群众受益。

云南红层地下水勘查示范采用多种勘查方法组合，对典型示范区进行勘查研究，共完成1∶5万遥感解译1900km2，1∶10万遥感解译4482km2，1∶5万水文地质调查2042km2，1∶1万专门水文地质调查61km2；采用音频大地电场法、EH-4电导率成像系统、高密度电法完成物探剖面测量1853m、物探点344个；布置实施探采结合井270口，完成钻探总进尺9932.80m，抽水试验181 层/次，采集、测试水样82件；建立地下水动态观测点18个。取得的成果主要有：
（1）更新了红层地下水资源的价值观。
按照一般水文地质调查评价的标准，红层含水层往往富水性很弱，通常认为这些含水岩组中的地下水不具有开采利用价值。而这些含水岩组分布区往往又是严重缺水的地区，长期的忽视使这些地区的地下水资源未得到及时有效的开发利用。通过红层地下水勘查示范，使红层地下水资源的价值得到了重新认识。根据农村生活需水量小和红层含水层富水性普遍弱但分布广泛的特点，采用经济适用的钻探工程、抽水设备和供水方式，以解决红层缺水地区农村生活用水为主要目标，兼顾发展庭院经济用水需求，红层地下水的开发利用具有不可替代的作用，对于广大红层区的农村经济社会发展具有非常重要的意义。
（2）深化了对红层地下水富集规律的认识。
示范区岩性组合复杂，往往出现不同类型的含水层在空间展布上相互叠置、交错分布的情况。但在总体上，地下水的富集仍主要受水文地质因素所制约，即岩性是地下水赋存、富集的基础，构造是地下水赋存、富集的控制因素，地貌是地下水形成和运动的必要条件。构造和地形上的双重盆地是最有利的富水块段形成区；厚度大、分布连续的砂岩是红层区主要的层间裂隙含水层，可形成规模较大的富水块段；可溶蚀成分含量高，易形成溶孔、溶隙的钙质泥岩、钙质粉砂岩和泥灰岩、泥质白云岩等地层，有利于地下水的富集，是红层重要的含水岩组；缓倾角地层区，在同等深度内钻孔揭露的含水层数较多，钻井涌水量较大，成为解决人畜饮水困难的有利地段；丘陵、谷地区的低矮岭脊不具地下分水岭功能，地下水可从较高谷地顺岩层补给邻近的低谷，使丘陵区成为红层地下水的富集区；红层区褶皱发育，背斜轴部张裂隙发育、地下水易在背斜转折端富集，特别是背斜谷地区往往可获得较大钻井涌水量。
（3）基本掌握了红层地下水的开采潜力及开发技术条件。
1）盆地、丘陵宽谷区往往是地下水的富集地带，也是村落密集、缺水问题严重的区域，两者具有较好的对应性，可利用盆地、丘陵宽谷区相对较为富水、地下咸淡水界面埋藏深、垂向上可开发利用的空间较大的有利条件，通过适宜的勘查开发方式解决农村缺水困难。
2）云南红层区泥质岩分布广泛，往往也是缺水村庄分布集中的地区，但泥质岩中砂岩夹层分布普遍，裂隙发育，赋存一定量的地下水，与缺水村庄具有较好的对应性，因而泥质岩中的砂岩层间裂隙水对于解决农村饮用水困难具有较大的开发利用潜力。
3）云南红层风化层分布零散，厚度变化大，风化裂隙多被泥钙质充填，赋存的风化裂隙水有限，单井出水量普遍较小，且枯、雨季水位变幅大，枯季多出现吊泵现象，故仅仅依靠浅井开采风化裂隙水解决农户用水效果较差。
4）目前探采井比较密集的区域，最大开采水量约为补给资源量的40%，且小于允许开采量；探采井稀疏的区域，可将井孔涌水量作为允许开采量，能满足农村供水的资源需要，探采井和观测井水位动态稳定。开采红层地下水解决农村生活用水困难在资源上是有保证的。
5）浅丘平坝、河谷低阶地、谷地底部的浅埋藏松散层孔隙水、风化裂隙水适宜采用浅井开采；缓丘平坝、河谷阶地、丘陵台地埋深40～60m的层间裂隙水、溶蚀裂隙孔隙水适宜采用中深井开采；低山丘陵区埋深60～90m的层间裂隙水、溶蚀裂隙孔隙水适宜采用深井开采。
（4）初步评价了红层地下水的防污性能。
勘查示范区多为河谷、盆地和丘陵区，地表冲洪积粘土和残坡积层分布较广，基岩中泥质岩较多，红层地下水的天然防污性能总体较好。其中，覆盖和埋藏型层间裂隙水和溶蚀裂隙孔隙水的天然防污性能较好，裸露型风化裂隙水的天然防污性能较差。
（5）加深了对咸水分布特征的认识。
根据岩石化学成分、岩性组合和地下水水质的差异，通过剖面对比和实测，在地层含盐层较多的大姚示范区进一步细划出含盐岩性段，缩小了咸水分布的范围，再通过探采井验证，基本掌握了咸水分布规律，在含盐地层中寻找淡水取得初步成效。在大姚县夏家坝团山含盐地层区实施探采井24口，成井23口，其中可饮用水井9口，占成井数的39.1%。获得总涌水量1074.6m3/d，其中可饮用水量483.5m3/d，占总涌水量的45.0%。
（6）形成了有效的红层地下水勘查方法体系。
通过示范实践证明，所采用的勘查方法简易适用，取得的成果精度能够满足红层地下水资源评价、掌握开发技术条件和防污性能，布置开采井、设计和施工的要求。以勘查示范成果为依据，布置实施的开发示范井成井率达97.4%，单井出水量5.0～243.4m3/d，获得总水量7536.9m3/d，解决了示范区13201人的饮用水困难。
（7）总结了红层地下水勘查的工作要点。
1）云南红层区水文地质条件复杂，地下水分布不均，缺水村庄往往处在地表缺水、地下水贫乏的地区，且为农户提供生活用水的供水井不能离村庄太远，可供找水布井的范围有限。因此，红层地下水勘查首先应明确目标，由面到点，在调查区域水文地质条件的基础上，重点是查明构造的形态、含水层的空间展布、厚度、边界条件、有利于补给汇流的地貌特征等，圈定富水块段，研究富水块段地下水的富集特点和规律，紧密结合需水量大小确定适宜的开采目的层和井位。
2）钻探是供水水文地质勘查中的重要手段之一，也是耗资最大的勘查手段，应充分发挥物探快速、经济的优点，在地质和物探成果基础上合理布孔，以减少钻探工作量，经济合理地完成勘查工作；钻孔深度以揭露含水层、满足开采量要求为原则，避免因限制孔深而导致达不到目的的情况发生。
3）地下水动态与均衡研究工作是一项追索历史和预测未来的工作，观测效果的好坏对地下水资源评价的影响较大。对农村分散供水勘查来说，地下水动态观测一是要合理布点，除利用开采孔外，在重要区段还应设适量的专门监测孔，并尽可能采用自动监测装置进行监测；二是要责任到人，并定期督促检查，才能取得预期效果。
云南红层严重缺水地区地下水勘查示范，为红层地下水勘查提供了便捷有效的方法和经验，勘查总体方案布置合理、成效显著，可在红层地下水勘查与开发中推广。鉴于红层水文地质条件的差异性和勘查示范点的局限性，在推广利用时尚应结合当地的具体情况加以调整和完善。

