本文摘要：摘要：以峰丛洼地为代表的锥状岩溶分布区岩溶景观退化严重，且饮用水短缺、干旱以及水污染事件快速增加，低影响开发可能成为该类型地区实现发展可持续的有效手段。中国南方至中南半岛往南到达印度尼西亚和菲律宾是全球锥状岩溶发育最典型的地区。这里的坚硬
摘要：以峰丛洼地为代表的锥状岩溶分布区岩溶景观退化严重，且饮用水短缺、干旱以及水污染事件快速增加，低影响开发可能成为该类型地区实现发展可持续的有效手段。中国南方至中南半岛往南到达印度尼西亚和菲律宾是全球锥状岩溶发育最典型的地区。这里的坚硬碳酸盐岩或松软礁灰岩在季风气候下发育形成的裸岩型下垫面具有成熟表层岩溶带结构，水源涵养能力弱，致灾趋势强，成为岩溶环境具有高度敏感性的原因。低影响开发模式主张围绕表层岩溶带的水文过程提出土地管理和环境问题解决方案。在开发利用过程中峰丛顶部留置生态保护区涵养水源，增加表层岩溶带的入渗补给量。岩溶洼地底部在进行土地集约式利用时，为落水洞排洪预留缓冲区，利用岩溶裂隙设置下凹式绿地，实现自然渗透和净化。“峰”、“洼”之间过渡区需要明确表层岩溶泉汇水范围和边界条件，划定水源地保护红线。同时有必要设法增加雨水资源化利用率，填补生态和生活缺水量。
关键词：低影响开发;集雨;石漠化治理;降雨补给;水柜
0引言
由峰丛洼地、峰林平原、坡立谷、断陷盆地等地表形态，以及溶洞、地下河等地下空间组合构成的岩溶环境具有强烈的脆弱性。人类活动易导致森林退化、塌陷、地下水污染、石漠化等问题。作为居住环境，岩溶洼地具有空间狭小、易旱易涝、水土流失严重等特征。洼地开发过程中需要设法缓解用水紧张，同时还要降低开发活动对地表和地下空间环境的干扰，降低环境灾害风险。
地质工程评职知识： 发表沉积地质学专业论文的期刊
全球岩溶类型多样，环境管理有不同的侧重点。欧洲根据污染物迁移的路线和条件提出了岩溶含水层脆弱性评价方法，运用该方法建立脆弱性分布图，为大区域范围有差别地制定地下水管理方案提供依据[1]。热带亚热带地区具有地理代表性以及重要科学、文化和生物多样性价值的岩溶景观则在多种国际公约框架下成立了保护区[2]。一些干扰强烈且环境破坏严重的岩溶地区需要进行生态修复，保持保护与开发的平衡[3]。经历了石漠化的中国南方岩溶区，其生态环境治理目标围绕选育兼具经济和生态效益的新品种、建立环境友好的产业模式。环境管理重点是遏制水土流失，发展节水农业，通过雨水利用、表层岩溶泉开发等方式增加可利用的水资源量[4。
但同时一些治理工程对岩溶水文和生态过程认识不足，以及技术方法单一导致环境管理缺乏系统性。表层岩溶带位于含水层的上部，它与土壤和植被构成不可分割的功能连续体，发挥固碳、增汇、保水、过滤污染物等作用，同时它对森林植被退化、山坡开垦、工程建设活动敏感。表层岩溶带调蓄功能强弱和管理措施直接关系到水资源开发利用和地下水的防护，是洼地开发利用必须关注的关键带[8]。本研究借鉴城市低影响开发理念[9]，探讨岩溶环境管理的思路;总结石漠化治理经验，提出峰丛洼地环境的管理方案。
1峰丛洼地的开发及环境破坏
岩溶洼地或漏斗是石灰岩等可溶岩分布区在丰富雨水溶蚀作用下形成的一种形似漏斗的负地形，在东南亚和中美洲被称为“平底锅”地貌[10]。岩溶洼地广泛分布在中国南方、东南亚、中东欧、美国肯塔基州、中美洲、新西兰等国家和地区，被认为是判断可溶岩地区岩溶是否发育的标志性地貌。岩溶洼地有利于降雨入渗，没有地表排水口，其底部的落水洞成为径流快速排泄通道。这也导致地表易旱易涝和地下水易污染。岩溶洼地与峰丛组合形成峰丛洼地，是中国南方分布最广泛、最典型的岩溶地貌。岩溶地貌发育和水文系统形成过程中地下水呈现垂直分带[11]。
