1 引言

南方岩溶区是中国最大的连片岩溶分布区，主要分布于云南、贵州、广西、湖南、湖北、重庆、四川和广东等省（区、市），面积78×10⁴ km² (袁道先, 2014)（图 1）。受岩溶特殊地质条件、全球气候变化和人类工程活动的影响(陈梦熊，2003；张之淦，2006；袁道先等，2008；张贵等，2020)，干旱缺水等问题异常突出(张之淦，2005；夏日元等，2017)，区内缺水人口达1700万，占总人口的12%；受旱耕地近亿亩，占总耕地面积的10%；制约了社会经济的发展(曹建华等，2005；王明章等，2015)。

该区地下水资源丰富，开发利用潜力巨大，地下水总资源量1695.36×10⁸ m³/a，可开发利用量为621.81×10⁸ m³/a，现开采量90.53×10⁸ m³/a，开采程度为14.56%，岩溶地下水开发利用潜力较大，达515.38×10⁸ m³/a (曹建文等，2017)。由于岩溶地下水赋存和分布的复杂性(邹凤钗等，2016；胡仁发等，2017；覃小群等，2017)，增加了开发利用的难度，导致岩溶地下水资源开发利用率低，满足不了当地的缺水需求。

2003—2020年，在南方岩溶区开展了水文地质环境地质综合调查和地下水开发利用示范，完成1∶25万水文地质调查78×10⁴ km²，1∶5万水文地质调查面积35×10⁴ km²，综合地球物理探测8万点，岩溶洞穴探测7×10⁴ m，水文地质钻探9×10⁴ m。本文以上述调查研究工作为基础，重点论述南方岩溶区地下水资源特征与水资源保障对策。

2 南方岩溶区地下水资源特点

岩溶地下水系统是指有水力联系的岩溶地质体及赋存其中的地下水构成的有机整体，具有独立且完整的补给、径流、调蓄、排泄条件，边界条件清楚，水力联系密切，为水资源评价、开发利用和生态建设区划的最基本单元(张红波等, 2018; 张贵等, 2020)。受青藏高原强烈抬升的影响，南方岩溶区碳酸盐岩的空间分布受地层、构造和地形的控制而被分割成许多小块，岩溶水文地质系统总体上以小型分散为主（表 1）。

2.1 岩溶地下水系统类型的多样性

岩溶地下水系统类型多种多样，影响因素复杂，从不同角度可以进行不同的划分。如从埋藏深度上划分为表层带岩溶水系统、近地表浅部岩溶水系统、深循环岩溶水系统；从含水介质上划分为管道-溶洞地下水系统、溶洞-裂隙地下水系统、裂隙-孔隙地下水系统；从地下水排泄方式划分为岩溶大泉地下水系统、岩溶地下河系统、分散排泄地下水系统；从岩溶发育垂向上划分为表层岩溶带、垂向渗滤带、径流带和潜流带；从开发利用角度岩溶地下水系统与供水目标在空间上的关系划分为“高位”和“低位”(潘晓东等, 2015; 陈萍等, 2015; 范威等, 2020)。下面从岩溶地下水开发利用和生态修复角度论述具有重要意义的地下水地下系统进行说明。

表层岩溶带为包气带表层由不规则带状、犬牙交错的岩溶个体形态和微形态组合形成的能够调蓄水循环的强岩溶化带。表层带岩溶水系统位于生物圈和岩石圈的结合部位，对生态重建具有特殊意义(蒋忠诚等, 1999, 2001; Williams, 2008)。

岩溶地下河是指具有河流主要特征的岩溶地下通道，地下河系统为地下河的干流和支流组成的地下岩溶通道系统(易连兴等, 2018)。管道流为地下岩溶管道中赋存和运动的地下水流。由于碳酸盐岩中溶蚀作用强烈，导致大气降水和地表水快速渗漏到地下(朱学稳, 2010; Yue et al., 2020)，地表水系不发育，地下则发育了2763条地下河(杨立铮, 1985; 覃小群等, 2007)，总长度12687 km，汇水面积30×10⁴ km²，枯季径流量达470×10⁸ m³/a，相当于黄河的径流量。其中，广西、贵州、云南和湖南为岩溶地下河的主要分布区，地下河延伸相对较长，流量相对较大(袁道先, 2014)。

