岩溶治理措施有哪些,对岩溶的处理可采取的措施有
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对岩溶的处理可采取的措施有
岩溶塌陷应采取预防和治理相结合的防治措施。
预防措施是在查明塌陷成因、影响因素和致塌效应的基础上,为了清除或消减塌陷发生发展主导因素的作用而采取的工程措施。如设置场地完善的排水系统,进行地表河流的疏导或改道,填补河床漏水点或落水洞,调整抽水井孔布局和井距,控制抽水井的降深和抽水量。
限制开采井的抽水井段,重要建筑物基底下隐伏洞隙的预注浆封闭处理等。对塌陷地基都需要进行处理,未经处理不能作为天然地基。其处理措施有:清除填堵法:常用于塌坑较浅或浅埋的土洞,首先清除其中的松土,填入块石、碎石,做成反滤层,然后上覆粘土夯实。
对于重要建筑物一般需要将坑底或洞底与基岩面的通道堵塞,可开挖回填混凝土或灌浆处理。跨越法:用于塌陷坑或土洞较深大,开挖回填有困难的处理方法。一般以梁板跨越,两端支承在可靠的岩、土体上。据广西的经验,每边支承长度不小于1.0~1.5m。
强夯法:把10~20t的夯锤起吊到一定高度(10~40m),让其自由下落,造成强烈的冲击对土体强力夯实。一方面是夯实塌陷后松软的土层和塌陷坑或土洞内的回填土,以提高土体强度;另一方面可消除隐伏土洞和软弱带,是一种处理结合预防的措施。
Christain(1984)的试验:锤重15t,落距20m,将影响到地表下8~9m的深度。利用该方法在没有其它条件限制下,可以确定4.5m以上土洞的位置。灌注法:把灌注材料通过钻孔或岩溶洞口进行注浆,其目的是强化土层或洞穴充填物、充填岩溶洞隙。
隔断地下水流通道、加固建筑物地基。灌注材料主要是水泥、碎料(砂、矿渣等)和速凝剂(水玻璃、氧化钙)。水泥标号应大于450号。灌浆方式可采用低压间歇定量式或循环式灌注,目的是减少浆液流失,间歇时间可控制在7~8小时左右。
岩溶峰丛洼地生态治理的基本途径
1.开展区域调查研究
利用遥感技术和实地调查相结合,调查峰丛洼地内地质、地貌、气候、土壤、植被、水文等自然条件;调查区域土地利用类型的分布、面积,特别是坡耕地的类型、面积和分布情况;调查植物与作物类型、分布、环境条件和生产情况;调查水资源的分布、开发利用条件与生产、生活缺水情况;调查水土流失、石漠化、内涝等灾害与环境问题;调查居民人口、人文经济、文化情况、发展历史与生活习惯等。
2.进行岩溶石山区退化生态系统的土地整理,发展立体生态农业
岩溶峰丛洼地地区是极度退化的生态系统,土地极度贫瘠、理化结构很差,水土流失十分严重。在这种极度退化的生态系统中,植被的自然恢复是一个极为漫长和困难的过程。
在极度退化的区域进行生态重建,第一步就是土地整理,应以生态学及生态经济学原理为基础,寻求人类活动与自然协调的生态规划,通过土地利用结构调整,控制水土流失,扼制石漠化趋势。实行生物措施、工程措施、耕作措施和管理措施等多方面的有机结合,开展山、水、田、林、路综合治理,形成多目标、多层次、多功能、高效益的综合防治体系。
峰丛洼地地区的土地整理以提高土地质量为主,不但涉及山、水、田、林、路的全面调整,而且还有灌溉系统和土壤质量的改造,土地质量提高的另一措施是坡改梯工程建设、增加石质梯田土壤和中低产田的土壤改良。在土壤肥力分析的基础上,增施有关肥料。
实践表明,发展立体生态农业是峰丛洼地地区产业结构调整的成功之路。立体生态农业的具体内容因地而异,如广西弄拉的峰丛洼地的立体生态农业模式(蒋忠诚,2001)是成功的榜样。其基本点是根据地貌部位合理配置林业与农业结构,既考虑经济发展,又考虑生态环境建设,合理利用土地资源。发展立体生态农业的技术关键是各地段作物的科学布局。
