粤北喀斯特山区水资源特点与开发利用研究

粤北喀斯特山区水资源特点与开发利用研究沈灿燊陈怀生杨惠民梁军粤北喀斯特地区面积在6000km2以上，占广东喀斯特面积90%以上，占韶关市及清远市两市面积的50%，主要分布在连县-阳山-英德的连江流域，乐昌-韶关-仁化及乳源县西侧的梅花街-大桥和滃江的一部分。组成岩石以透水性较强的中上泥盆纪至上二迭纪的浅海相碳酸岩为主，区内岩溶十分发育，石山嶙峋。耕地面积只有两万亩左右，人口约60万。由于基岩为透水性较强的灰岩，雨季雨水大量渗入地下，一般地表水缺乏、地下有丰富的岩溶水，但许多地区埋藏较深，在几十米至两百米以下，难于自然利用，故用水困难，不但农业生产缺水，甚至饮用水也十分缺乏，因而影响到生产经济的发展和文化、生活水平的提高，使本区成为广东比较贫困的一个地区。解放后，研究供水的问题，投资共达1000多万元，虽改善了许多地区的供水，但仍未得到预期的效果，如能将本区水资源的规律摸清，合理地开发利用，将有助于改善本区的贫穷落后面貌，将其建设得更好。1粤北地区水资源的特点粤北位于北江上游，地处南亚热带北缘，属亚热带暴雨区，雨量十分丰富，年平均降雨量为1440-1600mm左右，暴雨中心降雨量达2000mm以上，为我国典型的暴雨径流区之一，但降雨季节分配不均匀，其月雨量分配如下表：（单位:mm）最大日暴雨量在英德横石塘达348mm（1982年5月11日），连江大湾达367mm（同日）。年降雨量在空间的分布上由南向北逐渐减少，并受地形影响，在花岗岩和变质砂页岩构成的地势较高的山地，常形成暴雨中心。在喀斯特洼地中，四周峰丛的雨水集流而下，常洪涝成灾，但雨后全部积水又从漏斗、落水洞排走，地表变乾旱，雨量丰沛但地表缺水，为喀斯特地区特有现象。本地区年水面蒸发量在1000-1200mm左右，其空间分布也是由南向北递减，年水面蒸发可近似作为蒸发能力，可见本区年降雨量大于蒸发能力，气候是比较湿润的。从年平均径流深等值线图和平均年径流系数图可知，本区年径流深在800-1600mm左右，径流系数在0.50-0.70之间，其时间分布和空间分布与降雨量基本一致（见图2，3），这说明粤北喀斯特山区的水资源是比较丰富的。但是，由于喀斯特地区特殊的下垫面，使其产、汇流过程不同于非喀斯特地区，虽然雨量充沛，但地表缺水，因此有必要对粤北喀斯特山区水资源特点进行深入的研究。粤北处于亚热带，夏季炎热，秋季冬季昼夜气温差异很大，在石灰岩裸露区山地的地面夏日酷热，加上植被受破坏，许多山地童山濯濯，地面温度极高，蒸发力很大。下雨初时，雨水一接触地面便很快汽化，汽雾腾腾，但当地面热力散失，因无土壤覆盖，雨水无渗蓄条件，便渗漏成地下水或以地表水形式流走，蒸发量迅速减弱。在覆盖型喀斯特地区，则有薄层土壤被覆，部分水渗入土层，雨后仍继续蒸发，因而蒸发量有两种形式：N：土壤相对含水量；a:反映土壤、植被特性参数。即降水先渗入土壤中，然后再不断蒸发。在降雨后，裸露岩溶区中的雨水迅速渗漏入漏斗溶洞中，漏入地下的水量不久又从天窗、通道涌出，河道河水汹涌，地表径流猛烈泛滥，流势汹汹；雨一停止，水位很快便落下，地表呈乾旱状。由于本区多暴雨，雨量多，雨强大，许多洼地及岩溶小盆地因山洪倾泻而下，无法排走造成洪水泛滥，但雨后1-2天，积水由漏斗、溶洞漏走，地面又呈乾旱，因此，下渗大小速度视：①溶洞大小及密集程度；②地下原来水位高低；③地下河的大小及情况而定，无所谓蓄满，也无所谓超渗。在覆盖岩溶区，土壤层覆盖不厚，雨水渗入土层后，以重力水形式很快下渗，到岩石面，以后便按石灰岩渗漏情况下渗，每当降雨，河川径流很快高涨，但涨势不及前者汹涌，而退洪时也比较缓慢。粤北连县、阳山、英德、韶关形成一系列岩溶河谷平原，被部分面积较小的砂页岩、花岗岩等非碳酸盐山地环绕分割而呈盆地状，而粤北山字形构造的前弧翼强烈地挤压，形成线状形断裂带，幷发育成栅栏状地形，这些地形对雨水、地表水的渗漏运动有重要的影响。