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當巖溶地區(qū)遭遇科技克星

    由貴陽市出發(fā)，沿著國道G60上省道S45，一路向南，車行近4小時，是貴州省平塘縣。

    貴州省平塘縣最近聲名鵲起。因為這里建了迄今為止世界最大的單口徑射電望遠鏡FAST工程。貴州大窩凼洼地是典型的喀斯特洼地，一大片漏斗天坑群，它就像一個天然的“巨碗”，可以架設(shè)望遠鏡，而且喀斯特地質(zhì)條件可以保障雨水向地下滲透，而不在表面淤積，腐蝕和損壞望遠鏡。

    然而，卻很少有人知道，這一全球聚焦的偉大的天文工程卻是集中體現(xiàn)了巖溶地質(zhì)地貌景觀綜合利用的最典型的范例。更少有人知道，巖溶地質(zhì)地貌對所在區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生的系列影響。

    在我國，巖溶地質(zhì)地貌多分布于南方。包括云南、貴州、廣西、湖南、湖北、重慶、四川和廣東8個?。▍^(qū)、市）的部分地區(qū)，總面積達到78萬平方千米。區(qū)內(nèi)多為亞熱帶氣候，濕熱多雨。徑流時空分布不均，豐水年和枯水年水量之比高達7倍之差。區(qū)域內(nèi)極易發(fā)生洪澇或旱災(zāi)。

    從區(qū)位角度看，西南巖溶區(qū)為珠江和長江流域的補給和徑流區(qū)。珠江流域和西江主干流貫穿該區(qū)域南部，主要支流有南盤江、北盤江、紅水河、柳江、右江、左郁江等；而長江中上游位于該區(qū)域的北部，主要有大渡河、岷江、嘉陵江、烏江、沅江和湘江等。而這些區(qū)域恰恰是珠三角、長三角和西部開發(fā)的幾大戰(zhàn)略區(qū)域的匯集區(qū)，區(qū)域位置非常重要。

    相關(guān)專家表示，受地形、地貌和巖溶條件的控制，西南地區(qū)地表水和地下水在空間上分布極其不均勻，地表水具有支流少、切割深、坡降大等典型特征，對區(qū)域性供水十分不利；地下巖溶含水介質(zhì)則以管道、大型溶蝕裂隙和溶蝕孔隙為主，具有極高的非均質(zhì)性和各向異性特征。西南巖溶水系統(tǒng)范圍較小，且分布分散，地表和地下水的分布、動態(tài)和轉(zhuǎn)化特征完全不同于北方地下水系統(tǒng)，這也決定了開發(fā)利用條件和方式相較于北方更加復(fù)雜多樣，應(yīng)因地制宜，分類開發(fā)利用。

    （一）

    長期以來，西南巖溶地區(qū)亟待解決的水資源環(huán)境問題主要在4個方面：受全球氣候變化和特殊巖溶地質(zhì)條件影響，巖溶區(qū)干旱缺水嚴重，急需開展水文地質(zhì)調(diào)查工作，查明水資源開發(fā)利用條件，為當?shù)鼐用裆詈徒?jīng)濟發(fā)展提供必要的水資源保障。西南巖溶系統(tǒng)對水資源的調(diào)蓄能力較差，水土流失嚴重，導(dǎo)致巖溶石漠化，其綜合治理需要水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查作為技術(shù)支撐。巖溶地區(qū)地下水質(zhì)惡化，有部分地下河水質(zhì)變差，給供水安全和當?shù)鼐用窠】祹戆踩[患，急需解決地下水污染防治和水質(zhì)保護問題。巖溶管道堵塞導(dǎo)致洼地排洪能力不足，巖溶內(nèi)澇成為當?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的制約因素。

    但是，隨著城鎮(zhèn)化及交通工程建設(shè)的快速推進，環(huán)境受到的影響也在日趨明顯。

    中國地質(zhì)調(diào)查局“巖溶地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查”工程首席專家蔣忠誠表示，目前，西南巖溶面臨石漠化、巖溶塌陷、植被退化、水土漏失、干旱、內(nèi)澇、水污染等一系列環(huán)境問題。石漠化地區(qū)已經(jīng)無土可流。且氣候變化導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害、生物入侵、地下水藥物污染、作物連作障礙等新的生態(tài)環(huán)境問題也應(yīng)高度重視。

   中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所資源研究室主任夏日元也表示，受全球氣候變化和特殊巖溶地質(zhì)條件影響，巖溶地區(qū)干旱缺水嚴重。