3.以岩溶流域为单元,进行岩溶水资源开发
水资源一直是困扰岩溶峰丛洼地区的主要问题之一。因“地表、地下”双层结构,降雨快速通过管道、裂隙渗入地下,造成“土在楼上,水在楼下”的分布格局,使用水困难,甚至人畜饮用也常常不能得到满足。因此,治水是峰丛洼地生态重建的龙头,必须优先解决。
岩溶水开发包括地下河水、蓄水构造水和表层岩溶水三个方面,但都要建设蓄水利用工程。蓄水利用工程是一项行之有效的措施,它是解决降雨多、蓄水少的矛盾的根本方法。蓄水利用工程建设必须因地制宜,要有岩溶水源,有地下河水的引地下河水,有地下水的打井提水,有泉水的建大水池。
但在目前技术条件下,完全解决岩溶石山地区的缺水问题难度较大。因此,加强节水灌溉设施的配套建设是必要的。
4.退耕还林、封山育林、植树造林
重点是结合这些林业工程,根据不同的地质背景和环境条件,培植和发展名特优植物资源。植物调查研究表明,我国西南峰丛岩溶山区植物物种比较丰富,为植物特有现象中心之一,是世界植物多样性研究的重要地区。
岩溶石山区还有很多经济价值较高的名特优植物,如特产水果、名贵药材和其他高效经济作物。这些植物在石山区大量野生,但需要良好的经营管理技术才能获得优质高产。一些植物可逐步由天然采集、人工培植、品种改良向集约化经营发展。
5.发展沼气替代能源,实现“养殖—沼气—种植”三位一体
发展沼气是峰丛洼地生态重建的一项重要措施。发展沼气是解决农村能源短缺问题的关键,能促进经济的可持续发展,改善农村的卫生条件,提高生存环境质量。发展沼气必须走出“为沼气而发展沼气”的误区,把发展沼气同退耕还林、封山育林、植树造林和发展养殖业结合起来,走“养殖—沼气—种植”的发展路子。
在三位一体的沼气发展中,养殖是重点,沼气是纽带,种植是龙头。发展沼气必须同改猪栏、改厕所、改厨房、改水路和改卫生环境等结合起来,实现社会的可持续发展。发展沼气必须有一套行之有效的措施,使“一气”促“多变”:收入多、环境改变、光头山变绿、瘦田变肥。
6.生态移民
对环境条件十分恶劣的石漠化地区,生态移民是峰丛洼地生态重建的一项非常有效的措施。它能够减轻人口对岩溶生态环境的压力,拓展居民的生存空间,提高居民的收入水平,实现资源的有效配置,促进异地和本地经济发展。生态移民中的问题包括:移民对象、迁入地选择、迁移方法、迁入地建设、移民政策和迁出地生态环境恢复和重建。
7.农民的文化教育和科技培训
在西南岩溶峰丛洼地地区,人口密度大,控制人口数量、提高人口素质是恢复生态、发展经济的前提。
提高人口素质包括文化和科技素质,一方面,要对峰丛洼地生态重建的重要性、紧迫性、长期性和艰巨性进行广泛的宣传,从多方面增强治理区内广大干部和群众对治理工作的认识,自觉参与治理工作;另一方面,进行有关技术的培训,提高农民经济发展和生态建设的业务水平。
岩溶干旱综合治理对策
(一)岩溶区干旱现状
广西岩溶区的干旱是岩溶区典型的自然灾害,也是制约岩溶区经济发展的环境地质问题。
据历史记载,广西1700~1949年共发生大小旱灾152次,全自治区性的大旱有12年。解放后,广西几乎每年都出现不同程度的旱情。1950~1990年的41年中平均每年受旱灾的农田面积为56.84×104hm2,每年受灾农田面积在(5.48~155.2)×104hm2之间,成灾面积在(1.37~72.05)×104hm2之间,绝收农田面积在(0.13~32.17)×104hm2之间。其中,受灾面积超过66.67×104hm2的有14年。
