西南典型断陷盆地岩溶地下水径流特征研究

刘大刚，吕玉香，郭传道

(重庆市地质矿产勘查开发局208水文地质工程地质队，重庆 400700)

西南岩溶山区断陷盆地广布。断陷盆地由于自然资源和环境条件优越，多为当地政治、经济和文化中心，同时，由于特殊的地质环境环境条件，断陷盆地多水资源时空分布不均，旱季农业用水紧缺，工业和生活用水严重不足，制约着当地经济的发展[1]。断陷盆地及其周边岩溶地下水分布广泛、资源量大、水质优良，在很大程度上弥补了地表水资源的缺陷，历来是地下水资源勘查和开发利用的主要对象[2]。国内外学者对断陷盆地岩溶地下水开展过广泛研究，王宇研究了西南岩溶石山区断陷盆地岩溶水系统分类及供水意义[3]，彭淑惠等分析了昆明断陷盆地土地利用对岩溶水质的影响[4]。目前，对断陷盆地岩溶地下水径流特征研究甚少。本文依托中国地质调查局云南重点岩溶区1:5万水文地质调查(蒙自幅、新安幅)项目，采用收集资料、野外调查、示踪试验、综合研究等手段，揭示了西南地区典型断陷盆地——蒙自盆地岩溶地下水径流特征，对确定岩溶水系统边界、合理评价和开发地下水资源具有重要的理论意义和实际应用价值。

1 研究区概况

云南蒙自断陷盆地是西南地区典型断陷盆地之一。蒙自盆地是蒙自市主要的耕地分布区、人口聚居区、经济活动区，面积544.2 km2。蒙自市是红河哈尼族彝族自治州首府，也是滇南中心城市核心区。

研究区位于一级流域南盘江流域与红河流域分水岭地带，南洞地下河流域中上游，是由湖沼相沉积物形成的湖积平原，海拔1 281～1 350 m，相对高差10 m以内，地表平坦，盆地中部发育长桥海和大屯海两个天然湖泊。盆底覆盖层厚度一般100～300 m，个别地区700～800 m，盆地底部为碳酸盐岩地层。盆地周边山区海拔1 300～2 200 m。区内构造复杂，断裂发育(图1)。盆地覆盖层为上第三系和第四系，盆地底部为三叠系下统个旧组碳酸盐岩地层，为覆盖型岩溶区，盆地外围出露三叠系、泥盆系、寒武系碳酸盐岩及碎屑岩地层，为裸露型岩溶区。

2 径流特征

2.1 径流方向复杂多变

研究区分为南洞流域、南溪河流域、屏边诸河流域三个三级流域，在此基础上又划分出六个水文地质单元(表1、图2)。由于地表水和地下水分水岭的交叉叠置，使岩溶水的流向问题趋于复杂，依不同的水文地质单元而各具特色。

蒙自—东山(Ⅰ-1)水文地质单元地下水由东向西运动，雨季由盆地边缘一系列出水点排出，其余从深部流向南洞[5-6]，盆地边缘大黑水洞和灰土地地下河水部分汇入盆地内长桥海，多余的经永宁村落水洞进入深部岩溶水系统，最终在南洞地下河出口流出[7]。大屯(Ⅰ-2)水文地质单元北东侧及南侧有第三系泥灰岩沉积深槽阻水，补给来源为西南部麒麟山一带的岩溶区以及东北部岩溶山区。黑龙潭地下河系统(Ⅰ-3)地下水由南东流向北西，在黑龙潭一带排泄。在新安所(Ⅰ-4)水文地质单元，以往研究认为地下水流向为由北向南，这也是南洞地下河流域的地下水南边界[5]，本文通过统计钻孔水位，认为该区地下水流向整体向北：阻水带(Ⅰ-2、Ⅰ-4分界处)内钻孔地下水位高程为1 215.2～1 298.45 m，高于北部和南部部分钻孔水位，这是由于下部阻水深槽的存在，致使浅部岩溶水具备承压性质，另外根据南部25个水文地质钻孔的统计资料，地下水位标高为1 317.99～1 482 m，远高于阻水带内水位，因此地下水流向不可能由北向南。南溪河流域(Ⅲ)、8号、9号地下河地区，地下水主流方向为由北向南，最终均汇入元江。

