Modelo de desarrollo de recursos de aguas subterráneas en el área de Fengcongwa: tomando como ejemplo el río subterráneo de Maguan Shuidong en Puding, Guizhou

(Guizhou Geological Survey, Guiyang 550004)

Resumen: Tanto el karst superficial como el karst subterráneo están extremadamente desarrollados en los picos y depresiones kársticos, y están interconectados y se convierten en una unidad con Conexiones hidráulicas estrechas. Sistema espacial kárstico. Según la investigación de los sistemas kársticos, una de las formas importantes es aprovechar al máximo las depresiones kársticas subterráneas y superficiales y los espacios de las cuevas subterráneas para formar embalses. Tomando como ejemplo el río subterráneo de la cueva Maguanshui en el condado de Puding, provincia de Guizhou, se resume la experiencia en el desarrollo y utilización de este tipo de río subterráneo, que proporciona un ejemplo de referencia para el desarrollo y utilización de sistemas de agua kársticos similares en áreas kársticas. .

Palabras clave: río subterráneo; desarrollo y utilización; resumen de la experiencia

Las zonas montañosas kársticas del suroeste de mi país han desarrollado grandes áreas de picos y depresiones kársticas, lechos de roca expuesta en la superficie, karst depresiones, sumideros, etc. Las formas kársticas individuales están densamente pobladas, y las cuevas subterráneas, tuberías y ríos subterráneos están extremadamente desarrollados. Los espacios kársticos subterráneos y superficiales están interconectados, formando un sistema espacial kárstico unificado con estrechas conexiones hidráulicas. Debido al fuerte y desigual desarrollo del karst, en esta zona coexisten sequías superficiales, escasez de agua e inundaciones kársticas, lo que hace que el entorno ecológico sea frágil. Por lo tanto, comprender el sistema kárstico, aprovechar al máximo las depresiones kársticas superficiales, los ríos subterráneos y los espacios de cuevas, construir conjuntamente embalses subterráneos y combinar el desarrollo de las aguas subterráneas con la mejora del entorno ecológico tanto como sea posible es una de las formas importantes de desarrollar y utilizar las aguas subterráneas kársticas. en este tipo de zona.

1 Descripción general del proyecto del embalse subterráneo de Maguan

La ciudad de Maguan está ubicada en la meseta del centro de Guizhou. El desarrollo del karst ha provocado una escasez extrema de recursos hídricos superficiales, que ha afectado gravemente. obstaculizado el desarrollo socioeconómico de la zona. Ha habido muchos casos de fiebre tifoidea en la historia debido a la mala calidad del agua. Encontrar y desarrollar recursos de aguas subterráneas es la clave para mejorar el entorno ecológico local y promover el desarrollo de la sociedad local y la economía nacional.

En la década de 1970, para resolver el problema de la sequía y la escasez de agua en el área de Maguan, la Oficina Provincial de Geología y Recursos Minerales de Guizhou, la Universidad Normal de Guizhou, el Instituto de Geología de Chengdu, la Estación de Investigación Karst del Condado de Puding y otras unidades desarrollaron los recursos hídricos kársticos. Para ello se llevaron a cabo investigaciones científicas y tecnológicas en la zona, se aclararon las leyes del desarrollo kárstico, las condiciones hidrogeológicas, las características dinámicas de las aguas subterráneas y las condiciones para el desarrollo y utilización de los sistemas fluviales subterráneos, y Se propusieron propuestas para el espacio fluvial subterráneo y las depresiones kársticas superficiales, la desviación de agua entre cuencas y el desarrollo de recursos hídricos. Se implementaron y completaron con éxito los proyectos 65438 a 0990, proporcionando agua potable para el ganado local y agua para la producción industrial y agrícola, promoviendo el desarrollo económico local y la mejora del medio ambiente ecológico, y logrando buenos beneficios sociales y económicos.

2 Condiciones hidrogeológicas kársticas regionales

Las formaciones rocosas carbonatadas en el área de Maguan están distribuidas en un área grande, y la forma del relieve se encuentra en un grupo de picos y valles de disolución. El pueblo comercial y las tierras de cultivo de Maguan se distribuyen en el valle, rodeado de picos y depresiones. Los estratos expuestos en el área son el segundo miembro de la Formación Guanling del Triásico Medio (T2g2). La litología es caliza delgada a medianamente gruesa, margas intercaladas con lutitas. Según sus características hidrogeológicas se divide específicamente en las siguientes. tramos de roca:

(1)T2g2-1, capa de espesor medio de caliza microcristalina arcillosa, biocaliza de crustáceos, desarrollo kárstico, 120m de espesor.