1963年是旱灾极严重的年份之一。年平均降水量比常年少23.7%,而蒸发量却比常年偏大25.3%,1962年10月至1963年6月没下过透雨,到6月下旬,全自治区有效蓄水量只有1.9×108m3,仅占总有效库容的2.5%。全区断流的中小河流有2 200余条,有51个县人畜饮水发生严重困难,缺水人数达125万人。受灾面积155.2×104hm2,粮食减产10.9×108kg,总经济损失2.1亿元(当年价)。
1988~1990年广西连续3年发生较大的旱灾。1988年旱涝交替。有3万多座塘库干涸,澄碧河水库已放水到死水位以下,青狮潭、那板、客兰、大王滩等8座大型水库和63座中型水库都基本干涸。140.85×104hm2农田受旱,成灾面积72.05×104hm2,绝收面积20.99×104hm2。有430多万人、617万头牲畜饮水发生困难,粮食减产17.6×108kg,总经济损失9.3亿元(当年价);1989年全区农作物受旱面积有95.48×104hm2,成灾面积57.69×104hm2,绝收面积15.81×104hm2;1990年的秋旱,造成断流的河流有4 890条,干涸的塘库近2万处,有100多万人和60多万头牲畜饮水困难,农作物受旱面积为123.7×104hm2,成灾面积69.61×104hm2,绝收面积24.85×104hm2。
近几年来,由于气候异常,旱象频率增高,旱灾损失仍相当严重,据统计(表3-9),6年中春、夏、秋连旱的有2年;春夏连旱1年;春旱2年;降雨和水资源充足、旱情轻微的1年。
总体来看,广西的旱灾主要是春旱和秋旱,夏旱较少;冬季虽少雨干燥,但气温低,蒸发量小,影响也较小。就地域而言,桂西、桂南多春旱,桂北、桂中多秋旱。导致气候干旱的原因,主要是季风进退时,大气环流失常,降雨的天气系统影响不到广西,或影响较少。大旱之年一般是上年秋冬雨水少,接着出现春夏连旱或夏秋连旱,如2004年即是受2003年干旱延续的影响,造成50年一遇的特大干旱,旱灾损失十分严重。
据有关资料,目前广西境内万亩以上岩溶旱区共有83片(附图4、表3-10),总受旱面积334.88万亩,占全区2002年总耕地面积(7 945.55万亩)的4.21%,其中:受旱水田130.44万亩,旱地204.44万亩,分别占受旱总面积的38.95%、61.05%,受旱面积中,桂中岩溶平原地区的5个市占55.9%,桂西南岩溶峰丛区占31.3%;桂东北岩溶峰林、丘陵区占10.1%;桂东岩溶区2.7%。此外,其中有24片干旱区,既缺水干旱,又受洪涝危害,该类旱涝片多处于峰林平原和峰林谷地,雨季当地下水位升高,地表、地下排水不畅,极易形成内涝。广西岩溶浸没内涝灾害问题也具有区域性,以桂西北、桂中地区较为严重。通常情况下,每2~3年发生内涝一次,但不少地方每年1次或数次。例如,位于桂北暴雨中心的永福县百寿、永安等乡镇,平均每年内涝7次。桂中东兰县拉平、巴纳岩溶谷地“十年九涝”,小平阳岩溶平原每年1~3次。值得注意的是,岩溶地区由于存在地表地下二元或多元空间结构,地表径流呈现明显的季节性,地下径流常以快速流形式排入大江大河,水资源难以贮存,一场暴雨,立即成涝,三天无雨,又旱象环生。因此,该类岩溶地区经常是旱接涝、涝接旱,可谓旱涝交加,农业生态环境恶劣。
表3-9广西近6年旱情、旱灾简况(1999~2004)Tab.3-9 Droughts in latest 6 years in Guangxi(1999~2004)
(据广西水资源公报统计)