    數(shù)據(jù)顯示，2009年秋至2012年，西南地區(qū)持續(xù)發(fā)生嚴重干旱，僅云南、貴州和廣西有1900多萬人飲水困難，1億多畝耕地受旱，直接經(jīng)濟損失 250多億元。截止2010年，貴州全省仍有1299.8萬農(nóng)村人口飲水不安全，其中水質(zhì)不達標人口9.4369萬人；全省耕地2358萬畝，尚有1461.43萬畝旱地無水澆灌。而在云南，2010年旱災(zāi)造成2702萬人受災(zāi)，965萬人、619萬頭大牲畜飲水困難，744條中小河流斷流、564座小型水庫和7599個小壩塘干涸，農(nóng)作物受災(zāi)4740多萬畝。在廣西，飲水不安全人口1779.64萬人，無灌溉設(shè)施耕地面積4330萬畝；萬畝以上巖溶旱區(qū)共有83片，總面積643.14055萬畝，其中干旱片57片共464.45705萬畝，既旱又澇26片共178.6835萬畝。

    夏日元表示，巖溶地質(zhì)的特點是既旱又澇，洪澇災(zāi)害頻發(fā)，給人民生命財產(chǎn)安全帶來了威脅，急需查明洪澇分布、規(guī)模、產(chǎn)生原因，提出洪澇災(zāi)害治理措施或方案。巖溶管道堵塞，洼地排洪能力不足，巖溶內(nèi)澇成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的制約因素。同時，水土流失與石漠化問題嚴重。江河上游生態(tài)功能區(qū)石漠化治理、生態(tài)恢復(fù)與保護規(guī)劃需要水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查技術(shù)支撐。目前，石漠化整體上呈改善趨勢，已經(jīng)由1999年11.4萬平方千米減少到2015年9.2萬平方千米，平均每年減少1.2%。但局部地區(qū)石漠化惡化現(xiàn)象嚴重。巖溶石山地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展緩慢，居民生活困難，為西南地區(qū)主要的貧困分布地區(qū)。以水資源有效開發(fā)利用為龍頭，以生態(tài)經(jīng)濟綜合發(fā)展為模式，可以促進扶貧攻堅工作的進程。需要綜合集成巖溶地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和農(nóng)業(yè)地質(zhì)等地質(zhì)背景資料，建立水資源開發(fā)利用、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護可持續(xù)模式。另外需要特別關(guān)注的問題是，國家重點生態(tài)功能區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化。巖溶地下水污染越來越嚴重，地下河水質(zhì)變差，給供水安全和人民生命健康帶來了安全隱患。急需解決地下水污染防治和水質(zhì)保護問題。近20年來，部分地下河水質(zhì)變差，且?guī)r溶地下水深埋于地下，污染具有隱蔽性，處理難度大。

    （二）

    在距離平塘縣克度鎮(zhèn)不遠的地方，早在2005年，由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所主導(dǎo)的巨木地下河開發(fā)示范工程就已經(jīng)建成應(yīng)用。

    巨木地下河為大小井地下河系統(tǒng)中游，發(fā)源于惠水縣抵季鄉(xiāng)和羨塘鄉(xiāng)，于平塘縣塘邊鎮(zhèn)巨木寨集中排泄。示范工程由地下水開發(fā)工程、洪澇洼地治理工程及農(nóng)業(yè)種植3部分組成。其中地下河開發(fā)工程又包括了蓄水、提水和輸水3個部分。

    平塘縣國土資源局和平塘縣水利局于2008年聯(lián)合發(fā)布的關(guān)于巨木地下河示范工程成果應(yīng)用評估報告中這樣評價道：“地下河出口一下6000畝農(nóng)田在有了穩(wěn)定的灌溉水源后，可增收糧食90萬千克/年。按照當?shù)厥袌鰞r格測算，僅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一項就可以實現(xiàn)經(jīng)濟增收171萬/年，其中還不包括地下河開發(fā)帶動的其他經(jīng)濟收益。在巨木地下河流域中，利用石漠化治理地學(xué)模式對環(huán)境綜合治理、石漠化綜合治理取得了良好的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，石漠化得到了有效的控制?！?/span>

    事實上，在超過10年的時間里，中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所一直為解決上述問題而努力。

