云南省严重缺水地区地下水勘查示范工程实例
1.1云南省区域缺水
正常年份地下水占云南省水资源总量的33.3%，时空分布不均，造成不少地区严重干旱缺水。云南省陆地面积39.4万平方公里，其中岩溶面积16.5438+0.09万平方公里，红层面积16.5438+0.26万平方公里，人口4288万。根据省政府的公告，有500万人缺水，特别是在云南东部，碳酸盐岩在东经102以东连续分布。1998年，全省耕地受旱面积达1347万亩，成灾76100亩，绝收138万亩，致397万人受灾。云南省* * *贫困县63个，缺水人口约250万人，缺水大牲畜约1160000头。滇东喀斯特地区有24个贫困县。由于碳酸盐岩连续分布，地表多为干涸的山谷，人畜饮水困难。缺水人口约76万人，缺水大牲畜约10万头。在一些地区，人和动物需要翻山越岭才能到几公里外取水，水费可高达每平方米60元。由于缺水，人民生活困难，人均收入在500元左右。水资源短缺已成为制约区域经济发展的主要因素。滇中3.6万km2红层分布区，缺水人口约1万人，缺水大牲畜约22万头。预测2005年和2010年全省缺水量分别为42亿m3/a和95亿m3/a。
1.2找水的意义和成果
云南省是一个集边疆、少数民族、山区于一体的省份，各方面发展很不平衡。总人口4288万人，20%的人口分散在654.38+0.5万个自然村，贫困人口405万人，654.38+0万人居住在生活条件极其恶劣的山区。农村人畜饮水困难，直接关系到人民群众的身体健康，密切党群关系，增进民族团结，繁荣稳定边疆，巩固和发展农村经济，帮助脱贫致富。近年来，云南省地质调查院在贫困岩溶地区找水取得了可喜的成绩。仅1.998和1.999年，探采结合井取水量就达到1.6535.27 m3/d，解决了喀斯特干旱山区72655人、1.2097头大牲畜和部分农田抗旱保苗的饮水困难。同时，通过截流暗河、封堵暗河出口、溶洼建水库等方式，对岩溶地下水进行了多种方式的开发利用，取得了良好的社会经济效益，扩大了社会影响。
本文介绍了高原断陷盆地、喀斯特谷坡、喀斯特山谷、峰丛洼地和河流流域五种类型的取水实例。
2云南鲁甸慈源乡钻井提水工程——高原断陷盆地型
2.1示范区缺水
鲁甸县位于滇东北喀斯特地区，是国家级贫困县，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，其中缺水镇9个，人口4.6万。在9个缺水乡镇中，慈源回族自治县缺水尤为突出，21000人中缺水17500人，4.5万亩耕地中缺水3.8万亩，缺水人口和耕地分别占83.3%和84.4%。严重的水资源短缺极大地制约了当地的社会经济发展。
2.2水文地质条件
慈源乡位于赵露盆地西南部，年平均气温12.1℃，年平均降水量891.7毫米，盆底海拔1900米，周围山地海拔2200 ~ 2800米，盆底为平缓丘陵，相对高差约100米，境内多富水区慈源-桃园富水地段(图1)属于裸露-浅覆盖单斜白云岩潜流-承压流类型。覆盖层为Q和N粘土，含水层为D2 q和D3 z，岩性为泥灰岩和白云岩。含水层顶部埋深0-45 m，地下水位埋深0-28 m，泉水平均流量3.03 L/s，慈源-桃园富水区具有富水性强、水质好、埋藏浅、易开采等特点，是乡镇集中供水的良好水源。
图1慈源-桃园富水段水文地质结构图
2.3项目实施的工作程序
严重缺水地区地下水勘探论文集(上)
2.4勘探测试技术
(1) 1 ∶ 5万水文地质调查:查清了赵露盆地地下水单元的边界，查明了岩溶在空间上的发育规律、岩溶水的补充排泄条件及其动态变化特征，圈定了富水区。
(2)物探:利用音频大地电磁场测量扫描面，快速高效地确定找水目标区，布置激电测深剖面、五极纵轴测深和环形测深点，相互对比验证，可靠地确定钻孔位置。