表3-10广西岩溶地区万亩以上旱片一览表Tab.3-10 Schedule of lands suffering from droughts with the area over10,000 Mu in Guangxi karst areas
续表
续表
总体上看,绝大部分旱片主要分布在各级流域的分水岭附近的峰丛洼地、峰丛谷地、峰林谷地及岩溶平原区。如桂中地区红水河与柳江分水岭附近,即忻城的马泗至象州的马坪、石龙一带的峰丛峰林谷地及岩溶平原;红水河与郁江分岭附近,即兴宾区的小平阳、石芽至武宣县的禄新一带的峰林谷地、峰林平原;贵港、横县至宾阳一带红水河与西江流域的分水岭地带等等。此外,各大江、大河的支流流域分水岭往往也是旱片分布所在地;深切河谷两岸也有旱片分布,如红水河及柳江河中、下游沿岸等。干旱缺水是岩溶旱片生态环境恶化和贫困的一个重要自然因素,特别是桂中地区,土地资源丰富,水资源配置不均一,由于前述原因,干旱缺水更为严峻。
(二)综合治理对策
本地区的农业和社会经济的发展要从根本上摆脱干旱缺水的困扰,实现农村经济和社会可持续发展,需要从抓好水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护六方面入手,采取综合治旱措施,提高防旱抗旱能力。
1.基本原则
1)水资源与国民经济的合理布局。把水资源开发与国民经济和社会发展联系起来,根据水资源的承载能力和生态环境保护要求,对地下水和地表水、城市和农村水资源进行统一规划、统一调配、统一管理。
2)发展节水农业,实施水资源可持续利用战略。要采取政策引导、资金扶持、技术服务的有效手段,从水利减少损失,改进灌溉制度、灌水方式,强化用水管理和调整种植结构等方面着手实现节水高效生产。
3)以流域为单元,因地制宜地,建设科学合理的农田水利体系,优化水土资源配置。开展大小不同规模的水利工程建设,解决区域性水土资源组合不平衡,科学利用地表水,合理开发地下水,加大投入力度,加强抗旱水源工程建设,从水利枢纽、蓄水塘坝、井灌网络、集雨节灌工程等多层次发展农田供水基础建设。
4)构建资源与环境的协同系统。改善水源区生态环境,治理水土流失,以大流域为骨干,小流域为单元,山、水、田、林统一规划,通过工程措施、生物措施和耕作措施,逐步建立增强水资源调节功能的生态环境系统。
5)遵循自然规律,充分开发节水旱作潜力。大力推广普及旱作农业和节水种植与栽培技术,减缓农业用水的供需矛盾,建设合理的旱作农业发展结构,最大限度地降低干旱对早作区农业的影响。
2.综合治理措施与对策
1)完善和改造水利工程设施,提高水利工程综合利用效率。以节水灌溉为目标,改造和新建蓄水、引水工程,完善灌区渠系配套,提高水的利用率,使有限的水资源得到合理配置。进行水利设施的综合利用,提高水资源利用效益,降低农业灌溉用水成本。在灌区渠系更新改造、完善配套中推广使用新技术、新材料,提高防渗漏性能,减少水源损失;在开发水能资源时,坚持水电、灌溉、防洪、航运并重;在开发地下水资源时,根据水源条件结合城乡生活、工业生产供水源地建设或水产养殖需求进行开发,以达到最大的综合水利效益,提高抗旱防涝能力。在地表水缺乏地区,岩溶地下水资源丰富,水质好,适于灌溉和饮用。地下河、岩溶泉、溶潭等地下水露头和地下径流、储水构造,可以因地制宜采取蓄、提、引结合,适量开发地下水源,解决岩溶地区的干旱缺水问题。
