(1.中國地質大學，北京100083；2.中國地質科學院巖溶地質研究所，桂林541004)
基金項目:國土資源部地質調查項目(200310400043，200310400044)；國家科技攻關項目(2002BA901A13)部分成果。
作者簡介:鄒(1969-)，男，副研究員，主要從事巖溶資源與環境工程研究。
摘要:我國西南巖溶地區居民主要采用溶解井、水箱和水窖三種方式進行分散供水，其水源分別來自地下河、巖溶泉和雨水。在大量調研和實際工程的基礎上，總結了西南巖溶地區分散式供水模式，分別分析了三種供水模式的區域適宜性，詳細論述了各模式的設計思路、設計參數和施工註意事項，並結合實際工程給出了設計示意圖。最後，分析了分散式供水的主要問題——水質安全，並提出了相應的措施。
關鍵詞:喀斯特地區；分散供水；水窖；水箱；溶解良好
水是人類生存和生產不可缺少的寶貴資源，也是生態系統中活躍的影響因素。存在於地下的地下水因其水質好、分布廣、供水穩定，已成為人類社會生產生活的重要供水水源。巖溶地下水資源是巖溶地區的主要供水水源，甚至是許多地方唯壹的淡水來源。在歐洲，超過50%的飲用水由巖溶地下水供應[1]。可見，巖溶水資源在社會經濟發展中的地位和作用是十分重要的。
雖然中國西南巖溶地區年平均降雨量在1100mm以上，但該地區水資源總量非常豐富(見下表)[2]。但由於種種原因，該地區水資源短缺:①地表與地下雙層結構的特殊地質環境[3]，加上地形高差大、巖溶發育強烈、表土薄、植被少、土壤滲透性強、涵養水源能力低，導致巖溶地區地表水和深層地下水缺乏，水資源開發利用成本高、難度大，造成“人在山上走，水在腳下流”的無奈局面。(2)降雨具有很強的季節性，降雨年分布極不均勻。連續四個月(5-8月或6-9月)的降雨量占全年降雨量的60%-70%，往往表現為夏季洪澇，冬春幹旱。(3)該地區地理條件特殊，土地小而分散，居民分散，無法修建大型水利工程。可見，西南巖溶山區不是資源型缺水，而是季節性缺水和工程性缺水[4]。
中國西南部分地區地下河流量統計
據不完全統計，廣西39個喀斯特石質山區縣有240萬人、202萬頭牲畜，缺水人口地域分散，多在500人以下，尤其是高峰和集群山區，人口分散更為明顯，加劇了大規模集中供水的難度。西南巖溶山區季節性缺水和工程性缺水已成為制約當地社會經濟發展的主導因素。
為解決西南巖溶山區人畜飲水困難，通過多年探索，結合當地地貌位置和水資源特點，開發了適合西南巖溶山區分散供水的多種供水模式，主要有溶解井、水箱和水窖，水源分別來自地下河、巖溶泉和雨水。下面討論這三種主要供水方式的特點、適用條件、設計方法和存在的問題。
1水窖供水
1.1的適用條件
水窖常見於雲貴高原峰叢山區，主要用於地勢較高、地表垂直巖溶極其發育的峰叢山區分散的人畜供水。水文地質上，該區屬於地下水補給區，降水沿垂直裂隙下滲。地表徑流只能在雨季和暴雨時形成，沒有地表巖溶泉。降水是這個地區水資源的唯壹來源。
近年來，我國西南巖溶山區開展了大規模的雨水收集利用工作。廣西、貴州、雲南許多地方在政府的組織下修建了無數水窖，有效地解決了喀斯特山區人畜飲水和灌溉用水，極大地促進了生活經濟的發展。
為了方便收集雨水，所有水窖都建在地面以下(圖1)，每個水窖在地面都有壹條收集雨水(屋檐水和地表徑流)的溝渠(圖2) [5]。因為需要儲水，水窖的容積比較大，壹般20 ~ 30m3，大壹點的可以達到50m3以上。
圖1家庭小水坑