(3)水文地质钻探:采用气体反循环钻探技术，大大提高了工作效率；通过抽水试验，获得了富水地区的重要水文地质参数(表1)；水质符合国家饮用水标准。
表1慈源-桃源富水段水文地质参数表
2.5成就和益处
慈源乡打井提水工程，施工两个钻孔，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。钻探和物探结果表明，赵露盆地覆盖岩溶区在地面以下150 ~ 160 m和310 ~ 330 m为岩溶强烈发育地段，岩溶水丰富，即深层岩溶水具有很大的开发潜力。打井后，已移交给当地乡政府，并建有供水厂。目前，该水厂不仅满足慈源乡政府3000余人的生活饮用水和4000余头大牲畜的饮水，还为300亩耕地的抗旱保苗提供用水。
慈源乡打井提水工程的成功实施，解决了当地严重的缺水问题，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。取得了良好的社会效益和经济效益，赢得了当地干部群众的一致好评，为同类地区的扶贫找水起到了示范作用。
3.云南文山刘晶天窗提水工程——喀斯特谷坡型
3.1示范区缺水
文山县刘晶乡位于滇东南喀斯特地区，文山县南部。是云南省扶贫乡镇之一。全乡土地面积172.8 km2，人口15118，其中彝族、壮族、苗族、傣族等少数民族人口占65%。是少数民族聚居的贫困边境乡镇，人均收入482元。目前仍有6596人温饱不足，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 ~ 1400mm，最高气温34.3℃，最低气温6.1℃。由于地处喀斯特山区，没有地表河流，地表水资源匮乏。每年2月到6月，大部分村子都需要翻山越岭到十几公里外的斗嘴、盘龙江，靠人驮马取水。最困难的时候，水费可高达60元/m3。遇到干旱，农作物严重减产，饮水更加困难。干旱缺水已成为制约该乡社会经济发展的首要因素。
3.2水文地质条件
刘晶乡地貌属于低溶蚀侵蚀的中山地貌，以峰丛洼地地貌为主，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，多为正断层。岩溶形态多样，岩溶发育极不均匀，天坑、洼地、漏斗洞常见，降水入渗系数高达0.7 ~ 0.8。地下水极其丰富，年平均径流模数10.15 ~ 43.04 l/s·km2，地下水一般流向东北。地下暗河发育，地下水主要在管道中流动，动态变化大。水位埋深100 ~ 120m，最大水位波动可达80 m，白石岩地下河系干流长32 km，汇水补给面积680 km2，流经刘晶乡西南的野猪塘、新发寨、长石盆地(图2)。
图2白石岩地下河平面图
刘晶天窗位于新发寨以南约1 km处，全长602 m，坡度35‰。入口30 m以内很窄，很多急弯，最窄的地方只有40cm。洞底与地下河相连，洞的整体方向为西北，洞内曲折。地下河埋深为121.2 m，枯水期流量为33.75 L/s..
3.3项目实施的工作程序
严重缺水地区地下水勘探论文集(上)
3.4寻找水源，发展工程技术
(1) 1 ∶ 5万水文地质调查:查明了地下河的分布特征、水量水质变化、天窗的空间分布。
(2)测量:为了获得地下河天窗的准确数据，采用红外测距和经纬仪进行测量。
(3)高扬程大流量提水:为了大幅度降低工程造价，设计了180两个圆弯道，最大限度地减少了水头损失，避免了开挖50米以上斜平硐的工程量。洞口至取水点管道安装长度425 m，有26个弯道，高差121.2 m，洞口至高位水池高差60 m，管道安装长度135 m，总长560 m，总提水高差186 m，提水能力1000m3..