表层岩溶带承担将降雨渗流汇集并经由溶蚀裂隙、落水洞等通道进入含水层的功能。外源水以及洼地形成的坡面流可能不经过表层岩溶带，而是直接通过落水洞排泄进入地下河。在此过程中碳酸钙发生溶蚀并流失，岩石上留下溶沟等多种溶蚀形态。表层岩溶带成为岩溶含水层顶部溶蚀最强烈的部分。表层岩溶带具有良好的渗透性和吸收降雨径流的能力，但厚度小，调蓄功能和防护能力弱。表层岩溶带的下界面渗透性降低，阻挡径流继续下渗，局部区域出现侧向径流和形成表层岩溶泉。表层岩溶带的下部为包气带，地下水运动以垂直渗流为主。含水层的饱水带径流汇集至少量岩溶管道，不仅径流速度快，而且水位或流量具有剧烈的动态。
表层岩溶带的发育增强了岩溶洼地的渗透性，使水资源和土壤难以保存，岩溶洼地成为干旱和水土流失易发区。随着人口不断增加，岩溶洼地被开发利用，生态环境一度遭受严重破坏，引起表层岩溶带结构改变和功能弱化。人类活动对表层岩溶带的影响包括：建房、修路、采石等活动直接破坏其结构;森林退化伴随着蒸发、入渗、产流、排泄、溶蚀等水文和水化学的响应;一些地区采取凿岩抠土的方法来改造坡耕地。
相比较而言，中南半岛与中国南方地区同在季风控制区和特提斯构造带，不仅岩溶发育具有显著的相似性，而且石漠化和水环境质量下降也广泛发生，峰丛洼地的环境管理成为一个受到关注的国际性问题[1。越南政府在西北部石漠化严重的河江省和北部高平省岩溶区申报建立了世界地质公园，采取从碎屑岩山区远距离引水的方法在岩溶洼地建成以乡镇为中心的集中供水设施，支持旅游业发展。国际岩溶研究中心培训班收集的资料显示，泰国清莱府则采取修建蓄水池开发利用岩溶泉和打井开采地下水相结合的方法解决缺水问题，鼓励当地群众发展园艺旅游业[1。
越南、老挝、泰国、马来西亚受干扰程度小的峰丛洼地保留了原始森林生态系统，表层岩溶带表现出良好的服务功能，支撑了丰富的生物多样性资源。这些地区采取建立保护区的方式对岩溶环境进行整体性保护。例如越南下龙湾、宁平长安、峰牙己榜属于世界自然遗产地保护区。
老挝南诺石山保护区申报成立世界自然遗产地。马来群岛至中国南海岛礁，以及印尼至菲律宾的板块结合部的岛弧上出露新生代礁灰岩。相比于中国南方地区和中南半岛的中生代至古生代的碳酸盐岩，礁灰岩透水性好，且岩溶洼地规模较小。印度尼西亚爪哇岛南部岩溶区锥状山峰海拔600，相对高度约50。礁灰岩岩溶率达到6.5%~33.6。这种情况下岩石整体渗透性更强，表层岩溶带很难储水，其调蓄功能和净化能力反而较弱。该地区采用礁灰岩石块建立挡土墙，利用了岩溶洼地底部堆积石灰土的低渗透性修建集水塘。
生活污水和农业活动对地下水造成污染。菲律宾薄荷岛的巧克力山是新构造运动俯冲带陆块多次抬升并经长期溶蚀而形成的一类锥状岩溶地貌。越靠近海岸带峰丛就越年轻，相反离海岸带越远的岩溶地貌发育越成熟。远离海岸带的峰丛仅能生长草丛，因为缺水而枯黄，形成了形似巧克力状的山丘，数量有776座。当地群众利用岩溶泉在坡立谷修建了水渠，种植水稻。但是随着人口增加农田不断侵占森林，并且巧克力山的礁灰岩作为建筑材料被开采，使政府保护岩溶景观和生物多样性的目标难以实现。
2中国南方峰丛洼地低影响开发的探索
