表層巖溶水的開發(fā)利用

西南巖溶峰叢洼地區(qū)氣候暖濕，年平均降雨量1000～2000m m，平均氣溫15～20℃，具有林業(yè)（自然植被）和農業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢條件。導致生態(tài)脆弱的原因之一，是由于長期強烈的巖溶化作用造成的地表地下雙重空間結構，這不僅導致地表水漏失，使地下水深埋，枯季地表干旱缺水，而暴雨來臨，地下管道來不及排泄，又造成洪澇災害，許多農田往往是旱澇交加。長期的巖溶作用與水土流失使周圍山坡上的巖石裸露，在洼地底部淤積了小片土壤，也因年年受淹而不宜植被生長。加上糧食產(chǎn)量低，導致上山開荒毀林，進一步加劇了水土流失和石山的石漠化。這一惡性循環(huán)鏈的始端是未能有效利用巖溶水資源。因此必須重點解決水的問題，然后開展綜合治理。近年來，有關部門在峰叢洼地區(qū)采用了各種各樣的方式開發(fā)巖溶水，本書主要探索表層巖溶水的開發(fā)利用。表層巖溶帶是地表和土下各種巖溶形態(tài)構成的不規(guī)則帶狀的強巖溶化層。通過對西南表層巖溶水資源進行了初步評價，表明西南巖溶石山地區(qū)具備表層帶巖溶調蓄能力的面積在24.5萬km2左右，表層帶巖溶含水層所具備的年調蓄能力總量為247.4億m3。而且由于表層巖溶水位置高，開發(fā)利用相對便捷、經(jīng)濟。據(jù)廣西地調院統(tǒng)計，廣西東蘭、宜山等19個縣、市調查的表層巖溶泉為471個，已開發(fā)利用的泉水為252個。表層巖溶泉水已成為我國西南巖溶山區(qū)尤其是峰叢洼地區(qū)居民聚集和繁衍的重要水源。（一）平果果化示范區(qū)表層水資源有效開發(fā)利用模式和方法在峰叢山區(qū)高位的匯流狀表層巖溶帶地下水分布區(qū)（有表層巖溶帶泉出露），可引泉蓄水并通過配套的管、渠自流引用，可獲得很好的效果。在峰叢山區(qū)坡麓地帶的散流狀表層巖溶帶地下水分布區(qū)（無表層巖溶帶泉出露），通過修建集水槽和水柜，截取坡面流和表層巖溶水，成本低效益明顯。在高洼地底部的表層巖溶水，利用豎井、天窗等地下水天然露頭修建提水站，將地下水提到高處儲蓄后自流引用，效益顯著。在洼地（或谷地）地下水淺埋的徑流區(qū)，采用開挖大口井的方式進行開發(fā)，是經(jīng)濟、有效的方法之一。在地下水埋藏較深的地帶，應采用鉆井的方式進行開發(fā)。在表層巖溶帶調蓄能力低、飽水帶地下水埋藏較深而又無地表水的地區(qū)，通過修建集雨水柜、塘堰等積蓄雨水，以解決峰叢山區(qū)居民的飲水和部分農作物的灌溉，也不失為峰叢山區(qū)水資源開發(fā)的一種有效的方式。石漠化不但破壞了生態(tài)環(huán)境，也加劇了表層巖溶水的漏失。因此，對于石漠化比較嚴重的地區(qū)，要盡可能盡快恢復生態(tài)，發(fā)展水源林，提高表層巖溶帶的水源涵養(yǎng)和對水循環(huán)的調蓄能力，以增大表層巖溶泉的水資源量和出流時間，提高表層巖溶水資源開發(fā)的潛力和效果。（二）水柜建設工程技術1.