岩溶移花接木明星合成图

第29卷第2期2010年6月中国岩溶CARS0L0GICASINICAVo1.
29No.
2Jun.
2010文章编号:1001—4810(2010)02--O1O7—06贵州巨木地下河流域石漠化地学治理实验及其意义0引言王明章(贵州省地质矿产勘查开发局,贵州贵阳550004)摘要:贵州巨木地下河岩溶流域石漠化治理工程是一项从地学的角度探索石漠化治理的实验,实验以改善石漠化区岩溶地质环境为目标,以地下河的开发利用、农作物生长过程中矿物元素补偿等为手段,解决了实验区人畜饮水安全和农田灌溉缺水问题,提高了农作物产量和农产品品质,使地区经济得到了明显发展,有效地控制了不合理的人为工程活动的发生.
遥感监测成果对比表明,经过治理实验区内的石漠化面积明显减少、石漠化程度显著降低.
由此认为改善地质环境是石漠化治理的有效途径之一,值得提倡与推广.
然而,由于西南岩溶石山区岩溶系统复杂、小型多样,不同的岩溶系统差别较大.
因此,只有在查清岩溶流域系统具体的地质条件的基础上,合理制定综合治理方案,进行石漠化地学治理才能更有效.
关键词:岩溶地区;石漠化治理;地学模式中图分类号:X171.
4文献标识码:A脆弱的岩溶地质环境是石漠化形成和发展的基础,不合理的人为工程活动是石漠化形成和发展的动力.
因此,石漠化综合治理不但要防止不合理的人为工程活动发生,还应该对脆弱的岩溶地质环境进行有效的整治[1].
多年来,我国西南岩溶石山区石漠化治理取得了长足的进展,形成了"固土保水、庭院经济、能源改造、产业结构调整、植被恢复"等多种石漠化治理模式,但是,综合分析可以看出,这些模式都有一个共同的特点,即都将主要的目标集中在对地表生物圈层的人为干预和控制,适用地区和范围也不明确-3],而且不同程度地忽视了支撑生物圈层的地质环境对石漠化发展的巨大作用,对石漠化地质环境治理的研究不多.
贵州巨木地下河流域石漠化地学治理实验针对石漠化区存在的"缺水、少土、土质贫瘠"的脆弱环境特点,力图通过地下水资源、潜在的土地资源及岩石矿物元素资源的开发来实现环境条件改善,以期达到防止新的石漠化发生发展、有效改善石漠化环境的目的[4].
与此同时,由于利用遥感的方法监测石漠化发展趋势的技术已经较为成熟引,故采用遥感监测手段验证石漠化地学治理的效果,并以实验成果为基础,探索出石漠化治理的地学途径.
该实验成果的实现,将为我国西南岩溶石山区石漠化的治理提供一条新的途径,并形成石漠化地学治理的示范样板工程.
1实验场基本情况实验场选择在贵州省巨木地下河流域,该流域跨黔南州惠水、平塘两县,发源于惠水县抵季乡附近.
地理坐标:东经106.
3900"~106.
4638",北纬25.
4306"~25.
49O0,流域面积128.
4km.
在地质环境方面:地下河流域处在黔中高原台面向桂中平原过渡的斜坡地带,地表分布的岩石以碳酸盐岩为主,地貌上形成峰丛洼地,为裸露岩溶石山区.
地下河呈树枝状发育,地下水从北向南径流.
上游地带地下河埋藏深度较小,"明流"与"暗流"频繁交替;中下游地带洼地、落水洞串珠状发育,地下水埋深较大E93(图1).
基金项目:国家973计划项目(2006CB430200)、贵州省科学技术基金黔科合J字[200532080作者简介:王明章(1955一),男,研究员,研究生导师,长期从事水文地质、工程地质及环境地质工作.
收稿日期:2O1O—O1一O31O8中国岩溶,困z囤,囤囤s囝s因回s回回to圈n圈坦围s回园s园t,园图1巨木地下河流域水文地质图Fig.
1HydrogeologicmapofJumusubterraneanriversystem1.
地下河出口;2.
地下河天窗;3.
地下河竖井34.
岩溶潭;5.
地下河管道;6.
地下水流向;7.
泥盆系上统尧梭组;8.
石炭系大塘组一段;9.
石炭系大塘组二段;lo.
石炭系下统摆佐组;11.
石炭系中统黄龙群;12.
石炭系上统马平群;13.
二叠系下统栖霞组;14.
二叠系下统茅口组;15.
地层界线;16.
性质不明断层与推测断层;17.
