Problems and their countermeasures in a hydrogeological survey of karst areas in South China

1.1   综合研究连续性及规范性差

由于地质体和地质现象的复杂性、隐蔽性，以及地质历史形成和演化过程的不可重现性，因此对地质体物质组成和地质结构的认识主要是综合分析各种地质调查与勘探信息，依据地质学理论做出的推断和预测，在经济技术可行的情况下，部分得到了钻探、坑探等直观验证。认识过程必然是随着调查勘探精度的提升，在不断的反复、调整、深化中完善和逼近真实的。因此，综合研究对岩溶水文地质调查应贯穿整个调查项目实施的全过程。

在部分岩溶水文地质调查项目中，综合研究主要集中在野外工作结束后的室内整理和成果报告编制阶段，以及面临阶段检查和验收时，集中进行突击性的资料整理、总结和汇报材料编制。在立项方案编制、工作设计和野外工作阶段缺乏明确要求及连续和规范的组织实施计划，导致设计阶段对工作区水文地质条件及特征认识不清，对前人工作和成果资料及存在问题与现实需求等了解不全，设计方案及工作部署重点不突出、针对性弱。实施阶段不能及时发现问题，通过调整部署、加强重点、搜集资料和专题研究等措施解决问题、弥补不足。最终使成果编制的数据资料存在较多疏漏，综合研究程度偏低，新发现和新认识少，影响成果的总体质量和科技水平。

1.2   专题研究结合实际不够

在水文地质调查项目中开展专题研究由来已久，其初衷主要是为了解决调查区的水文地质和勘查技术难题，最终达到解决问题，取得新的发现和技术进步，提高调查成果质量与科技水平的成效。

在部分三级项目中，专题研究选题变得过分追求理论创新和新技术研发，忽略了研究解决调查区的具体问题。最终过高的目标在有限的时间和投入之内难于实现，所发表的论文流于表面化，而前人遗留问题的研究又几无进展，对提高调查精度实质性的贡献不大。如三级项目均以地表流域分水岭作为调查评价单元，但岩溶区地表水分水岭与地下水流域边界的分异情况、边界的地质组构和产状、边界的水动力性质、汇水或排水及补给或排泄等功能，对于以均衡原理为基础的水资源评价起着决定性的作用，但对调查区的这类问题投入专题研究，提高研究程度，指导实施勘探揭露、确切查明边界特性的并不多，影响水资源、防污性能等评价的准确性和可信度。迄今为止，含水层的富水性均以地层统、组、段为单位统一评定和编图，忽视了含水层富水性随地形地貌、地质构造、地下水补径排过程等改变所发生的变化，对于这样的基础问题和编图方法改进问题，同样鲜有专题研究，致使所填绘和编制提交的水文地质图、水资源分布图等对地下水的埋藏分布情况反映并不完全符合客观实际^[15-19]。

1.3   第四纪地质调查薄弱

第四纪内、外动力地质作用、气候变化、地貌演化及水系变迁等，对岩溶发育和地下水系统的形成及发展起着重要的控制和影响作用，所塑造形成的地形地貌、沉积物、土壤植被、河湖水体、地下河潭等则是水资源与生态环境的主要构成部分^[20-21]。因此新时期的水文地质调查必须强化第四纪地质调查研究，改变以往地质调查对第四系地质填图粗略、研究不深的状况，切实提高调查填图精度和研究程度。

以往的区域地质调查和水文地质普查，主要目标是服务于找矿找水，因此对第四系地层的调查填图要求并不严格。由于南方风化作用强烈，残坡积层覆盖面广，为了反映基岩地质构造，除了填绘较大的盆地、谷地、洼地、坡积裙等地区沉积厚大的第四系地层，大多采取剥离处理，很少专门实测地层剖面、勘探揭露和取样鉴定测试。第四纪地层是记录第四纪期间所发生的各种地质事件的载体，包含着大量地质环境信息，也是生态环境、土壤特性、地下水补给和卫生防护条件等的主要影响因素，对于研究和回答今天面临的许多资源与环境问题是非常重要的。而在部分岩溶水文地质调查项目中，第四纪地质调查并未引起重视，所填图件中第四系地层分布与既有成果图比较变化不大。影响了多方面的研究进展，如岩溶发育分期及分带、水系变迁及侵蚀基准变化、地下河袭夺及边界迁移、活动断裂对地下河形成和发展的控制机制、气候变化及其对水循环的影响、表层岩溶含水层的形成及变化规律、地下水的防污性能评价等。