水柜的規(guī)劃及選點布置為防止水土流失，凡坡度超過25°的坡地，不規(guī)劃搞玉米、甘蔗類作物的地頭水柜灌溉，要鼓勵農民種植水果等經(jīng)濟林木，在種植果樹后再逐步搞地頭水柜開發(fā)表層巖溶水灌溉。水柜應選擇靠近泉水、引水渠、水溝等便于引水攔蓄的地方。應沿山邊布置，盡量少占耕地，同時注意選擇地勢穩(wěn)定的位置，避開滑坡體、高邊坡和泥石流危害地段。在地形上，水柜點選在高于所需灌溉田地的坡地平臺上，便于自流灌溉和應用節(jié)水灌溉措施。盡量考慮交通方便的國道、省道、縣道和鄉(xiāng)村公路邊，偏于運輸修建水柜的建筑材料。水柜的基礎要求為密實的原狀土層或完整的巖基，避開構造破碎帶，不能建在地下水出露的地方和裂隙發(fā)育的地方，以免地下水產(chǎn)生的揚壓力破壞水柜底板。要避免在裂隙發(fā)育的地方建池，防止地下水揚壓力對池底的破壞。家庭水柜選擇屋前屋后或庭院附近，并盡量選擇較居住地高的位置，以達自流用水的目的。但要遠離豬圈、廁所、生活垃圾以及耕地，避免污染。2.水柜的類型根據(jù)水柜所處位置基礎條件的不同，分為半埋式水柜、傍坡式水柜和地面式水柜。半埋式水柜外面的土石能平衡部分內水壓力。傍坡式水柜可以利用坡面緩解水柜內壁的抗壓力，普遍適宜石山區(qū)。3.水柜的容積計算家庭水柜的容量大小，主要依據(jù)表層巖溶水量大小和供水人、畜數(shù)量來確定。按人、畜數(shù)量計算人、畜需水量公式為：V1=N★1T式中：V1為人、畜需水量；N為用水人口數(shù)，要考慮人口增長，一般可按現(xiàn)狀人口的1.2倍計；I1為用水定額，依據(jù)國家規(guī)范結合實際取值為40L/（人·日）；T為連續(xù)缺水時間（取值根據(jù)實際缺水時段確定）。在實際設計中，考慮再加畜禽用水2m3，計算得理論需水量。依據(jù)表層巖溶泉水流量和動態(tài)變化特征確定可供水量的公式：V2=PI2W式中：V2表層巖溶泉的可供水量；P為多年平均降雨量；I2為表層巖溶泉的調蓄系數(shù)；W 為泉域匯水面積。各種類型表層巖溶泉的調蓄系數(shù)見表27。表27 不同類型表層巖溶泉的調蓄系數(shù)地頭水柜的容量大小主要依據(jù)表層巖溶水量大小和作物缺水量來確定。計算方法同家庭水柜。梯形耕地灌水每隔一星期一次，一次灌水按4m3/畝計算。旱年灌水6～8次，水柜總容量按照年16～20m3/畝計算；洼地平旱地每隔一星期一次，一次灌水按3m3/畝計算。旱年灌水5～6次，水柜總容量按照年12～15m3/畝計算；果樹每隔一星期一次，一次灌水按2.5m3/畝計算。旱年灌水5～6次，水柜總容量按照年8～10m3/畝計算。地頭水柜的蓄水次數(shù)。實際生產(chǎn)中，地頭水柜一年可以循環(huán)多次蓄水。特旱年地頭水柜蓄水次數(shù)見表28。表28 不同表層巖溶泉地頭水柜的蓄水次數(shù)家庭水柜的總容積取表層巖溶泉可供水量與實際人畜需水量中較小者，如果考慮通過集雨蓄水滿足生活用水，水柜的總容積按實際人畜需水量計算；地頭水柜的總容積取表層巖溶泉可供水量與實際作物缺水量中較小者，如果考慮通過集雨蓄水滿足作物用水，水柜的總容積按實際作物需水量計算。