背斜轴在生态环境方面:地表水系不发育,3.
1万人、1.
O3万头大牲畜饮水困难,2万余亩耕地无可靠的灌溉水源,石漠化分布约占全区面积的35.
另一方面,由于暴雨期地下水位上涨及地表水的汇集,致使一些洼地被淹,因洪涝淹没被迫废弃的耕地达1000亩以上.
在社会经济环境方面:区内均为农业经济,人均耕地不足1.
5亩,受生态地质环境因素影响,粮食产量长期处于较低水平,多数农民人均年收入不足千元,处于贫困线以下.
上述条件反映出了巨木地下河流域虽然具有"石漠化严重、经济社会落后"的特征和"缺水、少土、土质贫瘠"的农业生产资源承载力低下的不利因素,但也拥有"地下水资源丰富、大片洪涝淹没废弃耕地有待整理开发"的有利条件,在岩溶石山石漠化区中具有典型性.
2实验方法治理方案主要由地下水开发利用工程、岩土地球化学背景开发和农作物矿物元素补偿种植实验、岩溶洪涝洼地治理开发工程三部分组成.
同时,采用遥感技术,监测实验区在治理工程实施前后石漠化的发展态势.
地下水开发中将对巨木地下河进行堵蓄成库,利用地下水库的库容进行水资源量调节,并利用坝前抬高后的水位势能带动水轮泵提水,将蓄水工程、提水和输水工程相结合进行地下水开发,向人口和耕地集中的平塘县塘边镇、克度镇供水,解决该两镇的人畜饮水和农田灌溉问题.
岩土地球化学背景开发及矿物元素补偿种植实验的实施以对实验区硅酸盐与碳酸盐岩层的空间分布、岩土中矿物元素和营养元素及其含量的调查研究成果为基础:一是根据研究成果合理调整实验区农业种植结构布局;二是实施农作物矿物元素补偿种植试验[1.
.
.
矿物元素补偿种植试验在地下河出口下游的清水村落旺寨选择了1.
24亩油菜地进行矿物肥料补偿,并以相邻的0.
34亩为对照组,按照常规的种植方法种植,不予补偿矿物肥;对120亩水稻开展了矿物肥料补偿种植试验,并将实验田平均分为实验组和对第29卷第2期王明章:贵州巨木地下河流域石漠化地学治理实验及其意义1O9比组,各组面积6O亩.
实验组和对比组基本环境条件相同、耕作和管理方法完全相似.
3实验结果3.
1地下水开发利用工程蓄水工程:2003--2004年对巨木地下河进行堵坝成库试验,经一个水文年检验,堵坝建库试验成功,2005--2006年正式实施并完成了地下水库建设工程.
在地下水库库首利用抬高的水头势能安装水轮泵4台,配合提水站在地下河出口后部的山体斜坡上建成300m.
的高位水池1座.
从与地下水库配套的高位水池向塘边镇敷设口径9150mm、总长大于10km的饮水供水主管道;农田灌溉输水工程则为从与地下水库配套的高位水池向北敷设下水管,通过倒虹管、引水隧洞,与区内原有的天生桥引水工程的南干渠交汇.
其中干渠长8km、倒虹管2根、引水隧洞1条.
3.
2岩石地球化学背景开发地球化学背景开发:区内吴家坪组碎屑岩分布区母土中微量元素的含量较其它岩类分布区高,有益组分P、K,微量元素Se,以及对农作物生长有促进作用的La、Ce含量的平均值也较高(表1),地质背景有利于优质茶叶的生长.
综合考虑岩土的地球化学特征、地形条件,实施了农业种植结构调整:(1)沿吴家坪组岩层分布带,主要实施茶叶的种植;(2)碳酸盐岩分布地带地表多形成平缓的岩溶谷地和洼地,为目前农田集中分布的地区,是发展粮油生产的基地.
续表1元素石灰岩区泥灰岩区自云岩区Se0.
520.
890.
611.
O3La19.
623.
5021.
429.
8Ce42.
08946.
066.
0Hg0.
1160.
360.
2040.
124As24.
824.
9O18.
310.
7Pb20.
03221.
024.
0Cd0.
18O.
410.
200.
021Cr25122718614O合计9727.
5615622.
337898.
1419550.
80有机质1.
032.
141.
172.
843.
3农作物矿物元素补偿种植实验3.
3.
1油菜种植试验油菜开花期,试验组油菜分枝多,大部分已开花,长势良好,而对照组油菜分枝少,仅少部分开花,长势相对较差(图2、3).
图2油菜种植实验(对比组)Fig.
