(廣東省地質調查院，湛江524049)
基金項目:國土資源調查項目“廣東重點地區巖溶地下水與環境地質調查”(200410400014)。
作者簡介:楊群興(1968—)，男，高級工程師，主要從事水文、工程、環境地質的調查研究工作。
受地質環境和區域經濟的制約，廣東在暗河開發領域還處於探索和實驗階段，技術水平和方法還很落後，開發利用效果不理想。因此，本文以寶瓶座地下河和龍坪地下河的開發為例，研究和總結經驗，旨在為今後巖溶流域地下水的合理開發提供經驗借鑒和技術指導，從而更好地利用巖溶水資源，彌補地下河時空分布的差異，更好地解決巖溶石質山區幹旱缺水問題，促進當地經濟發展。
關鍵詞:經驗總結；理性發展；地下水；典型喀斯特盆地
1前言
廣東巖溶地下河主要分布在粵北巖溶石質山區。根據巖溶水系統空間介質具有地表和地下雙層結構的特點，巖溶流域(巖溶水系統)的結構類型按巖溶地貌組合可分為峰叢窪地(谷)、巖溶丘陵窪地(谷)、巖溶盆地(谷)和巖溶平原四類。巖溶地下河沿北東向和北西向構造活動帶發育，其支流和幹流總體發育方向與構造帶走向基本壹致。粵北巖溶石山地區現有地下河110條，單條地下河枯水期流量8.92 ~ 760.5 L/s，巖溶水自然資源量56.5億m3/a，可采資源量43.8億m3/a..
經過長期的探索和嘗試，各級地方政府和當地群眾在如何開發利用地下河水資源方面積累了壹些經驗。據調查，約75%的地下河得到了不同程度的開發利用。天然巖溶水主要通過築壩蓄水、修建水渠引水、在窪地堵塞水庫、挖隧道引地下河水、蓄水發電、抽水和開發旅遊資源等方式開發利用。覆蓋型和埋藏型巖溶地下水主要是通過私井或鉆孔抽水和抽取來開發利用的。
粵北巖溶石質山區特別是峰叢窪地(谷)、巖溶丘陵窪地(谷)等地區幹旱缺水。以峰叢窪地(谷)寶瓶地下河、龍坪地下河開發為例，總結經驗，為今後巖溶盆地地下水的合理開發提供參考。
2水瓶座地下河開發的經驗和教訓
2.1區域地質條件
根據粵北巖溶石質山區巖溶水系統，寶瓶座地下河屬於連州巖溶山溝四級巖溶水系統(以下簡稱四級系統)，是壹個獨立的五級巖溶水系統。
四級系統位於南嶺山脈中段南部。寶瓶座地下河以北地區為構造侵蝕型中高山-中山地貌，南部為喀斯特低山峰林盆地(谷)和峰叢窪地地貌。泥盆系(東崗嶺組、棋梓橋組、柳江組、榮縣組、天子嶺組)、石炭系(連縣組、石柑子組、梓門橋組、湖田組)、二疊系(棲霞組、茅口組、長興組)、三疊系(大冶組、四望更組)區域地質構造復雜，四級系位於南嶺東西向復雜構造帶、湘南南北向構造帶、多級構造的交匯復合部位。
四級系統的特點是暖、濕、雨、雨、幹四季。多年平均氣溫18.1 ~ 19.8℃，多年平均降雨量1413.1 ~ 1747.2毫米..