岩溶大泉系统指枯季流量大于10 L/s的泉水系统，具有相对集中的排泄口，系统规模和流量相对较大，具有重要供水意义(裴建国等, 2008)。分散排泄地下水系统主要特征为没有相对集中的排泄口，有时系统内发育有流量较小的泉水点(范威等, 2020)。当系统内发育有较好的地下水径流带和蓄水构造时，可作为重要的供水水源地。

岩溶地下水系统规模差别较大，如贵州平塘大小井地下河系统，汇水面积达1943 km²，有30多条支流，地下岩溶通道长度130 km，枯季流量6 m³/s，雨季流量30 m³/s(洪运胜, 2013; 王明章等, 2018)；广西桂林海洋寨底地下河系统，汇水面积仅33 km²，发育7条地下河分支，枯季流量0.08 m³/s，雨季流量18 m³/s(Zhao et al., 2018)。对于某一标准图幅，同样根据划分原则，划分不同类型的地下水系统，如云南省卡泥幅（图 2）可划分为4个岩溶地下河系统、1个岩溶大泉系统和6个分散排泄地下水系统。据南方岩溶区1∶5万图幅水文地质调查结果统计，每个图幅一般有8~10个地下水系统，平均流域面积45~55 km²。

岩溶地下水系统类型多样、规模大小不一，其地下水资源的赋存、分布特征不同于北方以大型盆地为主的地下水资源特点(张茂省等, 2005; Liang et al., 2010; 梁永平等, 2010, 2013; Yang et al., 2020)，决定了其开发利用形式的多样性。应因地制宜，分类进行水资源评价和开发利用规划(王伟等, 2010; Miklos et al., 2020)。

2.2 岩溶地下水系统空间结构的叠置性

岩溶地下水系统在垂向上叠置关系主要有三种类型，一是表层带岩溶水系统叠置于饱水带地下水系统之上。如湖南洛塔地下水系统（图 3），上部发育2个表层带岩溶水系统，厚10~30 m，季节性泉水在地表出露后又渗入补给下部饱水带地下水系统(梁彬等, 2008; 邹胜章等, 2008)。二是受层组结构和地质构造控制，隔水层或阻水构造的存在形成双层或多层地下水系统。如贵阳市汪家大井地下水系统，向斜蓄水构造形成上下叠置双层地下水系统，上部为三叠系碳酸盐岩夹碎屑岩分散排泄地下水系统，发育多个流量较小的泉点，分散排泄于地表冲沟中；下部为石炭—二叠系纯碳酸盐岩，其内发育了以管道流为主的地下河系统，补给区位于南东部，地下河向北西方向发育，在汪家寨集中排泄地表，成为贵阳市供水水源之一(袁代江, 2019; 魏永等, 2020)。三是岩溶地下水系统覆盖或埋藏于非碳酸盐岩之下，形成上部风化裂隙水与下部岩溶承压水叠置关系。如云南三丘田地下河系统（图 4），西南部补给区为裸露的二叠系纯碳酸盐岩中，东北部径流—排泄区上覆盖厚>100 m峨眉山玄武岩，受断层和地表河流切割，地下水以地下河出口的形式出露于地表河流之中；峨眉山风化裂隙水与岩溶地下河相互叠置。

上下岩溶地下水系统之间一般不存在直接水力类型，地下水埋深和补径排条件差别也比较大。对上下双层或多层叠置的岩溶地下水系统应分别进行地下水资源评价和开发利用条件论证(Taheri et al., 2016; Luo et al., 2020)。