(2)T2g2-2, espesor 91 ~ 115m. Esta sección se puede dividir a su vez en tres subsecciones: ①T2g2-2-1, lutita intercalada con finas capas de dolomita arcillosa y marga, con un espesor de 6~15 m. Tiene buena resistencia al agua y separa la conexión hidráulica entre T2g2-1 y T2g2-2-2. ②T2g2-2-2, caliza de espesor fino a medio, de unos 40 m de espesor, con karst desarrollado, buena riqueza hídrica y desarrollo de túneles y ríos subterráneos. ③T2g2-2-3, dolomita fina mezclada con lutita coloreada, de 5 a 10 m de espesor, con buen rendimiento de aislamiento de agua, corta la conexión hidráulica entre T2g2-3 y T2g2-2-2.

(3)T2g2-3, calizas y calizas dolomíticas de espesor medio, de unos 10m de espesor, con karst bien desarrollado y buena riqueza hídrica.

Geológicamente, la ciudad de Maguan está ubicada en el flanco noroeste del sinclinal secundario de Daxin en el sureste del sinclinal compuesto de Puding. El ángulo de buzamiento estratigráfico es de 4 a 15, y se desarrollan juntas estructurales, principalmente juntas de buzamiento pronunciado con rumbos de 40 a 50 y 310 a 320. Los ríos subterráneos de la zona de Maguán se desarrollan básicamente a lo largo de este grupo de diaclasas.

El agua kárstica en el área de Maguan pertenece al sistema fluvial subterráneo de Houzhai, que consta de cinco ríos subterráneos afluentes, incluidos Yangpizhai y Dayouzhai. El agua subterránea generalmente fluye de noreste a suroeste y finalmente desemboca en el río Houzhai, al sur de la ciudad de Maguan, y en el río Sancha, un afluente del tramo superior del río Wujiang. La ciudad de Maguan está ubicada en el tramo superior del río subterráneo Houzhai. Los ríos subterráneos Yangpizhai y Dayouzhai se encuentran en el canal principal del río subterráneo Houzhai de noreste a suroeste en el valle de Maguan (Figura 1).

En el valle entre las aldeas Yangpi y Dayou, hay un pequeño río subterráneo con una cueva de agua colgando en lo alto. Su desembocadura está ubicada en la vertiente este del valle de Maguán, y su aguas arriba está conectada a la depresión a través de un túnel de agua, formando un todo autónomo. Adyacente al lado sur del río subterráneo Shuidong se encuentra el sistema del río subterráneo Yangpizhai. La superficie de la cuenca está formada en su mayor parte por depresiones kársticas cerradas con tierras de cultivo y agricultores dispersos. Después de las fuertes lluvias de la temporada de lluvias, los ríos subterráneos drenan mal y las tierras bajas se inundan, lo que a menudo provoca inundaciones.

Figura 1 Mapa hidrogeológico del área de Maguan

1-Río subterráneo Dayouzhai; 2-Río subterráneo Shuidong; 3-Río subterráneo Yangpizhai; 4-Depresión kárstica; 6 piscinas kársticas; 7 sumidero; 8 ríos subterráneos y su desembocadura

3 Características del sistema fluvial subterráneo de la cueva de agua

La escala del río subterráneo de la cueva de agua es relativamente grande Pequeño, con una longitud total de unos 740 m, se extiende desde la salida hacia la depresión noreste y está conectado con el río subterráneo a través del sumidero de la depresión. Los túneles fluviales subterráneos son en su mayoría de sección rectangular, con una altura de 1 a 5 m, con un promedio de 3,7 m, y un ancho de 2 a 1 a 5 m, con un promedio de 5,4 m. Los túneles están completos. con pequeños derrumbes y depósitos de arena, grava y arcilla en el lecho del río. La elevación de la salida del río subterráneo es de 1323.056 m, que es 15 m más alta que el fondo del valle de Maguancao. Generalmente, después de fuertes lluvias, las depresiones perforadas se inundan con agua en su mayor parte 2 a 3 horas después de que cesa la lluvia, el agua de las depresiones se drena a través del río subterráneo. El caudal máximo en la salida del río subterráneo es de 3,5 m3/s y el mínimo es de 1 L/s. La dinámica del flujo cambia mucho y el caudal se atenúa rápidamente después de la lluvia. Esto demuestra que el sistema del río subterráneo utiliza principalmente tuberías. En el macizo rocoso no se desarrollan espacios, juntas y fisuras de disolución, es un río subterráneo suspendido que se caracteriza por un solo conducto, una sola capa y una única salida.

