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（北京石花洞） 岩溶地下水，地下水家族的重要成员 岩溶地下水并不是“陌生人”，九寨沟、黄龙、桂林山水和黄果树瀑布等我国著名自然景观的形成都与岩溶作用有关，济南趵突泉、山西娘子关泉和北京玉泉山泉等都是岩溶地下水名泉。 全球岩溶区总面积约2 200 万平方千米，约占全球陆地面积的20%。我国是世界上岩溶发育类型最多的国家之一，岩溶分布广泛，总面积约344 万平方千米，约占国土面积的1/3。我国的岩溶区可分为北方岩溶区、西南岩溶区和西部岩溶区三个区域，目前研究较多的是前两个。北方岩溶区分布于贺兰山-六盘山以东、阴山-沈阳以南、淮河以北、黄海–郯庐断裂以西的华北地区，包括北京、天津、河北、河南、山东、山西、辽宁、安徽、江苏、甘肃、宁夏和内蒙古等。西南岩溶区以贵州为中心，包括云南、贵州、广西、四川、重庆、湖北、湖南和广东等。西部岩溶区主要分布在西藏和新疆。 （云南石林） （贵州黄果树瀑布） 岩溶地下水是存在于可溶性岩层的溶蚀裂隙和洞穴中的地下水。岩溶发育的基本条件是可溶性岩石和水。根据岩性，可溶性岩石分为碳酸盐岩、硫酸盐岩和氯化物岩3种。我国碳酸盐岩分布最广，出露面积约91万平方千米。可溶性最强的碳酸盐岩多为灰岩，即石灰岩，也是“粉身碎骨全不怕，要留清白在人间”赞颂的石头。灰岩由方解石（碳酸钙矿物）组成，遇酸会发生化学反应释放出二氧化碳气体。岩溶水主要发育于碳酸盐岩层中。溶有二氧化碳的地表水和地下水会使石灰岩部分溶解，将碳酸钙转变成可溶性的碳酸氢钙。随着岩溶缝隙、孔洞和管道的不断扩大，当受热或压强突然减小时，溶解的碳酸氢钙会分解，重新形成碳酸钙沉淀。经过长期的溶蚀、侵蚀和沉淀岩溶等作用，石灰岩发育地区就会形成千姿百态的岩溶景观。 （随处可见的石灰岩遇酸有气体生成） 默默无闻，塑造千姿百态的地貌景观 “林尽水源，便得一山，山有小口，仿佛若有光。便舍船，从口入。初极狭，才通人。复行数十步，豁然开朗……”陶渊明在《桃花源记》里的记载，很可能就是一个经岩溶作用形成的穿山通道。云南省广南县的坝美村四面环山，过去进出村寨主要靠村子前后的两个天然石灰岩溶洞，因此被称为“世外桃源”，吸引了众多旅游爱好者。受气候和地质条件的影响，我国南北方岩溶存在明显的地域差异。南方岩溶区碳酸盐岩埋藏整体较浅，地貌形态类型多，有石林、峰林、峰丛、溶沟、孤峰、洼地、漏斗、落水洞和岩溶峡谷等；还发育了完整的地下河，溶洞规模相对较大，个别洞穴直径可至数千米。广西桂林的峰林、云南的石林以及四川的黄龙和九寨沟等都是典型的南方岩溶景观。 九寨沟地处岷山山脉南段尕尔纳峰北麓，是长江水系嘉陵江源头的一条支沟，也是青藏高原向四川盆地过渡的地带。这里地质结构复杂，出露地层以灰岩为主，厚达数千米。强烈的新构造运动在岩石中产生了大量裂隙和断裂，大规模的岩溶作用导致钙华沉积，形成九寨沟艳丽典雅的湖群、奔泻湍急的溪流、飞珠溅玉的瀑群、肃穆幽深的林莽和连绵起伏的雪峰等美景。 （四川九寨沟） 五彩池是九寨沟内最小的湖，也是九寨沟水的代表。五彩池的水来自高处的长海，池水四季不冻，水中生长着水绵、轮藻和小蕨等植物群落，还有芦苇、节节草和水灯芯等草本植物。