2.2巖溶發育規律
四級系統巖溶發育處於青年期，縱向發育為主，橫向發育為輔。垂直巖溶壹般分為三個帶(層)，層與層之間往往由溶洞或大型溶蝕裂隙連接，水力聯系密切。在水平方向上，溶洞和溶蝕裂縫多沿構造發育方向(斷層面、褶皺軸、構造裂縫等)延伸。)或巖層，並常發育地下河系。喀斯特地貌常表現為峰林、峰叢、窪地，峰叢叢生，窪地呈片狀或串珠狀，與NE、n NE、NW方向的主要構造發育線基本壹致。山峰呈倒錐形、饅頭狀，上陡下緩，局部可見陡壁，山峰多由基部連成簇狀。峰叢窪地(谷)多為小規模橢圓形或長條狀，常發育天坑、漏鬥，多由地下溶洞相連，是大氣降雨和地表水轉化為地下水的主要場所；峰叢窪地(谷)地表多幹燥缺水，偶爾可見季節性溪流。
巖溶發育主要受巖性、地層結構、地質構造、地貌、新構造運動等因素控制，不同巖溶發育時期、不同構造部位或不同地貌單元往往存在明顯差異。據統計，70%以上的地下河(如寶瓶河、龍坪地下河)和81.9%以上的巖溶泉主要發育在褶皺軸部、隆起端和傾伏端、斷裂帶和構造過渡與交匯處；巖性和巖組特征是影響巖溶發育的基本因素。厚層純灰巖的巖溶發育比多雜質或薄層的灰巖強得多。在地形變化較大或突變的地方，由於水力梯度的變化和地下水的強烈交替循環，巖溶發育的強度較強。例如，地下河或大泉往往發育在山峰與山谷的過渡帶，以及陡峭的懸崖(斜坡)腳下。
2.3地下河系統的特征
寶瓶地下河出口位於連州市大路邊鎮山塘村委會裏水村西北，流域面積31.96km2(圖1)。
地下河位於低山巖溶峰叢地貌邊緣，峰高535 ~ 665 m，坡度10 ~ 20。盆地內榮縣組(D3r)、連縣組(C1l)、石蓮子組(C1s)、潭水組(C1c)、梓門橋組、大堡組組合(C1z？Dp)、湖田群(C2h)、棲霞群、谷峰群、桐梓群合並(P1q？t)異碳酸鹽地層。
地下河出口發育在核心D3r灰巖構成的背斜傾沒端，高程340m，洞口呈三角形，高15m，寬2 ~ 100 m，走向145。主入口南門水洞位於該背斜的北翼，發育在C1s灰巖中。入口高447m，寬25m，高15 ~ 20m，中央見壹寬20 ~ 30m的天窗。地下河發源於黃塘坪、管頭洞、黃塘坪農場、麥田坪、桐子嶺，該區巖溶落泉地表水從南門水洞潛水入地形成地下水。地下河沿鷓鴣坪斷層從南門進水口向西南方向發展，然後沿C1l與D3r的接觸帶轉向NEE，最後轉向東南直至寶瓶座出口，全長5.2km(圖1、圖2)。地下河進出口高差110m，平均水力比降2.1%，枯水期流量151.4l/s。
圖1寶瓶座地下河流域水文地質平面圖
1-故障；2-地層代碼和邊界；3-地下分水嶺；4—地下河出口，左邊為數字，右邊為流量(升/秒)，分母為流量測量日期(月:日)；5—地下河入口，左邊為數字，右邊為流量(升/秒)，分母為流量測量日期(月:日)；6-推斷暗河管道；7—彈簧及其流量(升/秒)；8-巖溶窪地；9-落水洞；10-峰高(米)
地下河SW 600m入口處有壹個窪地，窪地內發育壹個垂直天坑。天坑上覆蓋著壹層薄薄的沖洪積蓋層，暴雨時窪地常積水成澇；在水壓的作用下，天坑內的填充物和覆蓋層容易坍塌，被水壓沖走，使地表水和地下水的交替通道暢通，地表水直接補給地下水。
地下河流域受南北向臨武斷裂、北東向鷓鴣坪斷裂和北北東向江東存斷裂活動的影響，巖溶發育強烈，有窪地(漏鬥)12個，地下河1條，泉4個。
圖2寶瓶座地下河縱剖面示意圖。
1—梓門橋組和大埔組合並；2—石尖子組；3-連縣組；4-榮縣組；5-石灰石；6-推斷暗河管道；7—左邊是地下河的出、入口編號，右邊分子是流量(L/s)，分母是流量測量日期(月:日)；8-巖石產狀