1 前言

1.1 云南省区域缺水状况

云南省正常年水资源总量中地下水占33.3%，因时空分布极不均匀而造成广大地区严重干旱缺水。云南省国土面积为39.4万km²，其中岩溶面积11.09万km²，红层面积11.26万km²，全省人口4288万人。据省政府公布现有缺水人口为500万人，特别是东经102°以东碳酸盐岩连片分布的滇东地区，1998年全省受旱灾耕地面积达1347万亩，成灾761万亩，绝收138万亩，干旱造成397万人、229万头大牲畜饮水困难，旱灾直接经济损失22.5亿元。云南省共有63个贫困县，其中缺水人口约250万人，缺水大牲畜约116万头。分布于滇东岩溶地区的24个贫困县，因碳酸盐岩连片分布，地表多为干谷，人畜饮水困难，有缺水人口约76万人，缺水大牲畜约十余万头。部分地区人畜饮水需翻山越岭到数公里以外的地方取水，水费可高达每方60元。由于缺水导致人民生活困难，人均收入500元左右。缺水已成为制约地区经济发展的一个主要因素。在滇中3.6万km²的红层分布区，缺水人口约100 万人，缺水大牲畜约22 万头。据预测，全省2005年和2010年的水量缺口分别为42亿m³/a和95亿m³/a。