广西以及邻近的贵州、云南以及越南北部山区峰丛洼地分布广且发育典型，岩溶洼地的干扰程度高，石漠化曾经十分严重，且干旱和洪涝问题突出。中国南方石漠化治理工程采取了生态移民、退耕还林、封山育林等生态措施，实施了水资源开发、土地整理、流域单元治理等工程方案，探索了生态旅游、种养一体等新型产业模式，取得了积极成效[18]。峰丛洼地降雨入渗系数达到50%左右，导致地表可调控利用的水量较少。表层岩溶泉枯季流量每天50，适合作为农村家庭供水或村寨集中供水水源。
广西通过普及农村水柜，调蓄表层岩溶水和收集雨水作为饮用或灌溉水源。扶贫攻坚期间广西河池、百色典型岩溶贫困县修建水柜上万座。表层岩溶泉和降雨的水量不稳定，具有强烈的季节性变化，引起饮用水水质变质问题。峰丛洼地低影响开发的重点是扩大雨水收集利用，实现集水设施的科学管理20。雨水开发和表层岩溶水联合利用，增强表层岩溶带的“海绵”效应，解决饮用水不达标问题。岩溶洼地生活废水排放和农业活动引起的水环境污染逐渐加重，在不少地区的表层岩溶泉中检测到氮、磷、微生物、有机类污染物21。
重庆、四川、贵州、湘西等地区分布由紧密褶皱构造控制而发育形成的槽谷型洼地，其底部经常有季节性的河流水系流入落水洞。低影响开发需要对作为水源的表层岩溶泉制定保护方案，提高废水达标排放率，通过引入植草沟、人工湿地等技术增强表层岩溶带的过滤净化功能，减少污水通过落水洞排放。控制水土流失也是峰丛洼地开发需要重点关注的问题。贵州毕节等地区由间互型或互层型碳酸盐岩发育形成的峰丛洼地土壤较厚，易发水土流失。贵州毕节地区探索通过修建生物篱，建立混农林模式，采取秸秆还田等生物措施阻止表土流失。但是阻断土壤通过表层岩溶带地下漏失的技术成果还较少应用。
3石漠化治理示范区的低影响开发试验
位于右江河谷的广西平果县果化石漠化治理示范区成立于2004年。果化示范区在峰丛洼地严重石漠化区先后试验了玉米牧草轮作、水果草药复合种植等技术，最终选择推广火龙果[2。火龙果原产地为中美洲，在广西亚热带岩溶石山适宜性好。示范区修建两座500水池调蓄峰丛洼地的个表层岩溶泉，提高了水资源开发利用率，保证了火龙果灌溉用水。
火龙果代替广种薄收的玉米成为岩溶洼地主要种植品种。示范区通过开发表层岩溶泉、改变种植品种、恢复植被、坡改梯等措施有效遏制水土流失，构建低影响开发模式。贵州石漠化治理也以控制水土流失为主要任务。示范区通过农林品种优选、土壤质量管理、水利工程开发等改善农业条件。治理工程采取免耕技术减小对土壤的干扰，通过植草种树增加土壤覆盖度和减少裸岩率，修建排水沟和挡土墙减轻山洪径流冲刷。
治理工程采取坡改梯等工程性的措施，或者采取秸秆还田和施加生物炭等农艺管理措施改善土壤质地，提高抗侵蚀能力。花江示范区在北盘江南岸岩溶峡谷山坡严重石漠化区构建了花椒种植园。花椒属于芸香科小乔木，根系发达，对土壤质量要求不高，喜钙且耐旱，成为贵州和重庆等地区进行石漠化治理的优选物种。示范区尝试构建混农林业发展模式，提高农业生态系统的抗逆性和水分利用效率，推行保水剂、秸秆还田、铺设地膜等农艺节水措施。
简而言之，当前石漠化治理示范区研究作物优选、水土保持技术和农艺水肥管理，主要目标是通过农业增收实现脱贫致富，同时遏制水土流失，保持土地资源可持续。本研究提出的峰丛洼地低影响开发主要是应用雨洪管理和表层岩溶带径流调控技术，克服地表降雨快速下渗引起的干旱、洪涝、水土流失和污染等问题。两者目标有共同之处。
4低影响开发的技术实现
