贵州普定县后寨河流域地下水开发利用研究

贵州普定县后寨河流域地下水开发利用研究

水是生命之源、生产的基础和生态的基础。水资源是基本自然资源，在控制生态环境方面发挥着重要作用。同时，它也是经济战略资源的重要区域之一。由于其独特、复杂的地表地下结构，该地区的地表水资源相对不足，地下水开采难度大，成本高。它对西部的喀斯特地区特别是严重的技术缺水地区得到了有效和适当的开发利用，这是该地区经济可持续发展的有力支持。笔者在此以贵州普定后寨河流域为考察对象,根据该地区长期的降水、地表水、地下水的储水特性,对“三水”资源开发利用与合理配制技术进行分析。1流域地表及地下水条件后寨河流域位于贵州省普定县,属于典型的亚热带高原区岩溶流域,面积81km2,流域地势东南高西北低,地势开阔平坦,海拔高度1100~1400m。该地区属于亚热带季风气候区,全年湿润,冬暖夏凉。年平均气温15.2℃,年平均降雨量1178.8mm,雨季主要集中在6、7、8月,流域内地表、地下河发育典型,其中,地表河主要有后寨河、灯盏河和号营河(图1)。地下河多冒水坑―油寨水系,冒水坑是地下水的出口,此外,流域内还有青山水库和马官水库。区域内天然水资源丰富,地表水较为缺乏,程性缺水突出。从中尺度上看,该地处于黔中偏西的不连续高原面上,水切深,相对高程大,盆地、峰丛等与河流相间分布,而农耕区又主要集中分布在坝子和斜坡上,与河流的的深切高度相比较大,当地俗称的“提灌”被一些地方采用,但这样的方式往往缺乏后续技术管理人员,一旦机器出现故障,通常要搁置许久才能完好,经济上不能长期支持。降水丰沛、地面水漏也是这个地区的一个显著特征。地形崎岖,地表破碎,暗河、溶洞、盲谷等相通且分布广,岩石成分多碳酸盐,水蚀作用强,地表水渗透力度大,导致地表水不易被拦截。另一方面,该区石质多、土地少、土层薄、坡地多,易干旱。很多地方土被不连续,呈斑状结构,要开发一定规模或完整的供水系统着实很难,因此分散流域集水成为当地一种重要的输水方式。喀斯特典型发育,一定程度控制土壤的结构和空间分布,后寨地区虽降水多,由于土壤的田间持水量低(远远低于喀斯特湿润地区100~130cm的平均田间持水量),如果一定时间内不降水,也会对该区的生产生活造成不利影响,甚至干旱。为此,该区域修建了青山水库、马官水库等,一定程度上保证了当地灌溉,解决15000人及其所养牲畜的饮用水,缓解了用水矛盾。2地下水的形成过程通常“三水”的转换发生在大气水、地表水和浅层地下水之间,在太阳热力和地球重力下,“三水”才得以转换和循环。首先,陆地和海洋的水汽蒸发进入大气圈,随气流上升运动和水平流动,在一定条件下,再凝结,以液态或固态(雪、冰雹)降落在地表,落在地下的水一部分汇集在河流湖泊中形成地表水;另一部分渗入土壤岩隙中,形成地下水,地表水有的重新蒸发成水汽,返回到大气圈;有的渗入地下,成为地下水;其余部分则流入海洋。地下水有的通过地面蒸发直接返回大气圈,有的被植物吸收,通过叶面蒸发返回大气圈;其余部分形成地下径流。地下径流有的直接流入海洋,有的在径流过程中泄露地表(如泉)转化为地表水,然后返回海洋。2.2缺少水保技术该区农村经济和农业发展取得初步成效,但农业整体上面临巨大压力,季节性缺水叠加在工程性缺水之上,农业种植外部环境显现劣性。农户的农业用水方式与技术比较粗糙和落后,有的农户采用较为传统的“手工”灌溉,当然“机井抽水灌溉”占大部分比例,说明该区缺少农业硬件集水技术,水资源成为制约农业生产和农户生活的一道瓶颈。在农村用水总量中,目前农业用水约占65%以上,因为该区的城镇化水平低,进度缓慢,农用水转非农用水过程漫长,所以将来很长一段时间内该地区的农业用水量还会增加,因此,努力设法收集该区的“三水”资源,并加以合理化运用,是解决后寨多方面用水的一个重要措施,是一项正确的小流域集水工程,可局部缓解工程性缺水问题。3集回用、调蓄排放雨水收集就是大气水降落时,未形成坡面径流或初步形成径流时,将它收集回用、调蓄排放的总称。雨水收集根据不同的门类需求有多种划分,但为了分析方便,可以将它分为农村雨水收集和城市雨水收集,由于城市和农村的地表覆被状况不一样,因而所采取的雨水收集技术在一定程度上不尽相同。3.1自然生态下取水方式和水量水池是顶部位于地表或地表以上的蓄水建筑物,是集水系统常见的蓄水小工程之一,它有几方面的优点:①水源可以来自坡面径流,也可以直接来自降水,在降水集中的季节可以在短时间内蓄满;②取水比较便捷,取水方式可以灵活多样;③工程量不算大,对于经济落后的地区来说,实施性较强,单个容积较水窖大,近水田可以得到相对有效的用水补给。水池的集水方式可以分为天然集水和引泉水,前者可以通过一些坡面流连接固定的通水管道引水至水池里,后者可以采用泉水—机器(自流方式)—引水管—水池—管道系统输出—人畜用水,基本能解决人畜饮水困难和生产生活、生态旱季的农苗用水。3.2集流面的设计水窖是一种建筑在地下的蓄水工程,最早发源于我国北方地区,但它使用的条件广,西南地区也可以采用这种集水模式。