一般在岩溶和非岩溶接触处，常有丰富的地下水或地表河流，水资源丰富，容易开发；而溶洞、漏斗群的线形地形带，则表现为大量雨水漏入地下，地表乾旱。从宏观来看，粤北高山区，大多为裸露岩溶地形，大量漏水，是岩溶水层的补给区。大量水流从溶洞、漏斗渗漏而下，地下河较深，岩溶水深度从几十米到200多米，地表乾旱用水困难。地下河四通八达，非压力水和压力水同时存在，由于地下水埋藏较深，难于自然利用。即使施以简单工程也难以利用。如海拔600多米的乐昌沙坪区，地下河深度从几十米到200米以上，水量丰富，水位年度变化明显，在漏斗中可听到水声潺潺，连县高山区海拔在6000m左右，是一个方圆几十里，起伏和缓的高台地，也有这种情况。在较低的平原或山间小盆地，则多属覆盖岩溶型，在平原上常有喀斯特山峰，地下水埋藏较浅，有丰富的覆盖岩溶水和层间承压水，埋藏深度10m到20m，水量丰富，为排泄区。靠近河流附近的大片高度不同的地区属这类。如韶关的大塘-马坝、乐昌的新村、大园村等地，水井出流量达60m3/h，个别可达200m3/h以上。在红色砂页岩覆盖地区，常形成承压水，以泉的形式流出，如英德盆地一带，在枯季有10多处流量200L/s以上的泉。曲江县、连县、滃江盆地也有丰富的泉水，许多泉水是以泉塘（泉流出处形成小塘）状出现，对小型用水，引用十分方便。从宏观看排泄区，地下水一般排泄到河流，补给河流，故本区枯季流量变化比较稳定，流量也比较大。在两者之间的过渡区，即在高山高台与平原间地区具有两者之间的性质，如连县西江区，海拔400m左右，为峰丛、台地、丘陵相间的地区，水的贮藏形式十分复杂，在平坦的公路两侧，地下水埋深只有5-10m，而较高台地，则溶岩水深度在20-30m以上。在大的分区中，也常出现小地形的补给排泄和过渡区，在缺水的东山高台地、高山区、三排山区都发现有这种情况，如三排东芒乡小学附近，处于山以下100多米的山坳，覆盖着冲积土，地下水埋藏在10m左右，水量虽不很丰富，但打井可供该区居民的生活饮用水。许多高原缺水区常出现悬挂泉和半山出水溶洞，但水量并不稳定，许多出水溶洞现已枯竭。如阳山县的东山区的蕉弯洞，在河坪乡府附近的山腹处，海拔400多米，洞搞20m，宽100m,深度未知，往日流水潺潺，现已无水（杨惠民.对粤北石灰岩地区水资源的初步印象.1986）。初步估计，全粤北区地下河达186条，流量较大的泉达2400个，其中许多喷出量超过100L/s。粤北地表水也有它的特点，小支流大多沿非岩溶区或与岩溶区接触地带流出，大支流和干流则沿岩溶低点区顺地势切割而成，大片系统岩溶台地，因渗漏严重，一般没有地表河流，小支流处间有断头河。干流河床中常常有地下水流出和河水潜入。河流每次大暴雨发生，地表地下水流很快汇集，涨洪急，峰形尖陡。但由于不断有地下水流补给，退水曲线较缓，退水时间较长，次洪的径流系数较小，大部分现雨水流入地下河或地下裂隙溶洞中，土壤蓄水量和蒸发都很小，现举赤溪站上游流域。从年径流来说，枯季地下水大量补给，径流系数是比较大的，由于枯季地下水埋藏较深，蒸发量相对较小，裸露岩区蒸发更少，且粤北大部分植被较差，蒸散发也不多，与蒸发力相比较，相差很远，大部分潜入地下的水流都补给河流，形成枯季河水较稳定，且量大；小部分地下水则变为深层水，不再在本区流出地面。因而年径流系数相对较高，故用水量平衡方法（E=P-R）求陆面蒸发。是不相宜的，因损失主要为渗漏入地下的潜水，而不全部蒸发。应当划分地理景观类型区，计算出下垫面权数，再按不同景观求出实际蒸发，给出蒸发等值线，比较合理(杨惠民.对粤北石灰岩地区水资源的初步印象.1986）（陈怀生.广东粤北石灰岩地区野外考察报告.1986）。2粤北水资源的合理利用问题水作为资源，利用时必须取得较好的经济效益，评价地区水资源综合利用时，应从经济效益、社会效益和环境效应立论。利用地表水的一般方法是：（1）利用河川水流，粤北岩溶区的河流，如连江、翁江，都有丰富的流量，在枯季仍保持一定的河水量。