表1 各水文地质单元划分及径流方向

图1 研究区地质图

2.2 同一水文地质单元存在不同流场

在同一水文地质单元内部，地下水位也会因局部地形条件、地质构造等不同而有所差异，例如新安幅东南部9号地下河这一水文地质单元内，五里冲水库枢纽区地下水水位由两侧向中部(图3)，由补给区向排泄区递减，水位高程由1 482 m、1 495 m将至龙宝洞地下河虹吸管出口的1 313 m，水位高差最大达169 m。水力坡度由西向东、由北向南呈阶梯状变化，在北段至龙宝洞一线为1%～3%。根据水位观测资料，其地下水位的分布状态如图3，由于断层F1的相对阻水作用，使枢纽区地下水不能形成统一的地下水流场，而形成两个地下水水位高程分布不同的流场：即分布于F1、F29断层以东的非岩溶区(碎屑岩类裂隙水)流场、断层以西的岩溶水区流场[8]。

非岩溶区(碎屑岩类裂隙水)流场：地下水位高程一般为1 350～1 459 m，向五里冲盲谷方向径流，最后径流补给岩溶水，由于断层F1、F29的阻水作用，地下水位高于西侧岩溶水水位，水位高差20～40 m。

岩溶水区流场：由于受个旧组中泥质夹层的影响，使岩溶水之间的联系减弱，地下水向东径流不通畅，地下水由西向东形成水力斜坡陡坎，水位高程相差较大，本区地下水联系密切，具有统一的地下水动力场，地下水由北向南径流，为枢纽区岩溶水强径流区。

图2 各水文地质单元径流方向

2.3 径流垂直分带明显

工作区盆地外围的裸露及半裸露型岩溶山区，地表岩溶发育，大气降水多通过落水洞、漏斗、天窗等渗入地下，地下水以垂直径流为主；盆地内覆盖型岩溶区，深部岩溶发育程度相对较弱，地下水以水平径流为主。岩溶发育在垂向上表现为自上而下渐次减弱的规律。可划分为四个岩溶发育带(图4)：

垂直渗流带(A)：是指最高地下水位以上的全部空间，处于包气带的上部，包括表层岩溶带，主要分布于盆地外围的裸露型及半裸露型岩溶区，以洼地、落水洞、竖井、漏斗等地表岩溶形态为主，降雨能迅速的转化为地下水。

季节变动带(B)：是指地下水洪枯水位之间的变动地带。在本区，它占据着包气带的大部或全部，水流自垂直入渗带至此作垂直或水平运动，水动力的交替作用强烈，加上混合溶蚀作用，此带岩溶形态垂直与水平的并存，大的洞穴、管道，小的溶隙溶孔同在。

图3 五里冲水库枢纽区地下水等水位线图[8]

水平径流带(C)：含水层最低水位以下的饱水带为水平径流带，此带是水平岩溶管道系统的生成部位。其厚度取决于岩溶含水层厚度、裸露面积、降雨补给特征及排泄区水位差等因素。在此带，含水介质结构是裂隙—管道双重介质系统组合而成，接受垂直渗流带和季节变动带的补给，管道主要起排泄围岩中地下水的作用，裂隙主要起储水作用，两者在时空上的转化关系十分复杂。在大屯一带，此带广泛分布，地下水一般都具承压性质，不少钻孔揭露到地下溶洞，水量较大，且较稳定。