2.3 岩溶地下水资源时空分布的不均性

南方岩溶区年降水量一般1000 mm以上，降水资源比较丰沛，但季节性气候十分明显，5—9月汛期降水量占全年的60%~80%（图 5），约有三分之二的水资源量成为洪水径流量而未能利用（表 2）(Zhang et al., 2020)。天然出露的地下水点，不少是属于季节性的。雨季才出水，甚至水量很大，但此时不需要水，带来的是涝灾；干旱缺水季节，流量则显著减小，甚至枯竭，满足不了用水需求。岩溶地下水的水位变幅可达数十至数百米，流量变幅达数十至数百倍，属极不稳定型动态变化(Yi et al., 2015; Schuler et al., 2020)。岩溶地下水系统不同部位的水资源分布格局差异巨大。

在补给区，地下水主要为垂向渗滤为主，地下水埋藏深，开发利用难度大；在径流区，地下水主要集中于地下河管道或者集中径流带之中，管道及其影响带以外的地方，围岩较完整，几乎不含水；在排泄区，地下水进一步集中，空间非均一性进一步加强。由于岩溶地下水空间分布不均性，即使在同一位置施工钻孔时，如钻遇溶洞、管道，则可获取丰富的地下水资源；相隔数米若岩溶不发育，则可能成为干孔（图 6）。由于浅部岩溶通道强烈发育，岩溶漏斗、落水洞、溶洞、暗河管道和溶蚀缝洞等岩溶形态丰富，降水迅速转入地下。加之土层薄、植被少，造成浅部涵水调节能力差，短期无雨即会形成地表干旱。南方岩溶区地表切割深，除峰林平原区外，其他地区地下水埋深一般大于50 m，峰丛山区地下水位埋深达300 m以上(张贵等, 2020)。

解决以上水资源时空分布不均问题的主要措施是加强各种类型调蓄工程的建设，在雨季把雨水和地表径流贮藏起来，供旱季使用；在岩溶地下水系统中位置相对较高的补给区和径流区拦蓄调节地下水流，供下游使用；同时，采取生态工程措施，提高整个系统的浅部涵水调蓄能力。

3 南方岩溶区水资源保障对策

区内水资源安全保障问题未能有效解决主要有三方面原因：第一，防灾减灾意识薄弱，“靠天吃饭”的意识根深蒂固；第二，水资源调控能力不足，供水工程建设和维护有待加强；第三，缺乏科学的水资源统筹规划，地下水资源开发利用率低，与生态重建和经济发展相结合的地表和地下水资源联合利用体系有待建立。

3.1 调查地下水赋存分布规律，将岩溶地下水作为农村分散供水和城镇应急供水的水源

前几年，南方岩溶地区偏重于大江大河水利设施建设，部分大河干流梯级水库电站成群分布，加之汛期泄洪和枯期蓄水，造成汛期洪峰加剧和枯期流量更枯的结果。而广大农村地区小型分散水利设施却投入不足，丰富的岩溶地下水资源利用率则更低，总体开采程度小于15%。

为解决工程性缺水难题，贵州省近年来在大力加强地表水资源开发利用的同时，从2007年开始勘查开发地下水资源，投入资金5.9亿元，在缺水地区勘查查明有开发利用前景的地下河363条、岩溶大泉1142个，钻探地下水成井2047口（表 3），总水量1255×10⁴ m³/d，解决了300多万农村人口饮水问题。

2016—2020年，岩溶地区地下水资源调查为脱贫攻坚提供了水资源保障。通过开展1∶5万水文地质调查，采用地面调查、洞穴探测、综合地球物理探测和示踪技术相结合的地下水探测手段，寻找可供开发利用的地下河、泉水和蓄水构造等水源，采取筑坝蓄水、管道引水和钻井提水等合适的工程措施，解决了老百姓日常饮用水保障问题。实施400多处水资源扶贫示范工程，解决了四川省凉山州昭觉县金曲小学等35个中小学2万多名师生、四川凉山州普格县孟甘乡古里村移民安置点等40多处移民安置点5万村民的饮用水问题（图 7，图 8）。圈出了2000多处可以打井取水的富水块段，为四川省昭觉县、云南省宣威市、贵州省织金县等200多处种植和养殖基地提供了用水保障。