1.2 找水的意义及成果

云南省是一个集边疆、少数民族、山区为一体，各方面发展很不平衡的省份。总人口4288万人，20%的人口散居于15万个自然村，贫困人口405万人，100万人生活在生存条件极为恶劣的山区。农村人畜饮水困难问题，直接关系到人民群众身体健康、密切党群关系、增强民族团结、繁荣稳定边疆、巩固和发展农村经济、帮助脱贫致富的大事。近年来，云南省地质调查院在贫困岩溶区找水，取得了可喜的成绩，仅1998、1999年施工的探采结合井取水量就达16535.27 m³/d，解决岩溶干旱山区72655人和12097头大牲畜的饮水困难及部分农田抗旱保苗用水。同时，还采取了暗河截流、封堵暗河出口建库、利用溶洼成库等手段，用多种方式开发利用岩溶地下水，取得了良好的社会经济效益，扩大了社会影响。

本文按高原断陷盆地、岩溶谷坡、岩溶山间河谷、峰丛洼地、江河分水岭五种类型的取水实例，介绍如下。

2 云南省鲁甸茨院乡钻井提水工程——高原断陷盆地类型

2.1 示范区缺水状况

鲁甸县地处滇东北岩溶区，为国家级贫困县，位于昭通地区南部，面积1519 km²，人口36.2万，辖1镇、13乡、82个自然村，其中9个乡镇缺水，缺水人口4.6万。9个缺水乡镇当中，茨院回族自治乡缺水尤为突出，2.1万人就有1.75万人缺水，4.5万亩耕地有3.8万亩缺水，缺水人口、缺水耕地的比例分别占83.3%和84.4%。严重缺水极大地制约了当地社会经济的发展。

2.2 水文地质条件

茨院乡位于昭鲁盆地西南部，多年平均气温 12.1℃，年平均降水量 891.7 mm，盆底高程1900 m左右，周边山地海拔2200～2800 m，盆底有缓丘分布，相对高差100 m左右，昭鲁盆地水文地质单元面积约830 km²。盆地内富水地段较多，茨院乡位于茨院-桃源富水地段内。茨院-桃源富水地段（图1），属裸露—浅覆盖单斜白云岩潜流-承压流型，覆盖层为Q、N粘土，含水层为D₂ q、D₃ z，岩性为泥灰岩、白云岩，含水层顶板埋深 0～45 m，地下水位埋深0～28 m，泉水平均流量3.03 L/s。茨院-桃源富水地段具有富水性强、水质良好、埋藏浅易开采等特点，是乡镇及村寨集中供水的较好水源地。

图1 茨院-桃源富水地段水文地质结构剖面图

2.3 项目实施的工作程序

严重缺水地区地下水勘查论文集（第一集）

2.4 勘探试验技术

（1）1∶5万水文地质调查：查清了昭鲁盆地地下水单元的边界，查明了岩溶在空间上的发育规律，岩溶水的补径排条件及动态变化特征，圈定了富水地段。

（2）地球物理勘探：利用音频大地电场测量扫面，快速高效地确定找水靶区，布置激电测深剖面和五极纵轴测深、环形测深点，相互对比验证，较可靠地确定钻孔孔位。

（3）水文地质钻探：利用气体反循环钻进技术方法，极大地提高了工作效率；通过抽水试验，获得富水地段重要的水文地质参数（表1）；水质符合国家生活饮用水标准。

表1 茨院-桃源富水地段水文地质参数表

2.5 成果和效益

茨院乡钻井提水工程，施工2个钻孔，深度分别为250.70 m和250.57 m，涌水量分别为2666.55 m³/d和1692.50 m³/d。经钻探和物探成果证实，昭鲁盆地覆盖型岩溶区在地面以下150～160 m、310～330 m段为强岩溶发育段，岩溶水丰富，即深部岩溶水还有较大的开发潜力。钻孔成井后已移交当地乡政府，并建成供水厂。目前，供水厂除满足茨院乡政府驻地3000多人的生活饮用水及4000多头大牲畜饮水外，还可供300亩耕地的抗旱保苗用水。