3.5成就和益处
刘晶天窗抽水工程抽水能力为1000 m3/d，解决了刘晶乡、新发寨等1000 m3/d自然村3137人、1794头大牲畜的饮水问题和1000亩旱作物的用水问题。结束了该乡人畜饮水严重短缺的历史。同时让成千上万的枯水期挑水人从缺水中解脱出来，每年至少可以创造60万元的劳动价值。在刘晶地区，有水可以大面积种植三七、果树和经济林，不仅可以促进当地的经济发展，而且对当地的生态环境建设也有积极的作用。在云南东南部，地下河的天窗更为常见。提水工程的成功实施，为岩溶石质山区寻找水源，多种方式开发利用深层地下水开辟了新途径，提供了示范经验。
4云南省文山白石岩地下河水库——喀斯特山地河谷型
4.1示范区缺水
白石岩地下河流域位于云南省文山州文山县盘龙河右岸。盘龙河断面呈V型，切割深度约300 m，流域位于文山县严重缺水的古牧、刘晶地区。枯水期电力不足，农业缺水问题突出，654.38+0.9万人、数千头大牲畜饮水困难。
4.2水文地质条件
白石岩地下河出口位于追里街乡雁石岩村山脚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 "。地下河位于杨柳井向斜构造核心，补给区地貌类型主要为峰丛洼地，一般海拔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裂隙隧道中，向斜翼部分布的D1 p页岩厚30 ~ 60 m，未被断层切割，连续性较好，除地下河出口(白石岩-粘泥岩区)外，形成良好的防水边界。白石岩地下河经罗达地下河支流和水围汇集后出露于白石岩村，流向一般为西南至东北。杨柳井以西是主要补给区。地下河流域汇水面积约680 km2，地下河干流长度约32 km(图3)，水力比降1.5‰，水位50 ~ 210m，水质类型为HCO3-Ca。理论年径流量2.2亿~ 3.6亿m3，流量大，水力资源丰富，具备建设地下水库的基本条件。
地下河出口段分为两层:上层为干洞，标高1144 m，高15 m，宽18m；下溶洞高程1105.5 m，高18.3 m，宽8 m，水深10.3m，水下为砾石层，厚15.2 m，无胶结，水面高程165438。地下河出口段与盘龙河右岸垂直相交。枯水期水位高程1105.5 m，水面宽度4.50~5.40 m，水深2.87~6.00 m，平均断面流速0.112 ~ 0.73 m/s，出水口与盘龙河水位平齐。暗河水位线以下岩体岩溶不发育，钻孔压水试验q值小于0.005 l/s·m。
图3白石岩地下河纵剖面图
4.3项目实施的工作程序
严重缺水地区地下水勘探论文集(上)
4.4寻找水源，发展工程技术
(1) 1 ∶ 5万水文地质调查:查明了盆地岩溶发育程度、地下河分布特征及水量变化情况。
(2)充分利用现有工程确定渗漏问题:渗漏是水库建成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水位1193 m时，岸边仅发现一条暗河水，稳定流速0.5 L/s，渗漏点高程1180 m，暗河水位线以下岩体岩溶不发育，无渗漏。
(3)基础不清不采用围堰，坝基采用高压灌浆处理。由于坝址水深为10.3 m，砾石层厚度为15.2 m，按照常规施工方法，坝址前后都要封堵防水围堰，但洞内大型机械无法施工，依靠人工投入将非常庞大。于是，地基不清，不使用围堰，在坝址上堆放不同级配的砾石层，浇筑混凝土，预埋直径2.4 m的水管，在水面铺设防水膜。然后采用高压灌浆技术，实施自上而下的灌浆，加强砾石层和堆石体的强度，使之成为坝体(图4)。