根据土地的功能和国土资源开发方式的差异，研究提出峰丛洼地存在三种类型敏感区：(1)土地开垦、种植、施肥、喷药等农业活动形成的坡耕地敏感区;(2)水资源开发活动引起的与农业、养殖、生活等排污行为关联的水源敏感区;(1)受到开发活动波及影响的地下河敏感区。每一种类型敏感区的管理需要采取相应的低影响开发技术作为支撑。针对三种类型的敏感区，峰丛洼地低影响开发确定饮水安全、水土保持、水环境保护方面的五个目标。管理目标的实现需要充分考虑表层岩溶带的含水特征，综合采取雨水利用、表层岩溶水开发、降雨入渗管理等技术手段。
5峰丛洼地的低影响开发构建
峰丛洼地岩溶地貌的发育形成有利于降雨通过地表和地下路径快速渗漏排泄，引起干旱、内涝、水土流失、水环境污染等问题。该类型脆弱环境区需要建立以低影响开发为中心的环境管理新模式，促进土地、水资源、地质景观、生物多样性的可持续，实现峰丛洼地的合理开发。受到地形和岩溶发育特点等因素制约，岩溶洼地的底部比峰丛顶部更容易积存土壤和水分，致使土地功能存在空间差异，其开发利用方式呈现垂直“三分法”土地利用结构。峰丛顶部裸岩表层岩溶带适宜保留林、灌、草等原生态特征，作为封山育林区。
岩溶洼地的底部覆盖型表层岩溶带是居住和农业等集约利用区。两者之间的过渡地带为林、果、农混合种植区。依据土地利用“三分法”以及岩溶洼地三种敏感区的划分，岩溶环境管理新模式强化雨水、坡面流、表层岩溶水的资源化利用，以达到缓解用水紧张、减缓径流外排的目标。新模式建议借鉴城市低影响开发的思路和技术，根据表层岩溶带水文地质条件设置水源保护红线，保证表层岩溶泉饮用水安全。新模式建议依照水土流失和污染物排放的发生条件和迁移路径，抓住表层岩溶带水量涨落的关键时机，做好涵养、拦蓄、收集、堵漏、过滤等控制设施，达到充分积存、充分净化、消减洪水、细水长流的效应。
6结语
锥状或塔状岩溶是热带和亚热带地区具有代表性的地貌。印度尼西亚爪哇岛具有锥状峰丛与岩溶洼地组合地貌。菲律宾薄荷岛具有一种锥状峰丛巧克力山与坡立谷组合而成的岩溶地貌，中国南方以及中南半岛多个地区具有峰丛与岩溶洼地组合形成的峰丛洼地。这些地区生态环境脆弱，历史上或现在由于过度开发引起多种环境问题。
为此该类型岩溶环境的管理受到国际关注。由于岩溶环境中土壤缺少且岩石裸露率高，表层岩溶带发育并对水资源调蓄发挥重要作用。岩溶环境的管理需要针对表层岩溶带研发和采取低影响开发技术，保持表层岩溶带的调蓄能力和污染物过滤功能，减少开发活动对脆弱环境的影响。经历了长期开发后峰丛洼地形成了垂直“三分法”的土地功能分区和土地利用结构。峰丛顶部适宜建立水源涵养区，增加表层岩溶水的补给。山坡的林、果、农混合种植区是水土流失重点防控区，同时应划出水源地保护区，保证表层岩溶泉作为水源的饮用水安全。
在水源地保护区内管理生活污水、路面径流和坡耕地施肥活动，减少水源污染风险。峰丛洼地坡耕地的管理需要加强雨水收集技术的应用，构建坡耕地雨水灌溉设施。雨水收集的集水面采用不同材质和建筑方式的接雨器，并且有可能将雨水收集与表层岩溶带调蓄结合起来，提高雨水利用效率。岩溶洼地底部通过落水洞管理减少地下河污染负荷。在落水洞径流路径上设置串珠状的下凹式绿地和人工湿地，利用溶蚀裂隙等岩溶负形态增强过滤功能。
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作者：姜光辉，刘凡，王奇岗，郭芳
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