2)充分利用水资源的时空分布变化,实施地表、地下水联合开发。岩溶平原区地表水系不发育,地表水与地下水通过岩溶裂隙、管道相互转化,并且随季节而变化。开展地表、地下水联合开发,在地表水断流前尽量采取泵站提水,增加灌区回归水对地下含水层的补给;通过挖井或钻孔取水,建设抽水型地下调节水库,解决区域性年际性干旱问题。该类岩溶区具有浅层岩溶化强、储水性和透水性好的特点,岩溶含水层调蓄功能强,在农作物需水的干旱季节过量开采中深层地下水,形成调节库容,雨季来临后通过天然入渗而恢复地下库容。地下水的开发,在勘探查找富水性较好的条带状蓄水构造、地下径流带或地下河的基础上,兴建与灌渠或耕地配套的浅井群网,建立投资少、周期短、取水成本低的小型水田旱地复合浅井灌区。同时解决分散农村居民供水和规模养殖场供水问题。在地表水系主干流区域,如红水河多年平均流量为2 180m3/h,横贯兴宾区全境,但由于地质、地形地貌影响,特别是岩溶石山,使红水河的提灌作用大大“缩水”,使之仅限于河流两岸的平缓地带,不足全区的1/5。因此,应该因地制宜,合理开发利用地下水资源,建立地头水井灌溉网,提高地下水资源的开发利用率。
3)恢复与重建水源生态环境,调节水循环系统的物流机制,减少水资源流失,增强系统供水功能。建设森林生态系统,改善水源生态环境、调整林种结构,提高防护林、水源林比例,通过生物作用对降水资源转化为地表水或地下水资源的过程进行调节,利用森林植被的涵养水源功能,缓解降雨分布在时间上的不均一性,减缓形成快速径流时间,减少水资源流失,增加水资源系统的供水能力,与工程措施结合实现开源节流,标本兼治。据有关研究,在广西区内无森林地区降水量达8 mm即出现地表径流,而林区则要连续降雨达22 mm后才出现地表径流,二者相差14 mm,也就是说,在一次降水过程中,每1km2林区土地要比无林区多涵蓄14 000m3的水分;这些水分除一部分耗于蒸发,返回大气中外,其余都留在原地,缓慢入渗地下,成为地下水的补给源,当地下水排出地面时,它进而又补给小河溪、水库、及稻田。国内外的实践证明,森林覆盖率须达到40%以上才能使生态系统保持良性循环,因此,在相对稳定种植业面积前提下,将大面积陡坡山地草场调整为林业或优质牧草用地,营造速生丰产林、优良经济林,引进优良牧草,发展复合农林牧业。通过水源生态环境的恢复或重建增强系统功能和抗灾能力。构建适应季节性干旱严重的气候特征的农林牧业结构,促使农林牧业有机地结合,三者相互依存、促进,林草植被可改良生态系统,增强水资源可利用程度,从而促进农作物产量提高和畜牧业发展,有机肥增多将使土壤保水性能增强,对干旱形成较强的抵御能力,达到防灾、减灾的目的。使森林覆盖率达到40%以上,这既能使农业结构适宜季节性干旱严重的气候特征,又能改善生态环境、调整林种结构,提高防护林、水源林比例。根据经济效益、生态效益相结合的原则选择造林树种,合理配置,如:良种桉、湿地松、马尾松、荷木、樟树、海南蒲桃、红椎、火力楠、油桐、黑荆树、橄榄、板栗、台湾相思、甜竹、苦株、酸枣、任豆、香椿、鸡皮果等。通过有力措施,恢复生态系统的良性循环,使生态效益指数达95%左右,接近最佳状态,对水分的运动将产生良好的调节功能,降水量可增加6.7%,蒸发量可减少3.2%,加上森林涵养水源,减少地表径流,仅兴宾区即可增加水量(保守值)达10×108m3,将大大缓解旱情,有效防止旱涝灾害。