(4)封堵工程应分阶段进行。暗河区块选在距离暗河出口116 m的洞内，此处暗河狭窄。一期工程塞体按60 m水头设计，塞体浇筑至1127.0 m高程，蓄水量300万m3。二期工程是在一期工程1127 ~ 1142m高程之间浇筑块体，加固块体结构。总水位126 m，李猩库容2353万m3。封堵试验后期提高水位后，渗漏问题并不突出。第三期工程在一、二期工程成功的基础上，从1142 m高程至天花板(封顶)和坝背电站，建设地下厂房。
4.5成就和益处
白石岩地下河出口采用无围堰不清基础，高压灌浆封堵，抬高地下水位，形成地下水库。地下水位上升到1210 m标高后，形成地下水库，地下水总库容2.2亿m3，可利用落差60 m，可利用水量132万m3。农田没有被淹，也不需要搬迁居民区，实现了下游电站不同时段的放水调节，缓解了文山电网峰谷差造成的电力供需矛盾。年发电量3586.8万千瓦时，增加收入538万元，增加农田灌溉1.75亩，解决40616人和6262头大牲畜的人畜饮水，每年可节约水费300万元。
图4白石岩地下河出口纵剖面图。
这条地下河出口拦河蓄水的成功，为岩溶地区地下河的开发利用提供了宝贵的经验，起到了示范作用。
云南广南朱琳地下河5号截流工程——峰丛洼地型
5.1示范区缺水
云南省广南县朱琳位于滇东南高原斜坡上的干旱喀斯特石质山区。地表水资源严重短缺，农业灌溉和人畜生活用水极其困难，严重制约了该地区工农业生产的发展。苏都库是云南省广南县朱琳镇下辖的一个自然村。位于朱琳镇东南约8公里处的一个封闭岩溶洼地，面积约1 km2。凹陷处没有天坑(图5)。该村人口400余人，大牲畜100余头。村东南的洼地边上，一季有泉，旱季断泉，弄得村里的田地都是雷田，人畜饮水都要外地人背几公里。雨季有时会遭受洪水。
5.2水文地质条件
朱琳地区位于南盘江水系支流清水河和西洋的分水岭，属于裸露-半裸露岩溶山区，有峰丛(林)洼地、山谷、岩溶洼地等岩溶地貌。年平均气温16.7℃，年平均降水量845.3毫米..河面多变，地表水稀少。整体地势自西向东递减，海拔1，200 ~ 1，960m。大部分地区海拔约1400米，相对高差约200米，相对最低的侵蚀基准面为东部的老漠河，水面海拔1200米
该区岩溶在垂直方向上有明显的层理。已发育三层溶洞，第一层最大，海拔1200 m，成为地下河出口。二层规模较小，海拔1400 ~ 1450 m，多成为大泉出口或季节性排水通道。第三层规模也较小，标高大于1500 m，为旱洞。
出露地层主要为二叠系吴家坪组(P2w)灰岩、三叠系个旧组(T2g)灰岩和白云岩，地层浅部褶皱极为发育。本区断裂十分发育，主要有北东向和北西向两组。NE向断层常表现为压性和压扭性。由于T1x和T1y薄层泥质灰岩和泥岩的存在，含水层在垂向上呈层状，相对独立。地下水不能完全流入主径流区参与区域深部循环，出露补给区存在季节性或常年性地下水排泄点。枯水期，泉流量一般为0 ~ 25 L/s，年变化一般小于10次，个别情况可达20次。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探论文集(上)
5.4寻找水源，发展工程技术
(1) 1 ∶ 5万水文地质调查:查明了地下水的补给、直径和排泄特征。地下水埋藏浅，具有管状洞穴流和阶梯式递减的特点，地表和地下水变化频繁。