这些植物所含的叶绿素种类不同，在富含碳酸钙质的湖水里呈现出不同的颜色，使湖水在阳光的照射下闪耀着五彩光芒。 北方岩溶区碳酸盐岩埋藏较深，岩溶发育程度较低，地貌形态以岩溶微观地貌和岩溶干谷等为主，大型溶洞、岩溶峡谷和地下河系统等较为少见。北京房山世界地质公园的石花洞溶洞群和十渡岩溶峡谷是北方岩溶地貌的典型代表。 北京石花洞与桂林芦笛岩、福建玉华洞、杭州瑶琳洞并称我国四大岩溶洞穴。石花洞位于北京市房山区南车营村，因洞中有许多美丽的形似花朵的岩溶地貌景观而得名。溶洞分7 层，上下高差150 米，第1 至6 层为旱洞，第7 层是地下暗河。洞中沉积物类型齐全，有毛细水、渗透水、滴水、流水、停滞水和飞溅水导致的6 种沉积类型和40 多种沉积形态。洞壁的渗透水在压力的作用下形成毛细水，与其他沉积形态共同作用形成了石花、石毛和石珊瑚等景观。 （北京石花洞内景） （月奶石） （石葡萄） （石花）
（石幔） 岩溶裂隙中含有饱和碳酸钙成分的水，在滴落过程中，因水分蒸发或气温升高，二氧化碳从水中不断析出，碳酸钙逐渐沉积便形成了大量的石笋、石钟乳和石柱等，人们根据其形态，命名了石瀑布、石幔、月奶石和石葡萄等景观，具有很高的美学、旅游和科研价值。 岩溶地下水也是优质水源 溶蚀裂隙和溶洞中储藏的岩溶地下水，除可作为旅游资源外，还有维系生态环境、提供生活供水及农业灌溉等重要功能。受赋存条件和运动特征的影响，岩溶地下水的水质一般较好。在岩溶区，岩溶地下水往往是主要的供水水源。我国天然岩溶地下水资源总量为每年2 034.24 亿立方米，约占全国地下水资源总量的23.39%。 因赋存于可溶岩之中，岩溶地下水具有不同于孔隙水（土壤等松散沉积物中的水）和裂隙水（岩石裂隙中的水）的特点。在典型的岩溶区，岩溶地下水的赋存空间、补给、运动（径流、排泄）和动态等都有明显的特征。 岩溶地下水对赋存空间有强烈的改造作用。可溶岩体中往往存在大量的孔隙和裂隙，为地下水提供了存储和运移的空间。可溶岩在水的溶蚀和侵蚀作用下，可形成巨大的岩溶管道网络、溶洞、溶潭或地下暗河等。岩体中的通道也影响了岩溶水的补给、流动和排泄等特征。 岩溶地下水有独特的补给和运动特征。大气降水通常以面状和渗入式补给地下水，在强烈岩溶化地区，还能通过漏斗或落水洞灌入地下，有时甚至整条河流通过洞穴直接灌入地下。如我国湖北的清江，在利川城东北经由一个大落水洞全部注入地下。
（济南趵突泉） 由于岩石中空隙规模相差悬殊，其中水体的局部流向与整体流向常常不一致。岩溶管道使地下水径流畅通、排水迅速，岩溶地下水通常以岩溶大泉或者暗河出露地表的方式集中排泄，济南名泉趵突泉就是从地下溶洞中涌出的岩溶泉。 岩溶地下水富集程度存在差异，空间分布不均一。受地层分布和构造的影响，可溶岩被水溶蚀的强度存在空间分布上的差异性，决定了岩溶地下水在空间分布上的不均一。在可溶性岩层大面积出露的地区，岩溶水的上部通常是潜水。潜水一般埋藏浅，也容易形成统一的含水层，较易开采。可是，岩溶发育通常不均匀，造成岩溶潜水的分布亦不均匀，会给开采带来困难。随着埋藏深度的增加，岩溶地下水由潜水变成承压水，溶蚀的孔隙网络汇集，逐渐发育成径流相对集中的暗河通道。这就造成了很多岩溶强烈发育区域出现地下富水而地表缺水的现象。岩溶水富集程度越高，供水能力越强。 岩溶地下水动态上对补给表现出很强的敏感性。