【中图分类号】P641.6 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)01-0107-03
岩溶地区流域水资源是指：依据现有的技术和经济条件，在保持良性生态环境的前提下，碳酸盐岩分布地区流域内能够被人类利用的那部分淡水量，即岩溶地区河流流域范围内由大气降水补给的各种地表、地下淡水水体的动态水量。我国西南岩溶地区流域水资源可持续开发与合理利用的关键问题是实现岩溶流域水资源的供需平衡，因此，全面系统地分析研究我国西南岩溶地区流域水资源供需的影响因素是十分必要的。查阅了相关的资料，前人对这一问题基本上没有进行过系统的研究工作。（一）自然因素对岩溶水资源供给的影响
1.气候与大气降水
大气降水是水资源的最主要来源，也是岩溶地区流域水资源供给的主要控制因素。大气降水是水文循环的一部分，陆地与海洋表面从太阳获得能量，水分通过蒸发现象逸入大气，并通过大气环流在地球上空扩散，在一定的条件下凝结，并以降水形式回归到地球表面。在陆地表面因降水产生径流，或直接从地表汇流回归入海，或通过地表层的蓄滞但仍最后回归入海，这样就形成水在海洋和陆地之间的水文循环。降水是大气中的水的相变，即水汽凝聚成雨、雪等的过程。从其机制来分析，某一地区降水的形成，大致有三个过程：一是水汽由源地水平输送到降水地区，这是水汽条件。二是水汽在降水地区辐合上升，在上升中绝热膨胀冷却凝结成云，这是降水的垂直运动条件。三是云滴增长变为雨滴而下降，这是云滴增长条件。这三个降水条件中，前两个属于降水的宏观过程，主要决定于天气学条件。第三个条件属于降水的微观过程，主要决定于云物理条件。一般认为云滴增长的过程有两种：一种是云中有冰晶和过冷却水滴同时存在，在同一温度下，由于冰晶的饱和水汽压小于水滴的饱和水汽压，致使水滴蒸发并向冰晶上凝华，这种所谓的“冰晶效应”能促使云滴迅速增长而产生降水。另一种是云滴的碰撞合并作用。当云层较厚，云中含水量较大并有一定的扰动时，则有利于云滴的碰撞合并，使云滴增大形成降水。水文循环是气候系统内各圈层相互联系的纽带，作为气候系统中的重要成员，水文循环既受气候系统的制约，又对气候系统进行反馈。自然强迫产生的气候变化引起降水时空分布、强度和总量的变化以及雨带的迁移；气温、空气湿度、风速的变化以及太阳辐射强度的变化，将直接影响蒸发、径流及土壤水的变化。反过来，陆面土壤湿度、反照率及植被的变化又影响云、雨的形成。水汽是产生降水的主要条件之一，我国地处季风区，夏季风爆发后水汽条件比较好，有利于降水；而在冬季风期间水汽较少，降水量也大为减少。气候直接影响了降水量的多少，大气降水量与气候成为岩溶地区流域水资源供给的主要控制因素。
2.地形特征
岩溶流域的地形特征是地表和地下径流的主要影响因素，而径流量的大小又直接制约了岩溶流域水资源的供给。岩溶流域的地形特征包括流域的平均高度（高程）、坡度、切割程度等，它们都直接决定着径流的汇流条件。地势越陡，切割越深，则坡地漫流和河槽汇流时的流速就越大，汇流时间就越短，其径流形成过程就越急促，洪水流量就越大。在地形起伏较大的山区中河流的径流变化较平原地区的强烈，可出现山洪暴发现象。地势越平缓，切割越浅，则坡地漫流和河槽汇流时的流速就越小，汇流时间就越长，其径流形成过程就越缓慢，洪水流量就越小。由此可见，地势越陡，切割越深，越不利于岩溶地区流域水资源供给；地势越平缓，切割越浅，越有利于岩溶地区流域水资源供给。
3.植被与土壤及地质构造
岩溶流域的植被覆盖率和表层岩溶带发育程度等是岩溶地区流域水资源调蓄的重要影响因素。植物枝叶对降水有截流作用，增加了地面的粗糙程度，延缓了坡地漫流的速度，增加了雨水下渗的机会。落叶枯枝和杂草可改变土壤结构，减少水分蒸发。植物根系又能储藏大量水分，可改造土壤和气候。一般认为，一公顷森林每年可吸纳1000m3的水分。因此，岩溶流域植被覆盖率越高，越有利于岩溶地区流域水资源的供给。