3.2 加强调蓄工程建设，解决水资源时空分布不均问题

调蓄工程主要有以下几种类型：

3.2.1 高部位岩溶洼地堵洞成库

在地下水补给区的高部位岩溶洼地处，选择岩溶管道集中发育的部位，堵洞形成地表—地下联合水库。在湘西北、黔西北、渝东南等地区，由于构造抬升强烈，河谷深切，宏观岩溶地貌主要为岩溶槽谷和岩溶峡谷，局部岩溶地貌为峰丛洼地，地下水埋藏比较深。但此类地区地层中夹有非碳酸盐岩弱透水层，发育有悬挂的上层滞水，从上游补给区到下游排泄区，地下水以地下河或岩溶泉的形式在不同高程多级发育与出露。当地居民居住在山体上中部，主要靠这些上层滞水解决饮用和灌溉问题。由于上层滞水补给面积较小，水资源量相对不大，需要堵洼成库调蓄岩溶水资源量。

如湖南省龙山县洛塔乡位于湘、鄂、黔、渝交界的武陵山区，原自然条件恶劣、生态环境脆弱、干旱缺水严重。通过开展多项岩溶水资源合理开发利用方面的科技攻关，在白家坳八仙洞岩溶洼地堵地下河管道，以地下河和车大戏谷地、洛塔河谷为储水空间，建成了库容为7000×10⁴ m³的地表、地下联合水库，并在屋檐洞洞口处修建电站，发电量5500×10⁴ kW·h（图 9）。不仅解决了生活用水和农田灌溉用水问题，还带动了生态重建和庭院经济的发展。

3.2.2 碎屑岩补给区兴建调蓄水库

在广西北部和中部、贵州中部、湖南南部以及云南等地岩溶盆地和谷地的周边地区往往分布有地势相对较高的碎屑岩地层，成库条件较好，适宜修建调蓄水库。此类水库的修建宜选择邻近岩溶地区，规模因地而宜，中小山塘水库也会发挥较大作用。

例如，广西宾阳县黎塘镇为典型的缺水地区，有居民20多万人，人均水资源量不足400 m³/a，过去由于过度抽取地下水，引起了岩溶塌陷等地质灾害和水质污染问题(程亚平等, 2008; 李瑜等, 2009)。从2003年起，通过实施桂中水资源有效开发利用科技攻关项目，采取统一规划，在碎屑岩补给区兴建山塘联合水库，解决城镇供水问题（图 10）。在该镇东南部碎屑岩区，将现有山塘水库扩建成联合水库，增大库容和供水能力。同时，寻找岩溶径流带打机井，解决分散村民供水问题。挖大口井开发表层岩溶系统地下水，解决农业灌溉用水问题。水资源利用率得到了提高，建成了高效蔬菜种植基地。蔬菜总产值达到1300多万元，比示范前增收20%~30%。

3.2.3 峰丛山区分散兴建水柜

该类型区主要分布于云贵高原和黔贵交界处的斜坡地带，地貌类型以峰丛洼地和深切河谷为主，地形切割深，高差大，是西南岩溶区自然环境最恶劣的地区。该区除洼地、谷地底部外，地下水位埋深一般大于300 m，不适合钻井开采；由于地表崎岖破碎，耕地分布零星，村民居住分散，不适合大规模集中供水。

桂西北百色、河池地区和黔东南罗甸县等地为典型的峰丛山区，近年来在水资源开发和生态经济建设中取得了较为成功的经验。如百色地区，修建地头水柜5.26万个（图 11），容量665×10⁴ m³，可灌溉面积近10000 hm²；建成山塘7600个，总容量114×10⁴ m³，灌溉面积5000 hm²；同时，配套植树造林7500 hm²。形成了“柜下黏土铺盖防渗种水稻，柜里养鱼，柜边种果、种菜、种药材，山上退耕还林、恢复生态”的农业产业结构新格局。