    2003年～2015年，中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所聯(lián)合西南8省地勘單位及有關(guān)科研院所、高校等30多家單位，開展“西南巖溶地區(qū)地下水與環(huán)境地質(zhì)調(diào)查綜合研究”、“西南巖溶石山地區(qū)地下水及環(huán)境地質(zhì)調(diào)查”、“西南巖溶地區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查”、“南方巖溶水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查與整治示范”計劃項目，共完成1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查面積25萬平方千米，綜合地球物理探測90000點，巖溶洞穴探測60000米，水文地質(zhì)鉆探68000米。查明了工作區(qū)水資源開發(fā)利用條件，制訂了巖溶水資源開發(fā)利用方案和地質(zhì)環(huán)境綜合整治區(qū)劃。選擇典型地段進行了巖溶地下水開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境綜合治理示范，建立了地下水開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境綜合治理模式，解決了620萬人飲水困難，為西南巖溶干旱缺水區(qū)水資源合理利用、石漠化治理和生態(tài)環(huán)境保護提供了技術(shù)支撐。

    據(jù)蔣忠誠介紹，目前，正在實施的國家?guī)r溶環(huán)境治理項目《巖溶地區(qū)石漠化綜合治理規(guī)劃大綱》（2006-2015） 是以縣為單位，共有451石漠化縣納入規(guī)劃，涉及面積105.1萬平方千米，主要實行封山育林育草、人工造林、改良草地、人工種草、發(fā)展草食畜牧業(yè)、基本農(nóng)田建設(shè)和配套水利水保設(shè)施“六大工程”。這一項目從2008年100個試點縣算起，到2014年已經(jīng)擴大到314個縣，石漠化治理區(qū)面積7萬平方千米。中央財政共投入77億元。云南、貴州、廣西、四川、湖南、湖北、重慶、廣東石漠化分布的8省區(qū)自2000年到2015年石漠化共減少21502平方千米。50％的區(qū)域植被覆蓋度增加，植被覆蓋率提高了6.22%，森林覆蓋率增加10.29%。金銀花、花椒、火龍果、文山三七等生態(tài)種植業(yè)得到培植與發(fā)展，也帶動了很多地區(qū)生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)的興盛。巖溶水開發(fā)工程解決了1000多萬人的飲水和一些耕地的灌溉問題。促進了新農(nóng)村建設(shè)的開展；形成了一批綜合治理有效模式和經(jīng)驗。

    另據(jù)了解，而在其他生態(tài)環(huán)境治理方面，國家也投入了相當大的力度。21世紀以來，在西南巖溶區(qū)還實施了退耕還林工程，長江、珠江防護林工程，“長防”和“長治”工程、“珠治”試點工程，以及國土資源大調(diào)查、國家科技計劃、抗旱打井工程，各省的土地整理工程等。

    當前，中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所已經(jīng)形成了6大特色業(yè)務(wù)，并且成果迭現(xiàn)。一是創(chuàng)立了巖溶動力學(xué)。將全球氣候變化引入現(xiàn)代巖溶學(xué)研究，認識到巖溶作用具有短時間尺度特點，在全球碳循環(huán)中具有重要意義。石筍氣候變化記錄研究達年際精度，解釋了巖溶碳循環(huán)的主要過程與碳匯穩(wěn)定性影響因子，提出了人工固碳增匯新途徑，可為應(yīng)對氣候變化及實現(xiàn)碳減排做出潛在貢獻。二是巖溶生態(tài)理論與技術(shù)支撐石漠化治理。查明了中國西南石漠化分布、成因、演變及危害，明確了顯著石漠化的縣域和八大典型區(qū)域。建立了廣西馬山弄拉、平果果化等綜合治理示范基地，率先闡明巖溶生態(tài)系統(tǒng)、石漠化、水土流失的概念和評價方法，創(chuàng)建了石漠化綜合治理模式和技術(shù)體系，為巖溶生態(tài)修復(fù)和精準扶貧提供依據(jù)。三是巖溶地下水資源調(diào)查為飲水安全提供保障。針對巖溶地區(qū)干旱缺水問題開展水文地質(zhì)綜合調(diào)查研究，查明了巖溶地下水分布規(guī)律和開發(fā)利用條件，建立了巖溶地下河系統(tǒng)水循環(huán)理論，提出巖溶地下水有效開發(fā)利用模式。為巖溶石漠化、地下水污染等環(huán)境地質(zhì)問題治理提出有效措施，探索了水資源利用與生態(tài)恢復(fù)、經(jīng)濟發(fā)展協(xié)同途徑。通過示范推廣直接服務(wù)于脫貧攻堅，為飲水安全提供保障。四是巖溶塌陷調(diào)查服務(wù)巖溶區(qū)城鎮(zhèn)化和重大工程建設(shè)。針對具有隱蔽性和突發(fā)性特點的巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害問題，開展巖溶塌陷調(diào)查評價、監(jiān)測預(yù)警和早期識別技術(shù)研究，形成中國巖溶塌陷調(diào)查評價技術(shù)方法體系，為巖溶地區(qū)城市規(guī)劃建設(shè)、新型城鎮(zhèn)化建設(shè)和重大工程建設(shè)的地質(zhì)環(huán)境安全提供有力保障。五是巖溶景觀與洞穴調(diào)查研究支撐世界遺產(chǎn)保護。建立完善了巖溶景觀與洞穴發(fā)育演化理論和評價方法體系，完成20多處世界遺產(chǎn)、地質(zhì)公園申報，為巖溶地質(zhì)遺跡保護和開發(fā)利用、生態(tài)文明建設(shè)和脫貧攻堅提供科技支撐。六是油氣藏巖溶儲層研究助力油氣勘探與開發(fā)。以塔里木盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地及渤海灣盆地為研究對象，建立不同地貌單元巖溶發(fā)育模式與地震形影模式，研究古巖溶發(fā)育分布對油氣巖溶儲層的控制，建立了碳酸鹽巖巖溶儲層形成與演化地質(zhì)模式，實現(xiàn)了對油氣聚集有力的巖溶儲層預(yù)測，對碳酸鹽巖油氣勘探與開發(fā)提供地質(zhì)理論依據(jù)。