岩溶流域内土壤的物理性质、含水量和岩层的分布、走向及透水层的厚薄、储水条件等都明显地影响着流域的下渗水量、地下水对河流的补给量、流域地表的冲刷等，在一定程度上影响着径流量的大小，很显然，也影响着岩溶地区流域水资源的供给。
岩溶流域内的地质构造是影响水资源供给的重要因素。通常张性正断层有利于水的流动和储存；压扭性逆断层不易于水的流动和储存。褶皱构造有时能形成相对封闭的储水空间。地层岩性也与水资源供给有直接关系，孔隙度大的岩层，通常为透水或含水层；而孔隙度小、密度大的岩层，则是隔水层。
4.表层岩溶带及岩溶发育程度
表层岩溶带是指裸露于地表的碳酸盐岩，在长期的岩溶作用过程中，其表面形成的各种犬牙交错的岩溶个体形态及沟槽，与地质构造破碎裂隙、石灰岩碎块组合构成的岩溶石山表层。表层岩溶带对岩溶水具有调蓄功能，可以增加降雨入渗补给量，延长雨水在地下的停留时间，从而形成具有常年流水的表层岩溶泉，成为岩溶峰丛山区流域水资源供给的重要来源。表层岩溶带主要发育在坚硬的纯碳酸盐岩岩石表面，尤其在古生代石灰岩上发育得更典型。特别是发育在倾角较小的古生代纯碳酸盐岩地层表层岩溶带中的表层岩溶泉，具有很好的供水效果。
岩溶发育程度是指岩溶作用所处的阶段，一般认为包括四个时期：幼年期、青年期、中年期和老年期。从岩溶地区流域水资源供给角度来分析，岩溶发育所处的不同阶段，岩溶水资源的开发利用条件会有很大差别。幼年期间，从上覆地层上迭置下来的河系还保存得比较完整，或在上升的原始地面上发育地表水系，岩溶现象主要在地表发育，地面上出现许多石芽和溶沟以及少数漏斗。这一时期，地形比较平缓，地下河埋深较浅，水资源与土地、村镇较近，岩溶水资源开发利用条件较好，有利于岩溶地区流域水资源的供给。青年期，岩溶主要向地下发展，漏斗、落水洞、干谷、盲谷、溶蚀洼地广泛发育，地表水几乎完全被它们吸收而转为地下水，原来的地面水系消失，而在地下发育河系。这种情况下开发利用岩溶水资源的成本费用较高，不利于岩溶地区流域水资源的供给。中年期，岩溶发育主要由地下形态向地表形态转化。由于洞道顶板坍塌，许多地下河又转变为地上河，有大量溶蚀洼地和溶蚀谷地形成。开发利用条件较中年期好，较利于岩溶地区流域水资源供给。老年期，可溶性岩层下的不透水岩层广泛出露地面，当地面高度接近侵蚀基准面时，地表水流又发育起来，出现泛滥平原，在平原上残留一些孤峰和残丘，岩溶现象逐渐消失。这一岩溶发育阶段较有利于岩溶地区流域水资源的供给。
5.水资源质量
岩溶地区流域水资源供给，不仅是数量充足的问题，而且还包括严格的质量要求。水的质量是指水体中所含物理成分、化学成分、生物成分的总和。天然的水质是自然界水循环过程中各种自然因素综合作用的结果，人类活动也对水质造成了重要的影响。水的质量决定着水的用途和水的利用价值，优质的淡水可以作为人类生活饮用水、工业生产用水和农业灌溉用水等等。从供水的角度来讲，要求水资源既要有充足的水量，又要有符合要求的水质。岩溶地区水资源的质量是影响岩溶流域水资源供给的重要因素之一。
（二）水资源产业发展状况
1.岩溶水资源产业涵义
水资源是指在目前的技术和经济条件下，比较容易被人类利用的那部分淡水量，即大陆上由大气降水补给的各种地表、地下淡水水体的动态水量。水资源包含水量与水质两个方面，是人类生产、生活及生命生存不可替代的自然资源和环境资源[1]。产业是指一些具有相同生产技术或产品特征的经济活动集合或系统。产业的活动和行为既不同于单个经济主体的经济行为，也不同于整个国民经济活动，是介于两者之间的中间层次。从经济社会与人类生存发展和保持良性生态环境的水资源供需角度分析，水资源产业是指从事水资源的勘查（调查、评价）、开发（利用）、保护和废水回收再利用等有关经济活动的集合或系统。而水资源经济应当是研究在水资源的开发利用和保护过程中，应用经济学的原理和方法，阐明并进一步探讨水资源在不同自然条件下对不同用水部门和地区间的合理调配、综合利用及改善环境中如何以最小的人力、物力和财力代价，取得在经济、社会和环境方面的综合效益。岩溶流域水资源产业是指设立在岩溶流域内的水资源产业。