3.3 建立与生态重建和经济发展相结合的地下水资源可持续利用模式

南方岩溶区成壤能力低，水土流失和石漠化的发展减弱了浅部涵水能力。因为缺水，农业生产基本上靠天吃饭，导致群众生活贫困；由于贫困，当地居民过度垦荒和砍伐，生态环境被破坏，水土流失和石漠化加重，干旱缺水加剧，造成生态环境恶性循环。水资源开发利用必须与生态建设和经济发展相结合，才能真正实现可持续利用。如贵州省平塘县巨木地下河系统，地处高原斜坡地带，地形切割深，集中排泄口位于塘边镇巨木村，出口高程815 m，低于当地村寨和耕地的主要分布区，不能直接引流供水(王伟等, 2015)。该区系统内无其他供水水源，干旱缺水严重，经济发展滞后，石漠化严重，生态环境恶劣，曾经是国家级贫困区。该地下河系统发育于二叠系纯碳酸盐岩和石炭系不纯碳酸盐岩中，枯水期流量192.87 L/s，丰水期流量7.2 m³/s。系统内纯碳酸盐岩中岩溶发育强烈，岩溶洞穴直径达数百米，地下河管道长度数千米，地下空间容量大。地下河出口附近和地下河通道的下部，石炭系不纯碳酸盐岩中岩溶发育程度较弱，并存在相对隔水层，具备了拦蓄地下水修建地下水库的条件。通过实施巨木地下河筑坝拦蓄工程（图 12），形成6.3×10⁵m³的地下水库，修建高位蓄水池，实现自流供水。在坝首修建了水电站、水轮泵提水和饮用水供水管道、灌溉输水渠道(陈革平, 2008)。该工程为塘边镇5000多人和10000头大牲畜提供了饮用水，解决了400 hm²农田灌溉用水问题。促进了粮食产量提高，水稻增收90.0×10⁴ kg/a，油菜增产8.82×10⁴ kg/a，每年产生直接经济收入145万元。同时，带动了生态环境良性循环，停止了树木砍伐和毁林垦荒，并进行坡改梯等农田改造，种植生态林和经济作物，减少了水土流失，石漠化得到有效治理，森林覆盖率提高了30%。

岩溶地下河系统地下水开发利用必须因地制宜，在查明水文地质条件的基础上，结合当地生态环境现状和经济发展现状，走“山水林田湖草沙”一体化保护和修复的可持续发展道路，水资源开发利用助力乡村振兴和产业振兴。

4 结论

（1）南方岩溶地下水系统划分为表层带岩溶水系统、岩溶地下河与管道流系统、岩溶大泉系统以及分散排泄地下水系统4种类型。岩溶地下水系统在垂向上具有叠置性，对上下双层或多层叠置的岩溶地下水系统应分别进行地下水资源评价和开发利用条件论证。岩溶地下水资源时空分布具有不均性，宜在空间和时间上拦蓄和调节地下水流，提高整个系统的调蓄涵水能力。

（2）南方岩溶区地下水资源具有较大的开发利用潜力，剩余可开采量515.38×10⁸ m³/a。宜充分发挥地下水资源安全保障作用：①掌握地下水赋存分布规律，发挥分散供水和应急供水作用；②加强调蓄工程建设，解决水资源时空分布不均问题；③建立与生态重建和经济发展相结合的地下水资源可持续利用模式。

（3）岩溶干旱缺水、石漠化、岩溶塌陷、地下水污染等环境地质问题是制约西南岩溶区社会经济发展和山水林田湖草沙一体化保护和修复工程的关键因素，必须在地球科学系统论的指导下，查明岩溶水资源赋存分布规律，科学评价地下水资源量，因地制宜地指定岩溶地下水开发利用方案，解除制约社会经济和生态可持续发展的瓶颈。