2Rapeplantingexperiment(contrastgroup)图3油菜种植实验(试验组)Fig.
3Rapeplantingexperiment(testgroup)霉瓤一110中国岩溶油菜收割后,试验组油菜籽千粒重为2.
6880g,对照组油菜籽为2.
0759g,两者间相差0.
6121g;试验组油菜籽的出油率为33.
6,对照组仅为25.
2(表2).
3.
3.
2水稻种植试验观察结果,试验组水稻分蘖18~19.
2株,分蘖率为24.
13~58.
67,对照组水稻分蘖为12.
1~14.
5株(表3、图4).
表2油菜种植实验结果产量对比Tab.
2Comparisonofrapeplantingexperimentproduction表3水稻实验种植分蘖对比(单位:株)Tab.
3Comparisonexperimentofricetiller试验田1917171815231716191918.
0第二组对照田1415141315161515161214.
5水稻收割期对水稻进行了产量和品质对比.
结果为:对照组水稻产量总计为36776kg,平均亩产量为612.
9kg,试验组总产量为39813kg,平均亩产663.
5kg,平均每亩增产50.
6kg,增产率为8.
3;品质对比分别对实施了和未实施矿物肥料补偿的水稻进行抽样检测,根据检测结果在生物化学成分方面进行对比,前者质量明显优于后者(表4).
表4农产品品质分析结果统计Tab.
4Analyticresultsoffarmproductquality大米(试验组)43.
63.
034.
4大米(对比组)39.
98.
862.
74治理效果分析根据平塘县水利局和国土资源局提供的统计资料,以及石漠化遥感监测成果,通过石漠化地学治理,巨木地下河流域资源利用率得到提高,区域经济明显发展,石漠化环境得到显著改善.
4.
1经济社会效益(1)解决平塘县塘边镇5000余人和1000余头大牲畜的饮水问题,结束当地群众长期饮水缺乏及不洁的历史,实现饮水安全的国家目标.
(2)改善了6000余亩农田干旱缺水问题,提高了粮食产量.
6000亩农田保证灌溉后可增收粮食9O万kg/a(平均增收150kg/亩·年),按当地市场稻谷价格1.
9元/kg计算,仅农业生产一项实现经济收入171万元/年,尚不包括因地下水开发带动产业结构调整带来的其它效益.
图4水稻分蘖对比实验(左:对比组,右:实验组)Fig.
4Comparisonexperimentofricetiller(3)矿物肥料补偿种植水稻增产5O.
6kg/亩、油菜增产14.
7kg/亩,同时对区内部分旱地种植的玉米和茶叶进行了实验,均取得了较好的效果.
4.
2石漠化治理效果利用实验区在2001年l1月23日(实验前)的Landsat7ETM+遥感数据和2006年11月8日(实验后)SPOT4遥感数据进行解译比较.
因为上述数据均第29卷第2期王明章:贵州巨木地下河流域石漠化地学治理实验及其意义l11表5实验区2001年和2006年石漠化遥感监测结果Tab.
5RSmonitoringresultsofrockydesertificationintheexperimentalplotin2001and20065讨论与结论在11月内获取,在季节上具有良好的一致性,代表性较强.
监测区两期遥感解译对比结果见表5、图5.
2006年以后,重度石漠化面积减少84.
31km.
,无石漠化区面积增加了167.
76km;2001年石漠化发生率为68.
24,其中重度石漠化发生率为19.
7O;2006年石漠化发生率为42.
2O,其中重度石漠化发生率为6.
61.
监测结果表明,实验区石漠化得到了较好改善,治理效果显著.
豳重度石漠化口中度石漠化口轻度石漠化豳无石漠化口碎屑岩及第四系覆盖区图5实验区2001年及2006年石漠化遥感监测成果图(左图为2001年ETM监测结果,右图为2006年SPOT监测结果)Fig.
5RSmonitoringresultsofrockydesertificationin2001and2006石漠化是在岩溶地质环境的基础上形成的,因此,对脆弱岩溶地质环境的整治必然成为石漠化综合治理的重要途径之一.
巨木地下河流域石漠化地学治理工程的实践,证实了合理开发石漠化区地下水、地球化学背景、岩石矿物元素等地质资源,改善脆弱的岩溶地质环境,是治理石漠化的有效措施.
巨木地下河流域石漠化治理工程实验,不但为石漠化治理提供了一条新的途径,而且提供了地学治理样板工程.
西南岩溶石山区石漠化面积大,在未来的石漠化治理中,石漠化地学治理途径将有广阔的应用前景.