地頭水柜實際需要修建的水柜庫容大小等于總容積于蓄水次數(shù)的比值。家庭水柜按特旱年連續(xù)干旱天數(shù)與人畜日需水量的乘積計算。對于漿砌石圓形水柜，較理想的斷面是形狀系數(shù)r=H2/Dt=0.6-2，其中H表示水柜的高度，D表示水柜圓形斷面直徑，t表示水柜壁厚度。4.水柜結構及其技術要求水柜從上到下由進水管（槽）、溢流管（槽）、鐵梯、供水管、清洗管、柜壁、柜底構成。進水管（槽）：進水管（槽）用于引表層巖溶水入水柜，其尺寸和大小主要依據(jù)泉水的豐水年最大流量來確定。溢流管（槽）：溢流管安裝在水柜頂往下約0.1m處，為直徑25～80m m的鍍鋅鋼管，或者直接在水柜頂開一個淺溢流槽。溢流管的直徑或溢流槽寬度以能夠順利將雨季水柜多余水順利排出確定。鐵梯：從水柜頂內壁往下0.2m處開始安裝，到距柜底0.4m處止，間距0.4m。選用直徑為18m m的螺紋鋼制成。供水設施：當水柜底板高于主用水位置時，采用自流供水方式，供水管安裝于距水柜底板以上0.15～0.2m處，選用直徑為20～80m m鍍鋅鋼管，長度以到達用水位置的距離確定，并配備相應閘閥及龍頭。清洗管：安裝在柜壁底部，比水柜底板面低0.03m 左右，與設置的清洗凼連接。選用材料、安裝長度、管徑與溢流管相同。柜墻：水柜邊墻必須設大腳（其是土層）基礎，降低基礎壓強，確保水柜邊墻穩(wěn)定。采用M 7.5漿砌塊石砌成，M 15砂漿抹面防滲，當基礎為基巖時，水柜頂寬0.4m，土基時頂寬為0.5m。若遇軟土基或軟弱夾層，應先將軟土清除后用M 15漿砌石填覆后再按確定的柜墻寬度安砌柜墻。柜墻的轉角段應盡量砌成圓弧形。單個水柜容積超過60m3，需在柜墻四周間隔相等的距離配適量直徑14m m的鋼筋。壁厚在0.4m的水柜用75號水泥砂漿砌筑，水泥與砂子之比為1∶4（體積比）。壁厚在0.5m的，則用50號水泥砂漿砌筑，水泥與砂子之比為1∶5。砂子為中砂、粗砂。水柜底：當為土基時，應鋪設0.15m 厚基層石，然后用C 10混凝土現(xiàn)澆0.1m 厚；當為相同基巖時，直接用C 10混凝土現(xiàn)澆0.1m 厚。如有軟弱夾層（帶），應先將其清除，用M 7.5漿砌塊石填覆后再現(xiàn)澆，面積過大清理困難時，則采用C 20鋼筋混凝土現(xiàn)澆，配筋為直徑10m m鋼筋按間隔300m m 布置。5.水柜建設根據(jù)巖溶石山區(qū)土少石多、裂隙發(fā)育等特點，應先開挖出平臺，盡量保證基礎置于完整的巖基上，不允許一邊在巖基一邊在軟基上，不允許基礎直接放在高差較大或破碎的巖基上。水柜的基礎都要挖到硬土或巖石上，對傍坡式水柜，整平的水柜基礎上澆灌混凝土時，適當向坡內傾斜，傾斜度控制在2%～3%。建設水柜的主要建筑材料有M 7.5漿砌石、C 14現(xiàn)澆混凝土、漿砌水泥磚等。漿砌石材料最適合巖溶石山區(qū)特點，能就地取材，結構簡單，造價低。石料應選擇新鮮堅硬的大塊石，不允許裂隙發(fā)育、風化嚴重的石料上墻，料石、塊石應盡量選個體大、四方平整的，以減少砂漿用量?，F(xiàn)澆混凝土或抹面砂漿施工時要嚴格按程序進行，現(xiàn)澆混凝土施工最好能一次澆筑完成，如分幾個斷面澆筑混凝土則一定要對施工縫進行處理后才可以進行下一輪的混凝土澆筑，以免接縫處漏水。