圖2雨水收集工程示意圖(小型水窖)
(據小報道)
1.2的設計思想
為了保證水窖的水質，水窖壹般設計成帶集雨坪的密封圓柱形或方形水池(圖2)，其優點是:①水窖埋在土中，類似於壹個微型的地下水儲存系統，有利於水質；②水窖不易被人類活動損壞，經久耐用；(3)水窖是密封的，這樣汙染物就不會落入窖內，水中的微生物也因為密封不透明而不易存活繁殖；(4)利用人工集雨平臺集水，可以防止雨水在進入水窖之前受到汙染。設計的重點是控制水質，使水窖得到有效的利用和易於維護。水窖容量根據缺水時間、用水人口、用水定額等參數確定。
1.3水窖相關參數的確定
(1)水窖的容積公式為:v = n× I× t其中:V為水窖的容積；n為用水人數；I為用水定額，按國標和實際值取40L/(人·日)；t為連續缺水時間，根據實際缺水時段確定。在實際設計中，水窖的容積還要考慮畜禽的用水量。
(2)水窖規格的確定。國內小型水窖直徑2 ~ 3m，水窖有效蓄水深度壹般在4m左右。
(3)集雨平臺的確定。由於人畜飲水窖對水質要求較高，設計中應采用人工水泥集雨臺，主要用於收集雨水，也可作為農民打谷場。公式為:v = FP (1-η)。其中:f為雨水收集面積；η是由蒸發、濃縮等引起的降雨損失系數。，壹般取0.3；p為降雨量，根據實際情況確定數值。如實測降雨量為1500mm，F值為30m2，呈矩形排列，規格為6m×5m。為了更有效地收集水，在雨水收集高原的邊緣設置了50毫米高的水線。
水窖的設計不僅需要考慮儲水容積，還要考慮水質。在設計和施工中，可以進行壹體化施工(圖3)，保證水窖的水質安全。
圖3家庭水窖設計剖面圖
1.4施工要點
施工中應註意以下三點:①窖址應選在堅實的地基上，位置應高於人住的房子，便於取水；(2)窨井應預留給窖的蓋板檢修、清理窖池，同時便於窖內水位過低時用水桶取水；(3)雨季來臨前，應對水窖進行消毒，防止水質惡化。總的來說，窖水溫度能保持在4 ~ 7℃，除大腸桿菌外，其他大部分指標都在國家生活飲用水水質標準允許範圍內。
1.5水窖效益分析
根據對受益農戶的跟蹤調查，大部分農戶已經從幾代人靠人馱馬變成用自來水，既提高了水質又節省了勞動力。據測算，修建小型水窖後，每戶每年至少可節約回水120工日，這些節約下來的勞動力用於外出務工或就地發展生產。以低人均日收入10元計算，平均每戶年收入或收入可達1200元以上，小水窖投資回收期僅為14年。按30年使用年限計算，投資效益比可達1∶22，長期經濟效益十分可觀。如果將小型水窖廣泛應用於山區農業灌溉，可以大大改善農業生產條件，改變山區農業靠天吃飯的局面，大幅度提高農作物產量，對於加快山區貧困農民脫貧步伐，發展農村社會經濟具有重要意義。
2溶解井水供應
2.1適用條件
溶解井主要適用於峰叢窪地底部和巖溶河谷邊緣，是區域性地下水徑流區。這個地區沒有地表泉水出露，但有壹條地下河穿過。溶解井其實屬於暗河管道的天窗。由於地勢較低，地下河水從天窗湧出(圖4)。可見，溶解井的建設條件比較苛刻，只能建在合適的地方。
2.2溶解井設計和施工要點
為了方便取水，有必要對天然溶解井進行改造——在天窗的基礎上修建水井。因為溶解井是露出地表的，可以像山塘壹樣直接方便的使用。為了保證水質不受人類汙染，串聯建設了許多溶解井(圖5)，即1主井串聯2 ~ 3個水池，根據用途分別用水，保護水質。主井作為飲用水井，水從主井通過壹個小槽流到下遊水池。旁邊的第壹個水池作為生活洗滌水池，然後後池的水用於澆水和雜物清理。