1.4   钻探作用欠佳、探水成功率低

在基础性、公益性的水文地质调查项目中，钻探和钻孔水文地质试验工作量有限，现行规范规定的岩溶区从简单地区至复杂地区的钻探定额，包括新投入的工作量和收集到的能满足要求的钻孔数量为1.5~5个/100 km²、抽水试验1~5组/100 km^2[7]。这就要求钻探试验的实施应充分论证、科学布置、精心设计，使之充分发挥揭露典型现象、验证重大推断、解决关键问题、获取水文地质参数、支撑水资源评价等重要作用。

在部分岩溶水文地质调查项目中，钻探作用发挥并不好，探水成功率较低。主要表现在钻孔布置比较随意，未按规范的勘探剖面和网格控制原则将钻孔主要布置在控制性或资源计算断面上，未起到关键节点作用，使剖面推断和连接缺少必要的勘探和试验依据，资源计算参数仍主要靠比拟评估选取，影响流域总体调查精度和资源评价结果可信度的提升。再就是不同程度地存在对重要的流域补给和排泄边界缺少钻探控制，依据地表岩溶形态特征和分水岭划分边界，对地表分水岭与地下水流域边界的分异情况、边界的地下水动力学性质、输入或输出等功能缺少确切的观测资料和数据。对埋藏型或覆盖型储水构造缺少钻探取芯、分段抽水试验、示踪试验等探查水文地质结构、观测地下水动力学特性等方面的控制和检验。对深循环径流带缺少必要的探测查证等，这些不足使得支撑水文地质认识和推断的依据不够充分，影响资源评价成果的可靠性。此外，探水成功率较低，干孔和单位涌水量q≤0.01 L·(s·m)⁻¹的弱涌水孔占比较大。这就使得诸多钻孔难以完成设计目标任务，没摸到地下水脉，探测目的和求参落空，水文地质试验和取样分析测试无法进行，动态监测也实施不了，探采结合示范更无从谈起。

1.5   水资源评价内容不全

新版国标《地下水资源储量分类分级》（GB 15218-2021）3.4.3指明了可开采量是地下水储存量、补给量的一部分^[8]。《水文地质调查规范（1∶50000）》（DZ/T0282-2015）9.3.1.3规定应根据一定的经济技术水平，结合取水构筑物类型和开采方案规划，在考虑环境约束的基础上评价地下水可开采资源量。9.3.1.5规定应在地下水资源评价的基础上，对地下水开采潜力和开采程度进行评价^[7]。这些规定体现了我国自然资源管理的基本要求，明确了地下水资源评价应进行补给量、储存量、可开采量的系统评价，包括补给保证、储存调节保证^[22]、环境安全保证、经济技术合理性等方面的评价。

在岩溶水文地质调查项目中，补给保证、经济技术合理性在已提交的水资源评价成果中基本都作了评价，有部分项目对勘查开发示范的水源地进行了储存调节保证评价。环境安全保证评价则普遍重视不够，多泛泛而谈，并忽视了生态需水量或考虑生态需水量不够充分。对地下水开采潜力和开采程度的评价则存在地下水开发利用现状调查了解不够准确的问题。部分项目对人类工程活动对水文地质条件的改变及影响缺乏评价。这些问题和不足使得水资源评价成果在系统性、完整性和现实性方面与当前水资源管理、开发利用与保护的要求尚存在一定的差距。