4 Ingeniería de condiciones geológicas y capacidad de almacenamiento

De acuerdo con la estructura del sistema fluvial subterráneo del túnel, la construcción del embalse de Maguán combinó la tierra aluvial superficial con el río subterráneo del túnel para formar un depósito unificado de almacenamiento de agua.

4.1 Análisis de las condiciones geológicas de ingeniería en el área del embalse

4.1.1 Problema de fuga del embalse

(1) Fuga en el fondo del embalse. El río subterráneo Shuidong se desarrolla en la capa T2g2-2-2, lutita T2g2-2-1, capas delgadas de dolomita arcillosa y marga se distribuyen en el fondo del río subterráneo. Aunque el espesor es pequeño, tiene un buen rendimiento a prueba de agua porque no ha sido dañado por fallas. Se convierte en la placa inferior impermeable del río subterráneo, cortando la conexión hidráulica entre T2g2-1 y T2g2-2-2. Según los datos del análisis químico del agua, las características hidroquímicas del agua del río subterráneo en la cueva de agua desarrollada en la capa T2g2-2 son bastante diferentes del agua de manantial subyacente de T2g2-1 (consulte la tabla a continuación), lo que confirma aún más la conclusión anterior.

Características hidroquímicas kársticas de los acuíferos superior e inferior del acuífero T2g2-2-1 (unidad: mg/L)

(2) Fuga lateral en la zona del embalse. El sureste y noroeste del área del embalse son las cuencas del río subterráneo Yangpizhai y del río subterráneo Dayouzhai, respectivamente. Después de la investigación, se confirmó que los dos ríos subterráneos adyacentes y el río subterráneo Shuidong son sistemas fluviales subterráneos independientes con cuencas subterráneas entre ellos. El nivel del agua subterránea del río subterráneo Yangpizhai es 42 m más alto que el del río subterráneo Maguan. Por lo tanto, una vez construido el depósito subterráneo, no habrá fugas laterales hacia los valles adyacentes.

4.1.2 Problemas de estabilidad y fugas de presas

El río subterráneo es una sola capa, un solo brazo y una única salida. La litología de salida es caliza de espesor medio, con un diámetro promedio de cueva de 2,5 m. El cuerpo de la cueva tiene una sección transversal regular, sin fallas, grietas y juntas no desarrolladas. La integridad de la roca es buena y hay poco sedimento en el lecho del río. Por lo tanto, la entrada es un sitio de presa ideal para represar ríos subterráneos. El área del sitio de la presa es estable y la posibilidad de fugas alrededor de la presa y en el fondo de la presa es pequeña.

4.2 Cálculo de la capacidad de almacenamiento

4.2.1 Análisis del espacio de almacenamiento

Según el diseño del Embalse Maguan, la capacidad de almacenamiento del embalse se compone de partes subterránea y superficial Estimada según la siguiente fórmula:

V=V1+V2

Donde: V es la capacidad de almacenamiento total; V1 es la capacidad de almacenamiento subterráneo; capacidad de almacenamiento de Punchwa.

La longitud total del río subterráneo en la cueva de agua es de 740 m, la sección del túnel es de 1 a 5 m, con un promedio de 3,7 m, y el ancho es de 2 a 1 ~ 5 m, con un promedio de 3,7 m. 5,4m Sin considerar el espacio de fisura en el macizo rocoso fuera del cauce principal del río subterráneo, se estima que el espacio subterráneo es de 14.800 m3. El área de la depresión perforada (Foto 1) es de 0,25 km2, la profundidad promedio de la depresión es de unos 25 m y el espacio efectivo estimado es de unos 6,25 millones de m3, para un total de 6,26 millones de m3.

4.2.2 Análisis hidrológico del embalse

Según los datos de observación de la estación hidrológica adyacente de Muzidong, la precipitación máxima anual en esta área es de 1687,9 mm, la precipitación mínima anual es de 840,4 mm , y el promedio anual es de 1267,6 mm, la temperatura máxima diaria es de 32 ℃, la mínima es de -7 ℃ y la temperatura media anual es de 15,1 ℃.

El río subterráneo Shuidong es una unidad hidrogeológica completa (Figura 2), que es de tipo recarga completa, excepto la evaporación, toda la precipitación atmosférica de la unidad ingresa al depósito subterráneo.