茨院乡钻井提水工程的成功实施，解决了当地的严重缺水问题，为当地农业生产的发展和人民生活水平的提高提供了有利条件。取得了良好的社会经济效益，受到了当地干部群众的一致好评，为类似地区扶贫找水起到了示范作用。

3 云南省文山柳井天窗提水工程——岩溶谷坡类型

3.1 示范区缺水状况

文山县柳井乡地处滇东南岩溶区，位于文山县南部，为云南省扶贫攻坚乡之一。全乡土地面积172.8 km²，人口15118人，其中彝、壮、苗、傣等少数民族人口占65%，系少数民族集居的边疆贫困乡，人均收入482元。目前尚有6596人未解决温饱，10965人和数千头大牲畜饮水困难。位于海拔1300 m左右，年降水量1300～1400 mm，最高气温34.3℃，最低气温6.1℃。由于地处岩溶山区，无地表河流，地表水资源奇缺，大部分村寨每年2月至6月，需翻山越岭到十余公里外的斗嘴和盘龙河靠人背马驮取水，最困难时水费可高达60元/m³。若遇旱年，庄稼严重减产，饮水更为艰难，干旱缺水已成为制约全乡社会经济发展的首要因素。

3.2 水文地质条件

柳井乡地貌属溶蚀侵蚀低中山，以峰丛洼地地貌类型为主，地层以泥盆系、石炭系等灰岩、白云岩为主。断裂构造以北东向为主，多具正断层性质。岩溶形态多样，岩溶发育极不均一，落水洞、洼地、漏斗溶洞等常见，降水入渗系数高达0.7～0.8。地下水极为丰富，年平均径流模数为10.15～43.04 L/s·km²，地下水总体向北东径流。地下暗河发育，地下水以管流为主，动态变化大，水位埋深100～120 m，最大水位变幅可达80 m，白石岩暗河系统干流长32 km，汇水补给面积680 km²，通过柳井乡南西部的野猪塘、新发寨、长石盆等地（图2）。

图2 白石岩暗河平面图

柳井天窗位于新发寨南部约1 km处，总长602 m，坡降35‰，进口部位30 m范围内狭窄，弯道多而急，最窄处仅40cm。底部与暗河相通，溶洞总体走向北西，洞内曲折。暗河埋深121.2 m，枯季流量33.75 L/s。

3.3 项目实施的工作程序

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3.4 找水及开发工程技术

（1）1∶5万水文地质调查：查清了地下暗河的分布特征，水量、水质的变化，天窗的空间展布。

（2）测量：为取得暗河天窗的精确数据，采用红外测距、经纬仪进行测量。

（3）高扬程大流量提水：为大大降低工程造价，设计两处180°的环形转弯，最大限度地减小了水头损失，同时避免了开凿50余米斜硐的工程量。洞口至取水点管道安装长425 m，弯道26个，高差121.2 m，洞口至高位水池高差60 m，管道安装长135 m，总长560 m，提水总高差186 m，提水量1000 m³/d。

3.5 成果和效益

柳井天窗提水工程，抽水量1000 m³/d，解决了柳井乡、新发寨等15个自然村3137人及1794头大牲畜的人畜饮用水困难问题和1000亩旱作物的用水问题。结束了该乡严重缺乏人畜饮用水的历史。同时使上千人旱季运水的劳动力从水荒中解脱出来，每年至少可多创造60万元的劳动力价值。在柳井地区，有水就可以大面积种植三七及果树、经济林，不但可推动地方经济发展，且对当地的生态环境建设起到了积极的作用。滇东南地区，暗河天窗较为普遍，该提水项目的成功实施，为岩溶石山找水、多方式开发利用深埋地下水开辟了一条新路，提供了示范经验。