近河岸田亩，可利用河水灌溉，但较远处由于岩溶区的地势崎岖、耕地分散，利用河水作为灌溉必须有扬程高度，这样必须解决动力的问题和引水时岩溶渠道的渗漏问题，目前仍有一定的困难。（2）建立水库。从30多年的经验得出，建立小型水库是可以较好地解决用水的问题。由于粤北系列溶原台地四周为非岩溶的砂岩、砂页岩和花岗岩小面积高山所围遶，这里山地不透水，地势高，有一定的集雨面积，利用来建造水库，是有利的。如乐昌沙坪区的八宝山的花岗岩和变质岩构成的山系（与最高峰1520m的石坑连成一脉）流经八宝山的小河汇集附近山地的雨水，水量丰富，当小河流出非岩溶区，到达岩溶区时，便转入地下，目前设计堵河成库，地势很好，可蓄水300-400万m3，建成后，可供沙坪缺水区工业用水和生活用水。又如缺水的东山区在花岗岩山地上建成100多万m3蓄水量的东山水库，对解决该区生活用水和部分农业用水起了很大的作用。因此，详细查勘可建水库的非岩溶区，找出合适建库的地形，修筑小型水库，水库不宜过大，以符合当地、国家可能投资而为。水库建成后，供水时，应当注意下列两个问题。（3）由于岩溶区植被多被破坏殆尽，气温日较差很大。在沙坪，据调查，午间地面温度最高可达40C以上，夜间则降到0C附近。输水距离较远时，引用水的水管（铁和水泥）易破裂漏水，地面是裸露岩溶层，无法埋于地下，而利用原地面挖渠，因岩溶层裂缝多，漏水严重，因而在技术上研究供水方法是急切的问题，最基本的措施是使岩溶区緑化，以减地面温差。（4）水资源的利用应当是综合的，水库应当既供水，又发电，并可养鱼，这是难度较大的技术问题，不容易配合得好。小型发电站一方面可作照明，并可解决目前岩溶区烧饭和小型加工业的能源问题。重复多次利用水，提高水的经济效益，并取得一定的社会效益。但在岩溶区建水库，如果没有足够的地质资料和技术力量，会带来失败。粤北石灰岩区岩层有纯石灰岩、白云岩、泥灰岩和硅质灰岩等，如在纯石灰岩上建库，技术条件要求高，顺次为白云岩，泥灰岩和硅质灰岩，相对地漏水性以愈后者愈小。在连县高山区，建了围子水库，1958年蓄水时为500万m3，由于石灰岩溶蚀，大量漏水，现已无法供水，阳山高峰区先锋水库，团结水库都因大量漏水而有空库现象。利用地下岩溶水。本区有十分丰富的地下岩溶水，利用得当，可解决缺水问题，一般利用方法是：（1）开挖水井在排泄区，开井是比较容易的，只要找到准地下岩溶水丰富的地下河，有补给的大溶洞或承压水层，开凿水井，出水量必然较多。在过渡区的小地形排泄区，也有开井的可能，只不过出水量较小而已。（2）抽用地下水在粤北岩溶高原区，地下水丰富，但较深几十米至100m以上。抽水必须用电，电网架设，输电设备投资较大，与人口分散、目前工农业发展有矛盾，比较困难。可以研究安装水轮泵，找地下河流急、天然落差大的地方，从溶洞放进水轮泵，冲击水轮泵抽水上地面。广西忻城北更加福大队，广西凤山县平乐公社大洞大队，都用这个方法抽提深达50多米的地下水，解决了部分用水困难。如果地下水位变化较大，可用滑道式泵站或电梯式泵站。总之，因地制宜，可提取部分流量，作灌溉和生活用水，投资不大，简单可行。（3）引用泉水和溶洞水的水流勘察位置较高的地下河位置，造穿洞壁，筑渠引水，并利用泉水筑池蓄水。水量虽不大，但可自流出水，解决附近地区用水困难。（4）建筑地下水库由于本区岩溶区被非岩溶区包围分割，形成棋盘式岩溶分布，大的地下水库址可能不会多，但如有合适的地方，落差大的溶洞库址，也设法利用，如连山南岗一个洞穴就有较大的跌水，可作小型电站，抽水出地面可用于灌溉。总之，利用多种形式利用地表水和地下水，是解决缺水问题的一个可行方法。3森林重植和水资源保护森林是保护水资源的重要保证。目前，粤北大部分地区森林被破坏，有些地区童山濯濯，连岩石隙中的树根也被群众挖光，水土流失十分严重。岩溶区的水土流失是另一种类型，与一般花岗岩风化土壤覆盖地区不同。流失先从山顶开始，山顶林木植被全被毁灭后，所有土壤被雨水、径流冲掉，流失到山腰，久之，山腰土壤也被冲掉，土壤全部聚到山脚坡地。接着，坡地出凹下低洼地有部分土壤外，其