Foto 1 Pozo de descarga del embalse de Maguan

Figura 2 Diagrama de estructura del sistema del río subterráneo Shuidong

Dado que el área de captación de agua de la cuenca del río subterráneo Shuidong es 0,47 km2. La producción de agua en años secos (p = 75%) es de sólo 237.800 m3/a, cifra muy inferior al espacio efectivo del área del embalse (6,25 millones de m3). Está claro que la propia cuenca no produce suficiente agua. Para aprovechar plenamente la función espacial efectiva del embalse, es necesario transferir agua desde la cuenca exterior como fuente de agua complementaria para el embalse subterráneo del río en el túnel.

La cuenca del río subterráneo Yangpizhai adyacente a la cuenca del río subterráneo Shuidong a menudo forma depresiones de cúmulos máximos. Debido al deficiente drenaje superficial y subterráneo, las depresiones a menudo forman depresiones de inundación durante la temporada de lluvias, provocando que las tierras de cultivo y las casas de los aldeanos queden sumergidas. El área de captación de agua del río subterráneo sobre Dishuitan es de 1,77 km2, 42 m más alto que el río subterráneo Shuidong. Se puede construir un canal desde Dishuitan para crear depresiones causadas por las inundaciones de la temporada de lluvias. Por un lado, puede reponer la fuente de agua del embalse subterráneo de Shuidong y, por otro lado, puede eliminar los desastres de inundaciones kársticas en la cuenca del río subterráneo Yangpizhai. .

Proyecto de desarrollo de agua kárstica 5

De acuerdo con las características de la estructura espacial del río subterráneo en la cueva de agua, adoptamos el método de construir una presa en la desembocadura del río subterráneo para Sellar el túnel y utilizar el espacio de disolución subterráneo y las depresiones kársticas superficiales para formar un espacio de agua es un plan para construir conjuntamente embalses entre el subsuelo y la superficie para desarrollar el agua subterránea kárstica. En vista del área pequeña de la cuenca del río subterráneo Shuidong, el suministro limitado de agua en condiciones naturales y el gran espacio de almacenamiento de agua disponible en la cuenca, se diseñó un canal para conducir el agua desde la cuenca del río subterráneo adyacente Yangpizhai hasta la Depresión de Yongtou, que sirve como fuente de agua del embalse subterráneo de Maguan.

El diseño de ingeniería consiste en construir una presa completamente cerrada en la salida del río subterráneo del túnel de conducción de agua, desde el canal de desvío del río subterráneo Yangpizhai hasta la depresión de Chongtou. El volumen de desvío de agua diseñado del canal es de 898.700 m3/a, y el volumen de agua de producción propia de la cuenca del río Shuidong Dark es de 237.800 m3/a. Por lo tanto, la capacidad de almacenamiento del embalse es de 1.135.600 m3 en la estación seca y 103.438+03. en temporadas especiales (p = 95%).

Este proyecto comenzó el 8 de marzo de 1990. En 50 días, se construyó una presa de arco cilíndrico de 4 m de espesor en la desembocadura del río subterráneo, sellando completamente el río subterráneo y bloqueando el túnel hacia un depósito conjunto ( Figura 3). El costo del proyecto es de 193.000 yuanes. Si el proyecto se completa más tarde, la construcción se realizará y los beneficios se lograrán ese año. El desarrollo y utilización de aguas subterráneas kársticas utilizando el espacio superficial subterráneo tiene mucho éxito.

Diagrama modelo del embalse subterráneo de Shuidong.

(Citado de Jiang Zhongcheng)

6 beneficios sociales, económicos y ambientales

Una vez completado el embalse, ejercerá cuatro beneficios principales:

(1) Resolvió el problema del agua potable para 5.000 personas y 1.200 cabezas de ganado en la ciudad y la aldea de Maguan, y obtuvo agua corriente, también resolvió el problema del agua de producción de las empresas municipales y promovió el desarrollo de la economía municipal.

(2) El área de riego controlada por el proyecto es de aproximadamente 333 hm2 y el área de riego por gravedad es de 200 hm2, lo que permite conservar el agua. Según la comparación estadística de la producción, la producción de cereales aumentó de 6.000 kg por hectárea a 9.000 kg por hectárea, y la superficie total irrigada aumentó en 6,543,8 millones de kg. La posesión de cereales per cápita aumentó de 380 kg a 471 kg, un aumento del 23,9%; el ingreso neto per cápita aumentó de 980 yuanes a 1,46 yuanes, un aumento neto de 48,9 puntos porcentuales desde 480 yuanes.