(2)物探:在季春周围布设激电测深剖面、五极纵轴测深剖面和环形测深点剖面，相互对比，确定暗河管道埋深底板约12 m，穿过季春后由南向北延伸。
(3)封堵体爆破施工:由于12 m以下岩溶不发育，爆破季节性泉口不会造成上部地下水渗漏。爆破后发现一条岩溶管道，断面不规则，高约1.8 m，宽约2 m，顶板埋深8 m，地下水流向330°，流量15.01 L/s，封堵时认为洼地闭合，无落水洞。如果所有管道都被堵塞，地下水位上升到地面，整个洼地都会被淹没。因此，在工程设计中，兼顾枯水期取水和雨季泄洪，在孔的中间设计了挡水体，当地下水位上升到地面时，可以在枯水期引水利用，雨季开启溢洪道，将洪水排入挡水体后面的岩溶管道中，流走(图6)。
图6苏都库地下河截流剖面图
5.5成就和益处
这条暗河工程量小，造价低。成功获得枯水期流量1，296.86m3/d，需要时间，排出剩余。直接解决了苏都库村及周边三个村约700人、200头大牲畜的饮水问题，将300多亩相磊田变成了水田。400多亩旱地变成了水浇地。让当地百姓不再为水发愁，安心种田。不仅粮食能自给自足，地里还种上了新鲜蔬菜，过去的荒山上也长出了果树。当地人民解决了温饱问题，正在向小康迈进，社会、环境和经济效益显著。为滇东南凤丛洼地区浅埋暗河的开发利用提供了另一条途径。
6云南蒙自五里冲盲沟无坝水库——河流流域型
6.1示范区缺水
五里冲水库位于云南省蒙自县南部，距蒙自县城22公里。蒙自县是滇东南干旱缺水严重的地区之一，人口31.5万，耕地面积27803公顷，其中旱地201.06公顷。该县缺水严重，相对缺水率达44%。五里冲水库位于珠江水系南盘江流域，汇水面积较小，仅为25.4 km2，入库流量远不能满足设计库容要求。因此，水库修建了20多公里的引水渠道，从元江水系一级支流楠溪江引水。
6.2水文地质条件
五里冲水库位于南盘江与元江分水岭的绿水源头，岩溶山地与非岩溶中深路堑中山山地的接触带由盲谷、串珠状洼地和漏斗连接。岩溶山区海拔在1700 ~ 1800 m以上，高出盲谷谷底300~400 m。盲谷周围有许多陡峭的岩石、斜坡和洞穴。库容7949万m3，正常蓄水高程1458 m，蓄水深度106 m(不含地下)。流域内海拔1350 ~ 2200m，年平均气温约18.6℃，年降雨量1300 ~ 1400 mm，五里冲河平均流量0.46 m3/s，在盲谷尽头的天坑处流入地下(图7)，成为五里冲地下河。南部海拔1130 m的小窝以泉水的形式溢出，再沿峡谷地形流入绿水河。沅江汇合处绿水河高程仅为130 m
库区由一条岩溶盲谷和砂板岩区的两条支流组成。库区位于三叠系个旧组(T2组)与寒武系歇马厂组()碳酸盐岩与非碳酸盐岩接触带两侧。T2 g由石灰岩和白云岩组成，岩溶非常发育。它由砂板岩组成。个旧组岩溶地层断裂构造发育，近南北向的F1号断层为主要断层，贯穿库区，成为非岩溶区与岩溶区的分界线。此外，北西向、北东向和近东西向断裂十分发育，将库区岩层切割成块。
枢纽区个旧组灰岩为第三段(T2gc)，厚约500米，除中部为黑色碳质板岩夹一薄层生物碎屑泥晶灰岩，厚27 ~ 65米外，其余均为厚至块状泥晶灰岩和亮灰岩，厚度较纯，溶解性强，地层一般较陡至垂直。岩溶现象十分复杂，发育强度极不均匀。岩溶发育有自上而下递减的现象，但没有明显的分层发育规律。最深古岩溶下限为1183.82 m，全被紫红色钙质粘土充填。