2.4巖溶水資源及開發利用條件
流域地下水主要受大氣降水補給，地下河為單壹集中排泄口。因此，地下河的自然資源類似於大氣降雨入滲補給，可采資源相當於50%保證率條件下地下河的自然流量，多年平均可采資源相當於年平均流量。根據計算，寶瓶座地下河天然補給量為1775.1000 m3/a，可采資源量為477.5萬m3/a(即13081m3/d)，多年平均可采資源量為138.33萬m3/a(即37899
地下河主航道最大高差110m，水力比降2.1%，整體地形變化不大。喀斯特流域屬於中低山區徑流排泄帶，地下水主要集中在溶洞、構造裂隙和溶蝕裂隙中，以管狀流為主，脈狀流和網狀流並存，水位在50m以上，流域地下水交替循環強度中等。這些決定了寶瓶座地下河的開發利用條件更加復雜。
2.5社會需求分析
地下河流域及其附近地區的工農業用水和生活飲用水依賴於巖溶地下水。出口區域現狀及近期社會經濟發展對水資源的需求見表1。
將表1中的數據與上述水資源進行對比，地下水資源能夠滿足目前居民飲用水、牲畜飲用水和農業用水的需要以及近期社會經濟發展的需要，能夠滿足現有電站裝機容量目前需水量的29.2%和近期發展需水量的29.1%。據調查，豐水期流量是枯水期的20 ~ 40倍，是電廠利用水資源發電的高峰期。
表1社會水資源需求統計表
註:農田日需水量按年需水量6000m3/hm2，200天計算。
2.6巖溶水開發利用項目計劃
地下河的開發利用包括為村民飲用水抽水或引水，為農業灌溉和水產養殖修建引水渠道，利用隧道和周邊山溝引水發電等。本文主要討論寶瓶座壹級電站項目(圖3)。
根據工程結構特點，本工程由土質重力壩、隧洞、繞山引水渠、壓力管道、發電機房等電站建築和發電設備等五個單體工程組成，總造價224萬元。
圖3中，土壩沿SN向穿越窪地，長98m，頂寬1.5m，底寬4.5m，高2m。地下河窪地西端至堰塘垱西南600m沖溝邊坡隧道穿地表，長1.433km，寬1.0m，高1.2m，均為天然隧道墻，隧道進口設閘門和監控室。繞山引水渠從隧道出口沿山坡修建至水口嶺西側，在寶瓶座地下河出口處呈北東向。長1106m，排水口與壓力管之間有壓力池。繞山引水渠斷面寬1.6m，深1.5 ~ 1.7m，厚0.5m，長65448。壓力管采用φ1000mm鋼管，上端與壓力池連接，沿山坡敷設至發電機房，長471m，壓頭90m。寶瓶壹號電站位於地下河出口下遊50m的左岸。機房、管理辦公室和宿舍集中在壹棟兩層框架結構建築內，磚混結構，總建築面積400m2。機房內安裝有兩臺水輪發電機組，裝機容量為500kW。
2.7開發後獲得的效益
李水電站於2002年底建成投產，年均發電量904萬千瓦，電費總收入2765438+50萬元/年，電站的運行不僅帶來了直接的經濟效益，而且緩解了當地的電力緊張，提高了老百姓的生活水平。
裏水村通過在地下河出口抽水取水，解決了約560人的飲用水和部分生活用水，結束了長期挑水的歷史；出口區還利用水資源灌溉農田約64hm2，種植豆瓣菜等反季節蔬菜約2.13hm2，養殖魚塘約0.5hm2，為當地人產生了可觀的經濟效益。
據調查，寶瓶座地下河開發利用工程很好地解決了巖溶石質山區如何充分利用時空分布不均的水資源的問題，有效提高了巖溶水資源的利用價值，產生了明顯的生態和環境效益。
圖3寶瓶座地下河開發利用工程平面示意圖。
1-擋水土壩；2-導流隧洞；3 .環山引水渠；4-壓力罐；5-壓力管；6-發電機房；7—抽水泵房；8—地下河出口及其編號；9—地下河入口及其編號；10—推斷暗河管線；11-巖溶窪地；12—落水洞；13-地下分水嶺；14-峰高(米)