    （三）

    中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)科學(xué)研究院巖溶地質(zhì)研究所所長劉同良表示，巖溶地區(qū)資源環(huán)境問題突出，制約著經(jīng)濟社會的發(fā)展。科技創(chuàng)新不僅有助于解決和應(yīng)對巖溶地區(qū)的資源環(huán)境問題，也將推動巖溶科學(xué)的發(fā)展，服務(wù)我國生態(tài)文明建設(shè)。當前，巖溶研究面臨一系列科技創(chuàng)新方面的挑戰(zhàn)。比如，如何落實地球系統(tǒng)科學(xué)在巖溶學(xué)中的應(yīng)用，發(fā)揮我國巖溶研究的地域優(yōu)勢，探索我國巖溶關(guān)鍵帶的特征和重要過程；如何加強巖溶作用應(yīng)對全球變化、巖溶碳匯速率和穩(wěn)定性的研究，建立應(yīng)對極端氣候的長效機制；怎樣考慮古緯度和古氣候?qū)艓r溶形成的影響；如何深入探索微生物對深部碳酸鹽巖巖溶形成的作用；如何系統(tǒng)梳理和總結(jié)我國石漠化治理工程的經(jīng)驗和存在的問題，更好地指導(dǎo)下一步的治理工作，思考從南北方巖溶分界線的角度開展巖溶自然遺產(chǎn)地的申報工作；如何將現(xiàn)代大數(shù)據(jù)等技術(shù)運用到巖溶資源環(huán)境、水文地質(zhì)研究中，做好地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報和應(yīng)對資源短缺問題的研究，服務(wù)國家需求等等。

    夏日元表示，事實上，從解決問題的具體層面，巖溶環(huán)境治理也取得了部分重要的科技創(chuàng)新成果。一是建立了巖溶環(huán)境監(jiān)測研究技術(shù)體系：自動化監(jiān)測儀器，自動化監(jiān)測站，便攜式監(jiān)測儀器。巖溶環(huán)境條件、水化學(xué)、碳循環(huán)觀測和試驗；巖溶塌陷自動化監(jiān)測；查明了21世紀以來石漠化環(huán)境演變規(guī)律。石漠化面積由逐年增加演變?yōu)橄陆担傮w趨勢好轉(zhuǎn)；區(qū)域發(fā)展不平衡，局部地區(qū)石漠化進一步惡化。二是查明巖溶作用驅(qū)動元素遷移，形成特殊巖溶環(huán)境。從巖溶動力系統(tǒng)驅(qū)動元素遷移的角度，揭示了巖溶環(huán)境富鈣、偏堿的特點及其制約土壤營養(yǎng)元素的有效性、影響植物和農(nóng)作物生長的規(guī)律，成為因地制宜選擇適生樹種治理石漠化的理論基礎(chǔ)。三是揭示了巖溶環(huán)境的空間異質(zhì)性。但從更高層面來看，巖溶環(huán)境研究科技創(chuàng)新仍然面臨諸多尚未解決的問題。比如區(qū)域生態(tài)功能沒有形成；多數(shù)生態(tài)產(chǎn)業(yè)缺乏持續(xù)性；水土漏失沒有得到治理；缺水困難沒有根本解決；對新的環(huán)境問題缺乏對策等。僅就西南巖溶生態(tài)脆弱區(qū)地下水而言，水文地質(zhì)具有巖溶發(fā)育與控制因素的復(fù)雜性、巖溶分布的非均一性、巖溶含水介質(zhì)多重性、巖溶水流的多相性、動態(tài)變化的劇變性、水資源開發(fā)的調(diào)節(jié)性等特點。由此，解決巖溶地區(qū)地下水資源環(huán)境問題，必須首先解決天然水資源量大，開發(fā)利用率低的問題。目前，西南巖溶地區(qū)地下水可開采資源量534億立方米/年，現(xiàn)開采量僅66億立方米/年，開發(fā)利用潛力巨大。