圖4天然溶液井
圖5。湖南新田匡家三聯解井。
溶解井的大小是根據其流量和總人口決定的。因為飲用水和水是分開的，所以當流量為0.5 ~ 1L/s時，壹口容積為2m×1.5m×2m的溶解井可以滿足約1000人的生活用水需求。
溶解井(主井)的施工也比較簡單。首先要徹底清理好自然溶液井中的淤泥，然後對自然溶液井進行擴容。深度應在完整基巖面以下1 ~ 2m，外圍根據溶井大小擴大。每個水池的施工應按照普通水池進行。典型的溶解井設計見圖6。
天然塊石和水泥多用作溶解井井壁的建築材料。在井底分層鋪設壹定厚度的礫石和砂層，對地下水進行初步過濾。天然的石頭和水泥也被用作池底和池壁的建築材料。溶井主要是防止池壁滲漏，而用池需要防止池底和池壁兩方面的滲漏。
圖6溶解井設計示意圖
在設計和施工過程中，在溶解井周圍設置壹定範圍的防護帶和清溝，保證周圍汙水不滲入溶解井，保證暴雨時地表溢流不淹沒溶解井，是非常重要的。防護帶的距離不應小於15m，防護距離內不得有汙染物殘留。防護帶地面應用水泥地面固化，防止汙水滲入。
3水箱供水
3.1適用條件
水箱供水可以適用於整個峰叢山區，首要條件是必須有泉水(大部分屬於地表巖溶泉)，泉水是其主要水源。這類地區壹般屬於小泉域地下水排泄區，地下水以水平運動為主。
地表泉有規律泉，但多為季節性泉，只有雨季有水流。比如河池山區水箱的水源就是季節性的山泉水，雨水滲過山體本身的土壤、植被、裂縫後流出的泉水非常清澈，只有在暴雨季節突然出現山泉時才會有水噴出。所以每個水缸壹年只能灌壹次水，村民必須靠各自水缸儲存的水生活1年。
3.2設計和施工
水箱壹般采用方磚石結構(水泥抹灰防漏)，也可采用水箱形式，多建在各自家的表面；利用地形的自然高差，從高泉口將水抽入水箱。引水設施有竹槽(由竹子劈開拼接而成)、木槽(由整根木頭挖空拼接而成)、塑料水管、鐵管等。(圖7)。
有常年供水的地方，水箱容積可適當小壹些，壹般為單戶3 ~ 5m3(圖8)，可根據人口和用水定額確定集中供水水箱(圖9)。
圖7水箱工藝設計
圖8 Lotta家用水箱(適用於7戶家庭)
圖9湖南新田峨眉蕩村200多人用的水缸。
只有季節性供水的地方，水箱容積要比較大，容積過大時，可以分成幾個中等容積的水箱來建；水箱容積的計算公式與水窖基本相同。
3.3預防措施
水箱的施工主要註意以下幾點:①合適的施工場地。水箱基礎的巖土層必須均勻穩定，避免不均勻沈降；(2)水箱外部必須加固，保證水箱不裂不漏；(3)水箱內部必須在抹水泥後粘貼內襯材料，以保證水質安全。
4分散式供水存在的問題及對策
4.1位置布局
選址布局不合理主要表現在水窖的建設上。由於集雨工程建設主要由農民自己進行，政府只負責發起並提供壹定的資金和技術支持，因此缺乏統壹、科學、合理的規劃，導致選址和布局不當，使得集雨工程無法發揮應有的效益。水窖的修建大多沒有考慮地形、地質條件和集水條件。有些水窖因為地質條件不好，沒有使用，建成不久就出現了沈降和裂縫。
水窖建設的選址布局實際上是壹個優化問題，應遵循以下原則[4]:
(1)因地制宜，充分利用喀斯特山區地形高差大的特點，盡可能實現全重力自流集水和自流灌溉，減少集水場投資，節約能源；
(2)雨水收集工程應建在工程地質條件好的地方，邊坡應穩定，避免建在受泥石流影響、易發山洪的地方；
(3)盡量少占用耕地；
(4)地基應有厚厚的粘土層，以防滲漏。如果底部是砂、礫石、卵石或風化巖石，必須做防滲處理。