五里冲地下河隧道系统北起五里冲岩溶盲谷，南至小窝子、左坡泉口，直线长度9 ~ 11 km，高差150 ~ 220 m，上游段有分支。五里冲洞、龙宝洞洞、七百一洞、岩峰洞等已探明洞穴总长3224 m，其洞穴管道系统多为双层单管多分支洞厅管结构。平均坡度为14 ‰ ~ 17 ‰。一、二、三级地下河是五里冲地下河的入口组成部分，入口在盲谷的尽头。枯水期洞底地下河流量为0.2 m3/s，流速为0.32m/s..地下河水位低于西部地下水位，高于东部地下水位，处于半悬浮状态。有KM7、KM8洞穴等大型洞穴。五里冲地下河管道系统，大部分发育在T2GCC纯厚灰岩中，主要受南北向区域性断裂控制，大型溶洞和厅堂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示意图
6.3项目实施的工作程序
严重缺水地区地下水勘探论文集(上)
6.4寻找水源和开发新的工程技术
(1)采用水文地质调查、洞穴勘探、工程地质勘探、示踪试验、平硐勘探、廊道灌浆、钻孔透视、地质雷达、CT图像、原位声波、弹性模量测试等方法和手段。
(2)防渗帷幕南北两端插入相对隔水的砂板岩地层，完全包围岩溶发育强、透水性强的个旧组(T2 g)灰岩，防渗效果理想，充分利用了有利的地质条件，合理布置帷幕，降低了工程造价。
(3)防渗帷幕是设置在岩溶地层中的悬挂式帷幕，即帷幕的底界仍在岩溶地层中，大大减少了工作量和成本。到目前为止，谢幕是成功的。
(4)在已建成的廊道中，采用4 ~ 6 MPa压力、小直径钻孔、封闭孔口、自上而下分段钻孔注浆、注浆前压水、孔内循环、集中供浆的高压注浆技术，从下层到中层再到上层分层进行，成功解决了岩溶地层强渗漏问题，形成* * *三层总高度260 m，长度65438。
(5)超高超薄防渗墙穿过溶洞间的裂隙岩体。中廊道开挖过程中，先后遇到KM7和KM8超大型溶洞，体积均在10×104 m3以上。如何处理如此巨大的溶洞系统，达到防渗、稳定、安全的目的，国内外少见，需要技术创新。经过补充勘探，利用KM7 ~ KM8之间残留岩体起到防渗作用，设置了高105 m、厚2 ~ 2.5 m、宽50 m的超高超薄钢筋混凝土防渗墙，左右与帷幕相连，下部与堵头相连。
(6)采用高密度高压注浆技术成功处理了特殊复杂的塌陷堆积体。在幕北段中上走廊发现一个结构复杂、内部无空洞的洞穴崩塌堆积体，在幕线上长30 ~ 70 m，面积3200 m2，体积10×104 m3以上。先封固，再逐步加压，终压控制在4MPa。特大耗浆段还采取了限流、待凝、加速凝剂、再注浆、控压、冲砂等综合措施，最终使这一软弱复杂岩体满足工程设计要求。经过蓄水检验，仍处于安全稳定状态。
6.5成就和益处
五里冲水库是利用天然岩溶盲谷堵孔，帷幕高压灌浆处理岩溶地层渗漏而修建的无坝中型水库。库容7949×104 m3，正常蓄水高程1458 m，蓄水深度106 m，1997已开始向蒙自供水，发挥效益。水库的建成极大地改善了蒙自县的供水状况。一年可向蒙自供水81，61×104 m3，增加灌溉面积654.38+0万亩，改善灌溉面积2.3万亩，向城市和工业供水654.38+0，21×654.38。五里冲水库是在地质条件非常复杂、岩溶极其发育的地区修建的水利工程。超高超薄防渗墙施工和高喷灌浆技术成功处理了特别复杂的崩塌堆积体，为我国岩溶地区无坝水库建设提供了成功范例。