2.岩溶水资源产业构成
岩溶流域水资源产业主要是指设立在岩溶流域内的水资源勘查业、水资源开发利用业、水资源保护业。
水资源勘查业是水资源产业的基础部分。自然界的水自大气圈到地幔的地球各个层圈中构成了一个相互联系、相互转化的水循环系统。岩溶水资源由自然界水循环形成的地表水和主要由地表水下渗形成的地下水组成。受地形、气候和森林植被覆盖、土壤岩石的渗透性、岩溶发育规律等因素的影响，存在着水资源的数量、质量在时间、空间上分布的不均匀性。岩溶流域水资源开发利用之前必须对水资源现状进行勘查，经过对水资源的数量、质量进行调查、监测和评价等等水资源勘查活动，全面准确地掌握拟开发利用水资源的数量、质量、动态变化和开发利用条件等情况，为水资源开发利用打下基础。
水资源开发利用业是水资源产业的核心部分，水资源勘查的目的主要是为了水资源的开发利用。水资源开发利用业的主要生产经营活动，就是把自然界普遍存在的天然水转变成为用户可以利用的水资源。包括建设水库、水柜、水坝及水资源蓄、引、提和凿井等各种工程；天然水的过滤净化、消毒杀菌等加工活动；天然水和污水经加工处理后可直接应用的“成品水”的传输等等。
水资源保护业。包括：水源地保护与水源林种植、修建水土保持工程、水污染的防治和污水处理业及废水回收再利用业等。水源地保护与水源林种植是指在岩溶流域的源区，进行植被保护和良性生态恢复建设。植被具有良好的涵养水源、调节气候的功效，是促进自然界水分良性循环的有效途径。植被之所以能够涵养水源是因为：一是林冠可以截留大气降水。在一般情况下，林冠可截留一次降水量的15%～40%，短历时小雨（6mm以下）几乎可以全部被林冠拦截，而不能即时达到地面。牧草地拦截量一般可以达到13%～16%，从而减少了地面产流，延长了降水补给地表水和地下水的持续时间；二是枯枝落叶层吸收水分。透过林冠降落到林地的雨水，一部分被林地的枯落物吸收，另一部分转化为地面径流或渗入地下。枯落物层具有很高的透水性和容水量。1kg枯落物能吸收1～3kg的水。同时，这些地面覆盖物还可以大大减少地面蒸发和潜水的蒸发量；三是林地土壤可以蓄渗降水。由于林地每年有大量的枯落物和草腐烂，增加了土壤中的有机质和土壤孔隙度，所以，林地土壤具有较强的透水性和保水能力，降水入渗率远远大于一般的裸地。据测定，森林土壤的渗水能力约为农田的3～10倍，而且土壤含水量也相当高，一亩林地可以蓄存20m3左右的降水。四是森林具有缩小温差、使气候变化趋向缓和、增加空气湿度的作用。山脊上的森林和多雾地区的森林能够截持雾滴使降水量增多。植树种草、保护天然植被是增加水资源的一项重要措施。修建水土保持工程是指在岩溶流域的陡坡地带，通过工程措施来防止水土流失，增强水资源供给能力。水污染的防治包括岩溶流域水污染的预防和治理两个方面。在岩溶流域水污染预防方面，主要是控制工业与城镇居民生活污水的排放，控制农业生产所需的农药、化肥的投放。在岩溶流域水污染治理方面，主要是对岩溶流域内工业和城镇居民所排放的污水进行处理。污水处理的主要生产经营活动是对岩溶流域内工业、城镇生活和农村排放的超标准污水、废水进行净化处理，使之达到排放标准后，再排入自然水体。废水回收再利用的主要生产经营活动是对工农业和城镇居民生活利用水资源后排放的废水进行过滤净化、消毒杀菌等加工处理，将经过加工处理获得的达到使用标准的回收水资源，再提供给用户使用。
3.岩溶水资源产业对供水的制约
岩溶水资源产业的发展壮大是解决岩溶流域水资源供给的重要途径，当前由于岩溶地区各级政府重视不够，岩溶水资源产业没有得到充分发展。在岩溶地区大部分缺水的村镇都是依靠国家或地方企事业单位扶贫来解决问题，已经形成了一种依赖关系，很少通过发展岩溶水资源产业来解决缺水问题。由于国家和地方企事业单位的扶贫能力和经费支持力度有限，导致许多岩溶山区至今仍然没有解决水资源短缺问题。可以认为岩溶水资源产业发展不够是制约岩溶山区解决供水问题的重要因素。