2.8成功的經驗和教訓
寶瓶座地下河水資源開發利用項目的成功經驗體現在因地制宜、開發形式多樣、壹次性投入、見效快、效益高的特點。該方案充分利用了區域地質條件、暗河系統特征和水文地質條件等。，具有針對性和合理布局，有效提高了地下河流域水資源利用率，產生了明顯的社會、經濟和生態環境效益。
在總結成功經驗的同時，我們應該從項目初期的壹些問題中吸取教訓。工程初期，由於巖溶窪地巖溶發育規律不明確，只封堵了窪地西緣與坡腳接觸處可見的泄水隧洞，而對窪地發育的垂直落水隧洞未進行處理，無法發揮水庫蓄水功能。經水文地質勘探，在坡腳外約100m處修建土壩停止蓄水，避開了水墊塘強烈發育地段，蓄水後未發現較大滲漏。但據調查，蓄水區淺層地下巖溶也較發育，且大多與地表相通。因此，建議大壩在將來封堵庫底之前，不要超過現有的2m高度來控制水壓。同時，對坡腳附近的泄水隧洞進行清淤，增加泄水能力，以保證在洪水期間聚集在窪地的積水能夠迅速排出，避免因水位高和坑體滲漏造成庫底坍塌。
3隆平地下河開發經驗
3.1區域地質條件
龍坪地下河屬於連州巖溶山溝四級巖溶水系統，是壹個獨立的五級巖溶水系統。
喀斯特盆地地貌類型為峰叢谷(窪地)，峰頂海拔550 ~ 800 m，地面坡度5° ~ 20°；出露有磴子組(C1s)、梓門橋組(C1z)、湖田組(C2h)、棲霞組(P1q)、茅口組(P1m)等碳酸鹽巖地層，巖性為灰巖、白雲質灰巖等。
地質結構復雜。地下河位於東西向流沙向斜北翼與孔塘背斜北翼的接觸部位，連州流沙螺旋構造北側與西江螺旋構造的交匯部位。盆地的匯水範圍涉及壹級夷平(海拔150 ~ 270 m)、二級夷平(海拔350 ~ 450 m)、三級夷平(海拔550 ~ 700 m)。
3.2巖溶發育規律
地下河流域位於壹級區域構造隆起帶，碳酸鹽巖建造的巖性和巖相特征是影響巖溶發育的基本因素和物質基礎，受褶皺和斷裂構造控制。龍坪地下河流域巖溶發育正處於青年期，溶蝕作用強烈。巖溶谷、窪地、漏鬥、天坑、溶隙、溶洞發育，峰叢、窪地、漏鬥、天坑串珠狀。峰叢、谷(谷)和漏鬥的分布以NE、n NE和NNW向為主，與主要斷裂構造的發育線基本壹致。
3.3流域概述
地下河發源於孔塘和巍子村的地表水流和巖溶降泉，水滲入或流入巍子村-孔塘村-吳禮村以西地區(即孔塘背斜軸部及其北翼)的巖溶谷(窪)、天窗、漏鬥和天坑。在上遊，許多巖溶泉呈NE向出露，經過短暫的地表徑流後，繼續向地下滲透，穿過地下巖溶管道。Dp→C2h→(圖4)。地下河露體不僅用於飲用、耕作、農業灌溉和蒸發，還滲入地下，成為龍潭大泉(圖4中6號泉)和下遊龍潭水庫的水源。
地下河流域地面高程230 ~ 700 m，入口高程380m，出口高程240m，進出口高差140m，流域匯水面積17.63km2，地下河埋深在龍平街-埠村壹帶0.0 ~ 60.0 m，多在龍平圩鎮附近小於10.0m，地下河流量65438
3.4補充、直徑和排放條件
圖4龍坪地下河流域水文地質平面示意圖。
1-故障；2-地層代碼和邊界；3—峰高；4-地表水系統；5-地下分水嶺；6-推斷暗河管道；7-巖溶窪地；8-落水洞；9-地下河入口；10—地下河出口，左邊是數字，右邊是流量(升/秒)，分母上是流量測量日期(月:日)；11—下降泉，左邊是數字，右邊是流量(升/秒)，分母上是流量測量日期(月:日)；12-龍坪地下河蓄水工程；13—鉆孔，左邊分子是數字，分母是孔深(m)，右邊分子是流量(m3/d)，分母是減深(m)。