由于岩溶通道的作用，储量小的岩溶地下水对补给更加敏感，水位变化幅度大而且变化快。岩溶泉往往在雨季流量急增，雨后骤减，呈现出岩溶地下水水量随时间变化分布不均的奇景。如北京房山区的河北泉、万佛堂泉和马刨泉等岩溶泉水的流量均表现出明显的季节性，冬、春两季流量减小，雨季流量大增。储量大的岩溶地下水具有较强的调解功能，水量水位等相对稳定。 应急水源，特殊情况下的重要水源 应急水源是相对于常规水源来说的，是非常情况下应急供水的水源系统。在常规水源遭受严重污染或发生连续干旱、战争、地震灾害等情况时，一旦常规供水不足或受阻中断，应急水源要能被快速启用并在一定时期内满足居民的最低水平用水需求。应急水源地的规划建设是保障城市供水安全的一个重要举措，应急 水源地应满足可“应急”、“备用”和“水量、水质保证程度高”等条件。与常规水源地相比，应急水源地有如下三个特点： 一，可快速启动。常规供水水源无法正常运转或供水能力不能保证供水需求时，地下水应急水源地可以及时启动并接替常规供水水源。在非应急状态下，应急水源地则处于备用待命状态。 二，可优先保证生活用水。为城市建立的应急水源地，是保障居民饮水安全的关键措施，同时承担重要的维稳责任。在应急供水状态下，必须坚持以人为本的原则，优先保证居民生活用水，再考虑生产和生态用水需求。 三，应急状态下可适度超采，非应急状态下以涵养为主。常规水源地应坚持可持续开采的原则，应急水源地则应首先满足应急供水需求。在迫不得已的情况下可适度超采地下水，适度放宽水资源管理采补平衡、生态与环境地质等约束条件。为保证地下水的后续应急供水能力，在非应急状态下要让应急水源地休养生息，或通过人工调蓄加大补给，尽可能实现水源地的多年采补平衡。
（北京十渡） 为地下水开采保驾护航 岩溶地下水的特点使其不便于开采，因此，在很多地区并不是最理想的常规水源。但如果作为应急水源，它却能发挥重要作用。以我国华北地区为例，这里普遍沉积了厚重的灰岩地层，分布面积广、连续沉积厚度大，为岩溶地下水的储存、运移提供了巨大空间。北方岩溶含水层拥有富集程度高、动态稳定和水质良好的特征，总天然资源量为每年108.8 亿立方米。相较降雨充足、地表水丰富的南方地区，北方岩溶地下水的供水意义更加显著。
（北京市平谷区打出日出水量 12000立方米岩溶勘探井） 21世纪初，受人口增加、城市扩张和经济增长等的影响，首都北京的水资源入不敷出。地表水急剧减少，几近退出城市供水的舞台，地下水也在多年持续超采下大量亏损。北京地区的地下水出水能力下降、水质变差，城市供水安全受到威胁。这种情况下，北京市启动了岩溶地下水资源研究与开发利用工程的可行性研究。自2003 年起先后在平谷、房山张坊镇及西山地区实施了应急水源工程，帮助北京度过了1999 年后连续13 年的降水偏枯年，保障了经济发展与社会稳定。这不能不归功于地下水工作者的努力和岩溶地下水的巨大贡献。南水北调工程实施后，北京的水资源紧张状况得到一定缓解。从2015年起，北京逐步压减应急水源取水量，让应急水源回归“备用”。 （本文图片除说明外，均由作者提供） （作者单位：北京市水文地质工程地质大队/ 北京市地质环境监测总站） |
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