(3) La tasa de cobertura forestal aumentó del 8,41% al 30,7% entre 1900 y 2010. La superficie de terreno rocoso desertificado se ha reducido significativamente.

(4) Las inundaciones en la aldea de Yangpi se inducen durante la temporada de lluvias, lo que elimina el daño causado por las inundaciones a 20 ~ 30 hm ~ 2 tierras de cultivo fértiles.

(5) Se ha mejorado el nivel de salud de los residentes. Desde 1990 no ha habido ningún caso de fiebre tifoidea.

Resumen de 7 experiencias exitosas

El cuidadoso trabajo geológico básico, el uso racional y completo de los recursos espaciales kársticos y la integración orgánica del desarrollo y utilización de los recursos hídricos con el control de los daños causados ​​por el agua son las experiencias exitosas. en la construcción del embalse subterráneo de Maguan La esencia principal del proyecto lo convierte en un modelo para el desarrollo de recursos hídricos kársticos en el mismo tipo de sistema fluvial subterráneo.

Para resumir la experiencia exitosa en la construcción de embalses, incluye principalmente:

(1) Dar gran importancia al trabajo geológico básico. En la etapa inicial del proyecto se invirtió una gran cantidad de trabajo geológico básico y se entendieron claramente la estructura geológica, las características kársticas, las condiciones hidrogeológicas, los recursos hídricos kársticos y las condiciones geológicas de ingeniería de los embalses y presas del sistema de cuencas, lo que estableció una base sólida para el diseño y construcción del proyecto.

(2) Utilizar razonablemente las estructuras espaciales superficiales y subterráneas en las áreas kársticas de acuerdo con las condiciones locales. Aunque el río subterráneo del túnel en sí es un sistema fluvial subterráneo de pequeña escala, ha sido construido y funciona como un pequeño (I) embalse. Sus características son: en primer lugar, el diseño y la construcción del proyecto utilizan inteligentemente las ventajas de la estructura espacial kárstica, combinando el espacio superficial y subterráneo, reduciendo la inmersión de la tierra superficial y aumentando la capacidad de almacenamiento de agua; en segundo lugar, los recursos hídricos kársticos y relacionados; El despacho conjunto de sistemas de cuencas de agua subterránea adyacentes aprovecha al máximo los recursos hídricos, aumenta la capacidad de los embalses y amplía los beneficios.

(3) Integrar estrechamente el desarrollo de los recursos hídricos con la mejora del medio ambiente. La construcción del proyecto del embalse desviará parte del agua del sistema de la cuenca subterránea del río Yangpizhai durante la temporada de lluvias, lo que no sólo complementará y regulará los recursos hídricos en el sistema del río subterráneo del túnel de conducción de agua, sino que también desempeñará un papel en el desvío inundaciones del sistema de cuenca del río subterráneo Yangpizhai durante la temporada de lluvias Eliminar los desastres de inundaciones kársticas en la temporada de lluvias en la cuenca del río subterráneo Yangpizhai y lograr mejor el propósito de crear ventajas y eliminar desventajas.

8 Conclusión

El sistema de cuencas kársticas en las zonas montañosas kársticas es pequeño y diverso. Para los diferentes tipos de sistemas fluviales subterráneos, las condiciones hidrogeológicas y las condiciones de desarrollo y utilización del karst varían mucho. El desarrollo y utilización de los recursos hídricos kársticos debe basarse en la investigación de las características del desarrollo kárstico, las condiciones hidrogeológicas y las condiciones de desarrollo y utilización. El desarrollo de los recursos hídricos subterráneos kársticos debe integrarse estrechamente con la mejora ambiental y el desarrollo social y económico local tanto como sea posible. , y el desarrollo y utilización deben determinarse razonablemente de acuerdo con las condiciones locales para lograr los mejores resultados. El diseño y la construcción del proyecto del embalse subterráneo de Shuidong siguieron esta regla y lograron buenos beneficios sociales, económicos y ambientales, proporcionando un modelo para el desarrollo y utilización de sistemas fluviales subterráneos en áreas de agrupaciones de picos kársticos.

Referencia

Estación Experimental Integral de Investigación Karst de Guizhou Puding. 1991. Investigación sobre el modelo de recursos hídricos kársticos y desarrollo y utilización de la Estación Experimental de Puding.

Yang, et al. 1990. Estudio típico sobre el desarrollo de accidentes geográficos kársticos en China. Beijing: Science Press.