4)调整土地利用结构,建设良好的农田生态体系,促进资源利用与环境改善的良性循环。岩溶平原区的平地、缓坡地绝大部分开垦为耕地,以种植农作物、甘蔗为主,据遥感分析,兴宾区和宾阳县的耕地利用占土地总面积的50.57%~55.03%,果园、茶园用地面积不足0.5%。增加平原台地的果林地面积,建立农田防护林带,有利于改良农田生态系统、改善系统小气候和水分小循环,减少农田水分蒸发散失,增强农田系统功能和抗灾能力。在岩溶峰丛区,以林牧业为主,封育石山,发展经济林和防护功能好的木本饲料及用材林,畜牧业以牛为主;在岩溶峰林区,种植业以旱作为主,石山封育,发展果类、油桐和木本饲料,发展养猪业和其他养殖业;在岩溶丘陵区(第三系埋藏岩溶区),以发展林牧业为主,林业以速生丰产用材林、经济林为主,库区、河岸建立防护林,畜牧业以牛、生猪为主,种植业发展旱作、经作;在平原地区,以发展农牧业为主,提高作物单产,发展经作、生猪和家禽养殖,林业生产以农田防护林、薪炭林、护岸林为主。
5)调整种植结构,推广节水旱作、土壤改良、农艺节水抗旱技术。根据作物对干旱环境的适应性,预测每年的降雨变化,充分利用大气水(雨、雾、露等),调节作物种植时间,通过避旱措施防止旱情对生产的影响。如黎塘示范区开展水田的水旱轮作,种地养地结合,推广现行的水稻-蔬菜轮作、旱田和旱地玉米-瓜果-蔬菜多熟,水果、花生、黄豆套种等较好的耕作方式。示范区冬种的青刀豆、苦瓜等亩产值一般都在3 000~5 000元,而且冬季病虫害少,农药用量不多,产品残毒少,生产成本低,产品质量好。但是,秋冬、早春正是广西的旱季,水是农业生产的关键。因此,建设节水设施,采用节水生产技术,发展节水农业,提高水资源的利用率,有利于充分发挥现有水利设施的功能,减少单位产值的用水成本,获得更好的效益;又如甘蔗综合抗旱,选用抗旱高产高糖良种,早种早管,改春种为冬植,延长生长发育期,充分利用雨水资源;推广农艺节水,控制环境水无效损失、增强土壤蓄水、持水能力。覆盖保水,如玉米、蔬菜、果树种植的秸秆、地膜覆盖,可以有效控制水分蒸发,保水保肥;深耕、深沟浅种,多施有机肥、秸秆还田等,增厚耕作层和有机质,改良土壤结构,提高土壤涵水能力,增进水肥吸收及抗旱能力;坡地耕作,推广沿等高线挖拦蓄水沟,减少地表径流,可拦蓄大量地表坡面流,并使水流大量下渗,增加土壤水分和地下水补给量,能有效补充土壤蒸发和作物蒸腾流失,提高保水保肥能力。
6)调整农业产业结构,形成多元化的农业经济体系。针对该区旱情的季节性、频发性、区域性特征及其对农作物需水的制约。①加快发展畜牧业,增大草食性牲畜比重。该区为甘蔗、玉米、花生主产区,有大量可作优质饲料的农副产品如作物秸秆、甘蔗尾叶、花生蔜等,而且草地和荒草地资源丰富,引种植优良牧草,提高牧草地生产力,使草地生态系统产生高效的能量转化和物质循环,促进畜牧业发展,建立优质、高效种养结构,提高畜牧业在农业经济中的比重。②加强农产品进行深加工,大力扶持食品、饲料加工业特别是粮食主产区以粮食、果蔬为主要原料的加工业。立足本地优势,以发展农产品加工业为突破口,走新型农业产业化、工业化道路,促进农业增效、农民增收和农村经济发展。③改造第三产业体系,发展现代农村服务业,要建设好为农服务的流通网络和流通设施。建设为农服务的流通信息网络,一是要建立内部经济信息中心,引导生产,沟通产销;二是要完善经济信息市场的服务体系。要不断加强民间信息网络建设,完善系统化服务功能;三是要创造条件建设“信息高速公路”,达到快、准、全、新、特的效果。通过产业结构的调整分解农业经济对高耗水种植业的依赖性,形成综合抗旱防灾能力。
7)建立完善农村抗旱服务体系。建立完善以县级抗旱服务队为龙头、乡镇级抗旱服务队为纽带、村级抗旱协作组织为基础的农村抗旱服务网络,为农民抗旱提供专业化、规范化的服务。适应现阶段农村生产力发展状况,为边、远、穷、难地区农户提供流动灌溉、抗旱设备维修、租赁服务,示范、推广抗旱节水新技术,解决旱区人畜饮水困难,解决一家一户农民办不了、办不好的事。为抗旱减灾提供技术保障。