（三）岩溶水资源需求的影响因素
1.工业用水
工业用水在水资源消耗中仅次于农业用水，处于用水量的第二位。包括冷却用水、工艺用水、锅炉用水、洗涤用水、空调用水等，其中冷却用水一般占工业用水总量的2／3以上。在工业行业中耗水量比较大的行业有火电、造纸、钢铁、化学、食品等。影响工业企业用水量的因素有很多，主要有：企业特性，包括行业类型、生产工艺、生产规模等；政府的用水管理措施，如计划用水、实行用水定额等；水价高低；工业污水排放达标管理等等。工业用水的计算公式为：
Q工＝Xq工（1）
式中Q工为工业用水量，X为工业总产值，q工为万元产值需水量。
2.农业用水
农业用水在水资源消耗中处于用水量的第一位，包括灌溉用水和林牧渔业用水两部分，其中灌溉用水占农业用水的90%以上。农业用水量与降雨量、温度、湿度、作物结构、灌溉面积、节水技术、水价及农民收入水平等有密切关系。农业用水的计算公式：
Q农＝Q灌＋Q渔（2）
Q灌＝q农S（1＋k）（3）
Q渔＝q渔补t＋q渔换L （4）
式中Q农为农业用水量；Q灌为农业灌溉用水量，q农为各种作物灌溉平均单位用水量，S各种作物灌溉总面积，k为灌溉用水消耗系数；Q渔为渔业用水量，q渔补为渔业补水量，t为渔业补水次数，q渔换渔业换水量，L为渔业换水次数。
3.城镇居民用水
城镇居民用水在水资源消耗量中所占的比重不大，但对水质的要求却比较高。城镇居民用水的主要用途有：生活用水，如饮用、洗衣、洗澡、洗菜、做饭、拖地、浇花、冲厕所、洗涤等，包括居民生活的一切用水；工作及公共场所用水，如市政环境、政府机关、学校、事业单位等的市政用水和宾馆、商店等商业机构用水。影响城镇居民用水的因素有：气候、节水措施、城市化水平、节水设备、用水观念、节水观念、家庭收入、水价等。城镇居民用水的公式为：
Q城＝Pq城（5）
式中Q城为居民生活用水量，P为城镇用水人口数，q城为城镇用水人口用水综合定额。
4.生态环境用水
岩溶流域生态环境用水是指维持岩溶流域生态系统的生物体水分平衡及其生活环境所必须的水量。包括以下几个方面：一是维护天然植被所需要的水量，如森林、草地、湿地植被、荒漠植被等；二是水土保持及水土保持范围之外的林草植被建设所需要的水量，如绿洲、生态防护林等；三是保护水生生物所需要的水量，如维持流域水中鱼类、浮游植物等生存的需水；四是协调生态环境所需要的水量，如维持水沙平衡、水盐平衡及维护河口地区生态环境，需要保持一定的下泄水量或入海水量。岩溶流域生态环境用水的公式为：
Q生＝q植＋q土＋q水＋q环（6）
式中Q生为岩溶流域生态环境用水量，q植为维护天然植被所需要的水量，q土为水土保持及水土保持范围之外的林草植被建设所需要的水量，q水为保护水生生物所需要的水量，q环为协调生态环境所需要的水量。在实际操作中，q植，q土，q水，q环等数据十分难以获得，一般采用枯水季节最小流量法来计算生态环境需水量：采用多年枯水季节径流量的最小值作为河道枯季生态需水量。计算公式为：
Q枯生＝min{Qi} （7）
式中Q枯生为枯季河道生态需水量，Qi为第i年枯水季节径流量，i为统计年数，i＝1，2，3，…，…
（四）结束语
我国西南岩溶地区地表水资源十分缺乏，是当地人民群众脱贫致富的一大障碍，解决岩溶流域水资源供给不足问题，实现岩溶地区流域水资源的供需平衡，已经成为当地各级人民政府的重要任务。通过对岩溶地区流域水资源供需影响因素的全面系统分析研究，可以探索并掌握岩溶地区流域水资源供需的规律，为岩溶地区流域水资源可持续开发与合理利用创造有利的条件。
【参考文献】
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【作者简介】单海平（1954－），男，辽宁抚顺人，中国地质科学院岩溶地质研究所研究员、博士，研究方向为岩溶水资源。