4 云南省文山白石岩暗河水库——岩溶山间河谷类型

4.1 示范区缺水状况

白石岩暗河流域地处云南省文山州文山县盘龙河右岸。盘龙河横剖面呈“V"字形，切割深度300 m左右，该流域处于文山县严重缺水的古木、柳井地区，枯水季节电力不足，农业缺水问题突出，有1.9万人和数千头大牲畜饮水困难。

4.2 水文地质条件

白石岩暗河出口位于追栗街乡白石岩村岩脚下东方红电站技改增容工程下游 100 m处，东经104°21′25″，北纬23°15′59″。暗河处于杨柳井向斜构造核部，补给区地貌类型以峰丛洼地为主，海拔一般1300～1700 m。年降水量1300～1400 mm，最高气温34.3℃，最低气温6.1℃。地下水赋存于泥盆系—石炭系碳酸盐岩岩溶溶隙洞管内，向斜翼部分布的D₁ p 页岩，厚30～60 m，未被断裂切割，连续性好，除暗河出口处（白石岩—糯米科一带），均构成良好的隔水边界。白石岩暗河由大倮者、水尾等地暗河支流汇集后于白石岩村出露，大致由南西向北东径流。杨柳井的西部为主要的补给区。暗河流域汇水面积约为680 km² ，暗河干流长约32 km（图3），水力坡度1.5‰，水位埋深50～210 m，水质类型为HCO₃-Ca型。理论计算，年径流量为2.20 亿～3.60 亿 m³ ，流量大、水力资源丰富，具有兴建地下水库的基本条件。

暗河出口段分上下两层溶洞：上层溶洞，高程1144 m，洞高15 m，洞宽18 m，为干溶洞；下层溶洞，高程1105.5 m，高18.3 m，宽8 m，水深10.3 m，水下是15.2 m厚的砂砾层，无胶结，水面标高为1110.82～1105.50 m，流量为1.53～23.5 m³/s。暗河出口段与盘龙河右岸成垂直相交，枯水季节水位高程为1105.5 m，水面宽4.50～5.40 m，水深2.87～6.00 m，断面平均流速0.112～0.73 m/s，出口处与盘龙河水位齐平。暗河水位线以下岩体岩溶不发育，钻孔压水试验Q小于0.005 L/s·m。

图3 白石岩暗河纵剖面图

4.3 项目实施的工作程序

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4.4 找水及开发工程技术

（1）1∶5万水文地质调查：查清了流域内岩溶发育程度，地下暗河的分布特征，水量变化。

（2）充分利用已有工程确定渗漏问题：渗漏是水库兴建后能否达到预期目的的关键问题，暗河出口旁东方红电站坝后蓄水位为1193 m时，在临岸仅发现一处暗河来水，水量较稳定，流量为0.5 L/s，漏水点标高为1180 m，判断暗河堵体与盘龙河之间的临岸地段，当暗河水位在标高1180 m以上时将发生临岸渗漏。暗河水位线以下岩体岩溶不发育，不存在渗漏。

（3）不清基、不围堰，高压灌浆处理坝基。因坝位处水深10.3 m，砂砾层厚度15.2 m，按常规施工方法要在坝位前后堵隔水围堰，而洞内大型机械无法施工，靠人工投入人力将十分庞大。因此，采取不清基、不围堰，在坝位处砂砾层上堆放不同级配的块石，浇灌混凝土，预埋直径2.4 m的过水管，迎水面铺隔水膜，之后采用高压灌浆技术，实施自上而下灌浆，加固砂砾层、堆石强度，使其成为坝体（图4）。

（4）堵体工程分期进行。暗河堵体选择在距离暗河出口116 m处的溶洞内，此处暗河较窄。第一期工程堵体按60 m水头设计，把堵体浇筑至1127.0 m高程，蓄水300万m³。第二期工程是进行1127～1142 m高程之间的堵体浇筑和加强第一期堵体结构，水位总高为126 m，兴利蓄水量为2353万m³，经过试堵阶段后期抬高水位进行验证，渗漏问题不突出。第三期工程是在第一、二期工程成功的基础上进行从1142 m高程直到洞顶（封顶）和坝后式电站建设地下厂房。