    目前，中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所針對不同類型區(qū)開發(fā)條件，提出了堵洞成庫、建柜蓄水、抽水調(diào)節(jié)和束流壅水4種巖溶地下水有效開發(fā)利用模式，通過示范推廣，直接服務(wù)于脫貧攻堅。攔截地下河形成地下調(diào)節(jié)水庫5座，地表溶洼成庫2處，鉆探成井300多眼，表層巖溶水調(diào)蓄20余處，開挖淺井50多口，應(yīng)急抗旱打井2800多口，解決了620多萬人飲用水、100萬多畝耕地的灌溉用水問題。例如，巖溶峰林平原區(qū)開發(fā)利用淺層地下水與節(jié)水生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。利用峰林平原淺層巖溶化強、儲水性和透水性好的特點，在農(nóng)作物需水的干旱季節(jié)，開采地下巖溶徑流帶水資源，形成調(diào)節(jié)空庫容，雨季來臨后通過天然降水入滲而恢復(fù)地下庫容；通過噴灌、滴灌、移動式灌溉等節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用，提高水資源利用率。賓陽縣黎塘鎮(zhèn)謝村橋美示范區(qū)，通過開發(fā)表層巖溶系統(tǒng)地下水，建設(shè)以蔬菜為主的高效農(nóng)業(yè)基地，年產(chǎn)值達1300多萬元，增收20％～30％。再如溶丘洼地區(qū)堵洞引水與庭院經(jīng)濟模式。在地下水補給區(qū)的高位洼地，選擇巖溶管道集中發(fā)育的部位，堵洞形成地表——地下聯(lián)合水庫；徑流區(qū)開鑿隧洞，攔截地下河，引水灌溉和發(fā)電。貴州省巨木地下河巖溶水開發(fā)示范工程。在地下河出口處筑壩攔蓄地下水成庫，庫容239.2萬立方米地下水庫、300立方米的高位蓄水池、水輪泵站。解決了區(qū)內(nèi)5000余人和10000余頭大牲畜的飲水、緩解了6000余畝農(nóng)田缺水灌溉。

    （四）

    不可否認，所有環(huán)境地質(zhì)問題都與人有關(guān)。所以，一切地質(zhì)環(huán)境研究都必須“以人為本”。

    國家發(fā)展研究院瑞意高等研究所城市與環(huán)境學(xué)院土地科學(xué)中心蔡運龍教授就表示，巖溶地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境當前面對諸如巖溶區(qū)地下水循環(huán)轉(zhuǎn)化、巖溶地下水污染、水土流（漏）失與石漠化、石漠化綜合治理與生態(tài)修復(fù)、巖溶生態(tài)脆弱區(qū)水資源開發(fā)利用等多個問題，但可以更廣義地歸納為兩大問題：即石漠化治理模式的可推廣性和石漠化治理模式的可持續(xù)性；退化土地生態(tài)重建的社會工程途徑。但是，必須意識到，生態(tài)系統(tǒng)退化表面上是生態(tài)環(huán)境問題，歸根結(jié)底是社會發(fā)展問題，要從社會經(jīng)濟方面尋求根本的解決途徑。只有社會經(jīng)濟發(fā)展了，才能改變“土里刨食”那樣對土地（生態(tài)系統(tǒng)）的嚴重依賴，進而解除人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的干擾。

    他認為，欲使農(nóng)村人口尤其是巖溶分布區(qū)的農(nóng)村人口擺脫掠奪土地（生態(tài)系統(tǒng)）的狀況，需要提高人口素質(zhì)，掌握其他的生存和發(fā)展手段。教育與培訓(xùn)的作用至關(guān)重要。生態(tài)修復(fù)工程項目的投資不要只用在“地”上，而需要把更多的財力和科技投入到“人”的能力建設(shè)上。

（信息來源：中國礦業(yè)報，中林設(shè)計整理，轉(zhuǎn)載注明出處）