巖溶水主要由大氣降水入滲補給，其次為落水泉和河谷邊緣基巖裂隙水的側向補給。大氣降水通過巖溶窪地、漏鬥、天坑和溶隙直接補給地下水，豐水期補給量最大，平水期次之，枯水期側向補給，期間以地下河排泄為主。據連州站多年平均降雨量1764.8mm，每年4-8月為豐水期，6月11至次年2月為枯水期，多年平均氣溫19.3 ~ 20.2℃。
地下徑流以管道型和裂隙型為主，具有流速快、徑流路徑長、地下水交替循環好的特點。在地下流域和地形的控制下，引入巍子村-孔塘村-吳禮村以西的部分水源在吳村SE二級夷平面邊緣被泉水多次出露，然後水流經壹級夷平面二級巖溶谷的強巖溶區，地表水全部流入地下河，反映了巖溶山區地表水與地下水相互轉化的地下徑流特征。
暗河與11號鉆孔(圖4)為同壹水源，鉆孔水位隨暗河的流動而漲落。外源水對地下河水量的調節起著重要作用，地下河水量和鉆孔水位隨著南圍子水庫24小時放水而明顯增加和上升(圖5)。
圖5龍坪地下河11號鉆孔流量水位動態變化曲線。
3.5結構特征
受地質構造活動的影響，地下河流域有許多水源補給點。主、支管道在平面上呈樹枝狀分布，沿途可見吳禮NW500m地下河入口、巖溶窪地、天坑、天窗及眾多泉水點。其中，吳禮村以西的窪地有四個呈北西向分布的天坑。最大的天坑呈橢圓形，長軸30米，短軸20米，深20米，呈垂直漏鬥狀。隱約可以看到地下管道，底部可以聽到地下水流的聲音。天坑的延伸方向與地下河入口方向壹致。
地下河流域發育垂直巖溶。根據65438號鉆孔揭露的9.77 ~ 172.16m深度，發現全部溶洞。地下溶洞主要發育在9.77 ~ 54.55米深度範圍內，其中26.0 ~ 30.0米深度範圍內有4.0米高的溶洞
地下河出露於中厚白雲巖灰巖中，巖層產狀100 ∠ 65，節理不發育，沿地下河溶洞方向溶蝕裂隙發育。地下河的出口位於北北東向的東山灣斷層、東西向的保平斷層和大田縣西博勒斷層的交匯處。原見三個大小不壹的溶洞(圖6)，長約10 ~ 15m。水體由西南向東北垂直湧出地表，出水口已被蓄水工程水體和地下河沖積物淹沒。
圖6龍坪地下河出口段示意圖
3.6巖溶水資源及開發利用條件
由於地下河流域地表徑流在枯水期和大部分正常季節基本斷流，巖溶水主要由大氣降水補給，地下河通過集中單壹出水口排泄，因此在50%保證率條件下，巖溶水資源接近大氣降雨入滲補給，可采資源量與地下河多年天然平均流量基本壹致。經計算，龍坪地下河自然資源量為382.73萬m3/a，多年平均可采資源量為299.8萬m3/a，為自然資源量的78.33%。
地下河主航道最大高差140m，坡度5° ~ 20°。吳禮村-吳村地形變化大，水力比降大，而吳村-龍坪街地形變化小，水力比降小。流域屬於喀斯特峽谷徑流-排泄帶，地下水主要集中在地下洞穴和裂隙中，以管狀流為主，脈狀流和網狀流並存，地下水交替循環中等。地下河出口位於龍坪圩鎮，人口密集，土地較多。這些為巖溶水資源的開發利用提供了充足的儲備，決定了技術條件簡單，水資源利用率高。
3.7社會需求分析
地下水資源主要用於龍坪圩鎮居民和龍坪村村民的生活、畜牧業、漁業養殖和農田灌溉。龍坪圩鎮區域水資源現狀及近期和中長期需求見表2。
將表2中的數據與上述水資源進行對比，現狀需求水資源與多年平均可采資源的比值為23.1%，近期需求水資源與多年平均可采資源的比值為49.2%，中長期需求水資源與多年平均可采資源的比值為57.5%，社會需求水資源未超過地下河多年平均可采資源，由此可見，地下河資源能夠滿足水資源利用現狀
3.8地下河出水口蓄水工程
本項目完成於1994年初。項目布局具有結構簡單、功能全面、實用性強的特點，工程造價為33.35萬元。
表2社會對水資源的需求統計