4.5 成果和效益

对白石岩暗河的出口采用不清基、不围堰，高压灌浆处理坝基进行封堵，使地下水位抬升形成一座地下水库。将地下水位抬高至1210 m高程后，形成地下水总库容为2.2亿m³，可利用落差60 m，可利用水量为1.32亿m³的地下水库。未淹没农田，不需要搬迁居民点，实现了对下游电站的时段放水调节，缓解了文山电网峰谷差带来的电力供求矛盾，年发电量3586.8万度，增加收入538万元，增加农田灌溉1750亩，解决40616人、6262头大牲畜的人畜饮用水，每年可节约水费300万元。

图4 白石岩暗河出口纵剖面图

此暗河出口筑坝蓄水成库的成功，为岩溶地区开发利用地下暗河提供了宝贵的经验，起到了示范作用。

5 云南省广南珠琳暗河截流工程——峰丛洼地类型

5.1 示范区缺水状况

云南省广南县珠琳处于滇东南高原斜坡地带干旱的岩溶石山地区，地表水资源严重缺乏，农业灌溉和人畜生活用水极为困难，严重地制约该区工农业生产发展。苏都库为云南省广南县珠琳镇所辖的一个自然村，位于珠琳镇南东约8 km处，面积约1 km²的一个封闭岩溶洼地中，洼地中无落水洞（图5）。该村人口约400余人，大牲畜百余头，在村南东洼地边缘有一季节泉出露，泉水枯季断流，使得该村田地均为雷响田，人畜饮用水均要到数公里外人担马驮。雨季有时又遭受洪水之灾。

5.2 水文地质条件

珠琳地区处于南盘江水系支流清水江和西洋江的分水岭地带，属裸露—半裸露岩溶山区，呈峰丛（林）洼地、谷地、溶丘洼地等岩溶地貌形态。年均气温16.7℃，年均降水量845.3 mm。地表无常年性河流，地表水奇缺。总体地势自西向东降低，海拔高程1200～1960 m，大部分地区海拔高程1400 m左右，相对高差200 m左右。相对最低侵蚀基准面为东部的旧莫河，水面高程1200 m。

区内岩溶在垂向上具明显的成层性。发育了三层溶洞，第一层规模最大，海拔高程1200 m，成为暗河出口；第二层规模较小，海拔高程1400～1450 m，多成为大泉出口或季节性排水通道；第三层规模亦较小，高程大于1500 m，为干溶洞。

出露地层以二叠系吴家坪组（P₂w）灰岩、三叠系个旧组（T₂g）灰岩、白云岩为主，岩层浅部褶皱极为发育。区内断裂较发育，主要有北东向和北西向两组。北东向断裂常具压性、压扭性特点。由于T₁x、T₁y薄层泥质灰岩、泥岩的存在，造成含水层在垂向上的成层性和相对独立性。地下水不能全部流入主径流区参加区域深循环，在裸露的补给区出现季节性或常年性的地下水排泄点，枯季泉流量一般0～25 L/s，年变幅一般小于10倍，个别可达20倍。地下水径流模数为10.15～43.04 L/（s·km²）。

图5 苏都库水文地质平面图

5.3 项目实施的工作程序

严重缺水地区地下水勘查论文集（第一集）

5.4 找水及开发工程技术

（1）1∶5万水文地质调查：查清了地下水的补、径、排特征，地下水埋深较浅，具管洞流并呈现出阶梯状降低，地表、地下水转换较频繁的特点。

（2）地球物理勘探：在季节泉周边布置激电测深剖面和五极纵轴测深、环形测深点剖面，相互对比验证，确定暗河管道埋深底板约为12 m，经过季节泉后自南向北延伸。

（3）爆破施工筑堵体：由于12 m深度以下岩溶不发育，故对季节泉口实施爆破不会造成上层地下水的漏失。实施爆破后，发现一岩溶管道，横断面呈不规则状，高1.8 m左右，宽2 m左右，顶板埋深8 m，地下水流向330°，流量15.01 L/s。实施截堵时考虑到洼地呈封闭状且无落水洞，若将管道全部封堵，地下水位抬高至地面后，势必造成整个洼地的淹没。因此，工程设计兼顾旱季截流取水及雨季排洪，将堵体设计在洞口的中间部位，这样当地下水位抬高至地面后，旱季引水利用，雨季开启泄洪口将洪水泄入堵体后面的岩溶管道中流走（图6）。