深部缓流带(D)：位于水平径流带以下，主要以稀疏发育的溶隙、少量零星溶孔为主，多为隙流呈缓慢流动。此带一般不受当地基准面控制，而与地质构造、地下水流的势能大小密切相关，因而常常可发育于很深部位，蒙自盆地深部可能发育此带。

图4 东山—蒙自盆地水动力带划分剖面图

2.4 管道流与裂隙流并存，管道流为主

根据野外调查及示踪试验，区内含水介质具有管道与裂隙双重特征。以黑龙潭地下河为例(图5)，次示踪试验示踪剂浓度历时曲线总体为单峰型，并且对称性较好，回收率较高，说明下菲秃落水洞与黑龙潭地下河出口之间的岩溶含水介质极为发育，为管道—裂隙混合型，以管道型为主。裂隙空间一般起储水作用，地下水的输入输出相 对缓慢；管道系统起输水作用，控制着岩溶水的运动，地下水输入输出都较快，水位具有快速涨落、变幅大、水位深埋的特点。裂隙—管道双重含水介质中，裂隙与管道分布不均。一般来说，他们各自成系统又相互有联系，裂隙的分布空间较管道广，呈网络状，裂隙进一步发展，并经贯通后可形成管道。

2.5 径流途径长，状态复杂，流态多变

地下岩溶径流介质形态多样，地下水在运移过程中，流态也随之复杂多变。以黑龙潭地下河为例，在下菲秃落水洞投放的荧光素钠于5 h后在黑龙潭地下河出口初现，5.7 h后浓度达到峰值，投放点与接收点之间距离为5.2 km，即可以算得示踪剂随地下水水流的最快流速为1 040 m/h，平均流速为912.3 m/h。这些信息足以表明地下水流速较快，且呈现紊流流态。区内灰土地地下河补给区位于鸣就一带，其径流途径长约20余公里，由于强烈的地形反差，其水力坡度也较大；新安幅南部8号地下河，补给区位于个旧老厂一带，排泄区位于绿水河，其径流途径也有30余公里，由于沿途不断有新的水源注入，且降雨时空部分不均，致使流态也具有紊流、层流、混合型等多变的特征。

图5 下菲秃落水洞至黑龙潭地下河出口示踪剂浓度历时曲线

3 结语

随着社会经济的发展，人类活动对地下水环境的影响越来越强烈，地下水流场特征愈加复杂多变，地下水的研究内容不应再仅限于水资源评价、水文地质参数、水系统特征、动态变化等，应逐步加强地下水径流特征的研究。

本次研究认为云南蒙自断陷盆地地岩溶地下水径流特征复杂，主要表现为：(1)径流方向复杂多变，其中南洞流域的地下水南边界应与地表分水岭重合，改变了传统认识；(2)同一水文地质单元存在不同流场；(3)径流垂直分带明显；管道流与裂隙流并存，管道流为主；(4)径流途径长，状态复杂，流态多变。建议应采用多种手段、开展综合研究方能查清岩溶地下水径流特征。

[1]王宇，等.断陷盆地岩溶水赋存规律[M]. 云南科技出版社.2003.9.

[2]张果, 许模. 南盘江上游草海断陷盆地岩溶水系统研究[J]. 地下水.2011.3(1): 25-27.

[3]王宇. 西南岩溶石山区断陷盆地岩溶水系统分类及供水意义[J]. 中国地质.2003.30(2):220-224.

[4]彭淑惠,王宇,张贵. 昆明盆地土地利用对岩溶水质的影响[J]. 昆明理工大学学报(自然科学版).2011.36(6):1-8.

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[6]李社宏,覃小峰，苑红庆，等.云南重点岩溶区1:5万水文地质调查(鸣就幅、阿优幅)成果报告[R].桂林理工大学.2016.

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[8]康彦仁,王珽,梁彬，等. 云南省蒙自五里冲水库枢纽区岩溶发育规律与水库运营关系研究[R]. 地质矿产部岩溶地质研究所.1997,6.