漿砌水泥磚砌筑水柜時不允許用空心水泥磚。砌筑要求錯縫不通縫，滿漿不留空。勾縫用100號水泥砂漿，水泥與砂漿之比水1∶3，砂子為細砂。要求先勾縫后批檔，勾縫時每條縫的邊緣都要與石面緊密結合。做防水層前，池壁應掃洗干凈，把灰縫黏結牢固。批檔應先打底抹平，做素灰、砂漿防滲后，抹光壓光。水柜主體完成后，內壁抹三次水泥砂漿，三次總厚5cm。第二次抹砂漿在第一次抹后稍干，不能太干和太濕，每次抹面都必須連續(xù)完成。6.附屬設施修建水柜附屬建筑物的主要目的是水凈化（飲用）和利于管理，一般有過濾池、沉沙池、放水管、護欄等。有條件的還可設置蓋板，減少水柜中水量的蒸發(fā)。（1）過濾池。在家庭水柜進水口上方修建過濾池，過濾池大小為0.8m×0.8m，用M 7.5漿砌高1.0m、厚0.3m的過濾池壁，內外均用M15砂漿抹面，在過濾池內由下至上依次填入棕絲、泥炭和細砂，分層高度分別為0.2m、0.3m、0.3m。表層覆蓋厚0.02～0.04m的防沖碎石層。（2）沉沙池。在地頭水柜的上方（或者在家庭水柜過濾池的上方）約1～2m處建一沉沙池，沉沙池一般為1.0m×1.0m×1.5m（長×寬×高）的方體池子，用M 7.5漿砌塊石護墻，用M 15砂漿抹面防滲，池底為C 10混凝土塊石澆筑0.15m 而成。同時，沉沙池口設0.4m×0.1m的溢流口，出口處設置攔污柵，底部設沖沙孔。（3）引水渠（管）。在泉點與沉沙池、沉沙池與過濾池、過濾池與水柜之間修建引水渠，或者采用直徑20～80m m的鍍鋅鋼管連接。連接沉沙池與過濾池、過濾池與水柜的引水渠和水管，控制坡降在3%左右。引水渠和水管的尺寸按泉水的最大流量設計，要對引水渠進行三面光硬化防滲處理。（4）放水管。放水管預埋在砌體中，材料應選用熱鍍鋅鋼管，置于距水柜底板上0.15～0.2m處，防止排干水后陽光直射柜底引起底板開裂而漏水，并預防雨季大量泥沙堵塞水管。有條件擴建的水柜放水管應考慮擴建后放水需要，在滿足現(xiàn)在放水要求的基礎上適當加大放水管管徑以備后用。（5）護欄。為了人、畜的安全，對人、畜易至的水柜一定要設置護欄，護欄高度一般為0.8～1.0m。（6）蓋板。對家庭水柜，為防止雜物掉入水柜影響水質，采用C 20鋼筋混凝土現(xiàn)澆板，厚0.12m，按直徑8m m的鋼筋間隔150m m配筋。同時在鐵梯頂上預留0.8m×0.8m的檢修孔。有條件的，對地頭水柜也可加蓋板減少水分蒸發(fā)。7.水柜建設應注意的問題按照設計確定的各部分尺寸到實地放好線，盡量減少不必要的開挖，做到布局合理、實用。水泥砂漿批檔施工時的天氣條件必須掌握好，一般夏季施工時要避開烈日高溫的天氣進行，避免由于高溫時強度增強過快而導致裂縫的產(chǎn)生。避免使用質量不合格的建筑材料。主要是水泥的質量問題，要注意水泥的配比，切忌使用不合格水泥、貯運過程中已經(jīng)受潮產(chǎn)生團塊的水泥以及貯運時間超過5個月的袋裝水泥。水柜內壁抹砂漿時，一層一次完成，第二層抹時待第一層稍干后就進行。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。