图6 苏都库暗河截流剖面图

5.5 成果和效益

该暗河截流工程量小，造价低，成功地获得枯季流量1296.86 m³/d，需时用、余则泄，直接解决了苏都库村及周围3个小村子约700余人、200余头大牲畜饮用水的困难，使300余亩雷响田变成了水田。400余亩旱地变成了水浇地。使当地群众不再为水而发愁，安心耕作。不但粮食能自足，田地里还种上了时鲜蔬菜，以前的荒山上长起了果树，当地群众解决了温饱，正向小康迈进，社会效益、环境效益及经济效益皆十分显著。为滇东南峰丛洼地区浅埋暗河的开发利用提供了又一途径。

6 云南省蒙自五里冲盲谷无坝水库——江河分水岭类型

6.1 示范区缺水状况

五里冲水库位于云南省蒙自县南部，距蒙自县城 22 km。蒙自县为滇东南干旱缺水严重的地区之一，有人口31.5万人，耕地面积27803公顷，其中旱地20106公顷，县城因水源不足而严重缺水，相对缺水量44%。五里冲水库，位于珠江水系南盘江流域，由于水库流域面积较小，仅有集雨面积25.4 km²，来水量远远满足不了设计库容要求，故该水库修建了长达20多公里的引水渠道，从元江水系一级支流的南溪河跨流域引水入库。

6.2 水文地质条件

五里冲水库位于南盘江与元江分水岭地带的绿水河源头，岩溶山地与非岩溶的中深切割的中山山地接触带上，两者以盲谷、串珠状洼地、漏斗等相连接。岩溶山地标高在1700～1800 m以上，高出盲谷底部300～400 m。盲谷四周多陡岩、斜坡、溶洞。其库容7949万m³，正常蓄水高程1458 m，蓄水深106 m（不含地下）。流域内标高1350～2200 m，年均气温18.6℃左右，年降雨1300～1400 mm，五里冲河平均流量0.46 m³/s，在盲谷终端落水洞处流入地下（图7），成为五里冲地下河——九股水暗河源头，落水洞口标高1352 m。在其南部1130 m标高的小窝子以泉的形式溢出，再沿峡谷地形汇入绿水河。绿水河在汇入元江处标高仅130 m。

水库区由一岩溶盲谷及发育于砂板岩区的南北两支沟组成。库区处于三叠系个旧组（T₂ g）、寒武系歇马场组（）碳酸盐岩与非碳酸盐岩南北向断裂接触带两侧，T₂ g 为灰岩、白云岩组成，其岩溶十分发育。由砂板岩组成。个旧组岩溶地层断裂构造发育，近南北向的 F₁ 断层是主控断裂，纵贯库区，并成为非岩溶区与岩溶区的分界线。此外，其北西向、北东向及近东西向断裂都较发育，把库区岩层切割成块状。

个旧组灰岩在枢纽区为其第三段（T₂g^c），厚约500 m，除中部有27～65 m厚的黑色炭质板岩夹薄层生物碎屑泥晶灰岩外，均为质纯层厚、可溶性强的厚层至块状的泥晶、亮晶灰岩，地层一般陡倾至直立。岩溶现象十分复杂，发育强度极不均匀，岩溶发育有由上向下递减的现象，而无明显的分层发育规律，最深的古岩溶下限为高程1183.82 m，为紫红色钙质粘土全充填。