4.2設計和施工
分散式給水設施作為小型給排水工程，有其自身的特點，在設計和施工中往往被忽視。不重視附屬設施，如溶解井周圍沒有排水溝，水窖導流溝前沒有攔汙柵和沈砂池，導致分散供水水質差。建築材料質量不合格，主要是水泥質量。註意水泥的配比，避免使用不合格水泥、儲運過程中受潮的水泥、儲運時間超過5個月的袋裝水泥。
4.3水質安全
據調查分析，分散式供水水源水質受到不同程度的汙染，特別是溶解井和無蓋水箱水質較差，常有藻類、樹葉、草屑、搖蚊幼蟲等漂浮物，細菌總數、COD、氨氮、亞硝酸鹽氮超標；帶蓋水箱水質合格，除pH值偏高外，其他指標均符合飲用水標準[6]。以雨水為水源的水窖水質變化較大，主要受當地空氣和地面汙染物的影響[7]。
分散式供水的汙染水質常導致霍亂、傷寒、痢疾等多種疾病，對喀斯特地區居民的健康有害[8]。由於喀斯特山區住戶過於分散，即使因分散供水的水質問題引發疾病，也很難被統計和預警。因此，對上述問題應給予更多的關註，並開展相應的研究。
為改善分散供水的水質，應采取以下措施:
(1)禁止在水源附近堆放生活垃圾，尤其註意在下雨前清理集雨坪。
(2)建築材料應嚴格采用能防止汙染的衛生材料，水窖、水箱應采用水泥材料，但需做內襯處理，防止水泥中的有害成分溶出。
(3)水窖坑口應加蓋，取水口前設置攔汙柵和沈砂池。處理汙水也需要慢速過濾器。暴雨洪水季節過後，需要打掃壹次地窖；當水質嚴重惡化時，應投入明礬或漂白粉進行消毒[9]。
(4)水箱引水管應采用PC管或鍍鋅鋼管，不能采用PVC管供水；對於更新慢的水箱(5天更新壹次)，需要設置慢濾器進行處理，定期清洗水箱，防止水中細菌滋生和水垢生成。對於小水箱，可以半個月清洗壹次。
(5)在溶解井周圍設置壹定範圍的防護帶和暢通的排水溝，保證周邊汙水不滲入溶解井，暴雨時地表溢流不淹沒溶解井；為了防止陽光照射引起的溶井內藻類繁殖，最好在溶井上加壹個可移動的取水蓋板，枯水期每年清洗壹次溶井井壁，3 ~ 5年更換壹次溶井底部的濾料。
當然，就目前的情況來看，保證分散式供水質量最重要的措施就是把水燒開再喝。
參考
[1]COST 65(1995):巖溶地區地下水保護的水文地質方面，最終報告(COST action65)。—歐洲委員會，主任？科學、研究和發展，報告EUR 16547 EN:446 p；盧森堡布魯塞爾
陳孟雄，馬鳳山。中國地下水資源與環境[M]。北京:地震出版社，2002。
袁道賢，朱德浩，等。中國巖溶[M]。北京:地質出版社，1993。
陳誌祥，王洪濤，陳木勝。西南巖溶山區集雨工程現狀及對策[J].中國給水排水，2004，(9): 31 ~ 33。
[5]蕭·。南方山區小型集雨工程建設[J].農業技術服務，2004，(4): 50 ~ 51
伊恩·康軍伊恩·洪雁。雨水集蓄工程水質研究進展[J].中國給水排水，2002，18 (8): 23 ~ 25。
張曉玲，梁慧光。雨水集水區飲用水的汙染及改善水質的途徑[J].甘肅農業大學學報，1998，16 (3): 84 ~ 88。
[8]詹森·P·K，恩辛克·H·J，賈亞辛格·G等.病原體的國內傳播途徑:在？發展中國家飲用水儲存過程中的室內汙染[J].熱帶醫學與國際衛生，2002，7(7):604~609
劉洪亮，於振泰，馬偉，等.簡易連續飲水消毒器處理地窖飲用水的試驗研究[J].中國工* * *衛生，2000，16 (10): 927 ~ 928。