3.1   加强综合研究，提升研究水平

首先应继承前人项目组织实施的有效经验和方式，结合计算机及信息技术研究形成新的综合研究规程及模式，在项目设计中做好综合研究组织实施计划，使之能够规范、连续、高效地推进。历史上行之有效的设立项目综合组的方式值得借鉴，特别是一二级项目。在项目组织中综合组应起到参谋部、情报部的作用。综合组成员应有具备水文地质专业学历、有丰富实践经验的技术骨干。综合组负责综合研究、专题研究、进度和质量控制、信息统计和阶段性成果总结上报等，在进行工作成果总结提升的同时对各项工作进行日常指导。应将各作业组的日整理、周整理、月小结和接图、检查验收等与综合研究联系起来，无论地质测绘、动态观测、地球物理探测、钻探试验等作业组，均应按时整理上传获得的资料和阶段总结报告。综合研究不仅限于项目工作取得的资料，还应搜集利用国内外的相关文献资料。综合组应熟练掌握和利用计算机及信息技术，实时完成信息采集、统计分析、图表绘制、综合研究和成果总结报告编制。发现问题及时报告项目负责人组织研究解决，取得重要成果和进展组织编写发表学术论文。综合组成员应加强自身的学习提高和学术交流，在项目团队中取好传、帮、带的作用。

3.2   加强选题调研，做实专题研究

在项目设计编写前，要做好上一阶段调查成果资料的收集和研究，了解前人遗留问题和对现阶段调查工作和成果的影响，按照现行规范要求结合学科发展动态分析评价，论证确定专题研究的题目和内容。三级项目应该结合调查区的实际，专题研究题目和内容具体而明确，如重要的可溶岩地层沉积相及时空变化研究、水文地质边界专题调查研究、地下河系统的发育特征研究等。一、二级项目则应趋向于基本特征、基本规律、区域资源及环境条件、通用技术研发和模式构建等研究，如新构造运动与地貌演化历史研究、含水介质富水性的空间变化规律研究、地下水富集模式及数值模型研究、隐伏控水构造遥感识别技术研究、物探找水技术方法研究等。在项目工作方法和工作量设计时，在考虑满足调查规范控制程度要求的前提下，应兼顾专题研究的需要，没有新的实物工作量和数据支撑，专题研究也难以取得实实在在的成果。专题研究应纳入综合组的工作计划，与调查工作协同推进，随着调查进展持续深入、调整、改进、充实提高，取得切实的创新与进步。

3.3   加强第四纪地质调查研究

第四纪地层构造应按《水文地质调查规范（1∶50000）》（DZ/T0282-2015）8.2.3要求，将宽度大于100 m或面积大于0.01 km²的面状地质体、长度大于250 m的线状地质体正确填绘在图上^[7]，切实提高填图精度。图面负担过重的宜单独编绘第四纪地质及地貌图。应结合地貌组合形态^[29]的对比分析，选择不同成因类型的典型地层测制地层剖面、采集各类分析鉴定样品，获取和对比分析生物标志、古人类及古文化标志、气候标志、地貌标志、绝对年龄测定等标志，提高第四纪地质年代和地层划分的精度。应将第四纪沉积物作为岩溶地貌组合形态的有机组成部分，综合对比研究岩溶发育演化的历史，划分岩溶发育垂向分带和平面分区。应将地表侵蚀地貌及流水沉积与溶洞、地下河对比研究，分析地表、地下河的转换及地下河的发育和变迁历史，为推断地下河的埋藏分布位置、流域边界提供依据。通过侵蚀基准升降幅度、盆（谷）地沉积厚度分析，估计岩溶发育下限、地下水循环深度等。第四纪以来古气候的波动对自然界影响巨大，应列入认识和评价水资源与环境条件需作研究的内容。 

3.4   加强孔位论证，提高勘探功效

钻探工作的部署应遵循地质勘探的基本原理和规程，钻孔之间构成勘探剖面、剖面线之间构成勘探网，由勘探剖面、勘探网才能够从二维立面、三维空间揭示地质体的物质组成、结构构造、产状及空间变化等，形成对地质体的准确控制、精确量算和计算评价，也才可能量化确定其勘探精度。所以流域水文地质调查钻孔布置应考虑勘探剖面控制与重点揭露相结合，对调查的流域应尽可能结合收集钻孔构成控制性剖面，保证调查评价精度有实质性的提高，同时兼顾探查重要地质现象或问题的需要，布置必要的单孔。在覆盖型含水层分布面积较大的山间盆地、谷地平坝区、输入或输出透水边界段，采用齐姆三角形法布置钻孔，能够更客观地反映含水层的各向异性和确定水文地质参数、主径流方向及水力坡度等重要数值^[30]。