五里冲地下河洞管系统北起五里冲岩溶盲谷，南至小窝子及座坡泉口，直线长9～11km，高差150～220 m，上游段有分支，已探明的五里冲洞、龙宝洞、期白邑洞、岩峰洞等洞穴总长度3224 m，占管洞总长度的24.4%。其洞穴管道系统多呈双层单管多支的洞-厅-管结构。平均坡降 14‰～17‰。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号暗河是五里冲地下河的入口组成部分，洞口处于盲谷末端。洞底暗河枯季流量为0.2 m³/s，流速0.32 m/s。暗河水位低于西侧地下水位，高于东侧地下水位呈半悬挂状态。有 KM7、KM8 洞等大型洞穴群。五里冲地下河管道系统，绝大部分发育于 T₂ g ^c 质纯厚层灰岩中，主要受南北向区域性断裂控制，大的溶洞、厅堂又与北西向或北东向断裂关系密切。

图7 五里冲水库流域水文地质略图

6.3 项目实施的工作程序

严重缺水地区地下水勘查论文集（第一集）

6.4 找水及开发工程新技术

（1）采用水文地质调查、洞穴探险、工程地质勘查、示踪试验、平硐勘探、廊道灌浆、井中透视、地质雷达、CT图像、原位声波、弹模试验等多种方法手段。

（2）防渗帷幕南北两端插入相对隔水的砂板岩地层中，把岩溶发育强烈、强透水的个旧组（T₂ g）灰岩全部包围起来，防渗效果理想，做到了充分利用有利地质条件，合理布置帷幕，降低了工程造价。

（3）防渗帷幕是在岩溶地层中设置的悬挂式帷幕，即帷幕底界未能插入隔水岩层，仍在岩溶地层中，极大地减少了工作量，降低了造价。从蓄水至今看来，帷幕是成功的。

（4）在已建成的廊道内，由下层→中层→上层分层采用4～6MPa压力，小口径钻进，孔口封闭，自上而下分段钻灌，不待凝，灌前压水，孔内循环、集中供浆的高压灌浆技术，成功地处理了岩溶地层的强渗漏问题，形成了共三层总高260 m，长1330 m，面积26.2×10⁴ m²的防渗帷幕。

（5）超高超薄防渗墙通过溶洞间破碎岩体。在中层廊道开挖中，先后遇KM7、KM8特大型溶洞，其体积都在10×10⁴ m³以上，如何处理好如此巨大的岩溶洞穴系统，达到防渗、稳定安全的目的，国内外少有成功先例，技术上要求创新。经补充勘探，利用KM7与KM8之间残留岩体设置高105 m，厚2～2.5 m，宽50 m的超高超薄钢筋混凝土防渗墙起防渗作用，左右与帷幕相连，下部与堵头相结。

（6）采用加密高压灌浆技术，成功处理特殊复杂的溶塌堆积体。在帷幕北段的中层及上层廊道中发现了结构复杂的体内无空洞的溶洞塌陷堆积体，其在帷幕线上长30～70 m，面积3200 m²，体积在10×10⁴ m³以上。采取先封闭固结，逐渐加压，终止压力控制在4MPa。对特大耗浆段还采用了限流、待凝、加速凝剂、复灌、控压、冲砂等综合措施，终于使这一段软弱复杂岩体达到了工程设计要求。现经蓄水考验，仍处于安全稳定中。

6.5 成果和效益

五里冲水库是利用天然岩溶盲谷堵洞、帷幕高压灌浆处理岩溶地层渗漏建成的无坝中型水库。库容7949×10⁴ m³，正常蓄水高程1458 m，蓄水深106 m。1997年已开始向蒙自供水，发挥效益。水库的建成，大大地改善了蒙自县的供水状况，一年可向蒙自供水8161×10⁴ m³，可增加灌溉面积10万亩，改善灌溉面积2.3万亩，向城市及工业供水1210×10⁴ m³，使蒙自水利化程度由37%提高到70%以上，是振兴蒙自经济的一项重大工程。五里冲水库是在地质条件十分复杂，岩溶极其发育的地区建成的一项水利工程。超高超薄防渗墙的建成、加密高压灌浆技术成功地处理了特殊复杂的溶塌堆积体，为我国岩溶地区兴建无坝水库提供了一个成功的范例。

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