目前,我国石漠化综合治理已经全面推开,在石漠化的治理中,在实施固土保水、发展庭院经济、开展能源改造、农业产业结构调整和植被恢复等工作的同时,还应该重视石漠化区地质环境的整治.
同时也应该看到,西南岩溶石山区岩溶系统复杂、小型多样,不同的岩溶系统差别较大,因此,基础性地质工作在石漠化治理中具有重要的地位,只有在查清岩溶流域系统具体的地质条件的基础上,合理制定综合治理方案,石漠化的治理才能更有效.
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中国岩溶2010焦ExperimentandsignificanceofrockydesertificationharnessingeologicalmethodsinJumuUndergroundRiver,GuizhouWANGMing—zhang(GuizhouBureauofGeologyandMineralExploration&Development,Guiyang,Guizhou550008,China)Abstract:TherockydesertificationharnessinJumuUndergroundRiverisanexperimentinlightofgeo—science.
Thegoaloftheexperimentistoimprovethekarstgeologicenvironmentinrockydesert.
Bymeansofundergroundriverexplorationandmineralelementfertilizerapplyingcompensationduringthegrowthseasonofcrops,securityofdrinkingwaterforpeopleandlivestockaswellasirrigationisresolved;outputandqualityofcropsisincreased;localeconomydevelopedsignificantlyandtheunreasonablehumanengineeringiscontrolledeffectively.
Remotesensingmonitoringresultsshowthattheareaofrockydeserthasdecreasedobviouslyandthattheextentofdesertificationhasreducedremarkablyaftertheexperiment,whichprovesthattoimprovegeologiceco—environmentisoneoftheefficientpathstoharnessrockydesertificationandworthwiletopromoteandpopularize.
However.
thekarstsysteminsouthwestChinaisverycomplicatedandvariedwithcomparativelygreatdifferenceamongdifferentkarstsystems,thereforemoreeffectiveharnessshouldbaseonsyntheticharnessingprogramaccordingtopracticalgeologicconditions.
Keywords:karstarea;rockydesertificationharness;geosciencemode《隧道岩溶涌水预报与处专家评判系统在沪蓉西高速公路的应用》由中国地质科学院岩溶地质研究所韩行瑞教授等人编著的《隧道岩溶涌水预报与处治——专家评判系统在沪蓉西高速公路的应用》一书(下文简称《涌水预报与处治》),日前已由广西师范大学出版社正式出版.
《涌水预报与处治》针对我国在铁路、水电、公路及其它地下工程岩溶隧道建设过程中,由于对地质条件与岩溶发育情况调查不深入,和缺乏一套科学的评判理论及相应配套的探测方法手段,以致突水、突泥等重大事故时有发生问题,在系统总结我国4O多年来隧道岩溶涌突水问题的经验教训基础上,把理论导向、经验判断、探测验证与实测定量有机结合起来,创立了在我国具有普适性的"隧道岩溶涌水专家评判系统",并将该系统应用于鄂西沪蓉西高速公路大长隧道建设中,不仅对勘设阶段重大岩溶地质灾害问题进行了科学的预测和评价,为线路走向优化及防水设计提出了可信的地质依据,而且在施工阶段,还通过施工反馈信息验证和修正前期认识,进一步开展超前预报和施工治理研究,与此同时还与其它探测手段相结合,有效地避免并治理了多起重大岩溶涌水及突泥、坍塌等地质灾害,保证了工程安全顺利施工,为工程节约了上亿元经费,效益极其显著.
通过工程实践证明,"隧道岩溶涌水专家评判系统"理念和方法是一种科技创新,对我国今后隧道建设中岩溶涌水等问题的预测预报具有重要的指导价值.
《涌水预报与处治》在全面地介绍了"隧道岩溶涌水专家评判系统"组成的基本要素、隧道岩溶涌水预测预报原则与方法的同时,还结合沪蓉西高速公路11个大长隧道勘测施工进行实例分析.
该书理念先进,理论与实践相结合,方法与工程实例相配合,是从事隧道工程管理、设计和旋工的广大技术人员不可或缺的一本有实用价值的参考用书,同时也可供有志于隧道工程的大专院校师生和科研工作人员参考使用.
有鉴于此,我国著名的岩溶地质学家、中国工程院院士卢耀如教授,国务院三峡库区地质灾害防治领导小组办公室主任、中国地质学会城市地质专业委员会主任李烈荣教授对《涌水预报与处治》的出版给予了高度的评价,并分别为该书作序.
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联系地址:广西桂林市七星路50号,邮编:541004,电话:13687736303.
(韦复才供稿)