蓄水工程總體布局為南北向，由蓄水飲用水源區、洗滌引水灌區、養殖引水灌區三個功能區組成，總面積約0.8hm2，各功能區之間用水泥砂漿砌築結構墻隔開。蓄水飲用水源地位於地下河出口內側，面積約1300m2，蓄水深度0.8m，其功能是建設壹定規模的地下水庫，提供充足優質的生活用水，更好地合理配置地下水資源。附近1000多居民的生活用水是從地下河出水口抽取或引來的。洗引灌區位於蓄水飲用水源地北側，面積400m2，蓄水深度0.3m，是居民(村)飯後洗漱、戲水、休閑的場所。養殖引灌區位於蓄水飲用水源區東部，面積0.6hm2，利用優質流動巖溶水資源養殖鱖魚、鱅魚、鯉魚。
蓄水工程在結構上由重力壩、蓄水結構池和泄洪溝組成。重力壩建在蓄水結構池的外側。大壩為NE向，長120.0m，高2.5m，底寬4.0m，頂寬3.0m，除靠近鎮端20.0m的水泥砂漿砌石壩外，其余均為均質土壩。大壩具有蓄水結構池、引水灌溉和泄洪功能。
蓄水結構池構成了蓄水工程的三個功能區，由七個網格狀的結構池組成。池底鋪0.2m厚混凝土，外墻和隔墻采用水泥砂漿砌築結構，墻面抹水泥砂漿，水泥漿抹光。墻寬60cm，高1.3m。其中洗引灌區被圍墻分割成12個網格，呈網格狀。墻寬1.0m，高0.5m。養殖引灌區由五個結構池組成，中間有引水渠。地下河出水口和洗漱區兩側鋪設石階，方便村民取水洗漱。
排洪溝位於蓄水工程東側，延伸至靠近山腳處。由白雲石灰巖鋪砌而成，長150.0米，寬3.0米，深2.0米，主要用於引走梧村至龍坪的地表水流，保護蓄水工程。
3.9鉆井取水工程
11鉆孔原用於水文地質勘察，後被龍坪鎮投資6.89萬元建成水源地。當鉆孔直徑為φ150mm，靜水位為2.94m，湧水量為10.71L/s時，水位下降深度為2.36m(抽水試驗影響半徑為102.16m)；鉆探抽水深度28.0m，深井泵流量30m3/h，功率7.5kW，水源供給衛鎮中心龍坪鎮政府辦公室及居民(村)，受益人口5500余人。
3.10好處和經驗總結
10年以來，龍坪地下河的開發利用取得了良好的社會、經濟和生態效益。在10年期間，* * *為6500多人和大約300頭大牲畜提供了290萬立方米的水，確保了社會經濟的持續穩定發展。利用水資源進行農田灌溉，種植果樹和無公害蔬菜，利用優質流動水資源進行漁業養殖，直接受益農田46.7hm2(全部用巖溶水灌溉10 hm2)，年產大米約120t，年供應美味魚產品1500kg，對提高當地生活水平起到了良好的作用。蓄水工程有效地保護了水源和水質，取得了明顯的生態和環境效益。
實踐證明，龍坪地下河的開發利用是成功的。因地制宜，選擇有利地形修建蓄水工程，有效控制工程規模和工程量，以較低成本合理調節巖溶水資源，可以更好地解決幹旱缺水問題，使之符合民生利益。充分利用國家資金投入的勘探試驗孔，低成本投入較好地解決了附近居民(村莊)的生活用水問題，其勘探開采結合取水方式為幹旱缺水地區的地學研究和找水提供了正確的指導；蓄水工程布局的合理性，功能和取水方式的多樣性，使地下河始終處於自然泄流狀態，滿足各種社會需求，取得良好的社會、經濟和生態環境效益。
4結論
地下河的開發利用具有壹次性投入、短期見效、多功能、長期實用的優點。因地制宜地科學合理開發地下河，對解決幹旱缺水、調節水資源時空分布不均、改善生態環境、促進地方經濟可持續發展具有積極意義。在開發的同時，應不斷改善地下河流域的生態環境，增強水土保持功能，加強地表水和地下水的調蓄能力，增加自然資源量，更好地彌補地下河時空分布的差異，以充分發揮巖溶水資源的效能。
在撰寫本文的過程中，魏、等同誌做了清理和繪制地圖的工作，在此表示感謝！