岩溶找水打井始终是我国水文地质研究的重要方向，为保证钻探找水的成功率，钻孔论证应认真学习前人的研究成果和经验，把握调查区域岩溶水富集特征和规律，结合调查研究进展，综合圈定宜井靶区^[31-33]。然后通过靶区及周围微地貌组合、岩性层组、储水构造、裂隙和岩溶发育特征的详细观测研究，有条件的应作孔旁地层剖面测量并结合坑井调查和搜集钻孔资料编制分析剖面，综合论证选定宜井位置，再通过物探验证，最终确定井位。鉴于物探结果的多解性和影响因素的复杂性，物探验证应采用多种方法进行对比验证，如先采用视电阻率剖面进行较大范围的控制，然后结合地质分析，综合选择多个备选孔位。再围绕备选孔位，采用核磁共振探测，进行富水性判别，用加密的激电测深或电阻率测深探测，预测岩溶赋水空隙的具体埋藏分布位置，为钻井位置的确定和设计提供依据。邀请有经验的当地水文地质专家参与确定孔位是很有助益的。应注意避免水文地质人员毫无定见，跟着物探解释定孔，本末倒置，结果大多不理想。

3.5   加强资源与环境分析，完善评价内容

针对地下水资源评价中的问题，应认真学习和全面领会规范的各项规定和要求，加强资源与环境分析，完善评价内容。

《水文地质调查规范（1∶50000）》（DZ/T0282-2015）9.3.1.3指明了可开采资源量的计算评价必须与具体的地下水水源地相结合^[34]，以水源地为单元计算可开采资源量。9.3.1.1要求应将评价的地下水资源量分配到各级行政单元中。所以必须在完成水源地圈定及开发利用条件评价的基础上，初步规划地下水开采方案，结合取水构筑物类型和开采方案进行可开采资源计算评价，再按水源地将评价的地下水资源量分配到各级行政单元中。

按照可持续发展的要求，应完善储存量的调节保证评价，要实现连续稳定供水，可开采资源量不能超过地下水径流量与储存调节量之和^[22]。可开采资源的环境许可评价不能流于泛泛而论，应具体分析评价按照可开采资源评价成果开发利用地下水，是否会诱发名泉疏干、景观破坏、地面塌陷等不良环境地质问题。应充分注意可开采资源量不能侵占生态需水量。目前生态需水量的估算较为粗略，许多有关规划常以最枯径流量、绿化用水和环卫用水作为生态需水量，这显然不尽科学合理，各项目应加强具体的调查研究和计算评价。地下水资源潜力评价要切实解决开采资源量调查统计不全面、关联性不清的问题，厘清水利和地质矿产或国土资源管理部门等统计数据的差异和重叠，查明地表水和地下水在水利工程中的联系，正确估算地下水开发利用程度^[35]。如位于水库汇水范围内的泉或地下河出口，流量已经成为库水来源，这部分地下水的开发利用程度需作产流和供水动态分析认定。此外，人类工程活动对资源与环境造成重大影响的流域，水资源潜力评价应进行专题调查研究。

水文地质调查均需认真对已有地下水开发工程进行现场观测记录、收集有关水文地质及地下水开发的历史和现状资料，进行综合整理及研究，以弥补勘探试验的不足。并由此发现地下水开发所暴露出来的问题，检验前人工作的不足和错误。再通过修正和深化对水文地质条件的认识，调整有关水文地质参数，选择更为合理的地下水资源计算方法，切实提高地下水资源评价的精度。

《地下水资源储量分类分级》（GB15218-2021）3.4.4新定义了允许开采量是经勘查或经开采验证，在当前经济、技术、环境许可条件下能够从含水层中开采出来的那部分数量。这与《水文地质调查规范（1∶50000）》（DZ/T0282-2015）9.3.1.3对可开采资源量评价的要求内涵是一致的，在资源评价中应予说明，以便自然资源等管理部门利用。