水窖大体由水窖主体、集流面和沉泥池3个基本部分构成,首先,水窖的主体部分可以根据不同地方的地质构造和土壤状况来修建,一般以圆柱体形和方体形居多,贵州有许多钙质石,可以就地取材来修建,在修建的过程中必须认真以水泥浆抹面来防止水窖渗水。其次,选择好集流面也是极其重要的,集流面可以包括庭院凹地、道路面等。来水方向的卫生环境一定要最优,以便最大化引进优良降水。最后,因为农村的环境和经济偏差,所以沉泥池也显得尤为重要,如果降雨过大或庭院卫生状况欠佳,那么就会有很多泥沙流进水窖,沉泥池起着沉淀过滤的效果。沉泥池的具体设计如图2所示。在使用水窖的时候需要注意几个方面:①庭院及其附近注意卫生安全,经常清理,保持整洁。庭院内不要放化学农肥、农药等有害物质。②水窖要定期清理,用杀毒器进行消毒,等一段时间后在进水。③生活下水道、牲畜圈、厕所要远离水窖。3.3屋顶雨水收集屋面收集雨水的污染程度低,pH多显中性,Ca2+、Mg2+等离子含量低,水的硬度低,不需要进行软化,可以直接回用于洗车、浇灌等,通常屋面雨水可以分为屋面外收集系统和屋面内收集系统,屋面外收集系统一般由屋檐沟、收集管、连接管等组成,屋面内收集系统由连接管、悬管、立管等组成。在屋顶修建集雨池,须考虑墙面和混凝土版面承受压力,修建高度须适宜。利用输水管道,构建简易自来水,可以和水窖有机组合使用,调节水窖水位,一次性投入的成本低,在农村能有效广泛推广,可以解决一年中最干旱的季节(春冬)人畜用水问题。3.4权坝建设设施如路面集流、斜坡集流等,由于水源广、面大、无方向性,要求集水地有相当容积,因此,可以修建水塘或拦坝。在修水坝之前必须做好地质地貌考察和分析,如果常伴有地质活动或岩石裂隙较多,当然排除该区域,同时可以根据基岩厚度和物质组成及周边环境,估算水坝的部分参数,以便更好地保水、保护周围生态环境及水坝安全。4反应和建议4.1微小型集雨工程型根据该地不同情况,有针对性采取合乎实际的集水技术,该蓄则蓄,应拦则拦,以微小型集雨工程为主,充分利用好该地区的雨水资源。抓好小型工程建设工作,需要把管理和技术分配到位,严格把好质量关卡,力求让人工工程对自然环境和地域系统影响最小化,同时又要倡导节水意识,发展农业和工业节水技术,必要时利用价格调节水价。4.2改善当地农民的生活环境在解决农村饮用水困难的基础上,依靠集约型灌溉,发展技术浇灌,多方面经营,改善当地农民生活质量、生产条件和生态环境。同时要做好水资源的合理调配,保障重点部门和重点工业的用水,也要兼顾农业用水、一般用水和其他环境用水,始终坚持“先生活、后生产,先节水、后调水,先河道水、再水库水,后地下水”的原则。4.3发挥好水的效融合作用雨水收集工程要与生活、灌溉、保持水土及周围环境有效结合,积极参与一水多用中来,使水资源得到高效利用。忙季用水既要考虑农业用水,又要保证农业用水不浪费,这需要地区人民把节水意识统一到高层上来。4.4大力发展特色农业把建设好的水窖、水池、水库等运用于农业中,加快地区优势种的发展,带动林、果、菜等小型种植业的统一发展,提倡“鸡—沼—果”的发展模式,努力走出一条适合当地的特色农业。发展任何农村产业链必须把农民利益放在第一位,提高水和土地的利用率,使农民增收增产,脱贫致富。5投资及低能源地建设区(1)贵州喀斯特广泛发育,山高水低、石多地漏等,虽处亚热带,但缺水,论其性质属于工程性缺水,其原因是丰富的水资源中可利用部分较少,可以供给的水量少,且拥有独特的三维空间结构,因此掌控水循环规律,控制水资源的最初形成和空间分布,解决该地工程性缺水。(2)掌握该地区峰丛的三水循环规律、水资源的形成过程等是非常重要的。然后可以根据当地实际情况,改变集中提供用水原来方式,根据上述原则采用微型小工程的开发利用模式,多方面和多种类地集雨蓄水,可以增加可用水量,化整为零解决喀斯特峰丛的整体工程性缺水。(3)贵州普定县后寨河流域大力支持水利工程建设,以微小型水利工程为主,以偏大型水库为辅,渐渐完善集水系统,有区别、有选择地发展综合效益强的水利设施。(4)重视水土保持,改善生态环境。该区应注意斜坡和耕地的关系,当坡度>25°时不宜发展农业,要以退耕还林为中心,推进自然林的保护和人工绿林的建设。植被是当地生态环境的脆弱部分,但它也是生态环境重要成分,不仅可以涵养水源,还可以有效地调节地表径流、控制土壤侵蚀量、改善后寨河流域环境,对当地集雨供水均有极大的好处。2.1生态环境治理在某些坡度陡的地方,为了缓解用水的时空分布不均,当地村民盲目开石筑池,部分植被破坏,短时间难以恢复,在夏季降水集中的时候,较容易发生水土流失,水土流失占该地区面积的17.3%,因此保水、保土、保肥、集水是该地区生态环境治理的主要指导方针;见水便开发,以前该地区多为天然冒水坑,过度地开发地下水,使得地下水的水位逐年下降,部分地区导致人工塌陷,原有的地下水被迫改道,地表径流随漏斗通道快速流失,生活一次性用水常见,且没用统一的排水渠道,直接流淌到后寨河,尤其在枯水期的时候,又逢春季,农业用水量大,然而河